CN117948610B - 一种激波器、激波气化燃烧机及燃烧方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃烧机技术领域，更具体而言，涉及一种激波器、激波气化燃烧机及燃烧方法，其中激波气化燃烧机包括相变装置、激波器、筒状旋流器和外火套管，相变装置设置有进液口和排气口，进液口用于输入液态燃料，排气口用于排出经相变装置气化后的气态燃料，激波器设置有进气管路和进液管路，通过进气管路进入激波器的气态燃料与通过进液管路进入激波器的液态燃料碰撞，筒状旋流器一端设置有变径部，筒状旋流器外侧沿周向设置有多个倾斜设置的旋流孔，激波器设置于筒状旋流器的另一端。本发明利用甲醇气体与液态燃料在激波器中碰撞，形成燃气与燃油微粒的可燃混合物，实现燃料的充分燃烧，可应用于大功率使用场景。
Description
技术领域
本发明涉及燃烧机技术领域，更具体而言，涉及一种激波器、激波气化燃烧机及燃烧方法。
背景技术
液态燃料进行燃烧时，为了燃烧充分以及方便控制，一般都需要先转换为气态，液态燃料一般采用雾化技术，例如压力雾化技术、机械雾化技术等，现有的燃烧机燃烧时，需对所有的液态燃料进行转化，压力雾化、机械雾化等技术能量消耗较大，应用于大功率使用场景时，燃烧效果均不理想。
因此，有必要对现有技术进行改进。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，为此，本发明的一个方面的目的在于，提供促进液态燃料向气态转换的激波器。
本发明的另一个方面的目的在于：一种燃烧效果好、适用于大功率工况的激波气化燃烧机。
本发明的再一个方面的目的在于，提供一种激波气化燃烧方法。
为实现上述目的，本发明一方面提供了一种激波器，包括激波器本体，激波器本体一端设置有进气管路和进液管路，进气管路用于连接气态燃料管路，进液管路用于连接液态燃料管路，激波器本体另一端设置有与进气管路、进液管路连通的出料口，进气管路与进液管路的出料方向具有夹角。
本发明提供的一种激波器，利用甲醇气体碰撞液态燃料形成微粒与甲醇气体的可燃混合物，少量甲醇就可以实现大量液态燃料的微粒化。
优选的，所述进液管路包括沿激波器本体周向均布的n个输油管，n个所述输油管的后端连通有环形缓冲腔，所述环形缓冲腔与出料口之间通过环形缝隙连通，所述进气管路与环形缝隙同轴设置，进气管路与出料口连通的一端直径小于出料口直径。
本发明另一方面提供了一种激波气化燃烧机，包括上述任一激波器，以及：
相变装置，相变装置设置有进液口和排气口，进液口用于输入液态燃料，排气口用于排出经相变装置气化后的气态燃料，所述进气管路与相变装置的排气口连通；
筒状旋流器，筒状旋流器一端设置有变径部，筒状旋流器外侧沿周向设置有多个旋流孔，旋流孔倾斜设置，所述激波器设置于筒状旋流器的另一端，激波器本体出料口直径小于筒状旋流器另一端直径，筒状旋流器的变径部设置有点火器；
所述进液管路连接有旁路油管，通过进气管路进入激波器本体的气态燃料与通过进液管路进入激波器本体的液态燃料碰撞。
激波器本体输出的可燃混合物经筒状旋流器混合、配风后进行燃烧，可实现燃料充分燃烧和大功率场景的应用。
优选的，还包括外火套管，所述外火套管设置于筒状旋流器外侧，外火套管一端为燃烧端，筒状旋流器与外火套管之间设置有间隙。
为了方便对旋流孔供风，所述筒状旋流器与外火套管之间设置隔板，隔板位于旋流孔与变径部之间。
为了降低甲醇气化成本，还包括预热气化管，所述预热气化管设置于筒状旋流器靠近变径部处，预热气化管一端连接有激波输油管，预热气化管另一端与相变装置的进液口连通。
优选的，所述筒状旋流器内设置有熄火保护器，外火套管的另一端设置有风机，通过风机进行供风。
为了保证三次配风效果，所述隔板上设置有配风孔，配风孔与燃烧端连通，所述配风孔开口大小可调节。
优选的，还包括控制器，所述点火器、风机、相变装置均与控制器连接。
本发明再一方面提供了一种激波气化燃烧方法，采用上述任一激波气化燃烧机，还包括：
S1、利用激波输油管将甲醇输入相变装置的进液口，通过相变装置将甲醇转化为气态燃料，经排气口依次输送至激波器本体、筒状旋流器，点火器点火，气态燃料燃烧对系统进行预热；
S2、旁路油管输入液态燃料，液态燃料与气态燃料在激波器本体中碰撞形成微粒，微粒与气态燃料混合形成可燃混合物，然后被高速送入筒状旋流器中，筒状旋流器进料端直径大于激波器本体出料口直径，在激波器本体的出料口可燃混合物扩散膨胀进行一次配风；预热气化管对激波输油管输入的甲醇进行预热气化；
S3、可燃混合物在旋流孔处进行二次配风，并在旋流风的作用下均匀混合；当可燃混合物到达变径部时，可燃混合物被筒状旋流器内传导热再次裂解气化，然后被点燃，从变径部喷出；
S4、变径部火焰高速高温喷入外火套管，由于外火套管直径变大，通过配风孔实现三次配风。
本发明与现有技术相比所具有的有益效果为：
1、本发明利用甲醇气体与液体燃油在激波器中碰撞，形成甲醇气体与燃油微粒的可燃混合物，实现燃料的充分燃烧；少量甲醇就可以实现大量液态燃料的微粒化，可应用于大功率使用场景。
2、本发明设置有筒状旋流器，甲醇气体与燃油微粒的可燃混合物在筒状旋流器内实现配风和均匀混合，提高燃尽率，更加环保。
3、本发明在筒状旋流器内设置有预热气化管，利用预热气化管对甲醇进行预热，可降低对相变装置的功率需求，节约使用成本。
附图说明
下面将通过附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
图1为激波器结构示意图；
图2为激波气化燃烧机结构示意图；
图3为旋流孔排列示意图。
图中：1-相变装置，101-进液口，102-排气口，2-激波器本体，201-进气管路，202-进液管路，203-出料口，204-输油管，205-环形缓冲腔，206-环形缝隙，3-旁路油管，4-筒状旋流器，401-变径部，402-旋流孔，5-外火套管，501-隔板，502-配风孔，6-预热气化管，7-点火器，8-激波输油管，9-熄火保护器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
如图1所示，一种激波器，包括激波器本体2，激波器本体2一端设置有进气管路201和进液管路202，进气管路201用于连接气态燃料管路，进液管路202用于连接液态燃料管路，激波器本体2另一端设置有与进气管路201、进液管路202连通的出料口203，进液管路202包括沿激波器本体2周向均布的n个输油管204，其中n为大于等于1的整数，n个输油管204的后端连通有环形缓冲腔205，环形缓冲腔205与出料口203之间通过环形缝隙206连通，环形缝隙206呈圆台状，环形缝隙206的大端与环形缓冲腔205连通，环形缝隙206的小端与出料口203连通。环形缝隙206的出液方向与进气管路201的出气方向具有夹角θ，夹角θ满足0＜θ<90°，优选的45°。
进气管路201与环形缝隙206同轴设置，进气管路201与出料口203连通的一端直径小于出料口203直径，工作时该处可产生负压。
液态燃料经输油管204先进入环形缓冲腔205，再经环形缝隙206排出，通过进气管路201输入的甲醇燃气与环形缝隙206排出的液态燃料发生激烈碰撞，形成甲醇气体与燃油微粒的可燃混合物，少量甲醇就可以实现大量液态燃料的微粒化，便于实现燃料的充分燃烧。
实施例二：
如图1至图3所示，一种激波气化燃烧机，相变装置1、筒状旋流器4、外火套管5以及实施例1所述的激波器，相变装置1设置有进液口101和排气口102，进液口101用于输入液态燃料，相变装置1将输入的液态燃料转变为气态燃料，排气口102用于排出经相变装置1气化后的气态燃料，相变装置1为现有技术，例如采用现有的甲醇气化器。
激波器本体2的进气管路201与相变装置1的排气口102连通，进液管路202连接有旁路油管3，旁路油管3用于供应液态燃料，通过进气管路201进入激波器本体2的气态燃料与通过进液管路202进入激波器本体2的液态燃料碰撞，使液态燃料微粒化，并形成微粒与甲醇气体的可燃混合物。
筒状旋流器4一端设置有变径部401，激波器设置于筒状旋流器4的另一端，激波器本体2的出料口203直径小于筒状旋流器4另一端直径，经激波器本体2输出的可燃混合物在激波器本体2出料口203处进行一次混风，筒状旋流器4外侧沿周向设置有多个旋流孔402，多个旋流孔402沿相同旋向倾斜设置，优选的，旋流孔402轴线与筒状旋流器4法线的夹角采用45°，可燃混合物到达旋流孔402处，进行二次混风。
外火套管5设置于筒状旋流器4外侧，筒状旋流器4与外火套管5之间设置有可供空气通过的间隙，外火套管5一端为燃烧端，外火套管5的另一端设置有风机，通过风机对筒状旋流器4、外火套管5进行供风。
为了保证筒状旋流器4正常工作以及提高二次混风的效果，筒状旋流器4与外火套管5之间设置隔板501，隔板501位于旋流孔402与变径部401之间，经筒状旋流器4与外火套管5之间进入的空气在隔板501的阻隔下进入旋流孔402，在筒状旋流器4内形成旋流风，对筒状旋流器4内的可燃混合物进行混匀及配风。
筒状旋流器4的变径部401设置有点火器7，筒状旋流器4内设置有熄火保护器9，由于变径部401靠近外火套管5的燃烧端，进入变径部401的可燃混合物被筒状旋流器4内传导热再次气化裂解，经点火器7点火后高速高温喷出，由于外火套管5直径大于变径部401直径，可燃混合物在此处扩散膨胀实现三次混风，进行燃料的充分燃烧。
为了提高三次混风效果，隔板501上设置有配风孔502，配风孔502与燃烧端连通，通过配风孔502进行供风。优选的，配风孔502开口大小可调节。
点火器7、风机、相变装置1均与控制器连接，通过控制器进行控制。
实施例三：
一种激波气化燃烧机，在实施例2的基础上，本实施例还包括预热气化管6，预热气化管6设置于筒状旋流器4靠近变径部401处，利用燃烧端燃烧释放的热量对预热气化管6内的燃料进行预热，预热气化管6一端连接有激波输油管8，预热气化管6另一端与相变装置1的进液口101连通。激波输油管8输入的甲醇先经预热气化管6，预热后再进入相变装置1，可降低相变装置1的功率，降低使用成本。
实施例四：
一种激波气化燃烧方法，包括实施例2或实施例3的一种激波气化燃烧机，还包括：
S1、利用激波输油管8将甲醇输入相变装置1的进液口101，通过相变装置1将甲醇转化为气态燃料，经排气口102依次输送至激波器本体2、筒状旋流器4，点火器7点火，气态燃料燃烧进行预热。
S2、旁路油管3输入液态燃料，液态燃料与气态燃料在激波器本体2中碰撞形成微粒，微粒与气态燃料混合形成可燃混合物，然后被高速送入筒状旋流器4中，筒状旋流器4直径大于激波器本体2出料口203直径，在激波器本体2的出料口203可燃混合物扩散膨胀进行一次配风；预热气化管6可对激波输油管8输入的甲醇进行预热气化，降低对相变装置1的使用需求，降低使用成本。
S3、可燃混合物在旋流孔402处进行二次配风，并在旋流风的作用下均匀混合，当可燃混合物到达变径部401时，可燃混合物被筒状旋流器4内传导热再次裂解气化，然后被点燃进行燃烧，从变径部401喷出。
S4、变径部401火焰高速高温喷入外火套管5，由于外火套管5直径变大，通过配风孔502实现三次配风，实现充分燃烧。
上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种激波气化燃烧机，其特征在于，包括：
激波器，激波器包括激波器本体（2），激波器本体（2）一端设置有进气管路（201）和进液管路（202），进气管路（201）用于连接气态燃料管路，进液管路（202）用于连接液态燃料管路，激波器本体（2）另一端设置有与进气管路（201）、进液管路（202）连通的出料口（203），进气管路（201）与进液管路（202）的出料方向具有夹角；
相变装置（1），相变装置（1）设置有进液口（101）和排气口（102），进液口（101）用于输入液态燃料，排气口（102）用于排出经相变装置（1）气化后的气态燃料，所述进气管路（201）与相变装置（1）的排气口（102）连通；
筒状旋流器（4），筒状旋流器（4）一端设置有变径部（401），筒状旋流器（4）外侧沿周向设置有多个旋流孔（402），旋流孔（402）倾斜设置，所述激波器设置于筒状旋流器（4）的另一端，激波器本体（2）的出料口（203）直径小于筒状旋流器（4）另一端直径，筒状旋流器（4）的变径部（401）设置有点火器（7）；
所述进液管路（202）连接有旁路油管（3），通过进气管路（201）进入激波器的气态燃料与通过进液管路（202）进入激波器的液态燃料碰撞；
还包括预热气化管（6），所述预热气化管（6）设置于筒状旋流器（4）靠近变径部（401）处，预热气化管（6）一端连接有激波输油管（8），预热气化管（6）另一端与相变装置（1）的进液口（101）连通。
2.根据权利要求1所述的一种激波气化燃烧机 ，其特征在于：所述进液管路（202）包括沿激波器本体（2）周向均布的n个输油管（204），n个所述输油管（204）的后端连通有环形缓冲腔（205），所述环形缓冲腔（205）与出料口（203）之间通过环形缝隙（206）连通，所述进气管路（201）与环形缝隙（206）同轴设置，进气管路（201）与出料口（203）连通的一端直径小于出料口（203）直径。
3.根据权利要求1所述的一种激波气化燃烧机，其特征在于：还包括外火套管（5），所述外火套管（5）设置于筒状旋流器（4）外侧，外火套管（5）一端为燃烧端，筒状旋流器（4）与外火套管（5）之间设置有间隙。
4.根据权利要求3所述的一种激波气化燃烧机，其特征在于：所述筒状旋流器（4）与外火套管（5）之间设置隔板（501），隔板（501）位于旋流孔（402）与变径部（401）之间。
5.根据权利要求4所述的一种激波气化燃烧机，其特征在于：所述筒状旋流器（4）内设置有熄火保护器（9），外火套管（5）的另一端设置有风机。
6.根据权利要求5所述的一种激波气化燃烧机，其特征在于：所述隔板（501）上设置有配风孔（502），配风孔（502）与燃烧端连通，所述配风孔（502）开口大小可调节。
7.根据权利要求6所述的一种激波气化燃烧机，其特征在于：还包括控制器，所述点火器（7）、风机、相变装置（1）均与控制器连接。
8.一种激波气化燃烧方法，采用权利要求6或7任一所述的激波气化燃烧机，其特征在于，包括：
S1、利用激波输油管（8）将甲醇输入相变装置（1）的进液口（101），通过相变装置（1）将甲醇转化为气态燃料，经排气口（102）依次输送至激波器本体（2）、筒状旋流器（4），点火器（7）点火，气态燃料燃烧进行预热；
S2、旁路油管（3）输入液态燃料，液态燃料与气态燃料在激波器本体（2）中碰撞形成微粒，微粒与气态燃料混合形成可燃混合物，然后被高速送入筒状旋流器（4）中，筒状旋流器（4）进料端直径大于激波器本体（2）出料口（203）直径，在激波器本体（2）的出料口（203）可燃混合物扩散膨胀进行一次配风；预热气化管（6）对激波输油管（8）输入的甲醇进行预热气化；
S3、可燃混合物在旋流孔（402）处进行二次配风，并在旋流风的作用下均匀混合，当可燃混合物到达变径部（401）时，可燃混合物被筒状旋流器（4）内传导热再次裂解气化，然后被点燃，从变径部（401）喷出；
S4、变径部（401）火焰高速高温喷入外火套管（5），由于外火套管（5）直径变大，通过配风孔（502）实现三次配风。
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