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CN107120645A - 一种带声学阻尼管和位置可调旋流盘的喷雾旋流燃烧器 - Google Patents

一种带声学阻尼管和位置可调旋流盘的喷雾旋流燃烧器 Download PDF

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CN107120645A CN201710183443.2A CN201710183443A CN107120645A CN 107120645 A CN107120645 A CN 107120645A CN 201710183443 A CN201710183443 A CN 201710183443A CN 107120645 A CN107120645 A CN 107120645A
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孟晟
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Zhejiang University ZJU
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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Abstract

本发明公开一种带声学阻尼管和位置可调旋流盘的喷雾旋流燃烧器，包括入口风道，伸入入口风道内的输油管，设置在输油管端部的燃油喷嘴，位于在入口风道的风道前段的进风口，安装在入口风道的风道后段内的内外空气分割筒，以及设置在内外空气分割筒和入口风道间的外部旋流器；在燃油喷嘴外安装有轴向位置可调的旋流盘；内外空气分割筒将进风口通入的空气分为两部分，一部分空气经过外部旋流器进入锅炉燃烧室，另一部分与燃油喷嘴的燃料混合发生燃烧；在外部旋流燃烧器和进风口间的入口风道内安装有阻尼管，用于吸收燃烧器内的声能。本发明通过声学阻尼管和位置可调旋流盘的组合，有效克服燃烧器纵向燃烧振动，使得燃烧器的燃烧稳定性得到提高。

Description

一种带声学阻尼管和位置可调旋流盘的喷雾旋流燃烧器
技术领域
本发明涉及燃油锅炉燃烧器领域，尤其是涉及一种带声学阻尼管和位置可调旋流盘的喷雾旋流燃烧器。
背景技术
燃油锅炉燃烧器多采用扩散燃烧方式，燃油在经过雾化喷嘴后与空气混合发生燃烧，由于油燃烧速度较快以及低氮措施容易引起燃油锅炉膛系统中发生燃烧不稳定，从而引起炉膛振动。
当燃油锅炉发生热声不稳定后会对燃烧器和炉膛产生很大的危害，影响锅炉和燃烧器的稳定性及寿命。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种带声学阻尼管和位置可调旋流盘的喷雾旋流燃烧器。为了减缓燃烧器的热声振动，在入口风道中安装阻尼管以吸收部分炉膛和燃烧器产生的声能，从而减少炉膛自身的压力脉动幅值。为了使得燃烧室内的压力脉动和燃烧产生的热量脉动相位相互错开，设置了可调节位移的旋流盘。通过调节旋流盘的轴向位移来改变燃油喷嘴处的流场，从而改变燃烧器的燃烧时间来控制热量脉动和压力脉动的相位差。
本发明所采用的具体技术方案如下：
一种带声学阻尼管和位置可调旋流盘的喷雾旋流燃烧器，包括入口风道，伸入所述入口风道内的输油管，设置在输油管端部的燃油喷嘴，位于在所述入口风道的风道前段的进风口，安装在入口风道的风道后段内的内外空气分割筒，以及设置在内外空气分割筒和入口风道间的外部旋流器；
在所述燃油喷嘴外安装有轴向位置可调的旋流盘；
所述的内外空气分割筒将进风口通入的空气分为两部分，一部分空气经过外部旋流器进入锅炉燃烧室，另一部分与燃油喷嘴的燃料混合发生燃烧；
在所述的外部旋流燃烧器和进风口间的入口风道内安装有阻尼管，用于吸收燃烧器内的声能。
本发明中，在入口风道的风道后段，被内外空气分割筒分割，被动控制了进入外部旋流器和旋流盘的空气流量，实现一部分空气经过外部旋流器进入锅炉燃烧室，另一部分与燃油喷嘴的燃料混合发生燃烧。
上述的阻尼管设置在入口空气进风口后段，以及外部旋流器和内外空气分割筒前，用以吸收部分炉膛和燃烧器产生的声能。阻尼管利用多空介质吸声原理，当声波入射到阻尼圆管表面时一部分声波被反射，另一部分声波进入阻尼管内部，空气在其中的运动会产生粘滞和摩擦，声能逐渐转变成热能耗散掉。这相当于在燃烧器入口风道布置了声学阻尼器，减缓了炉膛的压力波动对于燃烧器入口空气波动的影响。
作为优选的，具有固定在所述入口风道内并用于安装所述阻尼管的盘架，阻尼管固定在盘架内，呈圆盘状，实现阻尼管作为整体结构和入口风道焊接。
为使阻尼管取得更好的声学效果，盘架以及内部固定的阻尼管呈对称结构。作为优选的，所述的盘架具有配合输油管穿过的中心孔，沿所述中心孔向外径向辐射分布的隔板，所述隔板用于将盘架划分为若干等分扇区；所述的阻尼管分布在中心孔和各扇区内。安装有阻尼管整体盘架外径和入口风道内径一致，盘架中心孔的剩余内径和燃油喷嘴外壳直径一致。
作为优选的，所述的阻尼管至少具有两种不同口径。例如，阻尼管由34mm和60mm两种不同直径的圆管不规则分布填充并焊接在外部风道和内部风道里，或作为优选的，保持盘架的各扇区内的阻尼管排列一致。
作为优选的，所述阻尼管的长度为100mm～400mm，位于所述盘架中部区域的阻尼管的端部伸入内外空气分割筒内。
本发明中，设置较长的阻尼管伸入内部风道，较短的阻尼管位于外部旋流器前。该阻尼管吸收声能频率主要为小于100Hz的低频振荡。
在本发明中旋流盘位于燃烧器出口平面，旋流盘和燃油喷嘴位于同轴设置，旋流盘和燃油喷嘴外壳通过可调节轴向位移的结构连接。如可调节位置的旋流盘通过预先设置在燃油喷嘴外壳的位移孔来实现，作为优选的，所述燃油喷嘴的外壳设有用于轴向调节旋流盘位置的位移孔，所述旋流盘的可调位置在距离喷雾旋流燃烧器的出口平面0～50mm处。通过与不同位置的位移孔配合，实现旋流盘轴向位移，改变燃油喷嘴处的流场，从而改变燃烧器的燃烧时间来控制热量脉动和压力脉动的相位差。
在本发明中阻尼管直径和阻尼管长度以及旋流盘可调节位移不限于所述范围，根据不同燃烧器的整体尺寸而有所调整。
本发明利用带有声学阻尼管和可调节位置的旋流盘的组合防振措施，可以有效克服燃烧器纵向燃烧振动，使得燃烧器的燃烧稳定性得到提高。
附图说明
图1是本发明实施例的喷雾旋流燃烧器示意图，图中：1为燃烧器入口风道，2为空气进风口，3为输油管，4为阻尼管，5为外部旋流器，6为旋流盘，7为燃油雾化喷嘴，8为炉膛壁面，9为内外空气分割筒。
图2是本发明实施例的阻尼管布置截面示意图，图中：10为阻尼管，11为盘架，12为中心孔，13为扇区，14为隔板。
图3是本发明实施例的可调节轴向位置的旋流盘结构示意图，图中：15为调节位置孔。
具体实施方式
如图1所示的喷雾旋流燃烧器示意图，包括：入口风道1、进风口2、输油管3、阻尼管4、外部旋流燃烧器5、内外空气分割筒9、旋流盘6以及燃油喷嘴7。
入口风道1前段为空气入口，空气从进风口2位置进入燃烧器，在内外空气分割筒9处，空气被被动分割成两股。一部分空气通过外部旋流燃烧器5进入炉膛，另一部分经过旋流盘6后参与燃烧。
阻尼管4布置于入口空气进风口2后，内外空气分割筒9和外部旋流器5之前。阻尼管作为整体焊接好后，再与入口风道外壳焊接。阻尼管4整体圆盘外径和入口风道内径一致，阻尼管4整体圆盘内径和燃油喷嘴7外壳直径一致。
在图2所示中，在入口风道1内焊接盘架11，盘架11具有配合输油管穿过的中心孔12，设置沿中心孔12向外径向辐射分布的隔板14，将盘架11划分为若干等分扇区13，阻尼管10分布在中心孔和各扇区内。阻尼管4由34mm和60mm两种不同直径的阻尼圆管10不规则分布填充并焊接在外部风道和内部风道里。阻尼管长度为100mm至400mm不等，其中较长的阻尼管伸入内部风道，较短的阻尼管位于外部旋流器5前。阻尼管圆盘的孔隙率通过下式计算：
σ＝4Na2/D2
其中，a为管半径，D为圆盘直径，本实例中阻尼圆盘孔隙率约为0.5。阻尼管孔隙率代表了了阻尼管圆盘表面的几何结构，将会影响阻尼管的吸声性能。
阻尼管4采用多空介质吸声原理，当声波入射到阻尼圆管表面时一部分声波被反射，另一部分声波进入阻尼管内部，空气在其中的运动会产生粘滞和摩擦，声能逐渐转变成热能耗散掉。这相当于在燃烧器入口风道布置了声学阻尼器，减缓炉膛的压力波动对于燃烧器入口空气波动的影响。
声能吸收公式为：
其中KR为瑞利声导，KR＝2a(γ-iσ)，γ-iσ为和入口流场参数有关的贝塞尔函数，a为管半径，d为圆管之间的相对距离。本实例中声能吸收频率为小于100Hz的低频振荡。
燃油喷嘴7位于燃烧器出口平面，通过输油管3连接到燃烧器外部。
在图3所示中，旋流盘6和燃油雾化喷嘴7同轴，位于燃烧器出口平面。旋流盘和燃油喷嘴外壳通过可调节轴向位移的调节位置孔15连接。可调节位置的旋流盘6通过与不同位置的调节位置孔15配合，来实现轴向的位移。轴向可移动位移由位置孔的总长来确定，位移间隔由位移孔间隔来确定，在本实例中可调节的位移距离距燃烧器出口平面0-50mm。
燃烧器热声耦合通过瑞利准则判据来判断，公式如下：
其中：q(t)是热波动，p′(t)是压力波动，当压力和热释放率处于同相位时积分大于零，燃烧器易发生振动。
以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种带声学阻尼管和位置可调旋流盘的喷雾旋流燃烧器，其特征在于：包括入口风道，伸入所述入口风道内的输油管，设置在输油管端部的燃油喷嘴，位于在所述入口风道的风道前段的进风口，安装在入口风道的风道后段内的内外空气分割筒，以及设置在内外空气分割筒和入口风道间的外部旋流器；
在所述燃油喷嘴外安装有轴向位置可调的旋流盘；
所述的内外空气分割筒将进风口通入的空气分为两部分，一部分空气经过外部旋流器进入锅炉燃烧室，另一部分与燃油喷嘴的燃料混合发生燃烧；
在所述的外部旋流燃烧器和进风口间的入口风道内安装有阻尼管，用于吸收燃烧器内的声能。
2.如权利要求1所述的喷雾旋流燃烧器，其特征在于：具有固定在所述入口风道内并用于安装所述阻尼管的盘架。
3.如权利要求2所述的喷雾旋流燃烧器，其特征在于：所述的盘架具有配合输油管穿过的中心孔，沿所述中心孔向外径向辐射分布的隔板，所述隔板用于将盘架划分为若干等分扇区；
所述的阻尼管分布在中心孔和各扇区内。
4.如权利要求3所述的喷雾旋流燃烧器，其特征在于：所述的阻尼管至少具有两种不同口径。
5.如权利要求4所述的喷雾旋流燃烧器，其特征在于：所述阻尼管的直径为34mm和60mm，且盘架的各扇区内的阻尼管排列一致。
6.如权利要求3所述的喷雾旋流燃烧器，其特征在于：位于所述盘架中部区域的阻尼管的端部伸入内外空气分割筒内。
7.如权利要求6所述的喷雾旋流燃烧器，其特征在于：所述阻尼管的长度为100mm～400mm。
8.如权利要求1所述的喷雾旋流燃烧器，其特征在于：所述燃油喷嘴的外壳设有用于轴向调节旋流盘位置的位移孔。
9.如权利要求8所述的喷雾旋流燃烧器，其特征在于：所述旋流盘的可调位置在距离喷雾旋流燃烧器的出口平面0～50mm处。
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