[其他]受限定腔诱导旋涡强化燃烧和稳燃新技术

说明书

本发明涉及强化燃烧与火焰稳定技术。

几十年来在航空和民用工业的燃烧装置中普遍采用了传统的强化燃烧和稳燃的方法-旋流器和钝体。这对于液体燃料和气体燃料来说是十分成功，行之有效的。但对煤粉来说，由于煤的加热，挥发份的析出，着火，燃烧要比液体和气体燃烧困难得多，因此采用传统的方法往往不能与煤粉燃烧的特点相适应。由清华大学傅维标等新发明的《大速差同向射流》强化燃烧和稳燃技术，对强化煤粉燃烧和稳燃的效果十分显著，其结构较之现有燃烧器简单得多。

其原因主要在于：对于旋流器和钝体稳燃，燃料浓度分布和温度分布匹配不良，只能依靠湍流交换的作用使燃料受到高温回流区的加热，这样的加热强度对气体，液体燃料来说是够了，但对煤粉来说是不够的。《大速差同向射流》技术利用高速射流引射，在轴线诱导出强烈的回流区，一次风中的煤粒，其小颗粒将与一次风射流中的空气一起被高速射流抽走而偏离轴线，但大部分的煤粉颗粒由于其惯性大，因此将继续作直线运动而直奔高温回流区，直接受到高温气流的包围和加热，使煤粉浓度分布与高温气流温度分布匹配良好。

《大速差同向射流》技术不足之处：只对于煤粉，以及其它重质燃料效果才显著。由于射流速度高，一部分燃料被吹走，则燃烧效率不能提高，同时火焰长，燃烧室尺寸要大。还必须消耗一定数量的高压蒸汽（或空气），一次风不能过低，大致不能低于20m/s。

本发明的思想是：直接利用一次风，靠近一侧壁具有一定的速度沿该侧壁射出，在受限空间内诱导出剧烈的旋涡而产生强烈的高温回流区。而燃料却是从对面的那一侧壁直接投入高温回流区中，根据具体情况可有一定量的补加一次风通过这侧壁射入高温回流区中，如图1所示。

本发明的技术和《大速差同向射流》技术相比，本发明的技术不要高压气体生产高速射流，只要一次风具有一定的速度，并且合理设计一次风出口横截面形状，就能得到强烈的高温回流区。由于燃料是直接投入高温回流区中，直接受到高温气流的包围和加热，使燃料浓度分布与高温气流的温度分布匹配良好，这和《大速差同向射流》技术的显著优点一样，但本发明的技术对于液体和气体等轻质燃料的燃烧也能显著地提高效果。燃料是从侧壁投入，使燃料在回流区中逆流后再顺流，则燃料在高温区停留时间长，和回流的已燃气中的剩余氧或由补加一次风射入的氧在回流区中就进行燃烧化应，这样被一次风引射的燃料温度高，瞬间就可和一次风中的氧燃烧化应，同时一次风的速度不特别高，因而整个的燃烧效率高，燃烧室长度减小，可以直接做为主燃室。可以通过调节补加一次风来，调节主燃区的位置，回流区的温度。燃料的投射口和补加一次风进口可沿侧壁开数多个，使燃料和氧均匀地分布于高温回流区中，同时由于工作状态的变化，一次风速度变化，使回流区长度变化，可通过调节每一个燃料和补加一次风进口的工作状况，使燃烧组织过程总是处于最佳状态。

本发明的技术用于轴流式燃气轮机主燃室，火焰腔为环形，它具有以上所述的本发明的技术特征和优点。如图2所示，进入燃烧室的气流分成二股，一次风和二次风。火焰腔壁板将二次风和燃烧区隔开，补加一次风则是由二次风通过火焰腔壁板射入。火焰腔壁板内有燃油流道，由于火焰腔壁板内腔面直接和高温燃气接触，温度非常高，燃油在流道内流动被加热成蒸汽射入高温回流区中，这样就不存在雾化问题，又起了冷却壁的作用。没有扩压段，燃烧室长度减短。一次风贴壁流动又起了壁面隔热作用。图2中没画出某些地方必要的冷却空气孔。

本发明是一种设计思想，对于个种不同用途的具体燃烧室，还要进一步的具体研究。例如，是否需要补加一次风，火焰腔的几何形状等等。

附图说明：

图1：〔1〕-一次风，〔2〕-补加一次风，〔3〕-燃料。

图2：〔1〕-一次风，〔2〕-火焰腔壁板，〔3〕、〔6〕、〔7〕-燃油，〔4〕-二次风，〔5〕-补加一次风。

图1，2中的黑实箭头表示流动。