CN100366979C - 工业燃烧器 - Google Patents

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Abstract

一种工业燃烧器组件(10)，其特征在于一具有燃料入口(58)和纵向轴线B的歧管(56)，和多个围绕纵向轴线B径向定位的细长燃烧器(12)，使燃料喷射口(42)与歧管(56)和燃料入口(58)连通，其中每个细长的燃烧器(12)包括一具有纵向轴线的外混合管(14)，一在外混合管(14)中同轴定位的内混合管(16)，从而在内混合管和外混合管之间形成一环形空间(18)，内混合管(16)具有一形成用于气流通过燃烧器组件(10)的通道(40)的内表面(16b)和在内混合管(16)中形成的多个小孔(20)，从而允许将燃料从环形空间(18)引入气流通道(40)，在燃烧之前在燃烧器组件(10)中提供空气和燃料的有效混合。

Description

工业燃烧器
发明领域
本发明涉及燃烧技术领域，更特别地，涉及用于混合燃气和空气并形成在工业锅炉和加热器中使用的火焰的燃烧器。
发明背景
工业锅炉和加热器的有效且经济的操作要求所用的燃烧器不仅提供需要的热水平，而且使用尽可能少的燃料和过量空气。如果在燃烧之前由于燃料和空气的不良混合而导致燃烧器没有有效地燃烧，那么燃烧将是不完全的，并且将导致燃料浪费和不需要的一氧化碳产物。空气通过工业燃烧器的速度可增加紊流度，这有助于适当地混合燃气和空气，从而允许完全燃烧。然而，更高水平的过量空气会减小锅炉或加热器的传热效率，导致燃料消耗的增加。因此，目前还没有获得一种最佳的燃烧器设计，其不仅能够适当地以最小可能的气流混合用于完全燃烧的空气和燃料，而且具有能够经济地制造、装配并在工业锅炉和工业加热器等类似装置中使用的优点。需要的是一种改进的工业燃烧器组件，其克服了现有技术的局限。
发明概述
本发明的一个目的是提供一种改进的在工业锅炉和加热器中使用的燃烧器组件。
本发明的另一个目的是提供一种燃烧器，使得天然气和其它气体燃料在燃烧前更充分地混合，从而减少过量空气的要求以及提高工业锅炉和加热器的燃料效率。
本发明的另一个目的是提供一种工业燃烧器组件，其可以比常规的工业燃烧器更加完全地燃烧天然气和其它气体燃料。
本发明的又一个目的是提供一种工业燃烧器，其可以容易和廉价地制造和装配。
通过使用工业燃烧器组件可以实现本发明的这些和其它目的，该燃烧器组件用于混合燃气和空气并形成在工业锅炉、工业加热器等类似装置中使用的火焰。本发明包括一个或多个细长的燃烧器，其包括一具有纵向轴线的圆筒形外混合管和一内混合管，内混合管与外混合管中的纵向轴线同轴定位，以便在它们之间形成一环形空间。本发明的内混合管具有一限定穿过燃烧器的气流通道的内表面，和多个小孔，通过该小孔可以将燃料如天然气从环形空间引入到流道。在优选实施例中，使小孔成切线地角度以便使流过通道的空气和燃料形成涡旋，从而在燃烧之前增强燃料和空气的混合。
本发明还提供一种与环形空间连通用于向其提供燃料的燃料喷射口。从该环形空间，燃料经过内混合管的小孔流入流道，在此与空气混合。本发明还包括一连接在中心布置的内混合管的进口上的涡旋盘，以便使流动经过通道的空气形成涡旋。优选实施例包括四个细长的燃烧器，其围绕中心布置的、与细长燃烧器的燃料喷射口连通的岐管径向定位。
通过下面详细说明的本发明的优选实施例，本发明的这些和其它目的和优点将是显然的。
附图简述
在构成本公开内容的一部分的附图中描述了包含本发明特征的工业燃烧器组件，其中：
图1是本发明优选实施例的透视图；
图2是本发明的单个燃烧器实施例的正视图；
图3如图2中所示的本发明的单个燃烧器沿线3-3的截面图；
图4是本发明的单个燃烧器实施例的分解透视图；
图5A是涡旋盘的实施例的顶部平面图；
图5B是另一个涡旋盘的实施例的顶部平面图；
图6如图5A所示的涡旋盘沿线6-6的截面图；
图7是本发明优选实施例的正视图；
图8是如图7所示的本发明优选实施例沿线8-8的截面图；
图9是本发明优选实施例的分解透视图。
实施本发明的最佳方案
为了更加完全地理解本发明，参考图1-9，可以看出本发明谋求一种工业燃烧器组件10，用于混合燃气和空气并形成在工业锅炉、工业加热器等类似装置中使用的火焰。参考图2-4，本发明包括至少一个细长的燃烧器12，其包括一具有纵向轴线的圆筒形外混合管14，该轴线在图2和3中用字母A显示。本发明还包括一内混合管16，其围绕至少部分在外混合管14中的纵向轴线同轴定位，以便在它们之间形成一环形空间18。该环形空间18具有一前端18a和一后端18c，如图3所示。
本发明的内混合管16具有一限定了穿过燃烧器12的至少部分气流通道40的内表面16b，以及多个小孔20，通过这些小孔可以将气体燃料从外接内混合管16的环形空间18引入到流道40。在优选实施例中，使这些小孔20成切线角度，以便使流过通道40的空气形成涡旋，从而当喷出气流通道40和燃烧器12时在燃烧之前增强燃料和空气的混合。小孔20允许燃气从环形空间18流入到流道40，并成一角度使得如图2和3所示的空气/燃气混合物形成涡旋。应该指出，附图用具有通常为白色的前三角形箭头表示空气流，燃气流用具有加深颜色的前三角形表示。
在如图3和4所示的本发明的实施例中，燃烧器还包括一第一密封装置，用于密封环形空间18的前端18a。在优选实施例中，第一密封装置包括一出口环形构件22，其包括一限定了一个中心布置的开口24的内表面22a，和一后表面22b，围绕开口24中心布置一第一支座部分26与内混合管16的前端16a密封啮合。还有一第二支座部分28，其与外混合管14的前端14a密封啮合。在优选实施例中，第一支座部分26和第二支座部分28包括第一和第二凹座，其可滑动地容纳外混合管14和内混合管16的前端14a、16a。在第一和第二支座部分26、28中间的出口环形构件22的后表面22b的一部分形成环形空间18的前缘。
本发明还包括一第二密封装置，用于密封环形空间18的后端18c。在优选实施例中，第二密封装置包括一入口环形构件32，其包括一限定了一个中心布置的开口34的圆筒形内表面32a，和一前表面32b，一第一支座部分36与内混合管16的后端16c密封啮合。还有一第二支座部分38，其与外混合管14的后端14c密封啮合。参考图3应该理解，入口环形构件22、内混合管16和出口环形构件32的内表面22a、16b、32a排列成形成用于从其通过的气流的圆筒形通道40。可以设想在不脱离本发明的精神的条件下，第一和第二密封装置可以采取其它形式，例如但不限于一个或两个与内混合管16和外混合管14一体的密封装置。
本发明还提供一与环形空间18连通用于向其提供燃料的燃料喷射口42。从环形空间18，燃料通过内混合管的小孔20流入流道40，在此与空气混合。如前面所指出的，使小孔20成切线地角度，以便使流过流道40的空气和燃料形成涡旋效应，从而允许燃气/空气混合物更有效地燃烧，由此减少气体用量和提高效率。
如图1、2和4所示，更详细地如图5A、5B和6所示，本发明包括一涡旋盘44和一装置，该装置用于将涡旋盘44固定在燃烧器组件10上合适的位置，以便使流过通道40的空气形成涡旋。在优选实施例中，涡旋盘44在中心布置的开口34上与入口环形构件32的后表面32b固定地连接，以便使流过通道40的空气形成涡旋。正如在图5A和5B中显示的不同尺寸的涡旋盘，可以理解本发明谋求各种尺寸的涡旋盘44，其用于控制通过通道40的气流量。尽管可以设想在本发明中利用各种结构的涡旋盘44，但是本发明的优选实施例使用了具有在图5A、5B和6中示出结构的涡旋盘44。这种结构的涡旋盘44具有一平面部分45和一对倾斜的翅片46，该翅片从涡旋盘44的平面部分45的相对侧向下延伸。更加特别地，在本发明中涡旋盘44的优选实施例具有一通常为圆形的中心部45a和一对相对的通常为V形的从中心部向外延伸的臂部45b。可以看出，优选实施例的涡旋盘44的平面部分45具有一通常为螺旋桨的形状。如图2和3所示，通过在小孔20中设置的切线角度进一步增强通过通道40的空气涡旋。因此，由于沿其可形成小孔20的轴线，燃气将从环形空间18以切线角度进入通道40，并增强流过通道40的空气涡旋。
本发明还包括用于固定内混合管16和外混合管14与入口环形构件32和出口环形构件22啮合的装置。在优选实施例中，用于固定的装置包括一对布置在内混合管16和外混合管14之间的连接杆48。每个杆48具有一第一端部，其穿过一对在出口环形构件22中形成的孔50中的一个，该孔50介于第一支座部分26和第二支座部分28之间。同样，每个杆48具有一第二端部，其穿过一对在入口环形构件32中形成的孔50中的一个，该孔50介于第一支座部分36和第二支座部分38之间。连接杆48的每个端部可螺纹地容纳一紧固件52。
如图3所示，在优选实施例中，工业燃烧器12具有一内混合管16，其比相应的外混合管14更长。为此，入口环形构件32的第二支座部分38相对于如字母A所显示的纵向轴线定位在入口环形构件32的第一支座部分36的前面。对于该实施例，燃料喷射口42通过一在内混合管16和入口环形构件32之间形成的空腔54与环形空间18连通。图4中以透视图和图3中以侧面正视图示出了该空腔54。可以理解，在不脱离本发明的精神的条件下，这里描述的工业燃烧器组件理解，在不脱离本发明的精神的条件下，这里描述的工业燃烧器组件12还可以具有一其长度与外混合管14相同的内混合管16。在这种情况中，燃料喷射口42将通过在外混合管14中形成的小孔(未示出)与环形空间18连通。
尽管本发明的实施例提供了仅仅使用单个细长的燃烧器12，但是本发明的优选实施例可以使用多于一个的细长燃烧器12。如图1和7-9所示，优选实施例使用了四个细长的燃烧器12。该优选实施例包括多个以前面描述的方式起作用的细长燃烧器12，但是该优选实施例使用了一歧管56，其具有一燃料入口58和一在图7和8中用字母B显示的纵向轴线。该优选实施例包括四个围绕纵向轴线B径向定位的细长燃烧器12，该纵向轴线具有与歧管56连通的每个燃烧器12的燃料喷射口42，还包括一框架构件60，它与四个细长燃烧器12的出口环形构件22固定连接。正如在图7中所看到的，优选实施例的四个燃烧器12关于用字母C显示的水平面对称地定位，该水平面穿过歧管56的纵向轴线B。优选实施例的燃烧器12还关于图7中用字母D显示的垂直面对称，该垂直面穿过歧管56的纵向轴线B。
为了更加完全地理解本发明的优选实施例，现在主要参考图1、7、8和9作为实例描述本发明的优选实施例，其说明了本发明，其中公开了一种用于工业锅炉等类似装置的燃烧器。转到图1，其中示出的是作为工业燃烧器组件10的本发明，其具有一显示了向内的气流的入口58。该燃气从分配歧管56的入口部分58流入，其中使气体径向地分配给多个细长的燃烧器12。歧管56还可以用作入口环形构件32的支撑框架。本发明可以包括一个细长的燃烧器12或多个细长的燃烧器12，在本发明中其可以径向地间隔开。每个细长的燃烧器12都具有其自己的用于提供燃气的燃料喷射口42、其自己的用于使气流开始穿过每个燃烧器12的通道40的开口34、以及其自己的用于空气和燃气混合物排出燃烧器12的开口24，该开口也可以描述为火焰出口。此外围绕火焰端附近的燃烧器12布置的是一框架构件60，其与出口环形构件22固定连接并给燃烧器12增加支撑。
应该理解，示出的本发明的形式是其优选的实施例，在不脱离本发明的精神或不脱离在下面权利要求中限定的范围的条件下，可以在其中进行各种变化和修改。

Claims (24)

1.一种工业燃烧器组件(10)，包括至少一个细长的燃烧器(12)，其中每个所述至少一个细长的燃烧器(12)的特征在于包括：
一具有纵向轴线的外混合管(14)；
一内混合管(16)，围绕所述外混合管(14)中的纵向轴线A同轴定位，在它们之间形成一环形空间(18)，所述内混合管(16)具有一内表面(16b)和多个小孔(20)；
一出口环形构件(22)，其具有一限定了一个中心布置的开口(24)的内表面(22a)和一后表面(22b)，一第一支座部分(26)与所述内混合管(16)的前端(16a)密封啮合，以及一第二支座部分(28)与所述外混合管(14)的前端(14a)密封啮合；以及
一入口环形构件(32)，其具有：一限定了一个中心布置的开口(34)的内表面(32a)、一后表面(32b)、一前表面(32c)，一第一支座部分(36)与所述内混合管(16)的后端(16c)密封啮合，以及一第二支座部分(38)与所述外混合管(14)的后端(14c)密封啮合；所述入口环形构件(22)、所述内混合管(16)和所述出口环形构件(32)的所述内表面(22a)、(16b)、(32a)排列成形成用于从其通过的气流的圆筒形通道(40)；以及一喷射口(42)与所述环形空间(18)连通，
其中所述喷射口(42)与一燃料源连通，使得所述燃料通过所述环形空间(18)和所述小孔(20)流入所述通道(40)，与流入所述通道(40)的空气相互混合，
所述燃烧器组件(10)还包括一歧管(56)连接于所述喷射口(42)和燃料源之间，所述至少一个细长燃烧器连接在该歧管(56)上。
2.如权利要求1所述的工业燃烧器组件(10)，其中所述至少一个细长的燃烧器(12)还包括一涡旋盘(44)，其在所述中心布置的开口(34)上与所述入口环形构件(32)的所述后表面(32b)连接，以便使流过通道(40)的空气形成涡旋。
3.如权利要求2所述的工业燃烧器组件(10)，其中所述涡旋盘(44)尺寸形成为控制通过所述通道(40)的气流量。
4.如权利要求2所述的工业燃烧器组件(10)，其中所述涡旋盘(44)具有一平面部分(45)和一对倾斜的翅片部分(46)，该翅片从所述平面部分(45)的相对侧向空气流上游方向延伸。
5.如权利要求4所述的工业燃烧器组件(10)，其中所述涡旋盘(44)具有一为圆形的中心部(45a)和一对相对的为V形的从中心部向外延伸的臂部(45b)。
6.如权利要求2所述的工业燃烧器组件(10)，其中使所述小孔(20)成切线角度以便增强通过所述通道(40)的空气涡旋。
7.如权利要求1所述的工业燃烧器组件(10)，其中所述第一支座部分(26)包括一第一凹座，其用于可滑动地容纳所述内混合管(16)的所述前端(16a)。
8.如权利要求4所述的工业燃烧器组件(10)，其中所述第二支座部分(28)包括一第二凹座，其用于可滑动地容纳外混合管(14)的所述前端(14a)。
9.如权利要求1所述的工业燃烧器组件(10)，其中所述至少一个细长的燃烧器(12)还包括用于固定所述内混合管(16)和所述外混合管(14)与所述入口环形构件(32)和所述出口环形构件(22)啮合的装置。
10.如权利要求9所述的工业燃烧器组件(10)，其中所述用于固定的装置包括一对布置在所述内混合管(16)和所述外混合管(14)之间的连接杆(48)，每个所述杆(48)具有一第一端部，其穿过一对在所述入口环形构件(32)中形成的孔(50)中的一个，该孔(50)介于所述第一支座部分(36)和所述第二支座部分(38)之间，以及每个所述杆(48)具有一第二端部，其穿过一对在所述出口环形构件(22)中形成的孔(50)中的一个，该孔(50)介于第一支座部分(26)和第二支座部分(28)之间，每个所述第一端部和所述第二端部通过螺纹地容纳一紧固件(52)。
11.如权利要求2所述的工业燃烧器组件(10)，其中所述内混合管(16)比所述外混合管(14)更长，所述入口环形构件(32)的所述第二支座部分(38)相对于所述纵向轴线A定位在所述入口环形构件(32)的所述第一支座部分(36)的前面，以及，所述燃料喷射口(42)通过一在所述内混合管(16)和所述入口环形构件(32)之间形成的空腔(54)与所述环形空间(18)连通。
12.如权利要求2所述的工业燃烧器组件(10)，其中所述内混合管(16)与所述外混合管(14)长度相同，所述燃料喷射口(42)通过在所述外混合管(14)中形成的小孔与所述环形空间(18)连通。
13.如权利要求2所述的工业燃烧器组件(10)，其中所燃烧器组件(10)还包括一燃料入口(58)和具有纵向轴线B的歧管(56)连接、至少四个围绕歧管纵向轴线B径向定位的细长燃烧器(12)，使每个所述燃烧器(12)的所述燃料喷射口(42)与所述歧管(56)连通，还包括一框架构件(60)，它与所述至少四个细长燃烧器(12)的出口环形构件(22)连接。
14.如权利要求13所述的工业燃烧器组件(10)，其中所述至少四个燃烧器(12)关于水平面C对称地定位，该水平面穿过所述歧管(56)的所述纵向轴线B。
15.如权利要求13所述的工业燃烧器组件(10)，其中所述至少四个燃烧器(12)关于垂直面D对称地定位，该垂直面穿过所述歧管(56)的所述纵向轴线B。
16.一种工业燃烧器组件(10)，其特征在于至少一个细长的燃烧器(12)，其中每个所述至少一个细长的燃烧器(12)的特征在于：
一内混合管(16)，其具有一前端(16a)、一后端(16c)、一纵向轴线、一限定了用于气流从其通过的内表面(16b)，以及多个在所述内表面(16b)中形成的小孔(20)，
一外混合管(14)，其围绕所述纵向轴线同轴定位，以便在所述内混合管(16)和所述外混合管(14)之间形成一环形空间(18)，所述外混合管(14)和所述环形空间(18)分别具有一前端(14a)、(18a)和一后端(14c)、(18c)，
第一密封装置，用于密封所述环形空间(18)的所述前端(18a)，第二密封装置，用于密封所述环形空间(18)的所述后端(18c)，一与所述环形空间(18)连通的喷射口(42)，
其中所述喷射口(42)与一燃料源连通，使得所述燃料通过所述环形空间(18)和所述小孔(20)流入所述通道(40)，与流入所述通道(40)的空气相互混合，
所述燃烧器组件(10)还包括一歧管(56)连接于所述喷射口(42)和燃料源之间，所述至少一个细长燃烧器连接在该歧管(56)上。
17.如权利要求16所述的工业燃烧器组件(10)，其中所述燃烧器组件(10)还包括一涡旋盘(44)和一装置，该装置用于将所述涡旋盘(44)固定在所述燃烧器组件(10)上，以便使流过所述通道(40)的空气形成涡旋。
18.如权利要求17所述的工业燃烧器组件(10)，其中所述涡旋盘(44)控制通过所述通道(40)的气流量。
19.如权利要求17所述的工业燃烧器组件(10)，其中所述涡旋盘(44)具有一平面部分(45)和一对倾斜的翅片部分(46)，该翅片从所述平面部分(45)的相对侧向下延伸。
20.如权利要求19所述的工业燃烧器组件(10)，其中所述涡旋盘(44)具有一为圆形的中心部(45a)和一对相对的为V形的从中心部向外延伸的臂部(45b)。
21.如权利要求16所述的工业燃烧器组件(10)，其中使所述小孔(20)成切线角度以便增强通过所述通道(40)的空气涡旋。
22.如权利要求16所述的工业燃烧器组件(10)，其中所燃烧器组件(10)还包括一燃料入口(58)和具有纵向轴线B的歧管(56)连接、至少四个围绕歧管纵向轴线B径向定位的细长燃烧器(12)，使每个所述至少四个燃烧器(12)的所述燃料喷射口(42)与所述歧管(56)连通。
23.如权利要求22所述的工业燃烧器组件(10)，其中所述至少四个燃烧器(12)关于水平面C对称地定位，该水平面穿过所述歧管(56)的所述纵向轴线B。
24.如权利要求22所述的工业燃烧器组件(10)，其中所述至少四个燃烧器(12)关于垂直面D对称地定位，该垂直面穿过所述歧管(56)的所述纵向轴线B。
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