CN1004101B

CN1004101B - 燃烧室

Info

Publication number: CN1004101B
Application number: CN86104491.6A
Authority: CN
Inventors: 秋山铁夫; 有田彩司
Original assignee: Chugai Ro Co Ltd
Current assignee: Chugai Ro Co Ltd
Priority date: 1985-06-28
Filing date: 1986-06-28
Publication date: 1989-05-03
Also published as: JPH023087B2; US4657504A; JPS625012A; CN86104491A; CA1256790A; KR870000548A; KR900000949B1

Abstract

一种燃烧室组件，其中燃烧空气和燃料气体由压力均衡控制装置控制，该组件包括有设置在燃料气体供应管外周的一个内筒体和一个燃烧空气预热通道，在燃料气体供应管外周形成的一个环形空间通过内筒体上的至少一个孔眼与预热通道连通，在邻近预热通道的地方设置一个带有废气抽吸装置的废气通道。

Description

燃烧室

本发明基本上涉及的是一种燃烧室，特别涉及一种利用排放的废气的热量对燃烧空气和燃料气体进行预热的燃烧室组件。

在公知的燃烧室组件中，燃烧空气和燃料气体的压力通过一平衡阀达到均衡。

另一方面，为了节省能源，近期的发展趋势是使用废气的热量预先对燃烧空气加热。

但是，在使用压力平衡控制的现有技术燃烧室组件中已发现，当燃烧空气被预热后，燃烧空气的膨胀将伴随着其压力的增加，进而导致燃烧气体压力的增加。其结果是使空气比值显著变化，造成碳黑析出，使燃烧率下降，如在美国专利4392818和3852022中所述的那样。

由前述可见，在控制燃烧空气和燃料气体压力以使它们相互均衡的现有技术燃烧室组件中，其问题是燃料气体供应管路和燃烧空气供应管路都须使用特别设计的、昂贵的调整装置，以便调整空气的比值。

本发明的思想是基于这样一个基础，即发现现有技术的燃烧室组件所存在的问题是只采用了废气的热量对燃烧空气进行预热。

因此，本发明的主要目的是提出一个改进了的燃烧室组件，通过利用废气的热量，在燃烧空气和燃料气体相互混合产生空气-燃料混合物之前，对二者都进行预热，并使空气-燃料比的变化保持最小值。

为此，按照本发明的这种燃烧室组件，它包括：

一根用于供应燃料气体的气体供应管;

一个供应燃烧空气使它与燃料气体混合的燃烧空气预热通道装置。

一个和该燃烧空气预热通道装置进行热交换的废气通道装置;

本发明的特征在于还包括一个环绕气体供应管的内筒体，因此在气体供应管和内筒体之间形成一环形空间，该内筒体上至少有一个孔眼;

该燃烧空气预热通道装置被布置在该内筒体的外部，并通过上述的孔眼与该环形空间连通;

因此，燃烧空气通过该燃烧空气预热通道装置时，被通过该废气通道装置的该废气所预热，这样被加热的燃烧空气，通过该内筒体上的该至少一个孔眼，来加热通过该燃料气体供应管的燃料气体，因而增加了燃料气体的压力，它和该废气通道装置的该狭窄的内壁所产生的背压相结合，使由于加热燃烧空气而造成的空气-燃烧比的变化保持在最小值。

利用本发明的结构，由于温度的影响而造成的压力损失可增加以降低燃料气体的质量流量，从而可以把空气-燃料的混合比保持在一个常数上。

本发明的这一目的以及其它目的和特征通过参照附图和最佳实施方案的描述将会更加明显，其中：

图1是本发明的燃烧室组件的纵向剖面示意图;

图2是燃烧室组件中的燃烧空气和燃料气体的压力均衡控制原理图;

图3是表示燃烧空气温度和炉温之间相互关系的曲线图;

图4是表示压力差和预热后的燃烧空气温度之间相互关系的曲线图;

图5是表示燃料气体压力和预热后的燃烧空气温度之间相互关系的曲线图;

图6是表示气体的质量流量和燃料气体的压力之间相互关系的曲线图;

图7是表示空气比值和炉内温度之间相互关系的曲线图;

图8是类似于图1，表示本发明的另一最佳实施方案;

图9是一放大的局部横剖面图，表示图8的燃烧室内部;

图10是沿图9中Ⅹ-Ⅹ线所取的断面图;

图11是燃烧室的一个局部纵剖面图，表示产生短火焰的喷嘴的一个位置;

图12类似于图11，是喷嘴所处位置的放大图;

图13类似于图11，表示喷嘴所处的另一位置，在此位置产生长火焰;

图14类似于图13，是喷嘴所处的另一位置的放大图。

首先参看图1，参考标号1和2分别表示燃烧室瓦管和设置在瓦管1外端的燃烧室组件T的燃烧室壳体2，二者装在炉腔结构A中。燃烧室壳体2支承一个气体供应管5，管5从外面伸进燃烧室壳体2中，管5有一个形成气体供应喷嘴6的内端，燃烧室壳体2内还装有一内筒体7，该内筒体环绕在气体供应管5的外部，从而在管5和筒体7之间限定一个环形空间8。如图所示，筒体7远离气体供应喷嘴6的一端由壳体2的壁板封闭，而靠近喷嘴6的另一端开启并与喷嘴6同轴，在所说筒体7的大至中段部分有一排周向孔眼9。

燃烧室壳体2上形成一个燃烧空气供应部分4，该供应部分与预热通道3连通，通道3在壳体2和筒体7的外部之间形成，燃烧空气流过该通道并被预热，其被预热的方式通过参看下面的描述将显而易见。

参考标号10代表一个环形废气管道，它包括内壁10a和外壁10b，在10a和10b之间形成废气通路11，该废气管道10环绕在筒体7外部并与其同轴。废气管道10一部分在燃烧室壳体2中延伸，一部分在燃烧室瓦管1中延伸，外壁10b紧固在燃烧室瓦管1上并由其保持在位，而内壁10a固定在燃烧腔结构14的颈部15上，燃烧腔结构14中成形一个燃烧腔16。内壁10a和外壁10b在远离燃烧腔结构14的一端相互连接，由此使环形废气通路11在远离结构14的一端封闭，而在另一端开启，从而在燃烧室瓦管1和结构14之间形成一环形废气部分17。用于排放废气的排放管12与环形废气通路11连通，管12垂直于环形废气通路11的纵向轴线向上突出，所说的排放管12内有一喷射器13，它在排放管12内向上喷射空气，以便把炉内的高温废气带出。

燃烧室组件T有一混合腔18，它由内壁10a和气体供应喷嘴6的前部在靠近内壁10a和结构14之间的接头处形成，混合腔18一方面与气体供应管5和环形空间8连通，另一方面通过颈部15与燃烧腔16连通。

压力均衡系统，即用于均衡燃料气体和燃烧空气压力的控制系统，将在下面参照图2进行描述。

燃料气体通过一燃料供应管路P₁送入到燃烧室组件T的气体供应管5，燃料输送管路上有一减压阀V₁，压力均衡阀V₂和调节阀V₃也都设置在其上，另一方面，燃烧空气通过一空气供应管路P₂送入到空气供应部分4，空气由一鼓风机20通过一压力调节器21打入，在空气供应管路P₂上还设置有一个与炉温调节装置22协调相连的控制阀V₄和一个调节阀V₅空气供应管路P₂上的压力调节器21和控制阀V₄之间的一部分通过一旁路P₃与喷射器13连通，以便向喷射器13供应压缩空气。

压力均衡阀V₂是一压力敏感式的，因此，该阀V₂的开度能根据处在控制阀V₄下游的空气供应管路P₂的部分流动燃烧空气的压力自动调节，所说的下游是相应于燃烧空气向空气供应部分4的流动方向而言的。

下面将描述包括图2所示流程图的燃烧室组件的工作过程通过气体供应管5送入管路的燃烧气体从喷嘴6通过混合腔18和颈部15喷向燃烧腔16。燃烧气体喷出喷嘴6后，在混合腔18中与燃烧空气混合，燃烧空气一部分是通过预热通道3送入的，一部分是通过环形空间8送入的，合成的空气-燃料混合物在燃烧腔16中燃烧。另一方面，空气-燃料混合物在炉内燃烧产生了废气，这些废气由排放管12的作用通过废气管道10排向外面。

当废气流过废气管道10时，管道10可作为一个热交换器对流过预热通道3的燃烧空气进行加热。筒体7的壁上形成的孔眼9使得被预热的一部分燃烧空气流入气体供应管5的管壁外的环形空间8中;从而流过管5的燃料气体可被环绕气体供应管5的环形空间8中流动的预热燃烧空气加热。在气体供应管5中流动的燃料气体与在环形空间8中流动的预热燃烧空气进行热交换而被加热，这一措施的优点在于：O由于气体供应管5中燃料气体的压力增加是由于被预热的燃料气体热膨胀的结果，压力均衡阀V₂的开度不会有很大变化。

与现有技术相比，按照这一措施，由于预热的燃烧空气热膨胀的结果，使得控制阀V₄下游的燃烧空气的压力增加，从而使压力均衡阀V₂的开度相应于燃料气体的压力增加，其结果是增大到使空气比值产生变化的程度。

应当注意到，如果与燃烧腔16连通的混合腔18的开度被图示实施方案中使用的颈部15扼制或收紧，混合腔18中的压力就可作为燃料气体的背压，从而使空气比值的变化显著减小。

如前所述，根据本发明，回收热量式燃烧室是这样一种结构，它的气体供应管和喷嘴被回流换热器内筒体环绕，而内筒体又被回流换热器的壁环绕，从而有利于燃烧空气和经排放管从炉体中排出的高温废气之间进行热交换，同时，该燃烧室使用所谓的压力均衡控制系统，其中压力均衡阀装在气体供应管前方的气体供应管线上，从而控制电机可响应来自温度调节装置的信号而启动，以便调节控制阀使燃烧空气的压力P_a产生变化，并也使燃烧空气能调节气体供应管线上的压力均衡阀。因此，利用此系统，假定燃烧空气和燃料气体二者均没有温度变化，则燃料气体的质量流量按照下列公式变化

Pg_z-P_F＝K×（P_b-P_F）

其中P_g2代表燃料气体在燃烧室组件进口时的压力，Pb代表燃烧空气处在燃烧室组件进口时的压力，K代表一常数。

为了简化，让我们假定炉内的温度上升，而加在燃烧室组件上的负载是一定的。那么，如图3所示，炉体进口处的温度y越高，预热的燃烧空气的温度H也越高，因此，如图4和图5所示，由于两气体压力P_g1和P_g2上升的结果，使得气体的压力差（P_b-P_F）也上升。压力P_g2的增加使气体质量流量增加，如图6所示，结果使空气-燃料的混合比产生变化，以致于产生黑烟和导致不必要的能量损耗。

然而，根据本发明，喷嘴设置在颈部X的上游，从而颈部区域的气压差可作为燃料气体流动的“背压”。此外，内筒体上形成一个或多个孔眼，使得一部分预热的燃烧空气能够进入到环绕气体供应管的环形空间内，从而使流动的燃料气体也得到预热。因此，如图6所示，对于在燃烧室组件进口X处的气体压力P_g2的给定变化量值，本发明的燃烧室组件的颈部所呈现的阻力是较高的，所以，在本发明的燃烧室组件中的气体质量流量Q的变化小于现有技术的燃烧室组件，即使是气体压力的增加与无颈部的燃烧室组件相比处在一样的情况下也是如此。因此，按照本发明，空气比值的偏差即可减小，这是十分有利的。

图7示出了空气-燃料的混合比ε相对炉温Z的变化情况，其中虚线代表无温度调整的现有技术燃烧室组件的压力均衡系统的变化情况，而实线代表无温度调整的本发明的燃烧室组件的压力均衡系统的变化情况。从图中可以看出，在本发明的燃烧室组件中，空气-燃料的混合比ε相对炉温的变化基本保持恒定。

下面将特别参照图8至14描述本发明的另一个实施方案。但是，为了简便起见，在图8至14中示出的与图1至7相同的部分采用与图1至7中相同的标号表示。

首先参照图8，向燃烧室组件供应的燃烧空气被燃烧室组件中的热交换器加热，该热交换器从废气中吸取热量。预热的燃烧空气在颈部15与燃料气体混合以产生向炉内伸展的火焰。在炉内产生的废气由排放管12的作用被带到热交换器。为了缩小热交换器的外部尺寸，热交换器的传热部分，即内壁10a做成如传统使用的波纹状30，以便增加总的表面面积，同时，在波纹壁30的谷部区域设置湍流促进器31和32以利于流体的流动，并且也增加了传热速度。如图9和10所示，湍流促进器31和32分别用钢棒盘绕成线圈状，它们分别在波纹壁30的径向外部和内部环绕，从而湍流促进器31和32分别暴露在废气流中和预热的燃烧空气流中。正如图10所示，在分别形成湍流促进器31和32的螺旋钢棒相对废气或预热燃烧空气的流动方向的下游匝，形成了紊乱的涡流，以利于废气流和燃烧空气流轴向通过波纹壁30的谷部区域。湍流热传导速度可增至35～50千卡/小时.度（kcal/mHr℃），而裸筒体的热传导速度只能达到15～25千卡/小时。度（kcal/mHr℃）。由于上述的作用，回流换热器的尺寸上可做得较紧凑。

利用图8所示的结构，燃烧腔16所产生的火焰的长度可以调节。为达到此目的，带喷嘴6的气体供应管5，其靠近混合腔18的自由端的支承允许供应管5可轴向移动，其位置可通过转动螺栓41调节压缩弹簧40的长度而进行调节，压缩弹簧40将气体供应管5压向一个方向，比如图8所示的左方。应理解的是，除了可使用弹簧40和螺栓41组合件外，也可使用液压缸或电动机械缸，这样就可在较远的地方控制改变气体供应管5的位置和火焰的长度。正如图11和12所示，当气体供应管沿轴向缩回到使喷嘴6邻近筒体7的环形开口端时，从喷嘴6喷出的燃料气体冲击到筒体7环形开口端的周边，并迅速径向向外扩散，然后扩散的燃料气体在混合腔18内与流入的燃烧空气混合，燃烧空气是通过筒体7以及筒体7和内壁10a之间的环形管道10流入的。由此形成的空气-燃料混合物经过颈部15喷入燃烧腔，形成长度较短的火舌。

另一方面，当气体供应管5轴向向右移到另一位置，即喷嘴6向颈部15突出时，从喷嘴6喷出的燃料气体主要与筒体7跑出的燃烧空气在混合腔18中混合，但是在颈部15燃料和空气的均匀混合尚未完成时，则在燃烧腔16中形成的火焰是那种富化的空气-燃料混合物火焰，如图13和14所示，这种火焰较明亮和长。在本发明的实验中，可得到的最大火焰长度是可得到的最小火焰长度的两倍。

通过以上对本发明最佳实施方案的描述，现在可以清楚地认识到，因为燃烧空气和燃料气体都经过了预热，本发明的燃烧室组件无需使用昂贵的装置以便把燃烧空气和燃料气体之间的质量流量之比基本保持在一个常数上，只需使用低廉的压力均衡控制装置就足以有效地稳定空气比值。

虽然上面参照附图举例对本发明进行了描述，应当理解的是，那些熟悉本发明所属领域的人员还可对它作出许多变换和改进。因此，除非这些变换和改进超出了本发明的范围，否则它们都应包括在本发明的范围内。

Claims

1、一种燃烧室组件，其中燃烧空气和燃料气体通过压力均衡控制装置进行控制，该燃烧室组件包括：

一根用于供应燃料气体的气体供应管;

一个供应燃烧空气使它与燃料气体混合的燃烧空气预热通道装置;

一个和该燃烧空气预热通道装置进行热交换的废气通道装置;

因此，燃烧空气通过该燃烧空气预热通道装置时，被通过该废气通道装置的该废气所预热，这样被加热的燃烧空气，通过该内筒体上的至少一个孔眼，来加热通过该燃料气体供应管的燃料气体，因而增加了燃料气体的压力，它和该废气通道装置的该狭窄的内壁所产生的背压相结合，使由于加热燃烧空气而造成的空气-燃料比的变化保持在最小值。

2、根据权利要求1所述的燃烧室组件，其特征是还包括一个固定在炉腔结构上的燃烧室瓦管，该燃烧室瓦管有一个接纳该废气通道装置的该内壁的开口，一个形成燃烧室的结构被连接到该废气通道装置的该内壁的该狭窄端，该形成燃烧室的结构在该颈部的下游和附近形成一个燃烧室。

3、根据权利要求1所述的燃烧室组件，其特征是一个大致为圆筒形的共用的隔壁把该燃烧空气预热通道装置和该废气通道装置分隔开，该共用的壁的一部分呈波纹形，该共用壁的至少一面上设有至少一个湍流促进器。

4、根据权利要注1、2或3所述的燃烧室组件，其特征是该燃料气体供应管被可移动地支持在该内筒体中，以便该燃料气体供应喷嘴的位置可沿该燃料气体供应管的轴向作调节，有装置用来调节该燃料气体供应管和燃料气体供应喷嘴相对于该内筒体的位置。

5、根据权利要求1所述的燃烧室组件，其特征是还包括连接到该燃料气体供应管上的用来供应该燃料气体供应管中的燃料气体和对其压力进行控制的装置，以及连接到该燃烧空气预热通道装置上的用来供应该燃烧空气预热通道装置中的空气和对其压力进行控制的装置。

6、根据权利要求1所述的燃烧室组件，其特征是该内筒体朝向该混合区的一端是开口的。

7、根据权利要求1所述的燃烧室组件，其特征是该废气管道被布置在该燃烧空气预热装置中，因而燃烧空气和燃料气体由通过该废气通道的废气进行热交换而预热。