CN102213418A - 一种沼气暖风机的燃烧器结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于热能动力工程中的热交换装置，一种沼气暖风机的燃烧器结构，在底座(1)由下往上依次设置沼气喷嘴装置(2)、文氏管(3)、预混器(4)和沼气烧嘴口(5),沼气进口管(24)以水平横向接入喷嘴座体(25)，风门调节器(22)安装在喷嘴座体(25)上沼气出口和文氏管(3)进口之间，文氏管(3)垂直配置，下部的小喇叭口安装罩置在喷嘴座体(25)的上表面，上部的大喇叭口与沼气烧嘴口(5)的进气口对接；沼气烧嘴口(5)的下部是扩散段(53)，上部是沼气烧嘴出口；在文氏管(3)的大喇叭口与沼气烧嘴口(5)的进气口之间配置预混器(4)，本发明可由多排所述沼气烧嘴口(5)并列排列构成大燃烧口的燃烧器。适宜农村沼气燃烧，提供了适宜于在大空间燃烧沼气取暖的燃烧器。

Description

一种沼气暖风机的燃烧器结构

 

技术领域

本发明属于热能动力工程中的热交换技术，具体是涉及一种沼气暖风机中的燃烧器装置。

背景技术

沼气燃烧，主要是沼气中的甲烷，在一定温度下与空气中的氧气发生作用，并发出大量的光和热。其反应式为：CH₄ + 2O₂ ---→ CO₂ + 2H₂0 + 热量，沼气中的其它成分，如一氧化碳、氢气、硫化氢等气体，在空气中也可以燃烧，但因含量低，在燃烧中不起主要作用。沼气燃烧应具备以下条件：⒈沼气中的可燃成分与空气中的氧气按一定比例混合并达到着火点（650～750℃）。⒉沼气能连续供应且气体流速小于火焰的传播速度（0.67米/秒）。⒊要达到稳定燃烧，沼气气压应大于80毫米水柱。

沼气燃烧最突出的特性是极易脱火。脱火就是燃烧时火焰离开火孔，以致完全熄灭的现象。这个特性是由它的主要成分甲烷和二氧化碳决定的。甲烷的燃烧速度很低，掺入二氧化碳后其燃烧速度更低。因为燃烧速度低，当从火孔出来的未燃气流速度大于燃烧速度时，沼气还没有来得及燃烧就跑掉了，从而形成脱火现象，这就是不能用其它气体的燃具来烧沼气的根本原因。

沼气燃烧是通过特殊的炉具和灯具进行的。在燃烧过程中，需要一定量的空气。如果空气过多，多余的空气会带走一部分热量，反之，如果空气太少，甲烷的燃烧就会不完全，不能发出最大的热量，使部分沼气损失掉。这两种情况都降低了沼气的利用率。因此，我们在利用沼气燃烧时一定要掌握好空气与沼气的混合比例。

对空气量的调节，一般是根据沼气燃烧时火焰的颜色及其形态来判断的。沼气完全燃烧时，火焰呈淡蓝色，最外层是白光。沼气压力较低，火焰长而飘动；压力较高，空气供应适量时，火焰猛而急，并发出呼呼的响声；如果燃烧时，有刺激性气味产生，或出现黑烟，是因为空气供应量过少，燃烧不完全所致；如果火焰呈黄色，短而不稳定，有时甚至熄灭，是因为沼气供应量少，空气供应量过大造成的。凡燃烧出现异常现象时，应立即调节空气或沼气供应量，使燃烧恢复正常。农村的沼气具有以上特点，也因此，沼气暖风机的燃烧器必须符合以上的特殊要求。

近几年来，发展沼气事业一直被国家当作改善农民生活环境，提高农民生活质量，促进农业生产结构调整的一件大事来抓，突出表现在我国畜禽养殖业的沼气化进程。专家预计，到2010年，我国每年畜禽废弃物产生量将达到45亿吨，如此大量的畜禽废弃物，管理和处理不当，就会成为重要的环境污染源。事实上，畜禽废弃物是一种良好的可再生有机资源，沼气化过程（通常指的厌氧消化）是解决畜禽废弃物的主要手段之一。这主要是因为厌氧消化的特点是物料处理过程中伴有能量产生（沼气）、余料可作生态肥料，并可有效去除致病菌等。终端气体产物即沼气，其主要成分是甲烷（约占60%）和二氧化碳（约占40%），消化得到的沼气是一种可实际利用的能源载体。因此，蕴藏着大量的养分和能量的沼气资源被有效综合利用，不仅可以遏制我国农村环境不断恶化的趋势，而且可以改善和解决农村能源问题，带来可观的经济效益，提高农民的收入，加快农村全面小康社会的建设进程。

2006年中央一号文件提出：“从2006年起，大幅度增加农村沼气建设投资规模，有条件的地方，要加快普及户用沼气，支持养殖场建设大中型沼气”。中国农业部有关负责人表示，2008 年中央追加投资加快发展，这使2008 年新增户用沼气超过500万户。随着中央投入力度的加大，全国范围内农村沼气发展迅速。据农业部测算，截至2007年底，农村户用沼气发展到2650万户，年产沼气102亿m³，相当于替代1600万吨标准煤，为农户直接增收节支130亿元；已建设各类养殖场沼气工程2.66 万处，其中大中型养殖场沼气工程1600多处。沼气因其清洁、高效、制备容易且原料充足等特点而备受农户的欢迎。沼气已成为农村新型的清洁能源。国务院常务会议2008年11月确定将农村沼气作为进一步扩大内需的措施之一。2009年中央一号文件再度锁定“三农”。其中明确表明将加快农村的沼气建设，增加农村沼气工程建设投资，扩大秸秆固化气化试点示范。过去每年沼气中央财政要投入20亿元，2009年在这个水平上要进一步提高，以使每年能解决400万到600万农民家庭使用沼气。

尽管我国沼气资源的市场前景巨大，但沼气的利用技术水平不容乐观，与先进国家相比，我国的沼气技术无论在技术上还是应用上均存在着较大差距。在西方发达国家，沼气的生产与利用发展很快，具有较大规模，如在瑞典，沼气可用于供热、热电联产、车用燃料及并入天然气输配管网；在德国，沼气可通过集团电力设备转化成电和热，电直接输入公共电网，热通过附近的热网进行供暖。我国大部分沼气资源的利用目前处于初级低水平阶段，在我国农村，沼气的利用大多局限在煮饭、洗澡，有些种猪场附近的沼气，也主要作为养殖场内食堂炊事用能源，多余沼气直接点燃排空。沼气能否得到充分和有效利用，关键是能否因地制宜提升沼气的利用技术和水平，能否开发出适合我国农村市场的有效的利用沼气的高科技产品。以目前农村养猪场的仔猪保温供暖为例，其采用的或是电暖风机、或是燃油、燃气（如液化石油气）暖风机，唯独缺乏直接燃用沼气的暖风机，形成了一方面需花费大笔资金购买消耗优质能源用于提供仔猪保温供暖，而另一方面猪场本身生产的大量沼气被排放浪费的尴尬局面。

由上述可知，沼气资源在我国广阔的农村是一个巨大的可再生能源，是我国实施节能减排，改善与保护环境的重要环节。如何提高我国沼气资源利用技术水平，缩短与国外沼气利用技术水平的差距，开发出较多的具有独立知识产权的有效利用沼气资源的市场需求的先进产品是当务之急，也是我国的沼气事业能否顺利推进的关键所在。国内外尚未见到有关沼气暖风机的报道，沼气暖风机的研发不仅可以促进沼气的综合开发利用技术的发展，有着宽广的应用前景，而且还可以填补国内在这一技术和产品上的空白。

现有技术的沼气燃烧器只有用于厨房的炉灶燃烧器结构，为下部是煤气进气，上方圆盘式多气孔结构，此结构火头集中，对于炒菜烹饪是非常适用的，但火头小，火焰集中，但几乎无法适应大范围、大空间取暖作为燃烧沼气的暖风机使用。为了加快推广再生能源的沼气作为燃气源，为了提供大面积、大空间燃烧沼气作为取暖用，迫切需要开发相应的器具装置。

发明内容

本发明的目的是要提供一种沼气暖风机的燃烧器的结构，主要是为解决国内农村大中型畜禽养殖业生产的大量沼气资源如何因地制宜加以有效利用的问题。通过一种直接燃烧沼气的暖风机产品，可以适用在大面积、大空间场合作为燃烧沼气的一种暖风机使用，且能取得较高的沼气燃烧值和燃烧效率，本发明的目的由以下技术方案实现。

一种沼气暖风机的燃烧器结构，其特征在于：

在底座上由下往上依次设置沼气喷嘴装置、文氏管、预混器和顶部的沼气烧嘴口；

所述文氏管垂直配置，文氏管下部的小喇叭口安装罩置在喷嘴座体的上表面，文氏管上部的大喇叭口与沼气烧嘴口的进气口对接；

所述沼气烧嘴口的下部是由圆形进气口与矩形出气口组成的扩散段，上部是由长圆管形烧嘴出口内件插入长矩形烧嘴出口外件构成的沼气烧嘴出口组合而成；

在文氏管的大喇叭口与沼气烧嘴口的进气口之间配置预混器。

所述烧嘴出口内件圆管的两侧，垂直于圆管轴线开设两排腰形通孔，圆管的一端为调节旋柄；

所述烧嘴出口外件长矩形壳体的上、下方为通口，下方通口与扩散段的矩形出气口对接，烧嘴出口内件圆管插入烧嘴出口外件侧面的圆孔，进入烧嘴出口外件的长矩形壳体中，可绕圆管轴线旋转。

进一步，由多排所述沼气烧嘴口并列排列构成大燃烧口的燃烧器。

所述风门调节器安装在沼气压力调节器的沼气出口和文氏管进口之间，其由三组六块扇型件组成，它们在高度上相互错开，靠其下的弹簧弹力每组扇型件可以分别打开，通过调节风门的开口面积，从而达到沼气引射调节预混空气流量的目的。

本专利采用的预混器，其主体预混器壳体呈胶囊状，上端径向伸出若干径向连接杆，固定连接在沼气扩散段内壁，在预混器壳体的轴心，从下向上配置一根可上下移动的顶杆件，顶杆件上端抵住一块水平的平衡盘，平衡盘上面由上支撑弹簧向下抵压，平衡盘上同直径周向均布三根垂直向下的连接细杆，三根连接细杆的下端分别铰接三根径向配置水平的曲柄轴的曲柄，曲柄轴径向伸出预混器壳体壳壁，并分别径向连接三块叶片；平衡盘下面由下支撑弹簧向上抵压保持平稳，顶杆件的下端为一块水平的迎风片。

预混器放置在文氏管出口处，其中心处的下端，水平的迎风片处在管道中心位置接受预混中心气流速度的冲击，动压能转变为压力能，对顶杆件产生向上的推力，推动平衡盘向上，平衡盘带动连接细杆上升，细杆的下端分别铰接三根曲柄轴的曲柄，向上同步拉动三根曲柄，曲柄轴带动三块叶片产生旋转，增大叶片的倾斜角度，从而在一定程度上加强了预混的沼气与空气流过叶片的混合效果，使燃烧器出口预混气体中的可燃物浓度比较均匀，燃烧面的火焰长度比较均匀且火焰的燃烧稳定，避免暖风机出现局部高温、热负荷分配不均以及燃烧不完全的现象。叶片倾斜角度的大小与预混气流动压大小有关，在沼气喷口和文氏管结构一定的情况下，可燃物沼气速度愈大（导致沼气与空气易形成混合不均），预混气体的动压愈大，则叶片的倾斜角度也就愈大，从而使混合效果得到加强。

本文采用的文氏管是文丘里管的简称，文丘里效应的原理则是当风吹过阻挡物时，在阻挡物的背风面上方端口附近气压相对较低，从而产生吸附作用并导致空气的流动。文氏管的原理很简单，就是把气流由粗变细，以加快气体流速，使气体在文氏管出口的后侧形成一个“真空”区，能用气流实现粉料的输送，主要是利用它的射吸效应，比如吸尘器、粉末输送、冷却器、流量计、干燥器等。

本文采用的沼气压力调节器，主要有沼气压力调节组件与喷嘴座体组成，沼气压力调节组件外形呈圆柱状，配置在呈矩形体状的喷嘴座体上垂直于沼气喷出管和沼气进口管相互垂直形成平面所开设的筒孔中，沼气压力调节组件由筒孔向外，依次配置的零件是：节流调节件、密封弹性膜、密封垫片件、螺钉、螺母、调节弹簧盖、调节弹簧和调节弹簧螺套；喷嘴座体带有螺纹孔的一面与燃烧器底座连接定位。

所述节流调节件呈矩形框架状，两侧开有腰形节流孔。

沼气从进口进入沼气压力调节器，当进口的气压增加（或减小），密封弹性膜向外（或向内）弹出，带动与密封弹性膜连接在一起的节流调节件在支座内移动，使节流孔的面积减小（或增加），基本保持出口压力稳定。设沼气压力调节器中出口压力为P_出，进口压力为P_进，通过节流调节件后产生的压力损失为ΔP，则

P_出=P_进-ΔP，当沼气进口压力P_进增大时，节流调节件向前移动，节流孔的面积减小，压力损失为ΔP增加，从而使P_出基本保持稳定，反之亦然。由于P_出基本稳定，在沼气喷嘴结构和背压（大气压）一定的情况下，使沼气流量在沼气池压力不稳定即进口压力有所变化的情况下，能保持沼气喷口流速和流量的基本稳定，达到沼气燃烧器稳定燃烧的效果。

本发明的优越效果：既能节省大量优质能源，提高大中型畜禽养殖企业经济效益，又能避免生产的沼气大量排放污染环境的现象发生，为沼气的有效利用提供了新的途径和方向，也为实施节能减排、保护环境提供了可行的有效措施。

本发明的沼气暖风机的燃烧器结构，出火口面积大，能提供较大面积和空间取暖，沼气出气的比例可以调节，燃烧更加充分。本发明还可以由多排所述沼气烧嘴口并列排列构成大燃烧口的燃烧器，取得更大的取暖、温暖效果。

本发明具有预混功能，无论沼气的流出量和压力的充足与否，都能自动相应地对流出的沼气和空气进行充分的混和，达到理想的燃烧效果。

综上所述，本发明提供了一种沼气暖风机的燃烧器结构，适宜于在大空间燃烧沼气，具有高燃烧效率的燃烧器，填补了国内外此领域的空白。

附图说明

图1是本发明沼气暖风机的燃烧器一种实施方式的立体示意图；

图2是本发明沼气暖风机的燃烧器一种实施方式的主视图；

图3是图2的俯视图；

图4是本发明一种实施方式沼气烧嘴口部件中烧嘴出口内件的立体示意图；

图5是图4的主视图；

图6是图5的A-A剖面图；

图7是本发明一种实施方式沼气烧嘴口部件中烧嘴出口外件的立体示意图；

图8是图7的主视图，也是图9的B-B剖面图；

图9是图8的俯视图；

图10是本发明一种实施方式沼气喷嘴装置部件的立体示意图；

图11是本发明一种实施方式沼气喷嘴装置部件的主视图；

图12是图11的俯视图；

图13是本发明一种实施方式中预混器部件的立体示意图；

图14是本发明一种实施方式中预混器部件的主视图，也是图15的C-C剖面图；

图15是图14的俯视图；

图16是沼气压力调节组件和喷嘴座体的剖面图；

图17是图16的E-E剖面图；

图18是图16的俯视图；

图19是图16的立体外观图；

图20是图19的零件爆炸图。

图中，1是底座、2是沼气喷嘴装置、21是沼气喷出管、22是风门调节器、23是沼气压力调节组件、231密封垫片、232是密封弹性膜、234是节流调节件、235是螺钉、236是螺母、237是调节弹簧、238是调节弹簧盖、239是调节弹簧螺套，24是沼气进口管、25是喷嘴座体、3是文氏管、4是预混器、40是连接螺钉、41是预混器壳体、42是叶片、43是平衡盘、44是连接细杆、45是下支撑弹簧、46是顶杆件、47是六角螺母、48是径向连接杆、49是上支撑弹簧、410是迎风片、5是沼气烧嘴口、51是烧嘴出口内件、52烧嘴出口外件、53是沼气扩散段。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的详细内容。

一种沼气暖风机的燃烧器结构，在底座1上由下往上依次设置沼气喷嘴装置2、文氏管3、预混器4和顶部的沼气烧嘴口5,

所述文氏管3垂直配置，文氏管3下部的小喇叭口安装罩置在喷嘴座体25的上表面，文氏管3上部的大喇叭口与沼气烧嘴口5的进气口对接；

所述沼气烧嘴口5的下部是由圆形进气口与矩形出气口组成的扩散段53，上部是由长圆管形烧嘴出口内件51插入长矩形烧嘴出口外件52构成的沼气烧嘴出口组合而成；

在文氏管3的大喇叭口与沼气烧嘴口5的进气口的连接处配置预混器4。

所述烧嘴出口内件51圆管的两侧，垂直于圆管轴线开设两排腰形通孔，圆管的一端为调节旋柄；

所述烧嘴出口外件52长矩形壳体的上、下方为通口，下方通口与扩散段53的矩形出气口对接，烧嘴出口内件51圆管插入烧嘴出口外件52侧面的圆孔，进入烧嘴出口外件52的长矩形壳体中，可绕圆管轴线旋转。

由多排所述沼气烧嘴口5并列排列构成大燃烧口的燃烧器。

所述沼气喷嘴装置2的结构为：

沼气进口管24以水平横向接入喷嘴座体25；

风门调节器22安装在喷嘴座体25上沼气出口和文氏管3进口之间；

沼气压力调节组件23配置在喷嘴座体25上垂直于沼气喷出管21和沼气进口管24相互垂直形成平面开设的筒孔中；

所述风门调节器22由若干块高度相互错开的扇型件组成，由其下的弹簧弹力抵压，各扇型件可分别打开调节风门的开口面积；

所述沼气压力调节组件23，外形呈圆柱状，沿轴向由筒孔内向外，依次配置的零件是：节流调节件234、231密封垫片、密封弹性膜232、螺钉235、螺母236、调节弹簧盖238、调节弹簧237和调节弹簧螺套239；

所述节流调节件234呈矩形框架状，上下两侧开有腰形节流孔，可实现当节流调节件234沿轴心线前后移动时，上侧腰形节流孔与沼气的出口配合、根据沼气进口的压力来确定所开启的大小，控制出气量的压力与流量大小，节流调节件234矩形框架中右侧的柱形筒体与喷嘴座体25右侧的柱形体配合定位，确保其沿轴心线前后移动。

所述预混器，其主体预混器壳体41呈胶囊状，上端径向伸出三根径向连接杆48，固定连接在文氏管3的沼气扩散段内壁，在预混器壳体41的轴心，从下向上配置一根可上下移动的顶杆件46，顶杆件46上端抵住一块水平的平衡盘43，平衡盘43上面由上支撑弹簧49向下抵压，平衡盘43上同直径周向均布三根垂直向下的连接细杆44，三根连接细杆44的下端分别铰接三根径向配置水平的曲柄轴的曲柄，曲柄轴径向伸出预混器壳体41壳壁，并分别径向连接三块叶片42；平衡盘43下面由下支撑弹簧45向上抵压保持平稳，顶杆件46的下端为一块水平的迎风片410。

由此，本发明提供了一种沼气暖风机的燃烧器结构，适宜于在大空间燃烧沼气，具有高燃烧效率的燃烧器结构。

Claims (2)

1.一种沼气暖风机的燃烧器结构，其特征在于：

在底座(1)上由下往上依次设置沼气喷嘴装置(2)、文氏管(3)、预混器(4)和顶部的沼气烧嘴口(5),

所述文氏管(3)垂直配置，文氏管(3)下部的小喇叭口安装罩置在喷嘴座体(25)的上表面，文氏管(3)上部的大喇叭口与沼气烧嘴口(5)的进气口对接；

所述沼气烧嘴口(5)的下部是由圆形进气口与矩形出气口组成的扩散段(53)，上部是由长圆管形烧嘴出口内件(51)插入长矩形烧嘴出口外件(52)构成的沼气烧嘴出口组合而成；

在文氏管(3)的大喇叭口与沼气烧嘴口(5)的进气口之间配置预混器(4)；

所述烧嘴出口内件(51)圆管的两侧，垂直于圆管轴线开设两排腰形通孔，圆管的一端为调节旋柄；

所述烧嘴出口外件(52)长矩形壳体的上、下方为通口，下方通口与扩散段(53)的矩形出气口对接，烧嘴出口内件(51)圆管插入烧嘴出口外件(52)侧面的圆孔，进入烧嘴出口外件(52)的长矩形壳体中，可绕圆管轴线旋转。

2.根据权利要求1所述沼气暖风机的燃烧器结构，其特征在于：由多排所述沼气烧嘴口(5)并列排列构成大燃烧口的燃烧器。

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