CN102597624B - 具有低孔隙率的燃烧器层面的燃烧器 - Google Patents

Abstract

一种气体燃烧器（10）、优选为预混燃烧器，其包括支撑件（12），所述支撑件（12）具有用于向气体供应室提供气体的中央进气口。该气体供应室用带有孔的金属板（22）封闭。该带有孔的金属板在底部通过基部连接至支撑件。带有孔的金属板上的孔提供燃烧器层面（20）。燃烧器层面的总孔隙率等于或低于11%。本发明还提供该燃烧器在例如热交换器中的使用。

Description

具有低孔隙率的燃烧器层面的燃烧器

技术领域

本发明涉及一种预混燃烧器，尤其涉及具有由带有孔的金属板材料制成的火焰保持件的燃烧器。优选地，该燃烧器为具有圆柱体形状的管状燃烧器。这些燃烧器特别适于用在燃烧锅炉中。

背景技术

一种已知类型的预混燃烧器由下列部件中的一个或多个构成：a)位于燃烧器顶部的端盖；b）燃烧器层面（deck），该燃烧器层面由底部的塞闭件、在中央部分中的带孔件以及顶部的塞闭件构成，所述带孔件具有规则（圆形）图案，其中出于点火目的有时会在局部对图案作另外修改。该图案通常是沿圆周方向的，并且通常以1-10mm的节距在高度方向上重复；c）分配器，其具有位于底部的塞闭件、位于中央的带孔部及位于顶部的塞闭件；d）分配器端盖；e）法兰；f）防噪管，该防噪管为设在法兰中或其附近以调节压力分布的设备。例如在EP1337789、EP2037175、WO2009/077333、WO2009/065733、WO2009/059933中描述了这种预混燃烧器。从上述参考文献中的大多数中可以看到，这些燃烧器在混合室中设有一些设备，诸如内衬、也叫分配器和/或防噪管或者位于法兰中或附近的其它设备，诸如漩涡纹或带孔圆盘。这些设备是稳定燃烧器上的火焰所需要的，而这种稳定对于噪声和散热有效。对于这些设备的需求意味着燃烧器的制造和组装变得相当复杂，同时也意味着相当高的成本。

发明内容

本发明的目的在于消除上述缺陷。

本发明的一个目标是提供一种预混燃烧器，其不需要燃烧器混合室中的这些设备，以获得良好的火焰稳定性和减少或者甚至消除噪音问题。

本发明的另一目标是提供一种预混燃烧器，其在从高CO₂至低CO₂的整个工作范围和常见气体或天然气质量的整个范围上均具有良好的稳定性。

常见气体或天然气质量的整个范围覆盖了选自碳氢化合物（诸如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、丁烯、乙炔等）的所有气体。与WO 95/23315相比，本发明不特别涉及高活性燃料气体，所述燃料气体为氢气和常见燃料气体的混合物。

本发明的另一目标是提供一种产生低水平NOx的预混燃烧器。

所要求的本发明的一个方面是提供一种气体燃烧器、优选预混燃烧器，所述燃烧器包括支撑件，其具有中央进气口，用于向气体供应室提供气体。气体供应室用带有孔的金属板封闭。所述带有孔的金属板上的孔提供燃烧器层面。带有孔的金属板在底部通过基部连接至支撑件。燃烧器层面的总孔隙率等于或低于11%，优选低于10%，更优选低于9%。

在另一方面，本发明提供一种如上所述的气体燃烧器，其中该燃烧器还包括连接至带有孔的金属板的端盖，所述端盖大致与所述进气口相反。

在优选方面，本发明提供如第8段所述的气体燃烧器，其中端盖上也设有孔。这些孔从而扩大了燃烧器层面，并成为它的一部分。在优选方面，端盖由金属板材料制成。在另一优选方面，端盖和带有孔的金属板上的孔图案相等。在另一可选方面，端盖和带有孔的金属板上的孔图案不同。在另一优选方面，端盖和带有孔的金属板上的孔（诸如狭槽和孔）相等。在另一替换方面，端盖和带有孔的金属板上的孔不同。

普通的预混燃烧器的孔隙率在14-18%之间。令人惊奇的发现，降低燃烧器层面的孔隙率会减小在燃烧器层面上形成的火焰的声学时间延迟，这使得我们能够制造出不再需要扩散部的燃烧器。同样令人惊奇的发现，当这种燃烧器工作在开放空气下时，这种燃烧器的燃烧不稳定，但是当其用在热交换器内时，这种燃烧器具有稳定的火焰和燃烧图案。这种燃烧器还对于热交换器及其周边部件的第一级赫尔姆霍茨共振表现出更为稳定的响应，从而使得燃烧器不会引起低频的热声不稳定（通常称作嗡嗡声）。然而，在这种燃烧器所处的寒冷环境下的启动阶段，锅炉有时形成嗡嗡声，这种嗡嗡声有时使得燃烧器仍然需要在其混合室中设置防噪设备。在这种燃烧器中使用防噪设备还会在CO排放方面产生有益影响。还发现，降低孔隙率不会减轻热声学不稳定（其通常被称作哨声或啸声），其中所述热声学不稳定的频率要高于锅炉的第一级赫尔姆霍茨共振。为了消除这些频率，又必须使用防噪设备。

在本发明的另一方面，上述类型的气体燃烧器具有一种燃烧器层面，其中该燃烧器层面的50%以上具有等于或小于9%的孔隙率，且其中燃烧器层面的最多50%具有高于11%的孔隙率，且总孔隙率等于或低于11%。对燃烧器层面的孔图案的这种修改提供了一种燃烧器，其除了具有消除扩散部和嗡嗡噪声的效果之外，还会对热交换器的第二或更高级的赫尔姆霍茨或不稳定声学的共鸣形成更为稳定的响应，从而使得其中设有燃烧器的锅炉不再会引起哨声。此外，在寒冷条件下的启动阶段，嗡嗡声消失了，因此可以省去在燃烧器混合室中使用防噪设备。此外，这使得层面在从高CO₂至低CO₂的整个工作范围及较广的气体质量范围上保持稳定。

所要求的本发明的另一方面提供了如第[0007]、[0008]、[0009]或[0011]段所述的气体燃烧器，其中燃烧器层面具有不同的孔图案。添加更多具有不同节距的图案在更广的气体质量范围上呈现出更大的稳定性，并且导致NOx排放减小。在优选方面，燃烧器在燃烧器层面的孔图案上具有突然且阶梯式的变化。

在优选方面，本发明提供了一种燃烧器，其燃烧器层面的孔图案逐渐变大或减小，或者孔图案之间的节距逐渐变大或减小。这种分级可以沿轴向或圆周方向进行。逐渐加大或减小层面孔使得孔的差不多成阶梯式的变化较少，且由此在层面表面上形成逐渐变化的孔。在本发明的另一优选实施例中，燃烧器具有完全随机形成的层面，其中在燃烧器层面的整个高度或圆周上均无重复性，这样能够提供一种又不存在上述附加设备的稳定层面。

最优选地，为了改善火焰稳定性，孔隙率沿下游方向逐渐减小。在一个实施例中，具有高于11%的孔隙率的部分最接近进气口。具有等于或低于9%的孔隙率的部分离进气口最远，即位于最下游端。

定义

在本发明的范围内，术语“燃烧器层面”应被理解成燃烧器中的所有孔位于其上的部分。如果在燃烧器表面上能够找到两个或更多个不同的孔区域，则燃烧器层面被定义为横跨所有孔区域的表面。

在本发明的范围内，术语“燃烧器层面的总孔隙率”应被理解成孔洞、开槽或其它开口的表面除以燃烧器的其上带有孔部的表面的比值。

在本发明的范围内，术语“孔图案”应被理解成孔的再现图。

附图说明

下面将参考附图描述本发明的示例性实施例。

图1示出了根据本发明第一方面的示例性实施例；

图2A和2B示出了根据本发明第二方面的示例性实施例。图2C示出了根据本发明第二方面的示例性孔图案；

图3示出了根据本发明第三方面的示例性实施例；

图4示出了根据本发明另一方面的示例性实施例；

图5示出了根据本发明又一方面的示例性实施例；

图6示出了根据本发明另一方面的示例性实施例；

图7示出了根据本发明又一方面的示例性实施例；

图8示出了根据本发明另一方面的示例性实施例；

图9示出了根据本发明又一方面的示例性实施例；

图10示出了根据本发明方面的另一示例性实施例；

图11示出了根据本发明方面的另一示例性实施例。

附图标记

10气体燃烧器

12支撑件或法兰

14中央进气口

16气体供应或混合室

18端盖

20燃烧器层面

22带有孔的金属板

24孔

30孔

具体实施方式

将参考图1－11描述根据本发明的燃烧器的实例。

图1示出了气体燃烧器10、优选预混燃烧器，所述燃烧器包括：支撑件或法兰12，其具有中央进气口14，用于将气体提供给气体供应或混合室16。气体供应室16由带有孔的金属板22封闭。带有孔的金属板22在底部通过基部连接至支撑件或法兰12。带有孔的金属板22上的孔24提供燃烧器层面20。燃烧器层面20的总孔隙率等于或低于11%，优选低于10%，更优选低于9%。

图2A示出了根据本发明的燃烧器的透视图。图2B示出了沿图2A中的线II-II’获得的横截面视图。图2A和2B示出了气体燃烧器10、优选预混燃烧器，所述燃烧器包括支撑件或法兰12，其具有中央进气口14，用于向气体供应或混合室16提供气体。气体供应室16由带有孔的金属板22和大致与所述进气口14相反的端盖18封闭。带有孔的金属板22中的孔24提供燃烧器层面20。端盖18连接至带有孔的金属板22的顶部，带有孔的金属板22在底部通过基部连接至支撑件或法兰12。燃烧器层面20的总孔隙率等于或低于11%，优选低于10%，更优选低于9%。在示例性实施例中，具有如图2C中所示的孔图案的燃烧器10具有102.4mm的长度和70.4mm的直径。燃烧器层面具有81.2mm的长度和7.7%的孔隙率。带孔板上的孔图案为狭缝和圆孔的组合。在带孔板的厚度为0.6mm的情况下，狭缝为4.0×0.5mm，孔洞直径为0.8mm。这些孔以4.8mm的图案分组，该图案等分地重复形成在燃烧器层面上。如上所说明的，此燃烧器仍然需要防噪设备，但是不再需要分压器或压力分配器。

本发明的另一方面提供了燃烧器10，其中端盖18上也设有孔。图3示出了根据本发明的示例性燃烧器，其中端盖上设有孔30。该燃烧器的燃烧器层面如用参考数字20示出的那样。

本发明的另一方面提供了具有燃烧器层面的燃烧器10，其中燃烧器层面的50%以上具有等于或低于9%的孔隙率，燃烧器层面的10－50%具有高于11%的孔隙率。该燃烧器层面的总孔隙率等于或低于11%。在一个示例性实施例中，如图4所示的燃烧器10具有94.8mm的长度和70.4mm的直径。该燃烧器层面20具有93.6mm的长度。带孔板22上的孔图案为狭缝和圆孔的组合。带孔板22的厚度为0.6mm，狭缝为4.0×0.5mm，孔洞直径为0.8mm。这些孔以如图4所示的图案分组，其中在长度为11.8mm的第一段燃烧器层面上的孔隙率为15%，此后的长度为46.8mm的燃烧器层面区域上的孔隙率为7.3%，最后一段长度为5.8mm的燃烧器层面区域上的孔隙率为16.5%。这种图案沿着燃烧器的圆周重复形成于燃烧器层面上。这使得燃烧器层面的总孔隙率为9.8%。燃烧器层面的孔图案的这种修改提供了一种燃烧器，其除了具有消除扩散部和嗡嗡噪声的效果之外，还会对热交换器的第二级或更高的赫尔姆霍茨（Helmholtz）或不稳定的声学共鸣形成更为稳定的响应，从而使得燃烧器不再会引起啸声。此外，在寒冷条件下的启动阶段，嗡嗡声消失了，因此可以省去在燃烧器的混合室中使用防噪设备。此外，这使得层面在从高CO₂至低CO₂的整个工作范围以及较广的气体质量范围上保持稳定。此外，对于图4的特定实例，在燃烧器层面20的始端和末端上采用相对较高的孔隙率，使得燃烧器的火焰图案更为稳定。

根据所要求的本发明的又一方面的示例性实施例提供了具有带有孔的金属板22的气体燃烧器，所述金属板22具有如图5所示的孔图案。所示孔图案沿着燃烧器的圆周重复形成。此处的燃烧器层面20具有不同的孔图案。添加更多具有不同节距的图案在更宽的气体质量范围上呈现出更大的稳定性，并且导致NOx的排放量减小。图5的示例性孔图案是燃烧器层面20的孔图案的突然且阶梯式的变型。

图6示出了根据本发明优选方面的燃烧器层面20的孔图案的另一实例，其中燃烧器层面20的孔隙率沿下游方向阶梯地减小。所示孔图案沿着燃烧器的圆周重复形成于带有孔的金属板22上。

图7示出了根据本发明优选方面的燃烧器层面20的孔图案的实例，其中孔隙率逐渐增大。该孔图案沿着燃烧器的圆周重复形成于带有孔的金属板22上。

图8示出了燃烧器层面20的示例性孔图案，所述图案沿长度方向重复形成于带有孔的金属板22上。

图9示出了另一示例性孔图案，其重复形成在燃烧器的圆周上。该孔图案要满足图案在燃烧器层面20的长度方向上不会重复出现。示例性的燃烧器具有91.2mm的长度和70.4mm的直径。燃烧器层面具有70.4mm的长度。带孔板22上的孔图案是狭缝和圆孔的组合，如图9中所示。在带孔板22的厚度为0.6mm的情况下，狭缝为4.0×0.5mm，孔直径为0.8mm，燃烧器层面的总孔隙率为7.5%。

本领域技术人员将会知晓，任何一种或一组孔图案均可以沿长度方向或沿圆周重复形成，以获得根据本发明的燃烧器。

图10中示出了本发明的另一优选实施例。由带有孔的金属板22构成的燃烧器10具有孔完全随机形成的燃烧器层面20，其中孔在燃烧器层面的整个高度或圆周上无重复性，这样能够提供一种不存在上述附加设备的稳定层面。

图11示出了本发明的另一示例性实施例。该燃烧器具有带孔端盖24，所述端盖的孔图案不同于带有孔的金属板22的孔图案。孔30和孔24一起提供燃烧器层面20。

由此描述了一种气体燃烧器、优选预混燃烧器，所述燃烧器包括支撑件，其具有中央进气口，用于向气体供应室提供气体。气体供应室由带有孔的金属板和基本与所述进气口相反的端盖封闭。带有孔的金属板上的孔提供燃烧器层面。端盖连接至带有孔的金属板顶部，带有孔的金属板在底部通过基部连接至支撑件。燃烧器层面的总孔隙率等于或低于11%。本发明还提供了此燃烧器例如在热交换器中的使用。

Claims (11)

1.一种用于燃烧碳氢化合物的气体燃烧器(10)，所述气体燃烧器包括支撑件(12)，所述支撑件具有用于将气体供给到气体供应室(16)中的中央进气口(14)，所述气体供应室(16)由带有孔的金属板(22)封闭，所述带有孔的金属板(22)在底部通过基部连接至所述支撑件(12)，所述带有孔的金属板(22)中的孔(24)提供燃烧器层面(20)，其特征在于：所述燃烧器层面(20)的总孔隙率等于或低于11％。

2.根据权利要求1所述的气体燃烧器(10)，其中所述气体燃烧器是圆柱体的气体燃烧器。

3.根据权利要求1所述的气体燃烧器(10)，其中所述气体燃烧器为预混燃烧器。

4.根据权利要求1所述的气体燃烧器(10)，其中所述气体燃烧器还包括大致与所述进气口(14)相反的端盖(18)，所述端盖(18)连接至所述带有孔的金属板(22)。

5.根据权利要求4所述的气体燃烧器，其中所述端盖(18)还设有孔(30)，所述孔(30)扩大了所述燃烧器层面(20)。

6.根据权利要求1所述的气体燃烧器，其中所述燃烧器层面的大于50％具有等于或小于9％的孔隙率，其中所述燃烧器层面的10％-50％具有高于11％的孔隙率。

7.根据权利要求1所述的气体燃烧器，其中所述燃烧器层面具有不同的孔图案。

8.根据权利要求1所述的气体燃烧器，其中所述燃烧器层面具有至少两种不同的孔图案。

9.根据权利要求1所述的气体燃烧器，其中所述燃烧器层面具有逐渐变化的孔隙率。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的气体燃烧器在热交换器中的使用。

11.一种用于燃烧碳氢化合物的气体燃烧器(10)，所述气体燃烧器包括支撑件(12)，所述支撑件具有用于向气体供应室(16)提供气体的中央进气口(14)，所述气体供应室(16)由带有孔的金属板(22)封闭，所述气体燃烧器在所述中央进气口(14)和带有孔的金属板(22)之间没有气体扩散部，所述带有孔的金属板(22)在底部通过基部连接至所述支撑件(12)，所述带有孔的金属板(22)中的孔(24)提供燃烧器层面(20)，其特征在于：所述燃烧器层面(20)的总孔隙率等于或低于11％。