CN102913909B - 一种金属纤维后混式燃烧器及应用该燃烧器的锅炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锅炉行业的气体燃烧器领域，具体是一种金属纤维后混式燃烧器及燃气锅炉，该燃烧器包括燃烧头、风机和混合器；所述混合器内设有燃气旋流装置；工作时，燃气与风机送入混合器中的空气均流入混合器内，通过燃气旋流装置进行充分混合后，进入燃烧头燃烧。所述锅炉使用上述的燃烧器。本发明能使金属纤维后混式燃烧模式的燃烧器置于锅炉外的部分体积小巧；火焰在金属纤维的表面分布更均匀；提升了点火的可靠性；增大了燃烧头部的轴径比。该锅炉与具有小巧外形的燃烧器配套，使锅炉的钢材耗量减少一半以上，使配套锅炉的安装占地面积减少一半以上。
Description
技术领域
本发明涉及锅炉行业的气体燃烧器领域，具体是一种金属纤维后混式燃烧器及燃气锅炉。
背景技术
国外在20世纪80年代开始研究金属纤维燃烧器，金属纤维燃烧器是一种全预混蓝焰式燃烧器，以特种金属纤维作为燃烧表面，燃烧强度最大可以达到10000kw/m2。这种燃烧技术是近几年才逐渐推广应用的新型燃烧技术，在国外广泛应用不同的领域。
金属纤维燃烧器属于预混气体表面燃烧。预先混合均匀的燃气空气混合物流向燃烧器头部，在透气性均匀的金属纤维织物表面层进行燃烧。燃烧以两种方式进行，既红外热辐射方式和蓝焰方式。红外热辐射方式是可燃混合物在织物内部进行燃烧，金属纤维织物被加热至白炽状态，一部分热量以辐射方式释放，火焰长度几乎为0。蓝焰方式是可燃混合物在织物上方燃烧，火焰承蓝色浮在表面上，热量以对流方式释放，火焰长度也比传统模式短得多。如果该技术应用于锅炉上，同等功率锅炉的炉膛可大幅度缩小体积。
由于金属纤维织物的均匀透气性和燃气与空气的均匀预混，燃烧十分稳定和温度分布均匀，没有局部高温存在，因此抑制了NOx的生成，预混又有足够的空气供给，故CO的排放也低。是目前最环保的燃烧方式。
燃烧器采用铁-铬-铝纤维作为燃烧表面基材，其使用的最高温度可达1300℃，由于其1000℃以上仍具有优良的抗氧化性能和热强度，所以金属纤维燃烧器除具有燃烧效率高外，还具有耐热冲击、低压降、安全无回火、反应迅速、热惯性小、冷却快、经久耐用、有害气体释放少等优势。与传统的燃烧器比较，具有：燃烧均匀、热效率高、噪声小、有害气体释放少、火焰短可减小锅炉体积等特点。但是，目前金属纤维燃烧器成型产品与同等普通燃烧器相比价格高出数倍，我国市场难以承受
金属纤维燃烧器根据混合模式分前预混和后预混两种模式。前预混模式需配套防爆型调速风机，配套风机将面临超高的成本，无法推广。后混式燃烧模式目前流行采用文丘里管进行混合，需要较长的混合部分，所以外形也很大，无法起到缩小锅炉整体体积的效果。
为了解决以上问题，本发明做了有益改进。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明的目的是一种体积小巧、并使燃气空气混合物充分预混的锅炉用金属纤维后混式燃烧器，该燃烧器的火焰均匀分布在燃烧器表面；而且本发明还提供了一种应用所述燃烧器的燃气锅炉。
（二）技术方案
本发明是通过以下技术方案实现的：一种金属纤维后混式燃烧器，包括燃烧头、风机和混合器；所述混合器内设有燃气旋流装置；工作时，燃气与风机送入混合器中的空气均流入混合器内，通过燃气旋流装置进行充分混合后，进入燃烧头燃烧。
其中，所述混合器上设有燃气入口；所述燃气旋流装置包括至少两个旋流片，其中一个旋流片紧贴所述燃气入口倾斜设置，从而使混合器内的燃气和空气形成旋流而充分混合。
进一步，所述旋流片均倾斜设置，且该旋流片均由中空的圆环拉伸而成。
此外，该燃烧器还包括燃气主路和燃气支路，所述燃气支路包括设有一级电磁阀的第一燃气支路和设有二级电磁阀的第二燃气支路；燃气依次通过燃气主路和燃气支路流入混合器。
而且，还包括燃气汇流管，所述第一燃气支路和第二燃气支路均通过该燃气汇流管与所述混合器连通。
进一步，所述燃烧头外表面设有金属纤维毡。
此外，该燃烧器设有点火装置，所述点火装置包括点火管和点火针，所述点火管出口处分布至少两个气孔。
其中，所述点火装置设有离子棒，该离子棒用于检测该点火装置的点火状态和燃烧器的主火焰状态。
进一步来说，所述离子棒设有横段和外直段，所述横段用于检测点火装置的点火状态，所述外直段用于检测燃烧器的主火焰状态。
本发明还提供一种燃气锅炉，使用上述的金属纤维后混式燃烧器。
（三）有益效果
与现有技术和产品相比，本发明有如下优点：
1.本发明能使后混式燃烧模式金属纤维燃烧器置于锅炉外的部分体积小巧；火焰在金属纤维的表面分布更均匀；提升了点火的可靠性；增大了燃烧头部的轴径比；
2.本发明的锅炉体积小，安装占地面积减小，并可减少锅炉的耗材及成本。
附图说明
图1是本发明的燃烧头的外部结构示意图；
图2是本发明的混合器结构示意图；
图3为本发明提供的燃气锅炉示意图；
图4是本发明的燃气管路的结构示意图；
图5是本发明的燃气混合器内部结构示意图。
附图中，各标记所代表的组件列表如下：
1-燃烧头，2-点火装置，21-点火管，22-点火针，3-混合器，4-一级电磁阀，5-二级电磁阀，6-风机，7-离子棒，8-燃气汇流管，9-安全电磁阀，10-燃气锅炉，11-旋流片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。
如图1所示，本实施例提供一种能够配套锅炉使用，自身体积小巧燃烧器，使用该燃烧器的燃气锅炉外形小巧且节省成本。该燃烧器采用全新的金属纤维后混式混合技术，缩短混合器长度。使火焰能在更细长的圆筒上均匀燃烧，圆筒型金属纤维燃烧器的长度和直径比更大。
具体地，一种金属纤维后混式燃烧器，它包括圆柱形的燃烧头1，点火装置2，混合器3，风机6，燃气旋流装置和伺服控制系统。混合器和风机为外露在锅炉外的装置，而混合器3部分长度仅360mm，整个燃烧器长度比普通燃烧器略短或相当。燃气旋流装置设置在混合器中，它能够使进入到混合器中的燃气与从风机中进入混合器中的空气均产生旋流，从而使燃气与空气充分混合。
如图3所示，当燃烧器安装在燃气锅炉10上时，燃烧头1全置于该燃气锅炉内，燃烧时火焰的长度很短，锅炉炉膛仅需比燃烧头部直径增加300mm，长度方向加长120mm,即可完全燃烧，可大幅缩小锅炉的炉膛尺寸。因此配套的燃气锅炉整体体积可远小于常规锅炉。
如图2所示，点火装置2设置在混合器上，包括点火管21和点火针22。点火管21出口附近均匀分布了多个小孔，以6个为最佳设计，该小孔设计稳定了点火枪出口处燃气流场，使点火火焰稳定，解决了大功率金属纤维燃烧器容易点火失败的问题。所述点火装置上还设置有离子棒7，该离子棒设有横段和外直段，离子棒的横段用于检测点火装置的点火火焰，外直段用于检测燃烧器的主火焰状态。控制系统采用西门子燃烧控制部件，按欧洲标准设计。
如图4所示，所述燃烧器可采用多级火力模式，本实施例优选二级火力模式，即采用两个燃气支路结构。该燃气管路分为燃气主管路和两个燃气支路，燃气支路包括设置有一级电磁阀的第一燃气支路和设置有二级电磁阀的第二燃气支路。燃烧器工作时，安全电磁阀9打开，燃气通过燃气主管路后经过燃气支路，两个燃气支路中的燃气采用燃气汇集管8汇集后，导入混合器。当燃烧器为一级火力模式时，仅打开一级电磁阀4；当运行二级火力模式时，同时打开一级电磁阀4和二级电磁阀5。两级气流流经燃气汇流管汇合为一股燃气气流送入燃烧器的混合器。该燃气汇流管导流两个燃气支路的燃气气流，使燃气气流汇合时气流为同一方向，减小了金属纤维燃烧器常见的高频啸叫声。
燃气在混合器内与混合器另一通道的风机送入的高速旋转的空气进行混合。混合气体从混合器流出后，又流经一小段扩散中空空间，该结构既进一步加强了燃气的混合，又改善了燃烧器头部的流场。燃气最后经燃烧器头致密的金属纤维毡透出，在经金属纤维特殊性能的作用后，混合气体在金属纤维表面燃烧时，比普通燃烧器更接近于理想的分子间混合。越充分的混合燃烧速度也越快，需要的燃烧距离越短。本发明的燃烧器流场的均匀保证了燃烧器各点输出的均匀度，充分的混合创造了比传统燃烧更短的火焰。所述燃烧器经混合器3与金属纤维的双重作用，可使圆柱形金属纤维燃烧器燃烧的火焰强度从前至后无明显差别，热功率分布更均匀。
如图5所示，所述燃烧器的混合器内混合结构区别于其他各种燃烧器的混合方式，其在混合器中设置燃气旋流装置。该燃气旋流装置可采用多种结构，如在混合器的燃气入口设置风扇结构等，本实施例中的燃气旋流装置优选采用旋流片结构。即在混合器的圆筒内设置有至少两个旋流片11，旋流片由中空的圆环拉伸而制成。旋流片紧贴混合器入口边缘一侧，紧贴处为风机送风的背风侧。该混合器结构简单，易于生产，与金属纤维配套效果强于其他混合方式，并且外形短小。
该金属纤维后混式燃烧器工作时，根据控制系统指令，风门开大，风机强制送风进入混合器，完成锅炉吹扫后，控制系统中的伺服马达控制风门至点火位置，随后进行高压打火，点火装置短时延后送气，生成点火火焰，经安全时间后，离子棒检测到点火火焰正常，燃气一级火力释放，约15秒后切断点火部分，再经安全时间后，可投入二级火力，使第二燃气支路的燃气通过燃气汇流管与第一燃气支路的燃气气体汇流，进入混合器，经特制的混合器混合后，燃气与空气基本混合完全，并在下端的金属纤维燃烧头毡面各个点上形成均匀流场。点火装置点火状态或燃烧头的火焰状态都是使用同一离子棒。燃气透过燃烧头的金属纤维后，在金属纤维外表面形成燃烧。充分预混的燃烧可使火焰燃烧速度加快，形成短火焰，并且生成的火焰是在圆柱形燃烧器头部径向上。
所述燃烧器工作时与普通燃烧器不同的是它的火焰是径向火焰。普通燃烧器火焰沿燃烧头的圆柱筒方向往前直喷，火焰是轴向长而径向大；所述燃烧器火焰产生于金属纤维毡表面，火焰区域轴向几乎为燃烧器头部长度，径向为火焰喷射方向，火焰略大于燃烧器头部直径，每边火焰长度不高于毡面150mm，火焰方向是径向的。所述燃烧器发明的意义在于使我国拥有自主研发的可应用于锅炉行业的金属纤维燃烧器。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (5)
1.一种金属纤维后混式燃烧器，其特征在于，包括风机、混合器和圆柱形的燃烧头；所述混合器内设有燃气旋流装置；
工作时，燃气与风机送入混合器中的空气均流入混合器内，通过燃气旋流装置进行充分混合后，进入燃烧头燃烧；
所述混合器上设有燃气入口；所述燃气旋流装置包括至少两个旋流片，旋流片由中空的圆环拉伸而成，所述旋流片中空部分的直径小于所述燃烧头的直径，其中一个旋流片紧贴所述燃气入口倾斜设置，紧贴处为所述风机送风的背风侧，从而使混合器内的燃气和空气形成旋流而充分混合；
该燃烧器设有点火装置，所述点火装置包括点火管和点火针，所述点火管出口处分布至少两个气孔，所述点火装置设有离子棒，该离子棒用于检测该点火装置的点火状态和燃烧器的主火焰状态，所述离子棒设有横段和外直段，所述横段用于检测点火装置的点火状态，所述外直段用于检测燃烧器的主火焰状态；
该燃烧器还包括燃气主路和燃气支路，所述燃气支路包括设有一级电磁阀的第一燃气支路和设有二级电磁阀的第二燃气支路；燃气依次通过燃气主路和燃气支路流入混合器。
2.根据权利要求1所述的金属纤维后混式燃烧器，其特征在于，所述旋流片均倾斜设置，且该旋流片均由中空的圆环拉伸而制成。
3.根据权利要求1所述的金属纤维后混式燃烧器，其特征在于，还包括燃气汇流管，所述第一燃气支路和第二燃气支路均通过该燃气汇流管与所述混合器连通。
4.根据权利要求1所述的金属纤维后混式燃烧器，其特征在于，所述燃烧头外表面设有金属纤维毡。
5.一种燃气锅炉，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的金属纤维后混式燃烧器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wu Jianqiang Inventor after: Shen Bin Inventor before: Wu Jianqiang |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: WU JIANQIANG TO: WU JIANQIANG SHEN BIN |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20171228 Address after: 201500 Shanghai city Jinshan District Lu Zhen Gan Xiang Jin Zhang Road No. 2548 building 4 room 4019 Patentee after: Shanghai great thermal Technology Co., Ltd. Address before: Room 11, room 31, No. 78, No. 810000, Riverside South Road, Xining, Qinghai Patentee before: Qinghai Polymerization Heat Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150826 Termination date: 20201107 |