CN103429959A - 高周边稳定性燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种燃气锅炉燃烧器（1），其包括适于使预混合燃气在燃烧室中扩散的扩散器，其中所述扩散器包括扩散器中央部分（10）和两个扩散器纵向周边部分（5），所述两个扩散器纵向周边部分（5）通过所述中央扩散器部分（10）连接在一起，所述扩散器中央部分（10）沿着垂直于燃料气体流动的方向纵向地延伸经过大于零的长度l，并且具有的横向横截面成形为具有曲率半径r的圆周弧，所述扩散器纵向周边部分（5）中的每个均成形为具有半径r的球体的一部分。

Description

高周边稳定性燃烧器
本发明涉及一种用于燃气锅炉（gas boiler）的高周边稳定性的燃烧器。
现有技术的燃气锅炉包括：用于给燃烧器供给预混合燃气-空气混合物的导管；通过在燃烧室中的所述混合物的燃烧产生热量的燃烧器；以及可能地，可以连接到换热器和/或供给导管以确保燃烧室的闭合和/或用于相对于此燃烧室定位燃烧器的支撑元件。
燃烧器包括扩散器，确定用于产生热量的火焰式样的预混合燃料和空气气体通过此扩散器传送。通常地，扩散器包括设有多个开口、具有内表面和外表面的壁，所述内表面与供给管流体地连接并且因此与未燃烧混合物接触，在所述外表面上发生燃烧。
在扩散器的上游（参照燃气-空气混合物的流动方向）还可以提供分配装置或分配器，其布置在扩散器的与燃烧表面相对的侧面上，通常包括具有多个通孔的壁，构造为以基本上均匀的方式或者以期望的方式朝向扩散器的壁分配燃气-空气混合物。
如所公知的，在扩散器的壁的外侧上通过燃烧产生的热量通过热燃料气体传送到换热器以便加热例如水的流体，流体随后被传送到用户，例如到工业过程、住宅环境等的加热系统和/或生活用水。
由于受控与区别加热的特定需要，重要的是能够改变燃烧器的加热功率。
能够通过供给到扩散器的燃料或混合物的速率的变化来控制燃烧器的加热功率。然而，现有技术的燃烧器的加热功率范围或所谓的调节（最大功率与最小功率之间的比率）的幅度是有限的。这是由于这样的事实，当燃料流速超过取决于材料、通道的比面积（通道区域与壁区域之间的商）以及扩散器对混合物流动的阻力的最佳范围时，便发生与火焰不稳定性相关的问题，这危及了燃烧器的正确操作。特别地，当增加加热功率时，燃烧区域以及因此火焰趋于从扩散器移开，在安全性和诸如一氧化碳（CO）的污染物的排放方面具有严重影响。
在扩散器的端部，火焰从扩散器移开的此种现象特别普遍。
实际上，此端部与燃烧器的框架连接，因此在此区域中扩散器的温度不可避免地低于其他区域的温度。
为了克服此问题，已知在扩散器附近使用额外的分配器或者使用通过模制适当地形成的扩散器。然而两种解决方案在制造方面都是复杂的并且显著地影响了燃烧器的制造成本。
因此，本发明的目的是提供一种能够克服上述火焰不稳定性问题（特别地此问题涉及火焰分离）的燃烧器，并且其同时制造简单并且成本低廉。
此目的和其他目的通过这样的燃气锅炉燃烧器实现，其包括适于使燃烧室中的预混合燃料气体扩散的扩散器，所述扩散器的每个横截面都具有一致的曲率半径，其中所述扩散器包括扩散器中央部分和两个扩散器纵向周边部分，所述两个扩散器纵向周边部分通过所述扩散器中央部分连接在一起，所述扩散器中央部分沿着垂直于燃料气体流动的方向纵向地延伸大于零的长度l并且具有的横截面成形为具有半径r的圆周弧，所述扩散器纵向周边部分的每个都成形为具有半径r的球体的一部分。
扩散器的此特定构造还允许在在加热功率增加的情形中以及还在扩散器的端部实现火焰稳定性。
特别地，上述构造允许获得从扩散器离开的燃料气体的流动方向，该流动方向沿着垂直于扩散器的表面的方向在扩散器边缘处的分量基本是零。因此，能够减小在边缘处的混合物流动并且防止火焰分离现象，并且还具有高的功率调节。
这里术语“气体流动方向”用于指示气体流动的主要方向。
对于本发明的目的来说，表述“横截面具有一致的曲率半径”用于表示横截面的每个点都具有相同的曲率半径，即其属于具有此半径的相同的假想圆周。
为了更好的理解本发明并且理解其优点，在下文中参照附图提供了本发明的燃烧器的一些示例性且非限制性实施方式的描述，附图中：
-图1是包括根据本发明的燃气燃烧器的锅炉部分的纵截面视图；
-图2是根据本发明第一实施方式的燃气锅炉燃烧器的立体图；
-图3是安装在框架上的根据本发明实施方式的燃气锅炉燃烧器的立体图；
-图4示是图3的燃烧器的侧视图；
-图5是沿着图4的燃烧器的横截面B-B的视图；以及
-图6a-图6c示出了沿着图5的截面的燃料气体的一些流动路线的矢量分解图。
参照图1-图6，整体地通过参考标号1指示燃气锅炉燃烧器。
特别地，参考标号1表示通过预混合燃料气体的燃烧来产生热量的燃烧器，所述预混合燃料气体通常包括燃料气体和空气。优选地，此种燃料气体是完全预先混合好的，即没有其他成分被添加到供给到燃烧器的混合物。
燃烧器1包括适于使燃烧室3（在图1中以虚线表示）中的燃料气体扩散的扩散器2。
燃烧器1安装在框架9上。该框架可以通过连接部分连接到燃烧室3。
框架9还界定了用于燃料和空气混合物通过的开口。
扩散器2包括设有多个开口的壁，所述壁的内表面与燃气供给管流体地连接。燃烧发生在此壁的外表面上。
扩散器2可以包括已知类型的分配器4，其适于将混合物分配到扩散器2并且布置在扩散器2的与燃烧室3相对的侧面上。
图1还示出了与燃烧室3接触的换热器6的示意性描绘，所述换热器适于接收由在扩散器2的壁的外侧上的燃烧产生的热量。
如图2中所示，已经确定了三个主要方向：纵向方向α、横向方向β以及径向方向γ。纵向方向α与横向方向β彼此正交并且它们都与进入燃烧器1的气体的流动方向正交，该流动方向在附图中通过箭头7指示。
根据本发明，所述扩散器2的每个横截面都具有一致的曲率半径。换句话说，通过使扩散器2与平行于图4的平面B-B的平面相交而获得的每个截面都具有单一的曲率半径，即此截面的每个点都属于具有此曲率半径的理想圆周。
根据本发明，扩散器2包括扩散器中央部分10与两个扩散器纵向周边部分5，其中所述两个扩散器纵向周边部分5通过所述扩散器中央部分10连接到彼此。扩散器中央部分10沿着垂直于燃料气体的流动的方向纵向地延伸，即沿着纵向方向α延伸，且延伸经过大于零的长度l。此外，如图5中所示，扩散器中央部分10具有的横截面成形为具有半径r的圆周弧。
特别地如在此附图中示出的，横截面优选地是半圆周。
因此，扩散器中央部分10横向地延伸经过等于2r的长度。
如图4中所示，所述扩散器纵向周边部分5中的每个都成形为具有半径r的球体的一部分。
特别地，如在此附图中所示，所述部分中的每个都成形为球体的四分之一。
换句话说，形成扩散器5的每个周边纵向部分的球形部分的半径都具有等于中央扩散器部分10的横截面的半径的长度。
根据图中示出的优选实施方式，燃烧器1还包括与扩散器2相关联并且适于将燃料气体分配在扩散器2上的分配器4，该分配器具有的构造大致等同于扩散器2的构造。这在图5中是特别明显的。
所述分配器4包括金属网或多孔材料或设有开口的板。
而不同地，扩散器2包括由金属或陶瓷纤维制成的或者由多孔材料或具有开口的密实材料制成的网状物。
根据优选的实施方式，扩散器2连接到框架9，所述框架布置为与通过箭头7指示的进入燃烧器1的燃料气体的流动方向基本上垂直。
在图6a-图6c中，通过参考标号7'指示的箭头示出了从燃烧器1离开的燃气的流动方向。
如从此附图中可观察到的，越靠近横截面的端部，扩散器2上的在从燃烧器1离开的气体的流动方向上的法向分量减少的越多。
因此，此法向分量将在边缘处最小并且在构成此截面的圆周弧的顶点处最大。
此现象弥补了连接到框架9的端部的典型温度下降，由此避免了在此关键区域中的火焰分离。
此情形与在扩散器2的纵向截面处的情况类似，在纵向截面处，扩散器5的每个纵向周边部分都成形为具有半径r的圆周弧，因此扩散器2的纵向截面的边缘具有与扩散器2的横截面的边缘的相同的特征。
换句话说，越靠近纵向截面的端部，扩散器2上的在从燃烧器1离开的气体的流动方向的法向分量减少的越多。
因此，此法向分量在边缘处将最小并且然后逐渐地增加直到在扩散器中央部分10的整个长度1处达到最大。
因此，离开气体的流动方向的法向分量沿着扩散器2的全部周边边缘最小，并且因此在此种区域中很关键的火焰分离现象受到控制。
因此，燃烧器1的此种构造，还允许在加热功率增加的情况下获得火焰稳定性以及同时允许获得制造容易并且成本低廉的燃烧器。
在任何情况下，在上面的描述中以及在随后的权利要求中，指示数量、参数、百分比等等的全部数值都应该被认为在之前冠以术语“约”，除非另有指明。此外，除非在本文中特别地指明，全部数值区间都包括最大数值与最小数值的全部可能组合以及所有可能的中间区间。
为了实现可能的并且特定的要求，根据本发明的燃气锅炉燃烧器可以由本领域的技术人员进行进一步的修改与改变，所有这些修改和改变都落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于燃气锅炉的燃烧器（1），包括扩散器（2），所述扩散器适于使燃烧室（3）中的预混合燃料气体扩散，所述扩散器（2）的每个横截面均具有一致的曲率半径，其中所述扩散器（2）包括扩散器中央部分（10）和两个扩散器纵向周边部分（5），所述两个扩散器纵向周边部分（5）通过所述扩散器中央部分（10）连接在一起，所述扩散器中央部分（10）沿着垂直于燃料气体流动的方向纵向地延伸大于零的长度l并且具有的横截面成形为具有半径r的圆周弧，所述扩散器纵向周边部分（5）中的每个均成形为具有半径r的球体的一部分。
2.根据权利要求1所述的燃烧器（1），还包括与所述扩散器（2）相关联的分配器（4），所述分配器适于将燃料气体分配到所述扩散器（2）上，并且所述分配器具有的形状基本上等于所述扩散器（2）的形状。
3.根据权利要求2所述的燃烧器（1），其中，所述分配器（4）包括金属网或多孔材料或设有开口的金属板。
4.根据上述权利要求中任一项所述的燃烧器（1），其中，所述扩散器（2）包括由金属或陶瓷纤维制成的或者由多孔材料或具有开口的密实材料制成的网状物。
5.根据上述权利要求中任一项所述的燃烧器（1），其中，所述扩散器（2）连接到与所述燃气的流动方向基本垂直的框架（9）。
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