CN103528060B - 多引射切圆预混多孔介质燃气灶的燃烧辐射器及燃烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多引射切圆预混多孔介质燃气灶的燃烧装置及其燃烧方法。传统燃烧燃气灶燃烧效率低，CO、NOx等污染物排放较高。本发明包括燃气入射器，多个文丘里引射器，在文丘里多引射器末端，设有燃气旋转混合器，燃气旋转混合器上端设有气流均匀分配器，气流均匀分配器上端设有燃气二级混合室，燃气二级混合室上端设有多孔介质燃烧辐射器。本发明燃烧效率和热效率高，CO、NOx等污染物排放低，燃烧负载变化范围更大。

Description

多引射切圆预混多孔介质燃气灶的燃烧辐射器及燃烧方法

技术领域

本发明属于多孔介质燃烧技术领域，涉及一种多引射切圆预混多孔介质燃烧辐射器其燃烧方法，适合用于民用燃气灶的燃烧器。

背景技术

目前，在民用燃气灶的燃烧器中，燃气灶配比空气和燃气的主要方式仍然是采用自然引射一次空气方式，利用空气和燃气的自然混合结构，且为增强引射效果，减少阻力损失，通常不设有预混室，这样必然导致燃气在进入灶头燃烧前，难以充分混合，容易造成不能完全燃烧，产生较多CO，降低燃烧效率和热效率，因此，如何提高燃气引射空气效果，增强空气和燃气预混效果，是燃气引射吸卷空气混合的主要难点；其次，绝大多数燃气灶都是采用带有喷气嘴的灶头，这种燃气灶头基本上都是采用高速射流的扩散燃烧火焰方式，为保证充分燃烧，吸卷更多周围空气，不仅需要燃气灶头具有一定的燃烧高度和足够空间，而且需要喷气嘴具有一定的复杂结构，造成生产工艺复杂化，成本提高，且燃烧灶头的高度和空间的存在，将会导致更多热量传递到周围空间，造成大量热量损失，降低燃气灶的热效率。此外，这种传统自由空间的扩散燃烧方式，其燃烧效果与周围吸卷混合均匀效果密切相关，容易产生较多CO和NOx。因此，根据以上分析存在的缺陷，本专利提出一种新的设计构想，提高燃烧辐射燃烧效率。

多孔介质燃烧技术是一种新型燃烧技术，在燃用气体燃料翻遍具有增强燃烧强度与稳定性、提高燃烧效率与热效率、降低污染物排放，减少设备体积等方便具有强大的优势。将多孔介质燃烧技术应用到民用燃气灶上，对提高降低民用燃气灶的燃烧效率和热效率，降低NOx和CO等污染物排放提供一种有效途径。

发明内容

本发明主要目的是提供一种燃烧强度和热效率高，污染物排放低，负荷变化更宽、结构简单的多引射切圆预混多孔介质燃气灶的燃烧辐射器，同时提供了利用该装置进行燃烧的方法。

本发明的主要构思原理：本发明具有多个文丘里引射器本体和多孔介质燃烧辐射器本体，并直接与切圆旋转预混室相连，采用空气多路引射，利用切圆旋转预混方式，借用大型燃煤锅炉切圆燃烧的思想，结合多孔介质燃烧中自身产生的热回流，利用多孔介质分层界面结构特性稳定燃气燃烧火焰，保证燃气稳定、高效的在多孔介质燃烧辐射器内燃烧，燃烧产生的热量通过多孔介质的辐射传热和产生的高温烟气直接加热锅灶。

本发明的技术方案为：

本发明中的燃烧辐射器包括多个均匀布置在旋转预混室周围的文丘里引射器，文丘里引射器远离旋转预混室的端口上设有燃气入射器；旋转预混室上方为燃气二级混合室，旋转预混室与燃气二级混合室之间设有气流均匀分配器，燃气二级混合室上方设有多孔介质燃烧辐射器。

所述燃气入射器为喷嘴或燃气供给器，具有设定流速，对周围空气产生吸卷效应。

所述的文丘里引射器为文丘里管或扩缩管，数量为2个、3个或4个，文丘里引射器与旋转预混室的水平面呈0度-10度布置；其中：

当文丘里引射器为2或3个时，文丘里引射器入射方向为切向或旋转偏心角为10度-20度；

当文丘里引射器为4个时，文丘里引射器采用四角切圆方式布置。

更进一步的说，文丘里引射器与旋转预混室的水平面呈7度布置，旋转偏心角为17度。

所述的旋转预混室内部为空腔，或可设有利于燃气旋流混合的旋转导流板；所述的燃气二级混合室内部为空腔，或可设有利于燃气稳流的导流板。

所述的气流均匀分配器为高孔密度的蜂窝陶瓷板、泡沫陶瓷板、金属网板、泡沫金属板中的一种。 

所述高孔密度的蜂窝陶瓷板、金属网板的小孔轴线与其板的中心线平行，或可设有一定偏转角。

所述多孔介质燃烧辐射器中的多孔介质由下部小孔径多孔介质和上部大孔径多孔介质组成，其中多孔介质的空隙率为0.5～0.99；

所述小孔径多孔介质为高孔密度的蜂窝陶瓷板、泡沫陶瓷板、金属网板、泡沫金属板中的一种；

所述的大孔径多孔介质为孔径、空隙率均匀的泡沫体、蜂窝体，或孔径、空隙率自下向上逐渐增大的泡沫体、蜂窝体。

多引射切圆预混多孔介质燃气灶的燃烧辐射器燃烧的方法：首先，燃气通过燃气喷嘴高速喷入文丘里引射器内，利用高速射流产生吸卷效应将周围空气吸入文丘里引射器内，并进行部分预混后，利用均匀布置多个文丘里引射器，燃气在旋转预混室内形成旋转切圆混合流场，经气流均匀分配器进行稳流，进入二级燃气预混室进行充分混合后，进入多孔介质燃烧辐射器，利用多孔介质燃烧器结构特性将着火火焰面稳定在大小孔径多孔介质的分层界面上，在大孔径多孔介质内进行无焰的多孔介质燃烧，燃烧后的热量通过多孔介质的辐射传热和产生的高温烟气直接加热锅灶。

本发明的优点是直接将多引射、切圆入射、旋转预混、多孔介质燃烧于一体；利用文丘里多引射器多路引射空气，利用切圆入射卷吸效应进一步吸卷空气，并在旋流预混室内形成切圆旋转预混流场，快速混合充分混合燃气，利用气流均匀分配器实现燃气进一步充分混合后，通过多孔介质燃烧技术实现预混燃气的强化燃烧和低污染物排放，利用多孔介质固体较强的导热、辐射传热特性迅速传递热量，增强燃烧器的燃烧强度，提高燃气灶的热效率和燃烧效率，降低污染物排放，有利于实现燃气灶的结构简单、小型化。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明第一实施例；

图3为本发明第二实施例；

图4为本发明第三实施例；

图5为文丘里引射器轴向入射方式。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明作详细说明。

如图1所示，本发明装置包括燃气入射器 3，文丘里引射器 4，燃气入射器 3的周向为空气入口2，始端为燃气入口1，在文丘里引射器 4末端设有燃气切圆旋转预混器 6，在燃气旋转混合器6上端设有支撑架5，支撑架 5固定于燃气旋流混合器6上端内壁上，支撑架5上设有气流均匀分配器7，气流均匀分配器7上方设有燃气二级混合室8，燃气二级混合室8上端内壁设有支撑架9，支撑架9上方设有多孔介质燃烧辐射器 10。文丘里引射器、燃气切圆旋转预混器、气流均匀分配器、多孔介质燃烧器等结构的具体尺寸，可以根据燃气灶的具体设计负荷范围进行相应的传热计算，给予确定。

燃气入射器为喷嘴或燃气供给器，须具有一定流速，对周围空气产生一定的吸卷效应。

文丘里多引射器为文丘里管或扩缩管，数量设置为3个，或根据需要设置为2个或4个，分别如图2、图3、图4所示。

文丘里引射器采用4个布置时，通常采用四角切圆方式来进行布置，如图4所示。

文丘里引射器的进口布置方式可采用周向均匀布置，文丘里引射器轴截面入射方向与燃气旋转混合器的入口横截面的夹角L为0度-10度之间，最佳优化角度为7度，参见图5。进口横截面的入射方向可以为切向、或旋转偏心角B为10度-20度之间，最佳优化角度为17度。如图2和图3所示。

气流均匀分配器为高孔密度的蜂窝陶瓷板、泡沫陶瓷板、金属网板、泡沫金属板中的一种。

高孔密度的蜂窝陶瓷板、金属网板的小孔轴线与其板的中心线平行，或可设有一定偏转角。

燃气二级混合室内部为空腔，或可设有利于燃气稳流的导流板。

多孔介质燃烧辐射器中的多孔介质由下部小孔径的多孔介质 11和上部大孔径的多孔介质 12组成。

小孔径多孔介质为高孔密度的蜂窝陶瓷板、泡沫陶瓷板、金属网板、泡沫金属板中的一种；

大孔径的多孔介质为孔径、空隙率均匀的泡沫体、蜂窝体，或孔径、空隙率自下向上逐渐增大的泡沫体、蜂窝体。所述孔径多孔介质的孔径为0.1mm～20mm，孔隙率为0.5～0.99。

利用本发明中的燃烧辐射器进行燃烧的方法为首先，燃气通过燃气喷嘴高速喷入文丘里引射器内，利用高速射流产生吸卷效应将周围空气吸入文丘里引射器内，并进行部分预混后，利用合理布置的3个（或多个）文丘里引射器，燃气在旋转预混器内形成旋转切圆混合流场，经气流均匀分配器进行稳流，进入二级燃气预混室进行充分混合后，进入多孔介质燃烧辐射器，利用多孔介质燃烧器结构特性将着火火焰面稳定在大小孔径多孔介质的分层界面上，在大孔径多孔介质内进行无焰的多孔介质燃烧，燃烧后的热量通过多孔介质的辐射传热和产生的高温烟气直接加热锅灶。

本发明将多引射、切圆入射、旋转预混、多孔介质燃烧集于一体；利用多引射方式卷吸空气，具有旋转射流预混和分层多孔介质燃烧技术的优越性，利用多孔介质固体较强的导热、辐射传热特性迅速传递热量，增强燃烧器的燃烧强度，提高燃气灶的热效率和燃烧效率，降低污染物的排放，使得燃烧辐射器结构更加简单、紧凑、体积更小。该燃烧方法和工艺能广泛适用于民用和工业应用的燃气灶，特别是适应于大型餐厅和饭店中的大功率的燃气灶的高效清洁燃烧。

Claims (9)

1.多引射切圆预混多孔介质燃气灶的燃烧辐射器，其特征在于：包括多个均匀布置在旋转预混室周围的文丘里引射器，文丘里引射器远离旋转预混室的端口上设有燃气入射器；旋转预混室上方为燃气二级混合室，旋转预混室与燃气二级混合室之间设有气流均匀分配器，燃气二级混合室上方设有多孔介质燃烧辐射器。

2.根据权利要求1所述的多引射切圆预混多孔介质燃气灶的燃烧辐射器，其特征在于：所述燃气入射器为喷嘴或燃气供给器，具有设定流速，对周围空气产生吸卷效应。

3.根据权利要求1所述的多引射切圆预混多孔介质燃气灶的燃烧辐射器，其特征在于：所述的文丘里引射器为文丘里管或扩缩管，数量为2个、3个或4个，文丘里引射器与旋转预混室的水平面呈0度-10度布置；其中：

当文丘里引射器为2或3个时，文丘里引射器入射方向为切向或旋转偏心角为10度-20度；

当文丘里引射器为4个时，文丘里引射器采用四角切圆方式布置。

4.根据权利要求3所述的多引射切圆预混多孔介质燃气灶的燃烧辐射器，其特征在于：文丘里引射器与旋转预混室的水平面呈7度布置，入射方向旋转偏心角为17度。

5.根据权利要求1所述的多引射切圆预混多孔介质燃气灶的燃烧辐射器，其特征在于：所述的旋转预混室内部为空腔，或可设有利于燃气旋流混合的旋转导流板；所述的燃气二级混合室内部为空腔，或可设有利于燃气稳流的导流板。

6.根据权利要求1所述的多引射切圆预混多孔介质燃气灶的燃烧辐射器，其特征在于：所述的气流均匀分配器为高孔密度的蜂窝陶瓷板、泡沫陶瓷板、金属网板、泡沫金属板中的一种。

7.根据权利要求6所述的多引射切圆预混多孔介质燃气灶的燃烧辐射器，其特征在于：所述高孔密度的蜂窝陶瓷板、金属网板的小孔轴线与其板的中心线平行，或可设有一定偏转角。

8.根据权利要求1所述的多引射切圆预混多孔介质燃气灶的燃烧辐射器，其特征在于：所述多孔介质燃烧辐射器中的多孔介质由下部小孔径多孔介质和上部大孔径多孔介质组成，其中多孔介质的空隙率为0.5～0.99；

所述小孔径多孔介质为高孔密度的蜂窝陶瓷板、泡沫陶瓷板、金属网板、泡沫金属板中的一种；

所述的大孔径多孔介质为孔径、空隙率均匀的泡沫体、蜂窝体，或孔径、空隙率自下向上逐渐增大的泡沫体、蜂窝体。

9.一种利用如权利要求1所述的多引射切圆预混多孔介质燃气灶的燃烧辐射器进行燃烧的方法，其特征在于：首先，燃气通过燃气喷嘴高速喷入文丘里引射器内，利用高速射流产生吸卷效应将周围空气吸入文丘里引射器内，并进行部分预混后，利用均匀布置多个文丘里引射器，燃气在旋转预混室内形成旋转切圆混合流场，经气流均匀分配器进行稳流，进入燃气二级混合室进行充分混合后，进入多孔介质燃烧辐射器，利用多孔介质燃烧辐射器结构特性将着火火焰面稳定在大小孔径多孔介质的分层界面上，在大孔径多孔介质内进行无焰的多孔介质燃烧，燃烧后的热量通过多孔介质的辐射传热和产生的高温烟气直接加热锅灶。