CN103528062A - 鼓风旋转预混多孔介质燃气灶的燃烧辐射器及其燃烧方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种鼓风旋转预混多孔介质燃气灶的燃烧装置及其燃烧方法。传统燃气灶的燃烧效率低，CO、NOx等污染物排放浓度较高。本发明包括风机，燃气旋转混合器，在燃气旋转混合器的中下端侧向，设有燃气入射器和空气入射器，空气入射器上游与风机出口相连，燃气旋转混合器上方设有气流均匀分配器，气流均匀分配器上方多孔介质预混器，多孔介质预混器上方设有燃气稳流室，在燃气稳流室上方设有多孔介质燃烧辐射器。本发明结构简单、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
技术领域
本发明属于多孔介质燃烧技术领域，涉及一种旋转预混多孔介质燃烧辐射器，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，同时引射方式引入的空气量容易出现过剩和不足现象，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，如何提供较为准确的空气量，增强空气和燃气预混效果，对提高燃气灶的燃烧效率具有至关重要；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。
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、结构简单的鼓风旋转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。
本发明包括风机和燃气旋转混合器，在燃气旋转混合器的中下端侧向，设有至少一个燃气入射器和至少一个空气入射器，空气入射器上游与风机出口相连，燃气旋转混合器上端设有气流均匀分配器，气流均匀分配器上方设有多孔介质预混器，多孔介质预混器上方设有燃气稳流室，在燃气稳流室上方设有多孔介质燃烧辐射器。
所述燃气入射器及空气入射器均与燃气旋转混合器的水平面呈0度-10度布置，入射方向为切向、或旋转偏心10度-20度；进一步说燃气入射器及空气入射器均与燃气旋转混合器的水平面呈7度布置，入射方向旋转偏心17度；
其中当存在两个空气入射器和两个燃气入射器时，采用四角切圆方式来进行布置。
所述的燃气旋转混合器内部为空腔，或设有利于燃气旋流混合的旋转导流板；所述的燃气稳流室内部为空腔，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。
所述多孔介质预混器内的多孔介质为堆积颗粒，形状为球形、圆柱形、矩形或花瓣形，堆积颗粒堆积形成的多孔介质预混器的孔隙率保持在0.4-0.8之间，
所述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和上部大孔径的多孔介质组成，多孔介质的空隙率为0.5～0.99；
其中小孔径的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。
其中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。
利用上述燃烧辐射器进行燃烧的方法：燃气灶工作时，开启燃气负荷旋钮时，相应负荷信号同时传递给风机，风机根据相应负荷信号，开启相应负荷开度，提供相应的空气量，空气通过风机沿着空气管道，利用空气入射器进入燃气旋转混合器，与通过燃气入射器进入燃气旋转混合器的燃气，在燃气旋转混合器内形成切圆混合流场，进行初级预混，经气流均匀分配器进行稳流后，进入多孔介质预混器进行二次充分预混后，经过燃气稳流室进行二次稳流后，进入多孔介质燃烧辐射器，多孔介质燃烧辐射器下端的小孔径多孔介质不但能够对新鲜燃气进行预热，而且能够防止燃烧火焰回火现象的发生，同时利用多孔介质燃烧辐射器将着火火焰面稳定在大小孔径多孔介质的分层界面上，并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高温辐射传热和产生的高温烟气直接加热锅灶。
本发明的主要构思原理：本发明具有多孔介质燃烧辐射器本体，下方燃气稳流室、多孔介质预混器、旋转预混室相连，采用风机送分，多路切圆入射，利用切圆旋转预混和多孔介质预混方式，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。该燃烧方法和工艺能广泛适用于民用和工业应用的燃气的燃气灶，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。
本发明的优点是直接将切圆入射、旋转预混、多孔介质预混、多孔介质燃烧于一体；利用通过风机供给多路空气，利用燃气和空气切圆入射旋流效应，在旋转预混室内形成切圆旋转预混流场，初步混合后，利用气流均匀分配器分配后，进入多孔介质预混器和燃气稳流室进行二次充分预混后，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3a为本发明第二实施例一种布设方式；
图3b为本发明第二实施例另一种布设方式；
图4为本发明第三实施例；
图5为空气和燃气引射器轴向入射方式。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
如图1所示，本发明装置包括风机2，旋转预混器6，在旋转预混器6的中下端侧向，分别设有空气入射器5和燃气入射器7，空气入射器5上游通过空气管道4与风机出口3相连，风机上带有空气入口1；燃气入口9通过燃气管道8引入燃气入射器7，燃气旋转预混器6上方设有气流均匀分配器10，气流均匀分配器10上方设有多孔介质预混器11，多孔介质预混器11上方设有燃气稳流室12，燃气稳流室12上方通过支撑架13设有多孔介质燃烧辐射器14。燃气入射器和空气入射器的总体数量可根据燃气灶需要设计成2 个，3个或者4个。燃气和空气入射器、圆旋转预混器、气流均匀分配器、多孔介质预混器、多孔介质燃烧辐射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。
空气和燃气入射器为喷嘴，或为小口径管道。
空气和燃气入射器的总数设置为2个，或根据需要设置为3个或4个，相应数量下的进口布置方式分别如图2、图3a和图3b、图4所示。
空气和燃气入射器总数采用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。
空气入射器数量多个时，需在空气入射器和风机出口之间设置空气多通管道；所述燃气入射器数量多个时，需在燃气入射器和燃气入口之间设置燃气多路管道。
燃气和空气入射器的轴截面入射方向与燃气旋转混合器的入口横截面的夹角γ为0度-10度之间，最佳优化角度为7度。进口横截面的入射方向可以为切向、或旋转偏心角β为10度-20度之间，最佳优化角度为17度，如图2和图5所示。
燃气旋转混合器内部为空腔，或可设有利于燃气旋流混合的旋转导流板。
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。
多孔介质预混器内的多孔介质为堆积颗粒，形状可以为球形、圆柱形、矩形、花瓣形，以及其他异形结构体，堆积颗粒堆积形成的多孔介质预混器的孔隙率应保持在0.4-0.8之间。
燃气稳流室内部为空腔，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和上部大孔径的多孔介质组成。
多孔介质的空隙率为0.5～0.99。
多孔介质燃烧辐射器中的小孔径多孔介质15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。
多孔介质燃烧辐射器中大孔径多孔介质16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。
利用本发明中的燃烧辐射器进行燃烧的方法为：燃气灶工作时，开启燃气负荷旋钮时，相应负荷信号同时传递给风机，风机根据相应负荷信号，开启相应负荷开度，空气通过风机沿着空气管道，利用空气入射器进入旋转预混器，与通过燃气入射器进入旋转混合器的燃气，在旋转混合器内形成切圆混合流场，进行初级预混，经气流均匀分配器进行稳流后，进入多孔介质预混器进行二次充分预混后，经过燃气稳流室进行二次稳流后，进入多孔介质燃烧辐射器，多孔介质燃烧辐射器下端的小孔径多孔介质不但能够对新鲜燃气进行预热，而且能够防止燃烧火焰回火现象的发生，同时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，并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高温辐射传热和产生的高温烟气直接加热锅灶。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。
本发明直接将切圆入射、旋转预混、多孔介质预混、多孔介质燃烧集于一体；利用通过风机供给多路空气，利用燃气和空气切圆入射旋流效应，在旋转预混室内形成切圆旋转预混流场，初步混合后，利用气流均匀分配器分配后，进入多孔介质预混器和燃气稳流室进行二次充分预混后，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，采用多孔介质结构分布特性将燃烧火焰控制多孔介质分层界面上，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。
Claims (9)
1. 鼓风旋转预混多孔介质燃气灶的燃烧辐射器，其特征在于：包括风机和燃气旋转混合器，在燃气旋转混合器的中下端侧向，设有至少一个燃气入射器和至少一个空气入射器，空气入射器上游与风机出口相连，燃气旋转混合器上端设有气流均匀分配器，气流均匀分配器上方设有多孔介质预混器，多孔介质预混器上方设有燃气稳流室，在燃气稳流室上方设有多孔介质燃烧辐射器。
2.根据权利要求1所述的鼓风旋转预混多孔介质燃气灶的燃烧辐射器器，其特征在于：所述燃气入射器及空气入射器均与燃气旋转混合器的水平面呈0度-10度布置，入射方向为切向、或旋转偏心10度-20度。
3.根据权利要求2所述的鼓风旋转预混多孔介质燃气灶的燃烧辐射器器，其特征在于：所述燃气入射器及空气入射器均与燃气旋转混合器的水平面呈7度布置，入射方向旋转偏心17度。
4.根据权利要求2所述的鼓风旋转预混多孔介质燃气灶的燃烧辐射器器，其特征在于：当存在两个空气入射器和两个燃气入射器时，采用四角切圆方式来进行布置。
5.根据权利要求1所述的鼓风旋转预混多孔介质燃气灶的燃烧辐射器器，其特征在于：所述的燃气旋转混合器内部为空腔，或设有利于燃气旋流混合的旋转导流板；所述的燃气稳流室内部为空腔，或可设有利于燃气稳流的导流板。
6.根据权利要求1所述的鼓风旋转预混多孔介质燃气灶的燃烧辐射器器，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1所述的鼓风旋转预混多孔介质燃气灶的燃烧辐射器器，其特征在于：所述多孔介质预混器内的多孔介质为堆积颗粒，形状为球形、圆柱形、矩形或花瓣形，堆积颗粒堆积形成的多孔介质预混器的孔隙率保持在0.4-0.8之间。
8.根据权利要求1所述的鼓风旋转预混多孔介质燃气灶的燃烧辐射器器，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的多孔介质和上部大孔径的多孔介质组成，多孔介质的空隙率为0.5～0.99；
其中小孔径的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；
其中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。
9.利用如权利要求1所述的鼓风旋转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：
燃气灶工作时，开启燃气负荷旋钮时，相应负荷信号同时传递给风机，风机根据相应负荷信号，开启相应负荷开度，提供相应的空气量，空气通过风机沿着空气管道，利用空气入射器进入燃气旋转混合器，与通过燃气入射器进入燃气旋转混合器的燃气，在燃气旋转混合器内形成切圆混合流场，进行初级预混，经气流均匀分配器进行稳流后，进入多孔介质预混器进行二次充分预混后，经过燃气稳流室进行二次稳流后，进入多孔介质燃烧辐射器，多孔介质燃烧辐射器下端的小孔径多孔介质不但能够对新鲜燃气进行预热，而且能够防止燃烧火焰回火现象的发生，同时利用多孔介质燃烧辐射器将着火火焰面稳定在大小孔径多孔介质的分层界面上，并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高温辐射传热和产生的高温烟气直接加热锅灶。
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