CN105570889A - 燃烧器 - Google Patents
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Abstract
一种燃烧器(1),包括管状扩散器壁(5)和用于气体混合物(4)在扩散器壁内流动的入口通道、以及布置在入口通道(3)中的第一隔膜(12),所述隔膜(12)形成多个贯通开口(13)和在贯通开口的径向外侧上界定贯通开口的多个导向表面(14),使得在引入混合物(4)时,所述导向表面(14)和所述贯通开口(13)将混合物(4)朝向燃烧器(1)的内侧且沿着朝向纵向轴线(6)的径向方向引导。
Description
技术领域
本发明涉及用于锅炉(boiler,煮器)和用于工业应用的气体燃烧器,该燃烧器为包括以下的类型:
-支撑壁,能连接至锅炉或工业应用的燃烧室,该支撑壁具有入口开口,该入口开口用于将燃气和氧化剂的混合物引入到燃烧器内,
-管状扩散器壁(diffuserwall),具有连接至支撑壁且与入口开口流体连通的第一端、由封闭底部封闭的第二端、以及用于使气体混合物从燃烧器的内部行进至扩散器壁的外侧的穿孔,燃烧发生在该扩散器壁的外侧处,
-管状元件,定位在扩散器壁内,并且具有连接至支撑壁且与入口开口流体连通的基部以及在扩散器壁的第一端与第二端之间的中间位置中形成出口开口的自由端。
背景技术
在本申请人的专利申请WO2009/112909中描述了这种已知的燃烧器,并且该燃烧器旨在克服先前已知柱形燃烧器的噪声问题。通过燃烧器中的管状元件,燃烧器的共振频率可被修改,并且在操作期间引起的振动频率可远离燃烧器的共振频率,因此降低燃烧器的噪声以及由振动自身导致的周期性机械压力。
然而,设置有“降噪”管状元件的燃烧器在扩散器的外表面上呈现出不均匀的火焰分布,因此妨碍了出于生热目的对燃烧器尺寸的最优利用。
最后,由于存在“降噪”管状元件而引起的扩散器壁的局部加热导致了仍处于扩散器壁上游的燃料-氧化剂混合物回烧的高风险。
发明内容
本发明的目的是提供一种气体燃烧器,该气体燃烧器为上述的类型但经修改从而克服所观察到的现有技术的缺点。
在通常目的的范围内,本发明的特定目的是:
-改进已知燃烧器,从而保持噪声是降低的,并且特别地消除鸣音的发起,这样的鸣音可能归咎于气体阀与燃烧器结合部分中的振动,以及同时
-改进火焰和燃烧的均匀性和稳定性,以及
-降低扩散器壁的局部过热的风险。
这些和其他目的借助于这样一种燃烧器来实现,该燃烧器包括:
-支撑壁,能连接至锅炉或工业应用的燃烧室,所述支撑壁形成用于将燃料气体与氧化剂的混合物引入到燃烧器内的入口通道,
-管状扩散器壁,与燃烧器的纵向轴线同轴,并且具有连接至支撑壁且与入口通道流体连通的第一端、由封闭底部封闭的第二端、以及用于气体混合物从燃烧器内部行进至扩散器壁外侧的穿孔(perforation),燃烧在该外侧处发生,
其中,该燃烧器包括与纵向轴线大致同心且布置在入口通道中的隔膜,所述隔膜形成多个贯通开口以及在贯通开口的径向外侧上(相对于纵向轴线而言)限定贯通开口的多个导向表面,使得在引入混合物的方向上,所述导向表面和所述贯通开口将混合物朝向燃烧器内部并沿着朝向纵向轴线的径向方向引导。
由于位于贯通开口的径向外侧上的导向表面,在将气体混合物引入到燃烧器内期间,气体混合物的流径向向内偏转,这基本上确定了沿着燃烧器的纵向轴线的同心轴向气流。在封闭底部附近,由此而“紧凑化”的气流被传送回去并且径向向外“加宽”,以沿着扩散器壁的内表面以轴向均匀的方式延伸。
所执行的测试已表明:在与贯通开口相关的导向表面的存在和形状与更少噪声(特别是参照前述鸣音)、更大的火焰稳定性和均匀性以及扩散器壁的更低局部过热倾向之间存在着因果关系。
附图说明
为了更好地理解本发明并认识到其优点,下文将参照附图描述一些非限制性实施例,附图中:
-图1为根据实施例的燃烧器的立体图,
-图2为沿着径向于扩散器的纵向轴线的剖面所截取的图1中燃烧器的纵向剖面图,
-图3为图1中燃烧器的分解立体图,
-图4为根据实施例的燃烧器的隔膜的立体图,
-图5为沿着图4中隔膜的径向剖面截取的视图,
-图6图解示出了借助于根据本发明的燃烧器获得的流动状态。
具体实施方式
参照附图,用于锅炉或工业应用的气体燃烧器整体由参考标号1表示,该气体燃烧器一般借助于燃料气体或特别是借助于燃料气体与空气的预混合物的燃烧来生热。燃烧器1包括能连接至锅炉或工业应用的燃烧室的支撑壁2,该支撑壁2形成用于将燃料气体与氧化剂的混合物4引入燃烧器1内的入口通道3。
燃烧器1进一步包括扩散器壁5,该扩散器壁为管状且相对于燃烧器1的纵向轴线6为同轴的,并且具有连接至支撑壁2且与入口通道3流体连通的第一端7、由封闭底部9封闭的第二端8、以及用于使气体混合物4从燃烧器1的内部行进至扩散器壁5的外侧11的穿孔10,燃烧在该扩散器壁的外侧处发生。
根据本发明的一个方面,燃烧器1包括与纵向轴线6大致同心且布置在入口通道3中的隔膜12,所述隔膜12形成多个贯通开口13和多个导向表面14,这些导向表面在贯通开口的径向外侧上(相对于纵向轴线6而言)限定贯通开口,使得在混合物4的进入过程中,所述导向表面14和所述贯通开口13将混合物4朝向燃烧器1的内部并沿着朝向纵向轴线6的径向(径向内部)方向引导。
由于位于贯通开口13的径向外侧上的导向表面14,使得在将混合物引入到燃烧器1内期间,混合物4的气流径向向内偏转,这基本上确定了沿着燃烧器的纵向轴线6的同心轴向流。在封闭底部9附近,由此而“紧凑化”的气流被传送回去并且径向向外“加宽”,以沿着扩散器壁5的内表面15以轴向均匀的方式延伸。
所执行的测试已表明:在与贯通开口13相关的导向表面14的存在和形状与更少噪声(特别是参照前述鸣音)、更大的火焰稳定性和均匀性以及扩散器壁5的更低局部过热倾向之间存在着因果关系。
根据实施例,隔膜12由金属板制成,优选是钢制成。
隔膜12为大致平坦的(planar)且与纵向轴线6大致正交。
可替换地,隔膜12可具有凸起形状(bulgingshape,隆起形状),例如扁平拱顶形状(flatteneddomeshape)或者相对于纵向轴线6带有周向台阶(circumferentialstep,圆周台阶,环形台阶)。优选地,隔膜12的形状大致关于纵向轴线6对称。
在优选实施例中,贯通开口13的图案以及导向表面14的分布关于纵向轴线6对称。
在实施例中,贯通开口13形成在隔膜12的径向外部17中,并且有利地相对于纵向轴线6布置成一个或多个周向序列(circumferentialsequences)(例如具有6个、8个、10个或12个单个开口,且优选是10个单个开口)。
这些贯通开口13具有在与纵向轴线6大致正交的平面上延伸的径向内边缘18(相对于纵向轴线6而言),以及在相对纵向轴线6倾斜或平行的平面上延伸的径向外边缘19,其中该外边缘19形成导向表面14的自由出口端。以这样的方式,这些贯通开口13的径向内部区域允许混合物的流沿着大致平行于纵向轴线6的方向行进,并且在贯通开口13的径向外部区域确定了沿着径向于纵向轴线6的方向上的混合物流,其同样沿着径向方向推动进入到开口的径向内部区域内的混合物。
在一个实施例中,导向表面14可具有球形或卵形的半拱顶形状或者球形或卵形拱顶的区段(segment)的形状,这样使得外边缘为弧形,例如成形为圆的一段弧。
在可替换实施例中,导向表面14成形为柱形或截头锥形的管的一个区段,适于沿着径向向内的方向引导混合物。
有利地,导向表面14沿径向在贯通开口13外部形成并且朝向燃烧器1的内部凸起。换言之,导向表面14为凹入的。
在一个实施例中,隔膜12进一步包括中央孔16,该中央孔与纵向轴线6同心并且具有的通道面积小于隔膜12的径向外部17中的贯通开口13的总通道面积。
中央孔16的存在提供沿着纵向轴线6的部分混合物流,其形成“导向(guide)”,向外偏转的流沿着其汇聚并且其使得该向外偏转的流稳定。这样的中央孔16意味着燃烧器1的噪声进一步惊人地降低。
有利地,中央孔16形成在与纵向轴线6正交的平面上,从而引导沿着与纵向轴线6平行且同心的方向的混合物4的部分流。
隔膜12可与支撑壁2形成单件,或者例如通过焊接或通过压入配合与其连接。
在有利实施例中,支撑壁2由金属板(例如钢)制成并且形成:
-外周向座20(周向台阶),面向燃烧器1的外侧并且适于容纳扩散器壁5的前边缘7,
-可选地,内周向座21(周向台阶),面向燃烧器1的内侧并且适于容纳隔膜12的外边缘(未示出)并确保其正确定位,
-可选地,另一外周向座(周向台阶,未示出),面向燃烧器1的外侧并且适于容纳分配器壁21的前边缘。
有利地,隔膜12定位于在支撑壁2处的扩散器壁5的端部伸展部22内并且不延伸超出该端部伸展部,其中所述端部伸展部22的轴向长度L22小于扩散器壁5的轴向长度L5的四分之一,优选地小于扩散器壁5的轴向长度L5的五分之一。
在优选实施例中,隔膜12形成混合物流4的仅有导向屏障,并且燃烧器1的入口通道3不受其他隔膜或屏障的影响。
根据实施例,扩散器壁5由穿孔的钢板构成并且为柱形或略微截头锥形的形状。另外地或可替换地,扩散器壁5的穿孔钢板可在外侧上衬有由金属或陶瓷或烧结材料制成的网或织物(未示出)的外层,这实现了燃烧在其上发生的扩散器壁5的外表面。
分配器壁21(如果设置的话)可由柱形或略微截头锥形的穿孔钢板构成,与纵向轴线6同轴且定位在扩散器壁5的内部。
根据本发明的燃烧器1具有许多优点,特别是降噪、更大的火焰均匀性和稳定性以及更小的扩散器局部过热的风险。由于扩散器壁上的火焰均匀性和均匀燃烧分布,可避免需要提供位于扩散器壁5上游的额外分配器壁。
显然,本领域技术人员可对根据本发明的燃烧器做出进一步的改变和变型,所有这些改变和变型均不背离如由所附权利要求所限定的本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种燃烧器(1),包括:
-支撑壁(2),形成用于将燃料气体与氧化剂的混合物(4)引入到所述燃烧器(1)内的入口通道(3),
-扩散器壁(5),所述扩散器壁为管状的且与所述燃烧器(1)的纵向轴线(6)同轴,并且所述扩散器壁具有:第一端(7),连接至所述支撑壁(2)且与所述入口通道(3)流体连通;第二端(8),由封闭壁(9)封闭;以及穿孔(10),所述穿孔用于使所述混合物(4)从所述燃烧器(1)的内部行进至所述扩散器壁(5)的外侧(11),在该外侧处发生燃烧,
其特征在于,所述燃烧器包括隔膜(12),所述隔膜与所述纵向轴线(6)大致同心且布置在所述入口通道(3)中,所述隔膜(12)形成多个贯通开口(13)以及在所述贯通开口的径向外侧上限定所述贯通开口的多个导向表面(14),从而使得在所述混合物(4)的进入期间,所述导向表面(14)和所述贯通开口(13)将所述混合物(4)朝向所述燃烧器(1)内部且沿着朝向所述纵向轴线(6)的径向方向引导。
2.根据权利要求1所述的燃烧器(1),其中,所述隔膜(12)为大致平坦的并且与所述纵向轴线(6)大致正交。
3.根据权利要求1所述的燃烧器(1),其中,所述隔膜(12)具有凸起的形状、扁平拱顶的形状、或者带有相对于所述纵向轴线(6)周向延伸的至少一个台阶。
4.根据权利要求1所述的燃烧器(1),其中,所述贯通开口(13)的形状和分布以及所述导向表面(14)的形状和分布关于所述纵向轴线(6)对称。
5.根据权利要求1所述的燃烧器(1),其中,所述贯通开口(13)形成在所述隔膜(12)的径向外部(17)中并且相对于所述纵向轴线(6)布置成至少一个周向序列。
6.根据权利要求1所述的燃烧器(1),其中,所述贯通开口(13)具有沿着与所述纵向轴线(6)大致正交的平面延伸的径向内边缘(18)以及沿着相对于所述纵向轴线(6)倾斜或平行的平面延伸的径向外边缘(19),其中所述外边缘(19)形成所述导向表面(14)的自由出口端。
7.根据权利要求1所述的燃烧器(1),其中,所述导向表面(14)为球形或卵形拱顶的区段的形式。
8.根据权利要求1所述的燃烧器(1),其中,所述导向表面(14)为柱形或截头锥形管的区段的形式且适于沿着径向向内的方向引导所述混合物。
9.根据权利要求1所述的燃烧器(1),其中,所述导向表面(14)沿径向在所述贯通开口(13)外部形成为朝向所述燃烧器(1)内部凸起的壁部分。
10.根据权利要求1所述的燃烧器(1),其中,所述隔膜(12)进一步包括中央孔(16),所述中央孔与所述纵向轴线(6)同心并且具有的通道面积小于所述隔膜(12)的径向外部(17)中的所述贯通开口(13)的总通道面积。
11.根据权利要求1所述的燃烧器(1),其中,所述燃烧器(1)的所述入口通道(3)不受其他隔膜或屏障的影响。
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