CN105745495A - 燃料/空气混合和燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种烧燃料的炉，该炉包括专门设计的燃料/空气混合和燃烧结构。燃料/空气混合结构为混合声音减弱的设计，并包括文氏管，该文氏管有穿孔的侧壁部分，并由噪音阻尼壳体腔室包围，该噪音阻尼壳体腔室通过文氏管的侧壁穿孔而与该文氏管的内部连通。在混合结构的使用过程中，空气以旋流图形流过文氏管，同时燃料在内部对着旋流的空气横向喷射。燃烧结构包括燃烧器箱壳体，燃料/空气混合物流入该燃烧器箱壳体的内部，该混合物燃烧，然后作为热燃烧气体而排出至换热器管内和通过该换热器管。进入燃烧器箱壳体的燃料/空气混合物首先通过不均匀穿孔的扩散器板，该扩散器板用于以预定方式来明显改变相关燃烧气体流过换热器管的流速。

Description

燃料/空气混合和燃烧装置

技术领域

本发明通常涉及烧燃料的加热装置，例如烧燃料的空气加热炉，更特别是涉及这种烧燃料加热装置的、专门设计的燃料/空气混合和燃烧部分。

背景技术

在烧燃料的加热装置例如炉中，已知的燃烧方法是使得燃料/空气混合物流入燃烧器箱结构中，合适的点火装置布置在该燃烧器箱结构中，以便燃烧该燃料/空气混合物，从而产生用于加热空气(或者其它流体，看情况而定)的热燃烧气体，该空气传送给由加热装置供应的位置。热燃烧气体流过一系列换热器管，要加热的流体在外部横过该换热器管流动，然后，热燃烧气体从加热装置排出至合适的烟道结构中。由于加热装置的多个结构特征，因此在装置的燃烧过程中，接收燃烧产物的换热器管可能产生不希望的不均匀加热，从而在整个换热器管阵列中存在不希望的不均匀温度分布。

除了这种可能的换热不均匀问题，在烧燃料的加热装置的设计中可能出现的其它问题包括：在产生向燃烧器箱供给的燃料/空气混合物时产生的不合适噪音水平；燃料和空气的、不合适的低混合水平；以及在燃料/空气混合燃烧处理中产生的、不合适的高NOx水平。

由此可见，还需要减轻与多种普通的烧燃料加热装置相关联的上述问题。本发明主要涉及这种需求。

附图说明

图1是实施本发明原理的、烧燃料的加热装置的示意透视图；

图2是加热装置的声音减弱主燃料/空气混合结构部分的示意局部透视图；

图2A是图2中所示的声音减弱主燃料/空气混合结构部分的分解透视图；

图3是烧燃料的加热装置的燃烧器箱部分沿图1中的线3-3的放大剖视图；以及

图4是烧燃料的加热装置的换热器管部分沿图1中的线4-4的放大剖视图。

具体实施方式

图1中示意表示了烧燃料的加热装置(表示为空气加热炉12)的专用设计燃烧系统10，它包括(如在图1中所示从左至右)主燃料/空气混合结构14、辅助燃料/空气混合结构16和燃料/空气混合燃烧结构18，多个换热器管20(表示为5个)与该燃料/空气混合燃烧结构18操作连接，如后面所述。

参考图1-2A，布置在燃烧系统10的左端处的主燃料/空气混合结构14使用本发明的原理，并包括矩形壳体结构22，该矩形壳体结构22有外部部分22a和内部部分22b，该内部部分22b可缩入外部部分22a内，如图2和2A中所示。外部壳体部分22a有进口端壁24和开口的出口端26。中心圆形开口28形成于进口端壁24中，并由环形端壁开口30界定，周向间隔开的一组引起旋流的叶片32径向横过该环形端壁开口30而径向延伸。内部壳体部分22b有开口的进口和出口端34、36，并侧向界定文氏管结构38，该文氏管结构38有扩大的、开口的进口和出口端部分40和42。

文氏管结构38有形成于它的侧壁中的穿孔44。典型地，穿孔44只形成于文氏管结构38的进口端部分40中，但是在需要时也可以布置在文氏管结构侧壁的另外或其它部分上。如图1和2A中所示，纵向轴线46沿中心穿过文氏管结构38的内部延伸。在内部壳体部分22b缩入外部壳体部分22a内的情况下，轴线46沿中心穿过中心壳体壁开口28延伸，且壳体部分22a、22b的出口端26、36组合地确定整个主燃料/空气混合结构14的开口的出口端48。内部壳体部分22b确定了声音减弱腔室50，该声音减弱腔室50侧向界定文氏管结构38，并通过文氏管侧壁穿孔44而与它的内部连通。在装配的整个壳体22中，径向燃料注射器52操作接收于中心壳体壁开口28中，并轴向凸出至文氏管结构38的开口进口端部分40内，其目的将在后面介绍。

下面参考图1，辅助燃料/空气混合结构16包括辅助混合壳体54，该辅助混合壳体54有：开口进口端56，该开口进口端56与壳体22的开口进口端48连接；以及开口出口端58，该开口出口端58与燃料/空气混合燃烧结构18的燃烧器箱壳体部分62的开口进口端60连接。专门设计的穿孔扩散器板64定位在壳体54和62之间的连接处，该扩散器板64利用本发明的原理，并以后面所述的方式来特别地起作用。壳体62有封闭的右端壁66，该右端壁66与穿孔的扩散器板64间隔开和面对该扩散器板64。点火器68定位在扩散器板64和端壁66之间，该点火器68操作成点火进入壳体62的燃料/空气混合物，如后面所述。

前面所述的换热器管20与燃料/空气混合燃烧结构18一起形成炉12的传热结构部分，且如图1中所示具有左侧进口端部分，该左侧进口端部分与壳体62端壁66连接，并与壳体62的内部连通。如图1中所示，换热器管20的右侧出口端与收集器箱结构70的内部连通，气流引起器风扇72可操作地布置在该收集器箱结构70中。

还参考图1，在炉12的燃烧过程中，气流引起器风扇72将燃烧空气74吸入文氏管结构38的开口进口端部分40内，横过叶片32，然后向右通过文氏管结构38的内部。叶片32使得燃烧空气74以大致环绕文氏管结构纵向轴线46定心的旋流图形74a而在内部横过文氏管结构38。同时，燃料喷射器52通过燃料供给管线76来接收气体燃料，并响应地将气体燃料射流78径向向外排出至旋流的燃烧空气74a中。在射流78中的气体燃料与旋流的燃烧空气74a混合，以便与其一起形成燃料/空气混合物80，该燃料/空气混合物80进入辅助混合壳体54，并在其中进一步混合。

在辅助混合壳体54内的燃料/空气混合物80再通过穿孔的扩散器板64而吸入燃烧器箱壳体部分62的内部，其中，点火器68使得燃料/空气混合物80燃烧，以便由此形成热燃烧气体82，该热燃烧气体82向右流过换热器管20。

在热燃烧气体82流过换热器管20的同时，炉12的供给空气风扇部分(未示出)使得要加热的空气85在外部横过换热器管20流动，以便从该换热器管20接收燃烧热量，并产生加热空气流84a，用于传送给由该炉12服务的调节空间。燃烧热量从换热器管20传递给空气84使得进入管的热燃烧气体82作为冷却燃烧气体82a而向右离开换热器管20，该冷燃烧气体82a进入收集器箱70，并通过气流引起器风扇72而从该收集器箱70排出至合适的烟道结构(未示出)。

与普通的燃料/空气混合结构相比，基于文氏管的主燃料/空气混合结构14提供了多个优点。例如，由于利用旋流通过文氏管内部的燃烧空气74a与径向方向内部燃料射流78组合的交叉流喷射技术，提高了在文氏管结构38内的燃料/空气混合程度。这样提高的燃料/空气混合程度将通过使用辅助燃料/空气混合结构16而进一步提高，该辅助燃料/空气混合结构16用于通过向在文氏管结构38中产生的燃料/空气混合物提供进一步的“滞留”时间(在它进入燃料/空气混合物燃烧器箱壳体62以便在其中燃烧之前)而进一步混合燃料和空气。

另外，主燃料/空气混合结构14的结构明显降低了在炉12的启动过程和稳定状态操作过程中的燃料/空气混合噪音。在主燃料/空气混合结构14中，在文氏管结构38的侧壁中的穿孔44允许燃料/空气混合物横过它进入和填充界定文氏管结构38的腔室50。这在腔室50中产生了流体阻尼容积，该流体阻尼容积吸收和阻尼在文氏管内部的、产生噪音的流体压力震荡，从而合适地减小主燃料/空气混合结构14的操作声音水平。而且，要燃烧的燃料/空气混合物的提高混合将合适地降低由炉12在其燃烧过程中产生的NOx排放水平。

最好在图4中可见，气流引起器风扇72典型地相对于(图示的)5个换热器管20沿从左至右的方向在收集器箱70内处于中心。因此，风扇72的抽吸力相对于换热器管20的阵列类似地定心。在并不包含本发明随后所述特征的炉12中，结果将是热燃烧气体82的单位管流量将对于中心管20b比对于端部管22a更大。这又将产生不希望的、横过换热器管阵列的不均匀温度分布，其中，中心管20b有比端部管20a更高的工作温度。

下面参考图1和3，安装在辅助燃料/空气混合壳体54和燃烧器箱壳体62之间的连接处的前述扩散器板64典型地具有细长矩形形状，并与换热器管20的开口进口端基本对齐。一系列的相对较小穿孔86(见图3)基本沿扩散器板64的整个长度形成，其中，相对较大的穿孔88另外穿过扩散器板64的相对端部部分形成。如图所示，这种穿孔方式使得扩散器板64的相对端部部分(该端部部分与端部换热器管20a的进口大致对齐)与扩散器板的、与中心换热器管20b的进口对齐的燃料/空气混合物流过面积相比具有更大的燃料/空气混合物流过面积。

因此，在炉12的燃烧过程中，扩散器板64的存在减小了热燃烧气体82流过中心换热器管20b的流量，并增加了热燃烧气体82流过端部换热器管20a的流量，且在扩散器板64中的穿孔方式用于明显减轻横过换热器管阵列的不均匀温度分布，否则将产生可能产生这样的不均匀温度分布。容易知道，本发明的原理提供了对于横过换热器管阵列的不均匀温度分布的潜在问题的、简单和相当便宜的方案。另外，在发展本发明时，它公开了不均匀的穿孔扩散器板64也用于使得进入燃烧器箱壳体62的燃料/空气混合物80进一步混合，从而另外有利地降低了排出燃烧气体82a的NOx水平。

尽管在本文中典型地介绍了在扩散器板中的特殊孔图形，但是本领域普通技术人员很容易知道，也可选择，在需要时可以使用多种可选的孔图形和尺寸。例如，尽管已经典型地表示和介绍了不同尺寸穿孔的组合，但是穿孔也可以是均匀尺寸，且在扩散器板64的相对端处有比在它的纵向中间部分处更多穿孔/更大面积。而且，孔图形可以是非均匀间隔开的图形，以便适合特殊用途。另外，需要时，扩散器板孔图形可以有不同的总体结构，操作成以预定的不同方式来改变相关燃烧气体流过选定一个换热器管20的流速。

尽管本发明的原理在这里已经典型地表示和介绍为结合在烧燃料的空气加热炉中，但是使用本发明原理的燃烧系统也可以包含为有利于多种其它类型的烧燃料加热装置的燃烧系统，该烧燃料加热装置使用燃烧管类型换热器来加热气体或液体。

前面的详细说明显然应当理解为只是图示和示例，本发明的精神和范围只由附加权利要求来确定。

Claims (21)

1.烧燃料的加热装置，包括：

燃烧系统，所述燃烧系统包括：

壳体，所述壳体具有内部、进口端和出口端；

点火装置，所述点火装置由壳体承载，并操作成燃烧通过壳体的进口端进入壳体的内部的燃料/空气混合物，以便在壳体的内部形成热燃烧气体；

第一换热器管和第二换热器管，所述第一换热器管和第二换热器管具有进口，所述进口通过壳体的出口端而与壳体的内部连通，用于接收在壳体的内部产生的热燃烧气体；

风扇，用于使得热燃烧气体从壳体的内部流过第一换热器管和第二换热器管；以及

穿孔的扩散器装置，所述扩散器装置由壳体的进口端承载，且燃料/空气混合物能通过所述扩散器装置而进入壳体的内部，穿孔的扩散器装置具有不均匀的穿孔布置，所述穿孔布置设置成以在烧燃料的加热装置的燃烧过程中降低在第一换热器管和第二换热器管之间的不希望的操作温度差的方式来改变相关燃烧气体流过第一换热器管和第二换热器管的流速。

2.根据权利要求1所述的烧燃料的加热装置，其中：

烧燃料的加热装置是烧燃料的空气加热炉。

3.根据权利要求1所述的烧燃料的加热装置，其中：

穿孔的扩散器装置是穿孔的扩散器板。

4.根据权利要求1所述的烧燃料的加热装置，其中：

穿孔的扩散器装置具有第一穿孔组和第二穿孔组，所述第一穿孔组和第二穿孔组具有不同的总流动面积，并分别与第一换热器管的进口和第二换热器管的进口对齐。

5.根据权利要求1所述的烧燃料的加热装置，其中：壳体是第一壳体，燃烧系统还包括：

燃料/空气混合装置，所述燃料/空气混合装置具有：

第二壳体，所述第二壳体具有进口端和出口端，所述出口端与第一壳体的进口端连接；

文氏管结构，所述文氏管结构布置在第二壳体中，所述文氏管结构界定在第二壳体的进口端和出口端之间延伸的轴线，并具有穿孔的外侧壁部分、在第二壳体的进口端附近的进口以及在第二壳体的出口端附近的出口；

叶片结构，所述叶片结构与第二壳体的进口端相连，并操作成使得燃烧空气具有绕轴线旋流的流动图形，所述燃烧空气通过风扇的操作而进入文氏管结构的进口和横过文氏管结构的内部；以及

燃料喷射器，所述燃料喷射器操作成使得来自燃料源的燃料径向喷射至横过文氏管结构内部的、旋流的燃烧空气中，以便与旋流的燃烧空气形成燃料/空气混合物，所述燃料/空气混合物可通过穿孔的扩散器装置而流入第一壳体的内部。

6.根据权利要求5所述的烧燃料的加热装置，其中：

第二壳体确定了其中的腔室，所述腔室环绕文氏管结构侧向延伸，并使得第二壳体的内部与文氏管结构的内部通过文氏管结构的外侧壁穿孔而连通，腔室用于在烧燃料的加热装置的燃烧过程中减弱在文氏管结构内的压力波动，从而减小燃料/空气混合噪音。

7.根据权利要求6所述的烧燃料的加热装置，其中：

第二壳体包括外部壳体部分和内部壳体部分，所述内部壳体部分缩入外部壳体部分内，燃料喷射器和叶片结构承载在外部壳体部分上，且内部壳体部分在内部承载文氏管结构和确定腔室。

8.根据权利要求5所述的烧燃料的加热装置，其中：

烧燃料的加热装置是烧燃料的空气加热炉。

9.根据权利要求6所述的烧燃料的加热装置，其中：燃烧系统还包括：

第三壳体，所述第三壳体置于第一壳体和第二壳体内部之间和使得它们连通，并用于使得从第二壳体排出的燃料和空气进一步混合。

10.烧燃料的加热装置包括：

燃烧系统，所述燃烧系统包括：

壳体，所述壳体具有内部、进口端和出口端；

文氏管结构，所述文氏管结构布置在壳体中，所述文氏管结构界定在壳体的进口端和出口端之间延伸的轴线，并具有穿孔的外侧壁部分、在壳体的进口端附近的进口以及在壳体的出口端附近的出口；

风扇，用于使得燃烧空气从文氏管的进口流过文氏管至它的出口；

叶片结构，所述叶片结构与壳体的进口端相连，并操作成使得通过风扇的操作而进入文氏管结构的进口的燃烧空气以环绕轴线定心的旋流图形流过文氏管结构；以及

燃料喷射器，所述燃料喷射器操作成使得来自燃料源的燃料径向喷射至横过文氏管结构内部的、旋流的燃烧空气中，以便与旋流的燃烧空气形成燃料/空气混合物，所述燃料/空气混合物可通过文氏管结构的出口而排出。

11.根据权利要求10所述的烧燃料的加热装置，其中：

烧燃料的加热装置是烧燃料的空气加热炉。

12.根据权利要求10所述的烧燃料的加热装置，其中：

壳体确定了其中的腔室，所述腔室环绕文氏管结构侧向延伸，并使得壳体的内部与文氏管结构的内部通过文氏管结构的外侧壁穿孔而连通，腔室用于在烧燃料的加热装置的燃烧过程中减弱在文氏管结构内的压力波动，从而减小燃料/空气混合噪音。

13.根据权利要求12所述的烧燃料的加热装置，其中：

壳体包括外部壳体部分和内部壳体部分，所述内部壳体部分缩入外部壳体部分内，燃料喷射器和叶片结构承载在外部壳体部分上，且内部壳体部分在内部承载文氏管结构和确定腔室。

14.一种传热装置，包括：

壳体，所述壳体具有壁，所述壁与进口部分成间隔开和面对的关系，燃料/空气混合物能通过所述进口部分而流入壳体的内部中；

点火器，所述点火器与壳体相连，并操作成使得进入壳体内部的燃料/空气混合物点火和由所述燃料/空气混合物产生热燃烧气体；

第一换热器管和第二换热器管，所述第一换热器管和第二换热器管具有进口端，所述进口端定位在壁上，并操作成接收从壳体的内部流出的燃烧气体；以及

穿孔的扩散器板，所述扩散器板布置在进口部分处，具有不均匀的穿孔布置，所述穿孔布置具有第一组穿孔和第二组穿孔，所述第一组穿孔和第二组穿孔分别对齐和面对第一换热器管的进口端和第二换热器管的进口端，第一组穿孔具有比第二组穿孔的总流过面积大的总流过面积，穿孔的扩散器板操作成以预定方式基本改变相关燃烧气体流过第一换热器管和第二换热器管的流速。

15.根据权利要求14所述的传热装置，其中：

传热装置是用于烧燃料的空气加热炉的燃烧器箱结构。

16.燃料/空气混合装置，包括：

壳体，所述壳体具有第一端和第二端；

文氏管结构，所述文氏管结构布置在所述壳体内，具有沿纵向轴线间隔开的、开口的进口端部分和出口端部分，所述纵向轴线延伸穿过文氏管结构，开口的第一进口端部分和第二出口端部分分别位于壳体的第一端和第二端附近，文氏管结构还包括侧壁穿孔；

壳体具有内部腔室，所述内部腔室环绕文氏管结构侧向延伸，并通过侧壁穿孔而与所述文氏管结构的内部连通；

旋流产生结构，所述旋流产生结构与文氏管结构的开口的进口部分相连，并操作成使得空气从文氏管结构的开口的进口端部分流过所述文氏管结构至它的开口的出口端部分，以便环绕文氏管结构的纵向轴线旋流；以及

燃料喷射器，所述燃料喷射器操作成从燃料源接收燃料，并将接收的燃料径向向外喷射至横过文氏管结构的内部的旋流空气中；

腔室用于以减弱在燃料/空气混合装置的使用过程中产生的燃料/空气混合噪音的方式来阻尼在文氏管结构内的压力震荡。

17.根据权利要求16所述的燃料/空气混合装置，其中：

在文氏管结构中的侧壁穿孔布置在文氏管结构的开口的进口端部分上。

18.根据权利要求16所述的燃料/空气混合装置，其中：

燃料/空气混合装置是用于烧燃料的空气加热炉的燃料/空气混合结构。

19.根据权利要求16所述的燃料/空气混合装置，其中：

壳体包括外部壳体部分和内部壳体部分，所述内部壳体部分缩入外部壳体部分内，燃料喷射器和旋流产生结构承载在外部壳体部分上，内部壳体部分在内部承载文氏管结构并确定腔室。

20.一种将燃烧热量传递给流体的方法，所述方法包括以下步骤：

提供壳体，所述壳体具有壁，所述壁与进口部分成间隔开、面对的关系，燃料/空气混合物能通过所述进口部分而流入壳体的内部；

使得壁与第一换热器管和第二换热器管的进口端操作连接成接收从壳体的内部流出的燃烧气体；

使得燃料/空气混合物通过在壳体的进口部分处的穿孔扩散器结构而流入壳体的内部；

所述穿孔的扩散器结构具有不均匀的穿孔布置，其中，第一组穿孔和第二组穿孔分别对齐和面对第一换热器管的进口端和第二换热器管的进口端，第一组穿孔具有比第二组穿孔的总流过面积大的总流过面积；

点火所述燃料/空气混合物，以便在壳体内形成燃烧气体，所述燃烧气体通过第一换热器管和第二换热器管而向外流动；以及

使得要加热的流体横过第一换热器管和第二换热器管流动，以便将燃烧热量从第一换热器管和第二换热器管传递给流体；

穿孔的扩散器结构操作成以预定方式基本改变相关燃烧气体流过第一换热器管和第二换热器管的流速。

21.一种混合来自源的燃料和空气的声音减弱方法，所述方法包括以下步骤：

提供文氏管结构，所述文氏管结构具有穿过它的内部延伸的纵向轴线、侧壁穿孔；以及相对的第一端部分和第二端部分；

环绕文氏管结构形成腔室，所述腔室通过文氏管结构的侧壁穿孔而与文氏管结构的内部连通；

产生空气流，所述空气流从文氏管结构的第一端部分流过所述文氏管结构的内部至它的第二端部分，同时环绕文氏管结构的纵向轴线涡旋；

产生燃料流，所述燃料流沿横过纵向轴线的方向在内部与涡旋的空气流碰撞和混合；以及

以减弱在文氏管结构内产生的燃料/空气混合噪音的方式而利用腔室来阻尼在文氏管结构内的压力震荡。