CN105934638A - 用于多管换热器的多锥体燃料燃烧器设备 - Google Patents

Abstract

专门设计的燃烧器组件安装在燃料点火加热设备中，所述专门设计的燃烧器组件操作以接收并且燃烧燃料和空气的预混合流，以便由其产生多个间隔开的火焰，所述火焰与对应的间隔开的多个换热器管的入口对准并且直接流入到所述入口中。火焰在管内产生热的燃烧气体，所述热的燃烧气体将燃烧热量传递到在外部横过管流动的供应流体。燃烧器是中空的穿孔金属构造，并且安装在支撑结构上而且从支撑结构朝向管入口向前伸出，而且具有面朝后的开放的入口端部，所述开放的入口端部接收预混合的燃料和空气流。经由火焰携带结构，利用单个点火器点燃所有燃烧器。

Description

用于多管换热器的多锥体燃料燃烧器设备

技术领域

本发明整体涉及一种燃料点火加热设备(诸如，空气加热炉)，并且更加特别地提供了一种专门设计的用于这种燃料点火加热设备的燃烧设备。

背景技术

在燃料点火加热设备(例如，空气加热炉)中，已知点火方法是使得燃料/空气混合物流入到燃烧器箱结构中，在所述燃烧器箱结构中布置有燃烧器结构和相关点火器结构，并且所述燃烧器结构和相关点火器结构操作以燃烧燃料/空气混合物，而且由此产生用于加热空气(或者根据可能的情况是另一种流体)的热的燃烧气体，以输送到由加热设备提供服务的地点。热的燃烧气体流动通过一系列换热器管，待加热的流体外部横过所述换热器管流动，然后被从加热设备排放到适当的燃料结构中。

典型地，换热器管的间隔开的开放入口部分延伸通过燃烧器箱的壁中的开口，所述开口面向燃烧器结构，所述燃烧器结构的传统形式为细长的平坦或者弯曲的单网燃烧器。图1示意性示出了传统的燃料点火加热设备的燃烧段10，其从图1的左侧至右侧包括如图所示那样连结在一起的燃烧器箱12、换热器壳体14和收集器箱16。燃烧器箱12向前终止于换热器壳体14的后壁18，而换热器壳体14向前终止于收集器箱16的后壁20。

间隔开的多根换热器管22(代表性地为五根)延伸通过换热器壳体14的内部并且具有：开放的后入口端部24，所述开放的后入口端部24被支撑在换热器壳体14的后壁18中的对应开口中；和开放的前出口端部26，所述开放的前出口端部26被支撑在收集器箱16的后壁20中的对应开口中。如从图1可见，换热器管22的开放的后入口端部24与后换热器壳体壁18的无孔段28相互交叉。通风导流风扇30如图所示操作地定位在收集器箱16中。

现在另外地参照图2，典型的传统细长矩形平面金属网燃烧器32与换热器管22的开放的入口端部24成向后间隔开的面对关系定位在燃烧器箱12内。燃烧器32被承载在适当的金属框架34内(见图2)，所述金属框架34固定到燃烧器箱12的内凸缘部分36。传统点火器38操作地与平面燃烧器32相联。

在与燃烧器32相联的加热设备的加热期间，预混合的燃料和空气的流40被向前抽吸通过燃烧器箱12抵达燃烧器32，在所述燃烧器32处，点火器38使流40燃烧，以形成从燃烧器32的前侧传出细长反应型火焰模式42。如从图1可见，火焰42的一部分被抽吸到换热器管入口24中并且在换热器管入口中形成热的燃烧气体44，而火焰42的平衡在换热器壳体14的后壁18的无孔部分28上引导。

在传统燃烧段10点火期间，空气46(或者根据可能的情况是另一种流体)适当地在外部横过换热器管22流动，以产生加热的空气48，以输送到由加热设备服务的调节空间。同时，通风导流风扇30从换热器管出口端部26抽吸冷却的燃烧气体50通过收集器箱16的内部，然后将冷却的燃烧气体50排放到适当的烟道。

在这种预混合燃料/空气燃烧系统的传统设计中存在多种众所周知的问题、限制和劣势，并且主要因使用平面燃烧器32产生所述问题、限制和劣势。例如，在这种设备中，由通风导流风扇30产生的负压趋于使得加热的燃烧器32向前弯曲到图1中示出的虚线方向。这种弯曲成弓形可能不令人期望地改变反应流型，而且还可能促进在燃烧器周围出现一些不期望的燃料/空气混合物流动路径。

另外，平面燃烧器32凭借在燃烧器箱12内存在极其大的单个燃烧区域致使产生的大量燃烧物在被通风导流风扇30抽吸通过换热器管22之前存在于燃烧器箱12内并且加热燃烧器箱12。加热装置箱内的高温是不期望的，原因在于其可能导致其它部件出现问题并且这是一种有效减小热损失的形式。而且，已经发现平面燃烧器32通常是操作噪音的不期望源的主要来源，所述操作噪音包括点燃噪音、结构振动噪音和稳态高频噪音。已经发现通过用弯曲的单个燃烧器替代平面燃烧器32至少在某些方面减轻了平面燃烧器的弯曲问题，但是在在应用在预混合燃料/空气燃烧设备中时仍然产生不可接受的大量操作噪音。

发明内容

如可从前述内容中轻易发现的那样，需要一种应用在燃料点火加热设备中的预混合燃料/空气燃烧设备。本发明主要涉及这种需要。

附图说明

图1是燃料点火加热设备的传统的基于平面燃烧器的燃烧段的一部分的示意性截面图；

图2是沿着图1的线2-2剖切的燃烧段的截面图；

图3是采用了本发明原理的专门设计的燃料加热设施的燃烧段的一部分的示意性截面图；

图4是图3燃烧段的独特的多锥体燃烧器组件部分的正面透视图；

图5是图4多锥体燃烧器组件的分解透视图；

图6是图4多锥体燃烧器组件的后侧透视图；

图7是图3燃烧段的换热器管部分的示意性截面图；

图8是图4多锥体燃烧器组件的可替代实施例的示意性侧边缘立面图。

具体实施方式

图3的示意性截面图示出了燃料点火加热设备的一部分，所述燃料点火加热设备典型地为空气加热炉60，所述燃料点火加热设备在其中结合有采用了本发明原理的预混合燃料/空气燃烧段62。尽管加热设备60典型地为空气加热炉，但是本发明的原理并不局限于炉，而是可应用于多种其它类型的燃料点火加热设备，其包括但不局限于：水加热器、锅炉和泳池加热器。

燃烧段62从图3的左侧至右侧包括如图所示连结在一起的混合箱64、燃烧器箱或者燃烧室66、换热器壳体68和收集器箱70。穿孔的扩散板72在混合箱64和燃烧器箱的结合处，所述穿孔的扩散板72的构造和操作类似于在本申请的受让人所拥有的待决美国申请No.14/084,095中图释和描述的穿孔的扩散板64。燃烧器箱66向前终结于换热器壳体68的后壁74处，而换热器壳体68向前终止于收集器箱70的后壁76。

间隔开的多根换热器管78(典型地为五根)延伸通过换热器壳体68的内部并且具有：开放的后入口端部80，所述开放的后入口端部被支撑在换热器壳体68的后壁74中的对应开口中；和开放的前出口端部82，所述开放的前出口端部被支撑在收集器箱70的后壁84中的对应开口中。换热器管78的开放的后入口端部80与后换热器壳体的后壁74的无孔段86相互交叉。通风导流风扇88如图所示操作地定位在收集器箱70中。

现在参照图3至图6，根据本发明的一个方面，专门设计的燃烧器组件图解为多锥体燃烧器组件90，其被支撑在燃烧器箱66内、在穿孔的扩散板72和换热器管78的开放入口端部80之间。如图4至6最好图释的，燃烧器组件90包括支撑结构，所述支撑结构包括细长矩形金属支撑板92、细长矩形金属网支持构件94和细长矩形金属安装框架96，所述支持构件94如图所示被夹在支撑板92和安装框架96之间。支撑板92具有：前侧98和后侧100；和五个沿纵向间隔开的圆形开口102，所述五个纵向间隔开的圆形开口102延伸通过支撑板并且由槽104连结，所述槽104形成为贯通过支撑板92。

燃烧器组件90还包括五个中空金属网锥体状燃烧器106，所述燃烧器的顶点被首先向前推压通过圆形开口102并且沿着锥体轴线108向前突伸越过支撑板前侧98。在燃烧器106定位在圆形支撑板开口102中之后，通过将支持构件94放置在支撑板92的后侧100上并且如利用适当的紧固件110将安装框架96固定到支撑板92的外周部分而保持在开口102中。如后文所述，由适当的点火器112点燃圆锥燃烧器106，所述适当的点火器112图解地定位在底部两个燃烧器106之间，如图3所示。在这两个燃烧器中的任意一个上产生的火焰经由金属网火焰携带结构114抵达其它四个燃烧器(见图4)，所述金属网火焰携带结构114布置在支撑板的槽104中，所述支撑板的槽104使得圆形板开口102互连并且从而使得燃烧器锥体106互连。

现在参照图3，板安装式燃烧器锥体106操作地定位在燃烧器箱66内，其中，通过在内部燃烧器箱凸缘部分118的开口120上将支撑板92固定到内部燃烧器箱凸缘部分118，燃烧器锥体106的顶点首先向前突伸朝向换热器管入口80，燃烧器锥体轴线108与管轴线116对准，锥体燃烧器顶点略微突伸到换热器管入口端部80中。虽然图解通过将燃烧器组件90定位在燃烧器箱66内而将燃烧器锥体顶点略微定位在换热器管入口80内，但是在不背离本发明的原理的前提下，燃烧器组件可替代地能够定位成位于燃烧器箱66内的图解位置的略微前方或者后方。

在点燃炉60期间，由通风导流风扇88向前抽吸初始预混合流122通过混合箱64的内部并且经由板穿孔124进入到燃烧器箱66的内部，以形成燃料/空气混合物的进一步混合流126，所述进一步混合流126继而被向前抽吸到燃烧器锥体106的内部中。进入到燃烧器锥体106中的燃料/空气混合物的流126燃烧，以在燃烧器锥体106处产生间隔开的一系列独立火焰128，所述火焰128与换热器壳体68的后壁74的无孔段86交叉，并且所述火焰128进入到换热器管入口80中。

现在参照图3和图7，火焰128被向前抽吸通过换热器管78，而空气130(或者根据可能的情况为另一种流体)在外部横过换热器管78适当地流动，从其接收燃烧热量，并且作为加热的空气从加热装置60排出。这种从换热器管78至空气130的热传递冷却在换热器管78内产生的热燃烧气体，其中，冷却的燃烧气体132进入收集器箱70内部，以通过通风导流风扇88从收集器箱70排放到适当的烟道(未示出)。

使用专门设计的多锥体燃烧器组件90针对图1中示出的传统单个细长平面燃烧器32或者其侧向弯曲变体提供了若干优势。例如，如通过比较图3到图1可见的那样，由本发明的多锥体燃烧器组件90产生的火焰模式由间隔开的一系列独立火焰128限定，与图1示出的传统平面燃烧器32产生的由单个延伸的火焰模式42遮盖相应无孔壁区域28的情况相比，所述间隔开的一系列独立火焰128直接进入换热器管78而没有明显地横过换热器壳体壁74的无孔部分86延伸。本发明的这个特征减小了图1中系统因不期望地将产生的燃烧热量的大部分传递到燃烧器箱12而不是传递到换热器管22所导致的低效。

而且，通过减小传递到燃烧器箱66的燃烧热量而减少因传递到加热装置60的其它部件的燃烧热量而对所述其它部件造成的潜在损害。另外，本发明的锥状燃烧器106由于它们中空的向前突伸的构造而在被点燃时较之图1中示出的传统平面燃烧器32明显具有尺寸稳定性，所述传统平面燃烧器32在点火期间可能趋于向前弯曲至其虚线位置，从而产生了不期望的操作噪音。在本发明的燃烧器组件90中，如果没有完全消除的话，也极大地减小了这种操作噪音。

较之替代锥体燃烧器106使用的对应数量的平面圆形燃烧器的总活性燃烧器表面，中空燃烧器锥体106向前延伸越过其支撑结构增加了总活性燃烧器表面。因此，锥体燃烧器106可以成适当的尺寸，以提供与对应单个平面燃烧器(诸如图1和图2中示出的平面燃烧器32)大体相等的总燃烧器面积，由此使得锥体燃烧器106的操作温度类似于单个平面燃烧器32的操作温度。

尽管图3至图6中示出的燃烧器106图解为中空锥形构造，但是本发明并不局限于锥形构造，并且在不背离本发明的原理的前提下，可以根据需要利用向前突伸的燃烧器构造。以非限制性示例的方式，在图8中示出了先前描述的燃烧器组件90的可替代实施例90a。为了便于比较两个燃烧器组件，已经用加有后缀“a”的相同的附图标记表示燃烧器组件90a中的与燃烧器组件90的部件类似的部件。

现在参照图8，燃烧器组件90a典型地具有五个间隔开的中空的大体穹顶状的金属网燃烧器106a，其延伸通过金属支撑板92a中的间隔开的圆形开口(在图8中未示出)并且从支撑板前侧98a向前突伸。穹顶状燃烧器106a通过金属网火焰携带段114a互连，所述金属网火焰携带段114a布置在支撑板92a中的槽中(图8中未示出)。点火器112a典型地布置在最右边的两个燃烧器106a之间，并且操作以由燃料和空气的预先混合流126a产生间隔开的独立燃烧器火焰128a，所述燃料和空气的预先混合流126a依次向前通过安装框架96a、穿孔支持构件94a、圆形支撑板孔(图8中未示出)并且进入到燃烧器106a的内部。

前述详细描述显然应理解为仅仅通过阐释和示例而作出，由所附的权利要求限制本发明的精神和范围。

Claims (21)

1.一种燃料点火加热设备，包括：

壳体，所述壳体具有内部、后入口端部和前出口端部；

多根换热器管，所述多根换热器管具有间隔开的入口以及具有出口，所述入口在所述壳体的所述前出口端部处与所述壳体的所述内部连通；

燃烧器组件，所述燃烧器组件被支撑在所述壳体内并且包括：

支撑结构，所述支撑结构布置在所述换热器管的入口后方并且具有间隔开的多个开口，所述多个开口向前延伸贯穿所述支撑结构；

间隔开的多个中空、穿孔的燃料燃烧器，所述燃烧器由所述支撑结构承载，所述燃料燃烧器与所述换热器管的入口对准地从所述支撑结构向前伸出并且具有后入口，所述后入口分别与支撑结构的所述多个开口连通；和

燃烧设备，所述燃烧设备操作，以便顺次地(1)使得燃料/空气预混合物从其源向前流动通过支撑结构的所述多个开口而进入所述燃料燃烧器中，(2)燃烧接收在所述燃料燃烧器中的所述燃料/空气预混合物，以产生分离的间隔开的向前引导的燃烧器火焰，所述燃烧器火焰分别与所述换热器管的入口对准并且被接收在所述燃烧器管的入口内，以在所述换热器管内产生热的燃烧气体，用于加热在外部横过所述换热器管流动的供应流体，和(3)使得冷却的燃烧气体从所述换热器管的出口向外流动。

2.根据权利要求1所述的燃料点火加热设备，其中：

所述燃料点火加热设备是空气加热炉。

3.根据权利要求1所述的燃料点火加热设备，其中：

所述燃料燃烧器中的每一个具有大体锥状构造，所述锥状构造具有向前引导的顶点部分。

4.根据权利要求1所述的燃料点火加热设备，其中：

所述燃料燃烧器中的每一个具有大体穹顶状构造。

5.根据权利要求1所述的燃料点火加热设备，其中：

所述燃料燃烧器中的每一个是金属网材料。

6.根据权利要求1所述的燃料点火加热设备，其中：

所述壳体具有内部凸缘部分，并且

所述支撑结构固定到所述内部凸缘部分。

7.根据权利要求1所述的燃料点火加热设备，其中，所述支撑结构包括：

支撑板，所述开口向前延伸通过所述支撑板，所述开口接收所述燃料燃烧器的后入口部分，所述支撑板具有前侧和后侧；

穿孔的支持构件，所述穿孔的支持构件抵靠所述支撑板的后侧定位；和

安装框架，所述安装框架连接到所述支撑板的外周部分并且将所述穿孔的支持构件保持在所述支撑板上。

8.根据权利要求1所述的燃料点火加热设备，其中，所述燃烧设备包括：

通风导流风扇，所述通风导流风扇操作以从所述换热器管的所述出口向外抽吸冷却的燃烧气体。

9.根据权利要求1所述的燃料点火加热设备，其中，所述燃烧设备包括：

点火器，所述点火器操作以点燃所述燃料燃烧器中的一个；和

火焰携带设备，所述火焰携带设备操作以将所述火焰从点燃的燃料燃烧器扩散到至少一个未点燃的燃料燃烧器。

10.根据权利要求9所述的燃料点火加热设备，其中：

所述支撑结构包括支撑板，所述开口向前延伸通过所述支撑板，所述开口接收所述燃料燃烧器的后入口部分；和

所述火焰携带设备包括：槽，所述槽形成在所述支撑板中并且与所述开口交叉；和网材料，所述网材料布置在所述槽中并且与所述燃料燃烧器互连，而且操作以便将所述火焰从点燃的燃料燃烧器扩散到未点燃的燃料燃烧器。

11.根据权利要求10所述的燃料点火加热设备，还包括：

穿孔的扩散板，所述扩散板定位在所述燃烧器组件的后方，并且所述燃料/空气预混合物在进入所述支撑结构的开口之前流动通过所述扩散板的穿孔。

12.一种预混合的燃料/空气燃烧器组件，包括：

支撑结构，所述支撑结构具有间隔开的多个开口，所述多个开口向前延伸贯穿所述支撑结构；

间隔开的多个中空、穿孔的燃料燃烧器，所述燃料燃烧器具有：开放的入口端部，所述开放的入口端部由所述支撑结构承载，并且分别与支撑结构的所述多个开口连通，以便在所述燃料燃烧器内部接收由风扇产生的预混合的燃料和空气流；和出口端部，所述出口端部在前部与所述支撑结构间隔开；和

燃烧设备，所述燃烧设备操作以点燃接收在所述燃料燃烧器内部内的预混合的燃料和空气流，以产生从所述燃料燃烧器向前传送的间隔开的独立火焰。

13.根据权利要求12所述的预混合的燃料/空气燃烧器组件，其中：

所述预混合的燃料/空气燃烧器组件构造成应用在燃料点火空气加热炉中。

14.根据权利要求12所述的预混合的燃料/空气燃烧器组件，其中：

所述燃料燃烧器中的每一个具有大体锥体状构造，所述锥体状构造具有向前引导的顶点部分。

15.根据权利要求12所述的预混合的燃料/空气燃烧器组件，其中：

所述燃料燃烧器中的每一个具有大体穹顶状构造。

16.根据权利要求12所述的预混合的燃料/空气燃烧器组件，其中：

所述燃料燃烧器中的每一个是金属网材料。

17.根据权利要求12所述的预混合的燃料/空气燃烧器组件，其中，所述燃烧设备包括：

点火器，所述点火器操作以点燃所述燃料燃烧器中的一个；和

火焰携带设备，所述火焰携带设备操作以将所述火焰从所述点燃的燃料燃烧器扩散到至少一个未点燃的燃料燃烧器。

18.根据权利要求17所述的预混合的燃料/空气燃烧器组件，其中：

所述支撑结构包括支撑板，所述开口向前延伸通过所述支撑板，所述开口接收所述燃料燃烧器的后入口部分；和

所述火焰携带设备包括：槽，所述槽形成在所述支撑板中并且与所述开口交叉；和网材料，所述网材料布置在所述槽中并且与所述燃料燃烧器互连，而且操作以将所述火焰从点燃的燃料燃烧器扩散到未点燃的燃料燃烧器。

19.一种预混合的燃料/空气燃烧器组件，包括：

支撑板，所述支撑板具有间隔开的多个开口，所述多个开口在所述支撑板的前侧和后侧之间延伸，所述支撑板还具有槽，所述槽形成为贯穿支撑板，所述槽与支撑板的所述多个开口交叉并且互相连通；

间隔开的多个中空的金属网燃料燃烧器，所述燃料燃烧器具有：开放的入口端部，所述开放的入口端部分别安装在支撑板的所述多个开口内，以接收由风扇产生的预混合的燃料和空气流；和出口端部，所述出口端部在前部与所述支撑板间隔开；

穿孔的支持构件，所述穿孔的支持构件定位成在支撑板的所述多个开口上抵靠所述支撑板的后侧；

安装框架，所述安装框架固定到所述支撑板的后侧的外周部分并且将所述穿孔的支持构件保持在所述支撑板上；

点火器，所述点火器与所述支撑板相联，并且操作以点燃所述燃料燃烧器中的一个燃料燃烧器内的燃料和空气的预混合物；和

网材料，所述网材料布置在所述槽内并且与所述燃料燃烧器互相连通，所述网材料操作以将火焰从点燃的燃料燃烧器携带到未点燃的燃料燃烧器。

20.根据权利要求19所述的预混合的燃料/空气燃烧器组件，其中：

所述燃料燃烧器具有大体锥状构造。

21.根据权利要求19所述的预混合的燃料/空气燃烧器组件，其中：

所述燃料燃烧器具有大体穹顶状构造。