CN106016261B - 全预混式金属纤维燃烧器及采用该燃烧器的锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明属于燃烧设备技术领域，涉及一种全预混式金属纤维燃烧器及采用该燃烧器的锅炉，本发明提供的全预混式金属纤维燃烧器，包括风机、混风单元和燃烧头；风机与混风单元连接，用于提供燃烧所需空气；混风单元与燃烧头连接，用于混合并向燃烧头输送所需的空气和燃气混合气体；混风单元包括混风管和混风盘，混风管的侧壁上沿周向设置有多组通孔，沿气体流动方向依次设置有第一混风盘和第二混风盘，混风管设置于第一混风盘和第二混风盘之间，并且第一混风盘与混风管相抵接。本发明提供的燃烧器使得空气和燃气充分混合，燃烧充分，氮氧化物排放低，高效节能，并且极大的缩小锅炉炉胆尺寸，使炉胆内部受热均匀。

Description

全预混式金属纤维燃烧器及采用该燃烧器的锅炉

技术领域

本发明涉及燃烧设备技术领域，尤其涉及一种全预混式金属纤维燃烧器及采用该燃烧器的锅炉。

背景技术

随着生活水平以及对环境保护意识的提高，人们越来越重视燃烧器在燃烧过程中产生的有害气体的排放，尤其是燃气热水器或燃气锅炉中氮氧化物的排放。目前，控制锅炉氮排放是国家治理雾霾的重点任务之一。北京已颁发修订后的新《锅炉大气污染物排放标准》，其中规定，从2015年7月1日起，新建锅炉排放限制由现行的150毫克/立方米收严到80毫克/立方米；2017年4月1日起新建锅炉氮氧化物进一步收严到30毫克/立方米。寻求控制锅炉氮排放的技术路径成为目前市场上都普遍关注的焦点。

目前国内市场上，控制氮排放采取的主要技术有两种：一是通过加装烟气循环装置可以将氮排放控制在50-80毫克/立方米，但是此技术仍不能达到30毫克/立方米的最严标准，再有其成本造价太高，不适合推广应用。二是通过对排烟进行化学处理，来降低氮排放，这种方法装置复杂，处理效果也不理想，并且后处理成本也非常高。因而，以上两种方式并没有得到广泛推广，有效的控制氮化物排放的方法应当是从燃烧器燃烧产生氮氧化物的源头部分就进行技术控制，即选择合适的燃烧器来控制氮氧化物的排放，使其控制在30毫克/立方米之内。

金属纤维燃烧器是一种全预混蓝焰式燃烧器，以特种金属纤维作为燃烧表面，燃烧强度可以达到10000kw/m³，是近几年逐渐被推广的新型燃烧技术。金属纤维燃烧器属于预混气体表面燃烧，预先混合均匀的燃气空气混合物流向燃烧器头部，在透气性均匀的金属纤维织物表面层进行燃烧，使得燃烧稳定并分布均匀，可避免局部高温的存在，减少氮氧化物的产生。现有技术中的部分金属纤维燃烧器中混风单元有多种形式，但其仍存在由于燃气与空气混合不均匀、不能有效调节空气和燃气比例所造成的燃烧不充分的现象。同时，未考虑空气进气过程中的颗粒物等杂质的影响，使得燃烧过程中由于空气中杂质的存在而堵塞金属纤维燃烧头，从而影响燃烧头的使用寿命，并影响燃烧及排放质量。

因此，如何精密地调节和控制，来保证燃气和空气的充分混合，并提高助燃空气的质量，使燃烧更充分，从而有效降低氮氧化物的排放，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种全预混式金属纤维燃烧器及采用该燃烧器的锅炉，该燃烧器使得空气和燃气充分混合，燃烧充分，氮氧化物排放低，高效节能，并且极大的缩小锅炉炉胆尺寸，使炉胆内部受热均匀。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种全预混式金属纤维燃烧器，包括风机、混风单元和燃烧头；

所述风机与所述混风单元连接，用于提供燃烧所需空气；

所述混风单元与所述燃烧头连接，用于混合并向所述燃烧头输送所需的空气和燃气混合气体；

所述混风单元包括混风管和混风盘，所述混风管的侧壁上沿周向设置有多组通孔，沿气体流动方向依次设置有第一混风盘和第二混风盘，所述混风管设置于所述第一混风盘和第二混风盘之间，并且所述第一混风盘与所述混风管相抵接。

进一步地，所述混风管为圆筒形或者为两端直径小于中间直径的鼓形，所述多组通孔均匀的分布在所述混风管侧壁的周向上。

进一步地，还包括壳体，所述混风单元设置于所述壳体内部，所述混风盘通过固定连接件与所述壳体内侧壁相连接，所述混风盘的内径与所述混风管的内径相适配；

所述混风盘包括多个沿所述混风盘周向分布的分流片，所述分流片均倾斜设置。

进一步地，所述燃烧头包括火焰区和盲区，所述盲区的一端与所述混风单元相连接，所述火焰区的外表面设有金属纤维毡，并且所述火焰区的前端为向内部凹陷结构。

进一步地，所述火焰区的前端横截面为梯形、三角形或弧形。

进一步地，所述火焰区从前至后依次包括第一火焰区、中间区和第二火焰区，并且所述第一火焰区和第二火焰区的外表面设有金属纤维毡。

进一步地，还包括控制单元、检测单元、点火单元和进气过滤单元，其中，所述控制单元与所述混风单元相连，包括空燃比控制调节器和燃料调节阀，用于控制调节燃烧所需空气和燃气的比率；

所述检测单元与所述燃烧头相连，采用紫外传感器或红外传感器，用于检测火焰信息；

所述点火单元包括点火电极棒和预点火装置，所述点火电极棒设置于所述燃烧头的盲区，所述预点火装置安装在所述燃烧头的火焰区内部，包括预点火管和文丘里管，并且所述文丘里管与所述预点火管垂直设置；

所述进气过滤单元包括前置过滤器和挡风板，所述前置过滤器与所述风机的进气口可拆卸的连接，所述挡风板设置在地面上。

进一步地，所述燃料调节阀采用近线性比例调节阀，其阀门的阀板打开方向与气体流向垂直，并且阀门的打开角度与阀门打开量等比例变化。

进一步地，所述风机与变频器相连，所述变频器用于调节风机转速，进而控制空气流量。

本发明还提供一种燃气锅炉，其包括上述发明内容所述的全预混式金属纤维燃烧器，以及吸收并传递所述燃烧器所产生的热量的换热器。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的混风单元，通过混风管与混风盘的配合，并且在混风管侧壁的圆周方向上设置多组通孔，使得气体均匀分散到所有通孔，有效保证空气和燃气混合均匀，使得燃烧充分；在3％氧气浓度标准计算下，氮排放可达到30毫克/立方米以下，远低于国家规定的锅炉排放标准要求，是燃烧领域节能减排的较佳选择。

2、本发明提供的点火单元包括点火电极棒和预点火装置，预点火装置带角度安装，保证了点火电极棒处于火焰区之外，进而保证了点火的可靠性；本发明通过使用变频器实现对所需燃烧空气量的精确控制，配合使用空燃比控制调节器及燃料调节阀，可以实现对空气、燃气比率的精确控制。

3、本发明设置有进气过滤单元包括前置过滤器和地面挡风板，有效防止风机从地面吸入空气，提高助燃空气质量，避免金属纤维燃烧头表面燃烧时出现的各种堵塞问题，能有效的提高燃烧及排放质量，并且拆装更换方便，大大降低了维护成本。

4、本发明提供的全预混式金属纤维燃烧器，可确保燃气和空气充分混合，燃烧充分，氮氧化物排放低；同时燃烧稳定，热效率高，不易回火，高效节能，燃烧噪音小，操作安全。

5、本发明提供的采用上述燃烧器的燃气锅炉，极大的缩小了锅炉的炉胆尺寸，炉胆内部受热均匀；锅炉体积小，从而减小了占地面积，节约设备安装和运行空间；在能源紧缺的今天，在国家节能减排政策的指导下，这种燃烧系统的开发成功将带来显著的经济效益。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的全预混式金属纤维燃烧器立体结构示意图；

图2为图1的主视示意图；

图3为本发明提供的混风单元结构示意图；

图4为本发明提供的燃烧头结构示意图；

图5为本发明提供的另一种燃烧头结构示意图；

图6为本发明提供的点火单元结构示意图。

附图标记：

100-风机；

200-混风单元； 201-混风管； 202-通孔；

203-第一混风盘； 204-第二混风盘； 205-固定连接件；

206-分流片；

300-燃烧头； 301-火焰区； 302-盲区；

303-金属纤维毡； 304-凹陷结构； 305-第一火焰区；

306-中间区； 307-第二火焰区；

400-控制单元；

500-点火单元； 501-点火电极棒； 502-预点火管；

503-文丘里管；

600-进气过滤单元； 700-安全联锁装置； 800-火焰；

900-壳体。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

燃气热水器和燃气锅炉都是以可燃气体为燃料，如天然气、城市煤气、液化气、沼气等，通过燃烧可燃气体来加热热水以满足工业用水、用户生活用水和/或中央供暖的需求。下面实施例和具体实施方式中将均以燃气锅炉为例对本发明做进一步详细的说明，但本发明同样可应用于燃气热水器。

实施例

图1为本发明提供的全预混式金属纤维燃烧器立体结构示意图，图2为图1的主视示意图，图3为本发明提供的混风单元结构示意图，如图1至图3所示，本实施例提供一种全预混式金属纤维燃烧器，包括风机100、混风单元200和燃烧头300；风机100与混风单元200连接，用于提供燃烧所需空气；混风单元200与燃烧头300连接，用于混合并向燃烧头300输送所需的空气和燃气混合气体；混风单元200包括混风管201和混风盘，混风管201的侧壁上沿周向设置有多组通孔202，沿气体流动方向依次设置有第一混风盘203和第二混风盘204，混风管201设置于第一混风盘203和第二混风盘204之间，并且第一混风盘203与混风管201相抵接。

本实施例提供的全预混式金属纤维燃烧器，能够配套锅炉使用，使用该燃烧器的锅炉能够缩小锅炉的炉胆尺寸，并且炉胆内部受热均匀，节约燃料，节省成本。本实施例通过混风管201和混风盘的配合，使得气体从混风管201的中心进入，并均匀分散到所有通孔202，再通过混风盘的配合，流经一小段扩散空间，混合气体扩散至燃烧头300，在金属纤维表面进行燃烧。本实施例的混风单元200的结构设计加强了燃气与空气的混合，使得空气与燃气按照预先设定好的比例充分混合，越充分混合燃烧速度也越快，需要的燃烧距离也越短，热功率分布更均匀。同时，本实施例提供的混风管201和混风盘设置有多种规格，混风管201和混风盘的大小可与气体燃料流量相适应，对于不同的燃料能量值，可选择安装与其相适应规格的混风管201和混风盘，以使燃气和空气达到最佳的混合效果，燃烧更充分，有效降低氮氧化物的排放，并且节省设备空间，节约成本，适应性强。

本实施例的可选方案中，混风管201为圆筒形或者为两端直径小于中间直径的鼓形，多组通孔202均匀的分布在混风管201侧壁的周向上。

本实施例的可选方案中，上述全预混式金属纤维燃烧器还包括壳体900，混风单元200设置于壳体900内部，混风盘通过固定连接件205与壳体900内侧壁相连接，混风盘的内径与混风管201的内径相适配；混风盘包括多个沿混风盘周向分布的分流片206，分流片206均倾斜设置。

本实施例提供的混风管201可以有多种形状，其可以为普通的圆筒状，其上面均匀分布多组通孔202，也可以为特殊的孔鼓状，即其两端的直径小于中间的直径，该结构的环形流道和通孔，可以进一步加强空气和燃气的混合，确保空气和燃气混合均匀。此外，本实施例提供的混分盘设有多个倾斜设置的分流片206，在其径向上还可以设置增强气流扰动的遮挡片，进而使混合气体形成旋流，均匀的分布至金属纤维燃烧头300的表面。本实施例中混风盘的内径与混风管201的内径相适配，尤其是第一混风盘203的内径与混风管201的内径相适配，使得气体可从混风管201的中心进入，进而均匀的分散至各个通孔202。

本实施例的可选方案中，燃烧头300包括火焰区301和盲区302，盲区302的一端与混风单元200相连接，火焰区301的外表面设有金属纤维毡303，并且火焰区301的前端为向内部凹陷结构304。

进一步地，火焰区301的前端横截面为梯形、三角形或弧形。本实施例中火焰区301的前端横截面为梯形。

图4为本发明提供的燃烧头结构示意图，如图4所示，本实施例的燃烧头采用特殊的结构设计，即火焰区301的前端呈一定角度向内部凹陷结构304，可使得在燃烧时火焰800分布在燃烧头300前端，即实现内火式燃烧方式，以适应锅炉对于温度不同的需求，燃烧更稳定。相比于现有技术中大都是火焰800分布在燃烧头300外侧，即外火式的燃烧方式，本实施例提供的燃烧头300不仅可以实现上述的内火式燃烧方式，还可以实现内外火同时燃烧的方式，即火焰800同时分布在燃烧头300外侧和前端。通过调整燃气量的大小，可实现内火式或者内外火式的燃烧方式，从而使火焰分布均匀，避免局部高温的存在，进而抑制了氮氧化物的生成。

图5为本发明提供的另一种燃烧头结构示意图，如图5所示，本实施例提供的火焰区301从前至后依次包括第一火焰区305、中间区306和第二火焰区307，并且第一火焰区305和第二火焰区307的外表面设有金属纤维毡303。这种结构可以实现双燃料燃烧方式，即可以两种不同燃料可以分别在第一火焰区305和第二火焰区307同时燃烧，也可以单独在第一火焰区305或第二火焰区307燃烧一种燃料，具有灵活的适应性，并且两个火焰区可分别配置与之相匹配的火焰检测单元以及燃料、空气控制单元，保证燃烧效率和效果，操作安全、方便。

本实施例的可选方案中，上述全预混式金属纤维燃烧器还包括控制单元400、检测单元(图中未示出)、点火单元500和进气过滤单元600，其中，控制单元400与混风单元200相连，包括空燃比控制调节器和燃料调节阀，用于控制调节燃烧所需空气和燃气的比率；检测单元与燃烧头300相连，采用紫外传感器或红外传感器，用于检测火焰信息；点火单元500包括点火电极棒501和预点火装置，点火电极棒501设置于燃烧头300的盲区302，预点火装置安装在燃烧头300的火焰区301内部，包括预点火管502和文丘里管503，并且文丘里管503与预点火管502垂直设置；进气过滤单元600包括前置过滤器和挡风板，前置过滤器与风机100的进气口可拆卸的连接，挡风板设置在地面上。

进一步地，燃料调节阀采用近线性比例调节阀，其阀门的阀板打开方向与气体流向垂直，并且阀门的打开角度与阀门打开量等比例变化。

进一步地，风机100与变频器相连，变频器用于调节风机100转速，进而控制空气流量。

图6为本发明提供的点火单元结构示意图，如图6所示，本实施例提供的点火单元500包括点火电极棒501和预点火装置，其预点火装置采用V型文丘里式预点火装置，并且V型文丘里式预点火装置可带角度安装，也就是说，预点火管502经过盲区302与金属纤维毡303的连接处，并回转一定角度与火焰区301的金属纤维毡303背面相连，所述角度可在150°～170°之间，优选168°。该结构使得预点火火焰朝向燃烧头300的火焰区301，使预点火燃气经过微小角度后通过点火电极棒501所在的盲区302并通向燃烧头300的前端。当预点火熄灭且主火焰点燃后，可保持点火电极棒501处于火焰区之外的区域，从而延长点火电极棒501的使用寿命，并提高点火的可靠性。

本实施例采用风机100与变频器相连，通过变频器实现对所需燃烧空气流量的精确控制，除了提供精确的燃烧控制，变频器还向风机电动机提供能量，由于只需提供额定功率即可满足燃烧需求，可大大降低运行成本，节省能源。同时，结合控制单元400中的空燃比控制调节器和燃料调节阀，可实现对空气燃气比率的精确控制，以使风机100提供的空气量与燃气供应量达到精确配比，进而使锅炉达到最佳的燃烧效率，降低氮排放。此外，可以采用一台空燃比率控制器和一台带有空气燃气比率控制功能的气体调节器进行燃料供应、气阀调节以及风机的调节，也可以采用平行定位控制器进行空气量和燃气量的同时调节，并进一步使用旋转端口燃料调节阀进行调节，已达到对空气燃气比率精确控制的目的。

值得说明的是，为了进一步改善燃烧质量，提高操作的安全性，本发明还设有与控制单元400相连的安全联锁装置700，该安全联锁装置700带有压差开关和逆止风门开启开关，逆止风门用于防止停机状态下将冷空气抽入至燃烧器中，并且在每个安全联锁装置的起始周期进行气阀密封试验，确保设备正常运行，操作安全。

本实施例还提供一种燃气锅炉，其包括上述的全预混式金属纤维燃烧器，以及吸收并传递燃烧器所产生的热量的换热器。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种全预混式金属纤维燃烧器，其特征在于，包括风机、混风单元和燃烧头；

所述风机与所述混风单元连接，用于提供燃烧所需空气；

所述混风单元与所述燃烧头连接，用于混合并向所述燃烧头输送所需的空气和燃气混合气体；

所述混风单元包括混风管和混风盘，所述混风管的侧壁上沿周向设置有多组通孔，沿气体流动方向依次设置有第一混风盘和第二混风盘，所述混风管设置于所述第一混风盘和第二混风盘之间，并且所述第一混风盘与所述混风管相抵接。

2.根据权利要求1所述的全预混式金属纤维燃烧器，其特征在于，所述混风管为圆筒形或者为两端直径小于中间直径的鼓形，所述多组通孔均匀的分布在所述混风管侧壁的周向上。

3.根据权利要求2所述的全预混式金属纤维燃烧器，其特征在于，还包括壳体，所述混风单元设置于所述壳体内部，所述混风盘通过固定连接件与所述壳体内侧壁相连接，所述混风盘的内径与所述混风管的内径相适配；

所述混风盘包括多个沿所述混风盘周向分布的分流片，所述分流片均倾斜设置。

4.根据权利要求1所述的全预混式金属纤维燃烧器，其特征在于，所述燃烧头包括火焰区和盲区，所述盲区的一端与所述混风单元相连接，所述火焰区的外表面设有金属纤维毡，并且所述火焰区的前端为向内部凹陷结构。

5.根据权利要求4所述的全预混式金属纤维燃烧器，其特征在于，所述火焰区的前端横截面为梯形、三角形或弧形。

6.根据权利要求5所述的全预混式金属纤维燃烧器，其特征在于，所述火焰区从前至后依次包括第一火焰区、中间区和第二火焰区，并且所述第一火焰区和第二火焰区的外表面设有金属纤维毡。

7.根据权利要求4所述的全预混式金属纤维燃烧器，其特征在于，还包括控制单元、检测单元、点火单元和进气过滤单元，其中，所述控制单元与所述混风单元相连，包括空燃比控制调节器和燃料调节阀，用于控制调节燃烧所需空气和燃气的比率；

所述检测单元与所述燃烧头相连，采用紫外传感器或红外传感器，用于检测火焰信息；

所述点火单元包括点火电极棒和预点火装置，所述点火电极棒设置于所述燃烧头的盲区，所述预点火装置安装在所述燃烧头的火焰区内部，包括预点火管和文丘里管，并且所述文丘里管与所述预点火管垂直设置；

所述进气过滤单元包括前置过滤器和挡风板，所述前置过滤器与所述风机的进气口可拆卸的连接，所述挡风板设置在地面上。

8.根据权利要求7所述的全预混式金属纤维燃烧器，其特征在于，所述燃料调节阀采用近线性比例调节阀，其阀门的阀板打开方向与气体流向垂直，并且阀门的打开角度与阀门打开量等比例变化。

9.根据权利要求8所述的全预混式金属纤维燃烧器，其特征在于，所述风机与变频器相连，所述变频器用于调节风机转速，进而控制空气流量。

10.一种燃气锅炉，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的全预混式金属纤维燃烧器，以及吸收并传递所述燃烧器所产生的热量的换热器。