CN107975796B - 燃烧器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种燃烧器，该燃烧器包括：管状的扩散器壁(5)；和在扩散器壁中的气体混合物(4)入口通道；以及分布隔板(12)，具有形成中央通道区段(14)和多个周围通道区段(15)的分配开口(13)，这些周围通道区段为放射形状或分支形状，这些周围通道区段从所述中央通道区段(14)朝向扩散器壁(5)延伸，并且其中，周围通道区段(15)和中央通道区段(14)连接在一起形成单个孔。

Description

燃烧器

技术领域

本申请涉及一种用于锅炉和用于工业应用的气体燃烧器，该类型的燃烧器包括：

-支撑壁，能够连接至锅炉的或工业应用的燃烧室，该支撑壁具有入口开口，以将燃料气体和氧化剂引入燃烧器内，

-管状扩散器壁，具有：连接至支撑臂的第一端，以与入口开口流体连通；第二端，通过封闭底部而封闭；以及穿孔，以使气体混合物从燃烧器的内侧通向发生燃烧的扩散器壁的外侧，

-至少一个分布隔板，设置入口通道中，以在燃烧器中的入口处分配燃料混合物。

背景技术

在本领域中，分布隔板具有遍布隔板整个延伸范围分布的多个通道开口。

一种已知的燃烧器，目的是克服在燃烧器中遇到的局部加热及火焰不稳定的问题，而不具有分布隔板或设置有流动元件，该流动元件例如所谓的噪音控制角(noise-control horns，消音器)(该流动元件不同于分布隔板)。

已知的多孔分布隔板重点在于在多个分离的气体流的燃烧器中的构形，这区域使得在扩散器相对紧密的区域增加穿过，而这些区域是通过减少的穿过而彼此分开。图1示出了具有中央圆孔和一系列额外孔的多孔隔板，这些额外孔例如细长孔，设置成围绕中央孔的周缘。图2示出了具有图1的分布隔板的柱形燃烧器的模拟模型的径向区段，其中具有通过燃烧器运行的数字模拟而获得的流动线。有中央流和额外的径向外部流的明显构形，其中径向外部流的第一部分在靠近燃烧器入口的区域直接地穿过扩散器，因此使得第一部分增加穿过区域减小。径向外部流的第二部分被吸入中央流，并且变得集中在一起在远离燃烧器入口的区域进入扩散器，因此使得增加穿过区域延伸得更大。在燃烧器的下部，在两个主气流之间形成了强漩涡，该强漩涡将阻碍燃料混合物到达在第一和第二增加穿过区域之间中间下部区域，其中扩散器的中间区域保持几乎没有流动线，并且对于燃烧的目的来说，并没有高度地利用。

发明内容

本发明的目标是，改进已知的燃烧器和分布隔板，以进一步地使燃料流在扩散器的燃烧表面上均一。

事实上，在扩散器的燃烧表面上燃料更均一地分布，则火焰更稳定，且更降低扩散器壁的局部过热风险。

本发明的进一步的目标是，降低热声噪音，即，由燃烧器产生的噪音排放。

本发明的一个更明确的目标是，通过相同的分布隔板的通道开口使层状燃料气体流的区域与紊乱燃料气体流的区域相交替，优选地，通过单个通道开口。

本发明的目标通过根据本发明的燃烧器来实现。本发明有利的实施方式记载在具体实施方式中。

根据本发明的一个方面，一种燃烧器包括：

支撑壁，能够连接至锅炉的或工业应用的燃烧室，该支撑壁形成入口通道，以将燃料气体混合物引入燃烧器内，

扩散器壁，与入口通道流体连通地连接至支撑壁，并且该扩散器壁具有穿孔，以使气体混合物从燃烧器的内侧通向发生燃烧的扩散器壁的外侧，

分布隔板，设置入口通道中并具有贯穿的分布开口，

其中，分布开口形成远离扩散器壁的中央通道区段以及多个周围通道区段，这些周围通道区段为放射或分支形状的，并且从中央通道区段朝向扩散器壁延伸，并且其中，周围通道区段和中央通道区段连接在一起以形成单个孔。

总体来说，该分布隔板可以是具有单个触手状件或分支状件的分布隔板，该单个触手状件或分支状件穿过开口并在隔板的中央区域(远离扩散器壁)和周围区域(靠近扩散器壁)中延伸。

由于连接至彼此的中央通道区段和周围通道区段相结合，在燃烧器中形成的完全地彼此分离、并且由明显的漩涡区域分隔开的汇聚流将减少，并且所实施的实验和数字模拟的结果是，在整个扩散器壁上获得更均一的燃料气体分布(图4)。

附图说明

为了更好地理解本发明并领会本发明的优点，下文参考附图描述了一些非限制性实施方式，在附图中：

-图1是已知技术的分布隔板的俯视图；

-图2示出了具有图1中的分布隔板的柱形燃烧器的流体动力学特性；

-图3是根据本发明的实施方式的分布隔板的俯视图；

-图4示出了具有图3中的分布隔板的柱形燃烧器的流体动力学特性；

-图5是根据本发明的实施方式的燃烧器的立体图；

-图6是图5中的燃烧器的纵向截面图；

-图7是图5中的燃烧器的分解图；

-图8至图15是根据另外的实施方式的分布隔板的俯视图；

-图16是根据本发明的分布隔板的俯视图，其中指示出了径向的AA、BB剖面，以及切向的CC剖面；

-图17示出了根据图16中的剖面AA的截面图，其中示出了在周围通道区段处的层状流；

-图18示出了根据图16中的剖面BB的截面图，其中示出了在限定中央通道区段的翼片(tab)处的紊流(turbulent flow)和在该中央通道区段更内部的层状流；

-图19示出了根据图16中的剖面CC的截面图，其中示出了在侧向限定周围通道区段的翼片处的紊流和在该周围通道区段更内部的层状流；

-图20是分布隔板的细节的俯视图，其中指示出了一些几何参数。

具体实施方式

参考附图，由标号1整体地表示用于锅炉或用于工业应用(industrialapplication，工业设备)的气体燃烧器，该气体燃烧器通常借助于燃料气体的燃烧而生成热，或者具体地借助于燃料气体和空气的预混合物的燃烧而生成热。燃烧器1包括支撑壁2，该支撑壁可连接至锅炉或工业应用的燃烧室，支撑壁2形成入口通道3，入口通道用于将燃料气体和氧化剂的混合物引入到燃烧器1中。

燃烧器1还包括管状扩散器壁5，该管状扩散器壁能与燃烧器1的纵向轴线6同轴，并具有第一端部7、第二封闭端部8以及穿孔部10，第一端部连接至支撑壁2并与入口通道3流体连通，第二封闭端部例如通过封闭底部9而封闭，穿孔部用于使气体混合物4从内部燃烧器1通过扩散器壁5的外侧11，燃烧在该外侧处发生。

扩散器壁5的(例如帽状的)封闭端部部分本身可替代封闭底部9而设置。

燃烧器1还包括分布隔板12，该分布隔板布置在入口通道3中并具有通过分布开口13。在燃烧器1操作过程中，燃料气体4穿过该分布开口13，该分布开口影响燃烧器1中的气体流的分布。

根据本发明的一个方面，分布开口13形成中央通道区段14和呈放射状或分支状的多个周围通道区段15，中央通道区段远离扩散器壁5，周围通道区段从中央通道区段朝向扩散器壁5延伸，在分布开口中周围通道区段15和中央通道区段14连接在一起以形成单个孔。

通常，分布开口13可被限定为具有单个的触手状的或分支状的通孔，并且该分布开口在隔板12的(远离扩散器壁5的)中央区域和(靠近扩散器壁的)周围区域中延伸。

中央通道区段14有利地但并非必需地精确地形成在分布隔板12的几何中部，但是中央通道区段优选地(但并不必需地以同中心的方式)包括分布隔板12的几何中部。

而周围通道区段15延伸到分布隔板12的位于分布隔板的几何中部与扩散器壁5(分不分隔板的与扩散器壁相邻的周围边缘)之间的区域中。

由于彼此连接的中央通道区段14和周围通道区段15的组合，能够减少燃烧器1中的集中的流的形成，该集中的流彼此完全分离并且与显著的涡流强度(vorticity)区域相分隔，并且由于进行了实验和数字模拟，实现了燃料气体在扩散器壁5上的更加均匀的分布(图4)。此外，由于彼此连接的中央通道区段14和周围通道区段15的构造，借助于分布隔板12的同一(优选的)单个分布开口13，实现了具有层状的燃料气体流的区域与具有紊乱的燃料气体流的区域的交替(图16至图19)。

根据一个实施方式，隔板12由金属片材制成，优选的由钢材制成。

隔板12优选地大体是平的并且与纵向轴线6垂直。

可替代地，隔板12可具有圆形形状，例如平的圆顶，或者隔板可相对于纵向轴线6形成周向的阶梯和/或放射状的阶梯。

隔板12和分别开口13可具有相对于纵向轴线大体对称的形状，如通过图3、图7、图8和图11的实例所示出的。

可替代地，分布开口13可具有相对于纵向轴线6不对称的形状或反向对称的形状，或仅是非对称的形状，如通过图9、图12、图13和图14的实例所示出的。

在一个实施方式中(图3、图8至图13)，分布开口13的中央通道区段14是圆形的或多边形的并且与纵向轴线6同心。

周围通道区段15优选地径向向外延伸(图3、图8至图13)以形成/界定在周围通道区段之间的相应的系列的金属片材翼片，该些翼片从隔板12的周围边缘17悬臂式的径向向内(其中内端部是自由的)突出。

该构造允许翼片以自由的且独立的方式进行热膨胀和由扩散器的热膨胀所引起的变形，并且显著地减少了由于热应力而导致的微断裂的形成。

在一个实施方式中，优选为圆形的或多边形的中央通道区段14具有比周围通道区段15的径向延伸19要小的径向延伸18(图15)，导致大部分进入的气体流朝向燃烧器的周缘区域分布，但是并没有与中央流分离。

有利地，周围通道区段15朝向与中央通道区段14相对的(径向)外端部20变宽，或形成相对于中间部段21变宽的外端部20，中间部段在外端部20与中央通道区段14之间延伸。由此，也在隔板12的周缘区域中实现了气体流的更均匀的量的分布。

在优选的实施方式中(图3、图7)，周围通道区段15具有优选的相同的“T”形形状并且相对于纵向轴线6周向依次布置，并且优选地呈恒定的角节距。周围通道区段15中的每一个均形成相对于纵向轴线6在径向方向上定向的大体直线部分21和相对于纵向轴线6大体在周向方向上延伸的线性或弧形的相切部分22。

隔板12的该实施方式在框架的稳定性和在扩散器壁5的外表面上的燃烧的均匀分布方面是非常有利的。此外，由于周围通道区段15和中央通道区段14的连续性以及自由端悬臂状的金属片材翼片16的连续形成，由隔板12本身引起的热应力也显著的减小。

有利地，切线部分22的(径向方向)宽度比直线部分21的(周向方法)宽度大。

在一个实施方式中，周围通道区段15以恒定的角节距定位。

在图12、图13、图14和图9示出的实施方式中，周围通道区段15以不均匀的方式围绕中央通道区段14分布，例如仅在隔板12的一半中(或甚至仅在圆的小于180°(例如90°)的一个区段中)，而相对的一半(或圆的大于180°(例如270°)的剩余的区段)基本上或完全与所述周围通道区段15无关。这些非对称的构造在这些情况下是有利的：围绕燃烧器1的燃烧室中的空间和热交换条件具有不均匀的特征、想要在燃烧器1的给定的一侧生成较多的热量而在其他侧部生成较少热量。

再次根据另一实施方式(图15)，翼片16以不均匀的方式围绕中央通道区段14分布，例如仅在隔板12的一半中(或甚至仅在圆的小于180°(例如90°)的一个区段中)，而相对的一半(或圆的大于180°(例如270°)的剩余的区段)基本上或完全与所述翼片16无关，并且因此该相对的一半由分布开口13所占据。

图11示出了一实施方式，在该实施方式中，周围通道区段15径向向外变细，使分布开口13具有星形形状。该构造允许分布开口13易于通过冲压/切割而制造。

在俯视图中，翼片16可具有梯形形状(图8、图9)或具有这样的梯形形状：该梯形的较大的底边的一个角处(图10、“切割刀”形状)或两个角处(图13、“具有损坏顶端的矛状顶端”的形状)具有排出部或喉部(例如圆形的)。在此，喉部或排出部由周围通道区段15的径向变宽的外端部20形成。

可替代地，在俯视图中，翼片16可具有例如等腰三角形的三角形形状(图11)，或具有这样的三角形形状(等腰)：该三角形的较大底边的一个角处或两个角处(图12、“尖的矛状顶端”的形状)具有排出部或喉部(例如圆形的)。还在该情况中，喉部或排出部由周围通道区段15的径向变宽的外端部20形成。

最后，翼片16可具有彼此不同的径向长度。例如，单个(或成组的)较长的翼片16’可与单个(或成组的)较短的翼片16”交替(图14)。相似地，由翼片16’、16”界定的周围通道区段15还可具有可变的径向长度，例如相交替的单个(或成组的)较短的或较长的周围通道区段15。

优选地，隔板12形成单个分布开口13并且基本上不具有用于气体4的其他通道开口。

在优选的实施方式中，两个相邻的翼片16之间的周向距离28在0.8mm至8mm的范围内。翼片16的最大周向宽度29优选地可在5mm至20mm的范围内。翼片16的径向长度30优选地可在10mm至26mm的范围内。

隔板12可以与支撑壁2成形为单个件或成形为连接至支撑壁，例如通过焊接或压配合。

在有利的实施方式中，支撑壁2由金属(例如钢材)片材制成并且形成：

-外周向底座24(周向的阶梯)，面向燃烧器1的外部并且适于接收扩散器壁5的前边缘23，

-隔板12，

-可选地，另一外周向底座24(周向的阶梯)，面向燃烧器1的外部并且适于接收另一可选地分布壁26的前边缘，在图6中用虚线表示。

有利地，隔板12定位在内部并且在支撑壁2处没有超过扩散器壁5的端部部段27，其中，所述端部部段27的径向长度小于扩散器壁5的径向长度的四分之一，优选地小于扩散器壁5的径向长度的五分之一。

在另一实施方式中，隔板12可形成偏转边缘，该偏转边缘至少部分地界定所述周围通道区段15并且弯曲到隔板12的平面的外部以便在相对于纵向轴线6的周向的方向上向混合物流4施加涡流强度(漩涡)。这进一步防止彼此分离的单独的流的形成。

根据一个实施方式，扩散器壁5包括穿孔的钢片材并且是柱形的或是轻微的截头锥的形状。此外或可替代地，扩散器壁5的穿孔的钢片材可在外部上用有金属或陶瓷或烧结材料制成的网状物或织物(未示出)的外层来覆盖，该外层形成扩散器壁5的外表面，在该外表面上发生燃烧。

当设置时，前述的另一分布壁26可包括穿孔的钢片材，该钢片材是柱形形状的或者是轻微的截头锥的形状、与纵向轴线6同轴并且定位在扩散器壁5的内部。

根据本发明的燃烧器1具有多个优点，特别是减小燃烧器的下部部分中的涡流强度、增加框架的均匀性和稳定性、减少噪音并且减小了扩散器壁的局部过热的风险以及分布隔板的多个区域的自由膨胀。由于框架均匀性和燃烧在扩散器壁上的均匀的分布，可以避免在许多应用情况中在扩散器壁5的上游设置额外的分布壁。

Claims (16)

1.一种燃烧器(1)，包括：

-支撑壁(2)，形成入口通道(3)，以将燃料的气体混合物(4)引入所述燃烧器(1)内，

-扩散器壁(5)，与所述入口通道(3)流体连通地连接至所述支撑壁(2)，并且所述扩散器壁具有穿孔(10)，以使所述气体混合物(4)从所述燃烧器(1)的内侧通向发生燃烧的所述扩散器壁(5)的外侧(11)，

-分布隔板(12)，设置在所述入口通道(3)中并具有贯穿的分布开口(13)，

其中，所述分布开口(13)形成远离所述扩散器壁(5)的中央通道区段(14)以及多个周围通道区段(15)，这些周围通道区段成形为放射状或分支状，并且从所述中央通道区段(14)朝向所述扩散器壁(5)延伸，并且其中，所述周围通道区段(15)和所述中央通道区段(14)连接至彼此以形成单个孔。

2.根据权利要求1所述的燃烧器(1)，其中，所述分布隔板(12)定向为基本上垂直于所述扩散器壁(5)的纵向轴线(6)。

3.根据权利要求2所述的燃烧器(1)，其中，所述分布隔板(12)和所述分布开口(13)相对于所述纵向轴线(6)具有基本上对称的形状。

4.根据权利要求2所述的燃烧器(1)，其中，所述中央通道区段(14)是圆形的或多边形的，并且相对于所述纵向轴线(6)是同心的。

5.根据权利要求1所述的燃烧器(1)，其中，所述周围通道区段(15)径向向外地延伸，以在这些周围通道区段之间限定相对应的一系列板金属的翼片(16)，这些翼片从所述分布隔板(12)的周围边缘(17)径向向内悬臂状地延伸。

6.根据权利要求1所述的燃烧器(1)，其中，所述中央通道区段(14)的径向延伸范围(18)小于所述周围通道区段(15)的径向延伸范围(19)。

7.根据权利要求1所述的燃烧器(1)，其中，所述周围通道区段(15)朝向其径向外端部(20)变宽，该径向外端部与所述中央通道区段(14)相对，或所述周围通道区段形成相对于中间区段(21)变宽的径向外端部(20)，该中间区段在所述径向外端部(20)与所述中央通道区段(14)之间延伸。

8.根据权利要求7所述的燃烧器(1)，其中，所述周围通道区段(15)具有“T”形形状并且围绕所述中央通道区段(14)而周向连续地设置，

其中，相对于所述扩散器壁(5)的纵向轴线(6)，每个所述周围通道区段(15)都形成定向在径向上的基本上线性的部分(21)，以及基本上在周向方向上延伸的线性的或弧形的相切部分(22)。

9.根据权利要求1所述的燃烧器(1)，其中，所述周围通道区段(15)以恒定的角节距定位。

10.根据权利要求1所述的燃烧器(1)，其中，所述周围通道区段(15)围绕所述中央通道区段(14)以非均一方式分布。

11.根据权利要求5所述的燃烧器(1)，其中，从俯视图上看，所述翼片能具有梯形形状，或具有带有喉部的梯形形状，该喉部在该梯形的较大底部的至少一个角处，所述喉部由所述周围通道区段(15)的变宽的径向外端部(20)形成。

12.根据权利要求5所述的燃烧器(1)，其中，从俯视图上看，所述翼片能具有带有喉部的三角形形状，该喉部在该三角形的较大底部的至少一个角处，所述喉部由所述周围通道区段(15)的变宽的径向外端部(20)形成。

13.根据权利要求1所述的燃烧器(1)，其中，所述周围通道区段(15)是径向向外变细的，使所述分布开口(13)呈现星形形状。

14.根据权利要求5所述的燃烧器(1)，其中，所述翼片(16)能具有彼此不同的径向长度。

15.根据权利要求1所述的燃烧器(1)，其中，所述分布隔板(12)形成单个分布开口(13)，并且没有用于所述气体混合物(4)的其他通道开口。

16.根据权利要求5所述的燃烧器(1)，其中，两个相邻的所述翼片(16)之间的周向距离(28)在0.8mm至8mm的范围内，所述翼片(16)的最大周向宽度(29)在5mm至20mm的范围内，所述翼片(16)的径向长度(30)在10mm至26mm的范围内。

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