CN108800132A - 燃气燃烧器用燃烧头结构 - Google Patents

Abstract

燃气燃烧器用燃烧头结构，包括：一个助燃管(13)；一个燃料管(19)，其容纳在助燃管(13)中并围绕燃烧头(11)的纵向对称轴线“S1”延伸；多个出口喷嘴(21)与燃料管(19)连通；一个扩散器板(23)，所述扩散器板(23)设置在所述燃烧头(11)中的前部并位于基本上垂直于纵向对称轴线“S1”的平面“P1”中。所述扩散器板(23)所处的平面“P1”相对于所述喷嘴(21)的最前端位于所述燃烧头(11)的后面，并且所述喷嘴(21)的孔的周边与所述扩散器板(23)的外周边的最小距离“d”小于200mm，并且所述扩散器板(23)由一个杆(25)在后面支撑，以调节所述扩散器板(23)的轴向位置，所述杆平行于所述燃烧头的纵向轴线“S1”延伸。

Description

燃气燃烧器用燃烧头结构

技术领域

本发明涉及用于燃气燃烧器的一种燃烧头结构，适于容纳于燃气燃烧器中，以实现低氮氧化物(NOx)排放的气体燃料的燃烧。

背景技术

使用燃烧头的燃气燃烧器用于一些工业应用中。这些燃烧器通常使用天然气、甲烷或液化石油气(液态丙烷气)作为燃料。

在燃气燃烧器中，已知燃料和助燃剂(燃烧的支持物)之间的燃烧反应是借助于燃烧头来进行的。燃烧头结构通常具有一个管状导管，用于将来自鼓风机的助燃流体输送到燃烧室中。所述助燃流体与气体燃料混合(该气体燃料通过一个或多个喷嘴输送)，并且一个已知类型的点火装置点燃所述混合物，由此引起燃烧。

在设计燃烧头时要面对的主要问题之一是如何减少由燃烧引起的污染对环境的影响。源自用于燃气燃烧器的燃烧头的使用而产生的主要污染因素之一是氮氧化物(NOx)，即氧化氮及其混合物。

对于氮氧化物(NOx)产生现象的研究突出地表明这些氮氧化物(NOx)特别地在火焰温度高时产生。实际上，实验已经表明，当火焰温度大约为1200-1400℃左右时，氮氧化物(NOx)的产生显着增加。

由于这个原因，已经开发了具有燃烧头的燃烧器，其中由于在燃烧过程中产生的部分烟气在燃烧头内和火焰本身再循环，所以火焰温度降低了。

存在于燃烧室中的烟气被带回到火焰中，并且由于它们不参与燃烧反应，吸收热量，由此它们冷却火焰，并从而降低氮氧化物(NOx)的排放。

在EP1783426中描述了如何减少由于氮氧化物(NOx)的排放导致的污染问题的解决方案，其示出了设置有喷嘴的一种燃烧头的结构，这些喷嘴相对于所述助燃管的所述纵向轴线倾斜。

然而，该解决方案和迄今为止提出的其他解决方案并未能够获得期望的结果，因此在所述领域内，对于进一步降低燃烧头在燃烧期间产生的氮氧化物(NOx)值仍有较强的需求。

因此，本发明的第一个目的是提供用于燃气燃烧器的燃烧头的一种结构，相对于目前已知的燃烧头，所述结构可以减少氮氧化物(NOx)排放。

本发明的另一目的是提供上述类型的燃烧头的一种结构，其在几种使用条件下得以通过减少氮氧化物(NOx)排放来优化燃烧。

本发明的一个特别的目的是提供能够以一个成本有效方式进行工业制造的一种燃烧头的一种结构。

通过所附权利要求书中所要求保护的所述气体燃烧头来实现这些和其他目的。

发明内容

根据本发明的燃气燃烧器用燃烧头结构基本上包括：一个助燃管和一个燃料管，所述燃料管至少是部分地容纳在所述助燃管内，所述燃料管优选地基本上位于所述助燃管的中心。所述助燃管围绕所述燃烧头的一条中央纵向对称轴线延伸，并且得以将助燃空气从所述燃烧头的后部区域输送到发生燃烧的前部区域。所述助燃管包括用于所述燃烧头的一个入口开口以及一个出口开口，所述入口开口用于引入助燃空气并且被设置在所述燃烧头的后部，所述出口开口用于释放助燃空气并且被设置在所述燃烧头的前部。出于结构要求和节省空间的原因，所述入口开口可相对于所述助燃管的所述纵向轴线径向定向。所述助燃管优选为具有直径L₁的圆形横截面的圆柱形。

所述燃料管被容纳在所述助燃管内，优选为基本上在所述助燃管的中心处，并且关于所述燃烧头的所述纵向对称轴线延伸，用于将燃气从所述燃烧头的所述后部区域输送到所述燃烧头的所述前部区域。所述燃料管在前面与一个输送组件连通，所述输送组件由与所述燃料管流体连通的多个气体出口喷嘴组成。所述喷嘴围绕所述燃烧头的所述对称轴线被径向设置，并且沿着一个与所述对称轴共面的倾斜角度为α的轴线限定一个气体出口方向，所述角度α相对于纵向对称轴线在30°和45°之间。

所述结构还包括一个扩散器板，所述扩散器板靠前地设置在所述燃烧头中，并位于基本上垂直于所述纵向对称轴线的一个平面中。所述扩散器板优选为具有一个直径L₄的圆形。所述扩散器板的目的主要是扩散来自所述助燃管的空气，从而产生具有一个环形横截面的基本上为圆柱形的前部，集中在气体喷嘴所处的区域中。

根据本发明，有利的是，所述扩散器板所处的平面相对于所述喷嘴的最前端位于所述燃烧头的后面，并且所述喷嘴的孔的周边与所述扩散器板的周边的最小距离小于200mm。更优选的是，所述最小距离在10和200mm之间。另外，每个喷嘴的开口的周边与具有直径L₃的一个圆周相切，所述直径L₃基本对应于在所述平面P1上被径向设置的所述喷嘴的最大必要空间。

所述助燃管关于所述喷嘴轴向向前延伸一个部分，该部分相对于所述喷嘴靠前设置，并且具有的长度足以限定一个径向屏障，用于由所述扩散器板(基本上位于所述助燃管的中心)以及所述倾斜喷嘴的组合效果产生的空气-燃气混合物，在来自所述助燃管的气流之上以及在由所述倾斜喷嘴喷射的燃气流之上，分别地。所述部分13a向前延伸，超出所述扩散器板一个长度L₂。

根据本发明的一个优选实施例，适用以下内容：

L₁/L₂＝3.5，并且更优选的是，以下也适用：

L₁/L₃＝1.2

L₁/L₄＝1.35

有利的是：相比目前已知的燃烧头，所述气体燃烧头的结构得以将氮氧化物(NOx)的排放减少50％以上。

有利的是，根据本发明，所述气体燃烧头能够纳入流量构成为200至3500Nm³/h的燃气燃烧器中。

附图说明

通过非限制性实例提供本发明的一些优选实施例，请参见附图，其中：

-附图1是装备有根据本发明的燃烧头的一种燃烧器的一个示意性侧视图；

-附图2是根据本发明的燃烧头的所述结构的气体输送组件的一个前视图；

-附图3是沿着附图2的设有扩散器板的燃烧头的平面G-G截取的一个截面图；

-附图4是附图2的细节的一个放大图。

具体实施方式

参见附图，根据本发明的一种燃烧头的所述结构整体用附图标记11来标记。所述结构11包括一个助燃管13，该助燃管13围绕所述燃烧头11的一个大致中心纵向对称轴线“S1”延伸。当所述燃烧头11被纳入到一个燃气燃烧器中时，所述燃烧头13具有将来自所述燃烧头11的后部区域的助燃空气引导到朝向产生火焰F的前部区域的功能。

所述助燃管13包括用于引入所述助燃空气的一个入口开口15，所述入口开口被设置在所述燃烧头11的后部区域中。在所示实施例中，所述入口开口15被径向设置在所述助燃管13中。根据现有技术，所述入口开口15与用于将强制空气送入到所述管13的鼓风机相关联。用于所述助燃空气的一个轴向出口开口17被设置在所述助燃管13中(位于产生所述火焰F的所述燃烧头的前部区域中)。

关于所述燃烧头11的所述纵向对称轴线“S1”延伸的一个燃料管19被容纳在所述助燃管13内。所述燃料管19具有一种引导功能，用于输送来自所述燃烧头11的所述后部区域的气体燃料，所述气体燃料被引导朝向产生火焰F的所述前部区域。在所示实施例中，所述管19具有一个气体入口20，所述气体入口20相对于所述纵向轴线“S1”被径向设置。

所述燃料管19在前面与多个出口喷嘴21连通，所述出口喷嘴21位于所述燃烧头的所述前部区域径向围绕所述对称轴线“S1”。所述喷嘴21将所述燃料管19连接到外部环境，并且沿着倾斜角度为α的一个轴线“S2”限定一个气体出口方向，所述角度α相对于纵向所述轴线“S1”优选在45°和60°之间。

一个扩散器板23靠前地设置在所述燃烧头11中，并位于基本上垂直于所述纵向对称轴线“S1”的一个平面“P1”中。

根据本发明，有利的是，所述扩散器板23所处的所述平面“P1”相对于所述喷嘴21的最前端21a位于所述燃烧头11的后面。另外，仍然根据本发明，垂直于方向S2的一个平面中的所述喷嘴21的开口的周边与所述扩散器板23的所述外周边的最小距离“d”小于200mm。

根据本发明，所述助燃管13围绕所述喷嘴21轴向向前延伸一个部分13a，该部分13a相对于所述喷嘴21靠前设置，并且具有的长度足以限定一个用于空气-燃气混合物的径向屏障，所述空气-燃气混合物是由扩散器板23(基本位于所述助燃管13的中心)及倾斜喷嘴21的复合效应产生的，在来自助燃管13的气流及倾斜喷嘴21喷射的燃气流之上，分别地。

参见附图3，图中示出了本发明中的一个具体实施例，其中所述扩散器板23由一个杆25在后面支撑，用于调节所述扩散器板23的轴向位置。所述杆25平行于所述燃烧头11的所述纵向轴线S1延伸。

优选地，所述杆25轴向地穿过整个所述燃料管19，并通过一个开口19a在后面出来。在前面，所述杆25延伸穿过所述燃料管19的一个圆柱形轴向延伸部19b，并通过基本上设置在所述延伸部19b的中心处的一个开口19c出来。在前面，所述杆25从所述延伸部19b出来，并终止在所述扩散器板23处，将它焊到所述扩散器板23(例如通过焊接)。所述杆25在所述管19内的轴向滑动引起所述扩散器板23的相应轴向滑动。所述杆25的轴向滑动可以通过一个手动机关来确定，例如连接到所述杆25的后端的旋钮，或者通过电机驱动机关的方式。优选地，密封套筒设置在所述开口19a，19c处，通过它所述杆25从所述管19出来。

如参见附图2可以更好地看出的是，所述燃料管19包括一个气体输送组件27，所述气体输送组件27设置有多个喷嘴21，所述多个喷嘴21围绕所述对称轴线“S1”径向设置。所述输送组件27具有多个径向管道29，每个所述径向管道29与所述燃料管19和一个相应气体喷嘴21连通。

有利的是，根据本发明，所述输送组件27的所述径向管道29不具有径向孔,并且仅通过所述喷嘴21将所述燃料管19连接至外部环境。

所描述和示出的燃烧头结构可以在相同的发明原理范围内具有若干变化和修改。

Claims (9)

1.燃气燃烧器燃烧头(11)结构，包括：

一个助燃管(13)，所述助燃管(13)围绕所述燃烧头的一个大致中心纵向对称轴线“S1”延伸，用于从所述燃烧头(11)的一个后部区域输送助燃空气到所述燃烧头(11)的一个前部区域；

一个入口开口(15)，所述入口开口(15)用于将所述助燃空气导入所述助燃管(13)中，所述入口开口被设置在所述燃烧头(11)的所述后部区域中；

一个出口开口(17)，所述出口开口(17)用于排出存在于所述助燃管(13)中的所述助燃空气，所述出口开口(17)被设置在所述燃烧头(11)的所述前部区域中；

一个燃料管(19)，所述燃料管(19)被容纳在所述助燃管(13)中并围绕所述燃烧头(11)的所述纵向对称轴线“S1”延伸，用于将气体从所述燃烧头(11)的所述后部区域输送到所述燃烧头(11)的所述前部区域；

多个出口喷嘴(21)，所述多个出口喷嘴(21)与所述燃料管(19)连通，围绕所述对称轴线“S1”被径向设置在所述燃烧头的所述前部区域中，并沿着倾斜角度为α的一个轴线“S2”限定一个气体出口方向，所述角度α相对于纵向所述轴线“S1”在45°和60°之间；

一个扩散器板(23)，所述扩散器板(23)被前面设置在所述燃烧头(11)中并位于基本上垂直于所述纵向对称轴线“S1”的一个平面“P1”中，其特征在于：所述扩散器板(23)所处的所述平面“P1”相对于所述喷嘴(21)的最前端位于所述燃烧头(11)的后面，并且所述喷嘴(21)的孔的周边与所述扩散器板(23)的外周边的最小距离“d”小于200mm，并且所述扩散器板(23)由一个杆(25)在后面支撑，以调节所述扩散器板(23)的轴向位置，所述杆平行于所述燃烧头的所述纵向轴线“S1”延伸。

2.根据权利要求1的所述结构，其中所述最小距离“d”在10和200mm的范围内。

3.根据权利要求1或2的所述结构，其中所述杆(25)与所述燃料管(19)轴向交叉。

4.根据权利要求3的所述结构，其中所述杆(25)前面连接到所述扩散器板(23),并且在后面连接到用于改变所述扩散器板(23)的轴向位置的一个手动或电机驱动控制装置。

5.根据前述权利要求中的任一项的所述结构，其中所述燃料管(19)包括一个气体输送组件(27)，所述气体输送组件(27)设置有多个径向设置的所述喷嘴(21)，所述输送组件(27)具有多个径向管道(29)，分别与所述燃料管(19)和一个相应气体喷嘴(21)连通。

6.根据权利要求5的所述结构，其中所述输送组件(27)的所述径向管道(29)不具有径向孔，并且仅通过所述喷嘴(21)将所述燃料管(19)连接至外部环境。

7.根据前述权利要求中的任一项的所述结构，其中：

L₁/L₂＝3.5

其中L₁是具有圆形横截面的所述圆柱形助燃管(13)的直径，L₂是在所述助燃管(13)围绕喷嘴(21)轴向向前延伸在所述扩散器板(23)下游的一部分的长度。

8.根据权利要求7的所述结构，其中，进一步地：

L₁/L₃＝1.2和

L₁/L₄＝1.35

其中L₃是一圆周的直径，所述圆周为与每个喷嘴(21)的孔的周边相切，并且基本对应于径向设置在平面“P1”上的所述喷嘴(21)的最大轮廓，以及L₄是圆形扩散器板(23)的直径。

9.燃气燃烧器，其特征在于：其包含如权利要求1至8中的任一项所要求保护的燃烧头结构。