CN109196275B - 柱形气体预混燃烧器 - Google Patents

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Abstract

一种柱形气体预混燃烧器，包括：柱形燃烧器甲板，当燃烧器在使用中时，火焰被稳定在柱形燃烧器甲板上；混合室，位于柱形燃烧器甲板的内部；入口装置，垂直于柱形燃烧器甲板的轴向方向而被安装，用于向混合室中供给预混气体；以及端盖，在与设置有入口装置的一侧相对的侧封闭混合室。入口装置包括穿孔金属板。穿孔金属板中的穿孔被设置为用于向混合室中供给预混气体。穿孔金属板为圆顶形状的；从而使穿孔金属板中的穿孔位于距离柱形燃烧器甲板的基底的不同高度处。

Description

柱形气体预混燃烧器
技术领域
本发明涉及柱形气体预混燃烧器的领域。此类燃烧器包括位于燃烧器甲板的轮廓内的混合室；以及用于向混合室中供给预混气体的入口。
背景技术
柱形预混燃烧器是已知的。柱形燃烧器甲板包围混合室。可以设置用于向混合室中供给预混气体(可燃气体和空气)的入口装置。气体在其流经燃烧器甲板后燃烧。燃烧器甲板使燃烧稳定。
EP2037175A2公开了一种包括穿孔管状主体的预混燃烧器。主体通过沿其侧表面焊接或卷曲的板在头部封闭。燃烧器包括盘，其被固定至管状主体的相对的头部。盘被设置有多个开口或通孔，并且构成将空气-气体混合物供给和分配到所述管状主体中的供给头和分配头。
WO13120715A1和WO13120716A1公开了一种包括柱形燃烧器甲板的柱形预混气体燃烧器。柱形预混气体燃烧器由端盖划界。在端盖的相对侧，设置具有穿孔的入口盘，以用于将可燃气体和空气的预混物供给至所述燃烧器中，并且在预混气体流经柱形燃烧器甲板之后在柱形燃烧器甲板的外侧燃烧。
WO13120715A1中的燃烧器的入口盘包括用于在板的中心区中供给预混气体的多个穿孔、以及用于在入口盘的周边区中供给预混合气体的多个穿孔。入口盘在中心区中的的孔隙率高于在周边区的孔隙率。在入口盘的中心区中的穿孔的平均表面积小于20mm2。
WO13120716A1中的燃烧器的入口盘包括用于向燃烧器中供给预混气体的多个穿孔。入口盘具有中点，柱形预混气体燃烧器的中心轴线在该中点与入口盘交叉。入口盘至少在围绕中点的直径为至少8mm的圆内不能渗透预混气体。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进的柱形预混气体燃烧器。本发明的一个具体目的在于提供一种燃烧器，使得能够更容易地点火、并且可以更容易地进行火焰感测。本发明的一个具体目的在于提供这样一种具有大L/D比的燃烧器，其中L是燃烧器甲板的轴向长度，并且D是柱形燃烧器甲板的内径。
本发明的第一方面是一种柱形气体预混燃烧器，包括：
-柱形燃烧器甲板，当燃烧器在使用中时，火焰被稳定在柱形燃烧器甲板上；
-混合室，位于柱形燃烧器甲板的内部；
-入口装置，垂直于柱形燃烧器甲板的轴向方向而被安装，用于向混合室中供给预混气体；以及
-端盖，在与设置有入口装置的一侧相对的侧封闭混合室。
入口装置包括穿孔金属板。穿孔金属板中的穿孔被设置为用于向混合室中供给预混气体。穿孔金属板是圆顶形状的，从而使穿孔金属板中的穿孔位于距离柱形燃烧器甲板的基底的不同高度处。其中柱形燃烧器甲板的基底是指柱形燃烧器甲板的设置有入口装置的端部。优选地，圆顶形状延伸到混合室中。
优选地，穿孔金属板中的穿孔中的每个穿孔小于20mm2。
优选地，燃烧器被设置为用于燃烧烃类，如天然气、甲烷、丁烷、丙烷或LPG。
具有柱形燃烧器甲板的燃烧器被设置有点火器(点火电极)，并且通常还设置有火焰感测探头(火焰感测电极)。通用做法是将点火器和火焰感测探头(如果存在的话)安装在柱形燃烧器甲板的基底处，也就是入口装置的一侧。现有技术中的燃烧器已经显示出点火方面(难以点火和/或点火不可靠)的问题以及难以进行火焰感测和/或火焰感测不可靠的问题。即使在使用安装在燃烧器的入口侧附近或安装在燃烧器的入口侧处的长度较短的点火器和长度较短的火焰感测探头时，本发明的点火器令人惊讶地提供稳定点火和可靠的火焰感测。更令人惊讶地是，对于具有大L/D比的柱形燃烧器，如L/D比大于3甚至大于6的柱形燃烧器，益处同样存在，甚至是在更大程度上存在。对于L/D比，L是燃烧器甲板的轴向长度，并且D是柱形燃烧器甲板的内径。
在优选实施例中，穿孔金属板的圆顶形状通过对穿孔金属板的深拉来提供。
优选地，入口装置的形状围绕气体预混燃烧器的对称轴线而轴对称。
优选地，入口装置包括法兰，以用于将入口装置安装到燃烧器中。在本发明的实施例中，法兰和穿孔板被一体形成在一个成型金属板中。在替代实施例中，圆顶形状的穿孔金属板例如经由焊接等而被附接至法兰。
在优选实施例中，柱形燃烧器甲板具有的L/D比大于3、更优选大于4、更优选大于5、更优选大于6。并且优选小于7。L是燃烧器甲板的轴向长度，并且D是柱形燃烧器甲板的内径。
在优选实施例中，端盖不能渗透预混气体。
优选地，穿孔金属板在柱形燃烧器甲板的中心轴线处是双曲的。其中双曲是指该点处的曲率半径在任何方向上都不是无限的。
优选地，穿孔金属板包括设置有穿孔的平坦中心部。在此类实施例中，穿孔金属板可以具有弯曲节段，其围绕法兰的全圆周接触法兰，其中弯曲节段内部设置有平坦中心部。弯曲节段例如可以是球形节段。
在优选实施例中，穿孔金属板包括球形节段。更优选地，球形节段轴被对称地定位在柱形气体预混燃烧器中。
在优选实施例中，入口装置包括用于将燃烧器安装到加热器中的表面。穿孔金属板的圆顶形状延伸到混合室的内部中。从穿孔金属板的圆顶形状的表面到入口装置的用于将燃烧器安装到加热器中的表面的平面的最大距离P至少是柱形燃烧器甲板的内径D的0.25倍。
在优选实施例中，柱形燃烧器甲板在其设置有入口装置的端部包括盲区，当燃烧器在使用中时，在盲区上不发生燃烧。盲区优选地被设置为柱形燃烧器甲板上的环。盲区具有长度L1，长度L1是从柱形燃烧器甲板的设置有入口装置的端部开始测量。入口装置包括用于将燃烧器安装到加热器中的表面。穿孔金属板的圆顶形状延伸到混合室的内部中。从穿孔金属板的圆顶形状的表面到入口装置的用于将燃烧器安装到加热器中的表面的平面的最大距离P是盲区的长度L1的至少0.75倍、甚至更优选至少0.9倍。
在穿孔金属片燃烧器甲板中，盲区可以通过在盲区中没有穿孔来实现。在具有以织物作为燃烧器甲板、燃烧器甲板被设置为在其内侧与穿孔金属片接触的燃烧器中，盲区可以通过穿孔金属片在盲区内没有穿孔来实现。
优选地，柱形燃烧器甲板包括穿孔金属片或钢丝网，或由穿孔金属片或钢丝网构成。对于钢丝网，可以使用织造钢丝网或编织钢丝网。
在优选实施例中，燃烧器甲板包括穿孔金属片或钢丝网，当燃烧器在使用中时，火焰被稳定在穿孔金属片或钢丝网上。当使用钢丝网时，钢丝网可以是织造钢丝网或编织钢丝网。在更优选实施例中，燃烧器被设置为使得当燃烧器在使用中时，预混气体流经柱形燃烧器甲板的穿孔金属片或流经柱形燃烧器甲板的钢丝网，一旦预混气体已经流经入口装置的网，不再经过其它物体。
在优选实施例中，柱形燃烧器甲板包括纤维基燃烧器甲板。纤维基燃烧器甲板优选为金属纤维基燃烧器甲板。优选地，纤维基燃烧器甲板包括纤维纱，其中优选地，纤维纱在纱横截面中包括多个纤维、优选金属纤维。纤维基燃烧器甲板例如可以是包括金属纤维或包括金属纤维纱的编织织物或织造织物或编结织物，优选地，其中金属纤维纱在纱横截面中包括多个金属纤维。优选地，燃烧器被设置为使得当燃烧器在使用中时，火焰被稳定在纤维基燃烧器甲板的表面上。
优选地，当柱形燃烧器甲板包括纤维基燃烧器甲板时，纤维基燃烧器甲板由穿孔金属片或由钢丝网支撑。当使用钢丝网时，可以使用织造钢丝网或编织钢丝网。
优选的柱形气体预混燃烧器在混合室的内部没有扩散器。
优选的柱形气体预混燃烧器被设置为使得当燃烧器在使用中时，预混气体从入口装置流经柱形燃烧器甲板而不再经过气体扩散装置。
在优选的柱形气体预混燃烧器中，混合室包括扩散器。优选地，扩散器包括开孔柱形物体或由开孔柱形物体构成，开孔柱形物体优选地被定位为距离柱形燃烧器甲板的内部1mm-8mm之间、更优选1mm-3mm之间，且优选平行于柱形燃烧器甲板。
在优选的柱形气体预混燃烧器中，点火笔和/或火焰感测笔被设置。点火笔和/或火焰感测笔被设置在燃烧器的设置有入口装置的一侧处。优选地，点火笔和/或火焰感测笔被设置为平行于柱形燃烧器甲板的轴线。优选地，点火笔沿燃烧器甲板的长度小于柱形燃烧器甲板的长度的20％，并且更优选小于柱形燃烧器甲板的长度的10％。
附图说明
图1示出根据本发明的气体预混燃烧器的分解图。
图2和图3示出可以用于本发明的入口装置。
图4示出根据本发明的气体预混燃烧器。
具体实施方式
图1示出根据本发明的预混气体燃烧器100的分解图。气体预混燃烧器包括柱形燃烧器甲板110。柱形燃烧器甲板在其设置有入口装置的端部包括盲区，当燃烧器在使用中时，在盲区上不发生燃烧；盲区具有长度L1，长度L1是从柱形燃烧器甲板的设置有入口装置的端部开始测量。示例性燃烧器的长度L为600mm，并且内径D为100mm。此类燃烧器的另一实例的长度L为300mm，并且内径D为70mm。此类燃烧器的又一实例的长度L为450mm，并且内径D为80mm。柱形燃烧器甲板110包围混合室。柱形燃烧器甲板由具有以圆形孔和/或缝形式的穿孔114的金属片构成。穿孔金属片已经被弯折成柱形并被在其边缘112处焊接。气体预混燃烧器100进一步包括入口装置120，其垂直于柱形燃烧器甲板110的轴向方向而被安装。入口装置120包括法兰130，以用于将入口装置120安装到燃烧器100中。法兰130也可以用来将燃烧器安装到加热器中。入口装置120包括穿孔金属板145；穿孔金属板145的穿孔147被设置为用于向混合室中供给预混气体。穿孔金属板145是圆顶形状的，从而使穿孔金属板145中的穿孔位于距离柱形燃烧器甲板的基底的不同高度处。在该实例中，当入口装置120被安装在燃烧器100中时，圆顶形状延伸到混合室中。穿孔金属板145的圆顶形状通过对穿孔金属板的深拉来提供。当使用燃烧器时，预混气体通过入口装置120的圆顶形状的穿孔板145上的穿孔147而被馈送到混合室中。燃烧器100包括端盖180，其在与设置有入口装置的一侧相对的侧封闭混合室。图1中的示例性燃烧器100被设置为使得当燃烧器在使用中时，预混气体从入口装置流经柱形燃烧器甲板而不再经过气体扩散装置。
图2和图3示出可以用于本发明的入口装置的横截面。该横截面是沿穿过气体预混燃烧器对称轴的平面截取的。优选地，入口装置的形状围绕气体预混燃烧器的对称轴线而轴对称。
图2示出入口装置220包括法兰230，穿孔金属板240例如通过焊接而被附接到法兰230上。穿孔金属板240被成型为圆顶状。对于具有内径为80mm的柱形燃烧器甲板的燃烧器来说，从穿孔金属板240的弯曲形状的表面到法兰230的用于将燃烧器安装到加热中的表面的平面的最大距离P例如为22mm。
图3示出入口装置320包括法兰330，穿孔金属板340例如通过焊接而被附接至法兰330上。穿孔金属板340被成型为弯曲节段342和平坦顶部344。对于具有内径为80mm的柱形燃烧器甲板的燃烧器来说，从穿孔金属板344的平坦顶部的表面到法兰330的用于将燃烧器安装到加热器中的表面的平面的最大距离P例如为18mm。弯曲部342和平坦顶部344也可以由通过如焊接而彼此相连的不同穿孔金属板构成；在此类实施例中，构造弯曲部的穿孔金属板与构造平坦顶部的穿孔金属板可以具有相同设计或不同设计(例如，在穿孔的密度和/或直径方面)。
穿孔金属板包括被设置有穿孔的平坦中心部。在此类实施例中，弯曲节段342可以是球形节段。
图4示出根据本发明的预混气体燃烧器400。气体预混燃烧器包括柱形燃烧器甲板410。示例性燃烧器的长度L为600mm，并且内径D为100mm。柱形燃烧器甲板410包围混合室。柱形燃烧器甲板由具有以圆形孔和/或缝形式的穿孔414的金属片构成。穿孔金属片已经被弯折成柱形并在其边缘412处焊接。气体预混燃烧器400进一步包括入口装置420，其垂直于柱形燃烧器甲板410的轴向方向而被安装。入口装置420包括法兰430，以用于将入口装置420安装到燃烧器400中。法兰430可以被用于将燃烧器经由法兰中的孔432和螺栓以及螺母安装至热交换器中的支撑结构。入口装置420包括圆顶形状的穿孔金属板440。使用燃烧器时，预混气体通过入口装置的圆顶形状的穿孔金属板440的穿孔447而被馈送至混合室内。燃烧器400包括端盖480，其在与设置有入口装置的一侧相对的侧封闭混合室。图4所示的示例性燃烧器400被设置为使得当燃烧器在使用中时，预混气体从入口装置流经柱形燃烧器甲板而不再经过气体扩散装置。然而，替代的燃烧器可以设置有进入到混合室中的扩散器。
燃烧器400还包括点火笔490。点火笔490被设置在燃烧器的设置有入口装置420的一侧上；并且点火笔490具有沿燃烧器400的轴向的长度Lp(如30mm或如70mm)。火焰感测笔可以以与点火笔相同的方式和/或除此以外的方式被设置。
柱形燃烧器已经制作具有内径D为82mm并且长度L为588mm的燃烧器甲板。燃烧器甲板为具有盲区的穿孔金属板，盲区在燃烧器甲板的基底处的长度L1等于23mm。燃烧器的混合室中不使用任何气体扩散装置。燃烧器A是具有平坦穿孔板入口盘的现有技术燃烧器。燃烧器B是根据本发明具有圆顶形状的穿孔板入口盘的燃烧器，其从圆顶形状的穿孔入口盘的表面到入口盘的用于将燃烧器安装到加热器中的表面的平面的最大距离P为22mm。燃烧器中的每个燃烧器的点火在四种不同的空气气体预混气体比下被测试10次。四种不同的空气气体预混气体比用燃烧气体中的CO2百分比表示；分别为8％、8.5％、9％和9.5％。表I示出成功点火的次数(每次尝试10次)。测试结果表明根据本发明的燃烧器具有改进的点火结果，尤其是当燃烧器在燃烧气体中的CO2百分比较低的情况下运行时。
CO<sub>2</sub>％ 燃烧器A 燃烧器B
8 2 6
8.5 8 10
9 9 10
9.5 10 9
表I：10次点火尝试中成功点火的次数。

Claims (15)

1.一种柱形气体预混燃烧器，包括：
-柱形燃烧器甲板，当所述燃烧器在使用中时，火焰被稳定在所述柱形燃烧器甲板上；
-混合室，位于所述柱形燃烧器甲板的内部；
-入口装置，垂直于所述柱形燃烧器甲板的轴向方向而被安装，所述入口装置用于向所述混合室中供给预混气体；以及
-端盖，在与设置有所述入口装置的一侧相对的侧封闭所述混合室；
其中所述入口装置包括穿孔金属板；其中所述穿孔金属板中的穿孔被设置为用于向所述混合室中供给预混气体；
其特征在于，所述穿孔金属板是圆顶形状的；
从而使所述穿孔金属板中的穿孔位于距离所述柱形燃烧器甲板的基底的不同高度处。
2.根据权利要求1所述的柱形气体预混燃烧器，其特征在于，所述穿孔金属板的所述圆顶形状通过对所述穿孔金属板的深拉来提供。
3.根据权利要求1所述的柱形气体预混燃烧器，其特征在于，所述入口装置包括法兰，以用于将所述入口装置安装到所述燃烧器中。
4.根据权利要求1所述的柱形气体预混燃烧器，其特征在于，所述穿孔金属板在所述柱形燃烧器甲板的中心轴线处的部分是双曲的。
5.根据权利要求1所述的柱形气体预混燃烧器，其特征在于，所述穿孔金属板包括被设置有穿孔的平坦中心部。
6.根据权利要求1所述的柱形气体预混燃烧器，其特征在于，所述穿孔金属板包括球形节段。
7.根据权利要求1所述的气体预混燃烧器，其特征在于，所述入口装置包括用于将所述燃烧器安装到加热器中的表面；
其中所述穿孔金属板的所述圆顶形状延伸到所述混合室的内部中；
其中从所述穿孔金属板的所述圆顶形状的表面到所述入口装置的用于将所述燃烧器安装到加热器中的所述表面的平面的最大距离P至少是所述柱形燃烧器甲板的内径D的0.25倍。
8.根据权利要求1所述的气体预混燃烧器，其特征在于，所述柱形燃烧器甲板在其设置有所述入口装置的端部包括盲区，当所述燃烧器在使用中时，在所述盲区上不发生燃烧；
其中所述盲区具有长度L1，所述长度L1是从所述柱形燃烧器甲板的设置有所述入口装置的所述端部开始测量的；
其中所述入口装置包括用于将所述燃烧器安装到加热器中的表面；
其中所述穿孔金属板的所述圆顶形状延伸到所述混合室的内部中；
其中从所述穿孔金属板的所述圆顶形状的表面到所述入口装置的用于将所述燃烧器安装到加热器中的所述表面的平面的最大距离P是所述盲区的所述长度L1的至少0.75倍。
9.根据权利要求1所述的柱形气体预混燃烧器，其特征在于，所述柱形燃烧器甲板具有的L/D比大于3；其中L是所述燃烧器甲板的轴向长度，并且D是所述柱形燃烧器甲板的内径。
10.根据权利要求1所述的柱形气体预混燃烧器，其特征在于，所述柱形燃烧器甲板包括穿孔金属片或钢丝网。
11.根据权利要求10所述的柱形气体预混燃烧器，其特征在于，所述柱形燃烧器甲板包括穿孔金属片或钢丝网，当所述燃烧器在使用中时，所述火焰被稳定在所述穿孔金属片或钢丝网上。
12.根据权利要求1所述的柱形气体预混燃烧器，其特征在于，所述柱形燃烧器甲板包括纤维基燃烧器甲板，当所述燃烧器在使用中时，所述火焰被稳定在所述纤维基燃烧器甲板上。
13.根据权利要求1所述的柱形气体预混燃烧器，其特征在于，所述燃烧器被设置为使得：所述燃烧器在使用中时，所述预混气体从所述入口装置流经所述柱形燃烧器甲板而不再经过气体扩散装置。
14.根据权利要求1所述的柱形气体预混燃烧器，其特征在于，所述混合室包括扩散器，其中所述扩散器为开孔柱形物体。
15.根据权利要求1所述的柱形气体预混燃烧器，其特征在于，点火笔和/或火焰感测笔被设置；并且其中所述点火笔和/或火焰感测笔被设置在所述燃烧器的被设置有所述入口装置的一侧处。
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