CN109611839A - 燃烧器和燃烧设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种燃烧器和燃烧设备。燃烧器包括：脉动燃烧室，包括接收燃料和助燃气体的接收部和输出脉动火焰的输出部；和脉动气体点火装置，包括用于产生脉动点火源的点火端，所述点火端位于所述脉动燃烧室上游或内部，所述脉动点火源用于点燃所述燃料以形成所述脉动火焰。燃烧设备包括该燃烧器。本公开提供的燃烧器和燃烧设备，燃烧器的燃烧室内部燃料随脉动变化充分混合，高效换热，高效燃烧；进一步地，还可有效防止燃烧器内部结焦。

Description

燃烧器和燃烧设备

技术领域

本公开涉及燃烧设备技术领域，特别涉及一种燃烧器和燃烧设备。

背景技术

在发明人已知的利用等离子体点火的燃烧器中，采用等离子体发生器产生的相对稳定的等离子体作为点火源，在等离子体点燃燃料后不希望燃烧室内出现频繁爆燃及燃烧变差现象，燃烧室内的流场是相对稳定的。通过等离子体点火的燃烧器布置结构，例如通过使煤粉与电弧的方向一致取得燃烧器不结焦的效果。发明人在实现本公开的过程中发现以上利用等离子体点火的燃烧器点火能力有局限，且在局部设计点火功率较大时仍然容易造成内部结焦。

发明内容

本公开的目的在于提供一种燃烧器和燃烧设备。

本公开第一方面提供一种燃烧器，包括：

脉动燃烧室，包括接收燃料和助燃气体的接收部和输出脉动火焰的输出部；和

脉动气体点火装置，包括用于产生脉动点火源的点火端，所述点火端位于所述脉动燃烧室上游或内部，所述脉动点火源用于点燃所述燃料以形成所述脉动火焰。

在一些实施例中，所述燃烧器还包括二级燃烧室，所述脉动燃烧室设置于所述二级燃烧室内，所述脉动燃烧室的输出部向所述二级燃烧室输出所述脉动火焰，所述脉动火焰用于点燃所述二级燃烧室内的燃料。

在一些实施例中，所述脉动气体点火装置包括脉动电弧等离子体发生器、脉动燃油点火枪或脉动燃气点火枪。

在一些实施例中，所述脉动气体点火装置包括脉动电弧等离子体发生器，所述脉动电弧等离子体发生器包括：

发生器阳极，具有发生器喷口，所述点火端包括所述发生器喷口；

发生器阴极，设置于所述发生器阳极的与所述发生器喷口相对的一端；和

发生器脉动控制电源，分别与所述阳极和所述阴极电连接而形成等离子体发生电路，并在所述等离子体发生电路内形成脉动电流，以控制进入所述等离子发生器内的发生气体形成脉动的等离子体流作为所述脉动点火源。

在一些实施例中，所述脉动电弧等离子体发生器还包括发生器支架，所述发生器阳极设置于所述发生器支架的一端，所述发生器阴极间隔地设置于所述发生器支架内部，所述发生气体从所述发生器阴极和所述发生器支架之间的间隔通入所述等离子发生器。

在一些实施例中，所述发生器脉动控制电源控制所述脉动电流的电流幅值和/或频率。

在一些实施例中，所述脉动电弧等离子体发生器还包括与所述发生器脉动控制电源信号连接以控制其产生所述脉动电流的控制器。

在一些实施例中，所述脉动电弧等离子体发生器还包括与所述控制器信号连接的存储器，所述控制器根据所述存储器存储的控制信息控制所述发生器脉动控制电源。

在一些实施例中，所述脉动电弧等离子体发生器还包括用于检测所述燃烧器的燃烧状态的传感器，所述控制器与所述传感器信号连接并根据所述传感器的检测信号控制所述发生器脉动控制电源。

本公开第二方面提供一种燃烧设备，包括本公开第一方面中任一项所述的燃烧器。

基于本公开提供的燃烧器和燃烧设备，由于利用脉动点火源点燃燃料，在脉动燃烧室内脉动气体点火装置的点火端附近，局部燃料燃烧状态在燃烧恶化及燃烧剧烈增强之间交替变化，在脉动燃烧室内形成脉动燃烧，从而取得燃烧室内部燃料随脉动变化充分混合，高效换热，高效燃烧的效果。由于脉动燃烧自身的特点还可实现燃烧器内部自吹扫，从而有效防止燃烧器内部结焦。

通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本申请的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：

图1为本公开实施例的燃烧器的原理性局部结构示意图。

图2为本公开一实施例的燃烧器的脉动电弧等离子体发生器的原理性结构示意图。

图3为本公开一实施例的燃烧器的脉动燃油点火枪或脉动燃气点火枪的原理性结构框图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本公开的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。

在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

图1为本公开实施例的燃烧器的原理性局部结构示意图。图2为本公开实施例的燃烧器的脉动电弧等离子体发生器的原理性结构示意图。

如图1和图2所示，本公开实施例提供一种燃烧器，其包括脉动燃烧室3和脉动气体点火装置。脉动燃烧室3包括接收燃料和助燃气体的接收部和输出脉动火焰5的输出部。脉动气体点火装置包括用于产生脉动点火源4的点火端，点火端位于脉动燃烧室3上游或内部，脉动点火源4用于点燃燃料以形成前述脉动火焰5。

本公开实施例提供了一种具有新的点火方式的燃烧器，由于利用脉动点火源4点燃燃料，在脉动燃烧室3内脉动气体点火装置的点火端附近，局部燃料燃烧状态在燃烧恶化及燃烧剧烈增强之间交替变化，在脉动燃烧室3内形成脉动燃烧，从而取得燃烧室内部燃料随脉动变化充分混合，高效换热，高效燃烧的效果。由于脉动燃烧自身的特点还可实现燃烧器内部自吹扫，有效防止燃烧器室内部结焦。

如图1所示，在一些实施例中，燃烧器3为筒状，接收燃料和助燃气体的接收部和输出脉动火焰5的输出部分别设置于燃烧器3的轴向两端。在图1所示的实施例中，接收部接收燃料和助燃气体的可燃混合物6，可燃混合物6如为由煤粉和空气混合形成的风粉混合物(一次风)，或由燃油和空气混合形成的风油混合物，或油燃气和空气混合形成的可燃气体等。

如图1所示，在一些实施例中，燃烧器还包括二级燃烧室1，脉动燃烧室3设置于二级燃烧室1内，脉动燃烧室3的输出部向二级燃烧室1输出脉动火焰5，脉动火焰5用于点燃二级燃烧室1内的燃料。在未图示的实施例中，本公开的燃烧器还可以包括三级及以上燃烧室，以实现更多燃料或更充分的燃烧。

如图2所示，本公开实施例中，脉动气体点火装置包括脉动电弧等离子体发生器2。

将脉动电弧等离子体发生器技术与燃烧器技术结合，采用脉动电弧等离子体发生器作为脉动气体点火装置，利用脉动电弧等离子体发生器产生的脉动等离子体作为脉动点火源4，脉动变化的等离子体可以使后续燃料在脉动电弧等离子体发生器2的发生器喷口25(点火端)处的局部燃料燃烧状态在燃烧恶化及燃烧剧烈增强之间交替变化，在脉动燃烧室3内形成脉动燃烧，脉动燃烧室3内部燃料随脉动变化充分混合，高效换热，高效燃烧。由于脉动燃烧自身的特点实现燃烧器内部自吹扫，可有效防止燃烧器室内部结焦。

在一些实施例中，可以适当加大脉动波峰时等离子体点火功率，获取更强的点火能力，同时由于脉动变化产生的自吹扫效果又不容易产生燃烧器内部结焦。

本公开实施例的燃烧器中，由脉动电弧等离子体发生器2产生脉动气体，形成脉动点火源4，点燃可燃混合物6，在脉动燃烧室3内形成脉动火焰5，进而去点燃二级燃烧室1内的其他燃料。脉动电弧等离子体发生器2输出的脉动点火源4在脉动波谷时会使脉动燃烧室3内的燃料燃烧状态变差甚至不着火，在波峰时可以有足够的能力点燃脉动燃烧室3内的煤粉等燃料，形成爆燃状态，周期性的爆燃，燃烧变差，再爆燃，再变差，使脉动燃烧室3内的流场处于剧烈脉动状态，从而获得良好的火焰传播，以及高效的局部换热关系，使脉动燃烧室3内的燃烧获得高效的燃烧，并在输出部输出脉动火焰5，提高整个燃烧器的燃烧效率。

可以通过改变脉动电弧等离子体发生器2的脉动幅值及脉动周期，改变燃烧器内燃料的燃烧效果，也可以作为燃烧器的内燃控制手段，用于拓展燃烧器对不同工况、不同燃料的适应范围。

在一些实施例中，脉动气体点火装置也可以包括脉动燃油点火枪或脉动燃气点火枪。脉动燃油点火枪或脉动燃气点火枪可使可燃燃料形成脉动点火源。

如图2所示，本公开实施例的燃烧器的脉动电弧等离子体发生器2主要包括发生器阳极21、发生器阴极22和发生器脉动控制电源27，点火端包括设置于发生器阳极21的远离发生器阴极22的一端的发生器喷口25，发生器脉动控制电源27分别与阳极21和阴极2电连接形成等离子体发生电路并在等离子体发生电路内形成脉动电流，以控制进入脉动电弧等离子体发生器2内的发生气体3形成脉动的等离子体流作为脉动点火源4。如图2所示，发生器脉动控制电源27通过电缆6分别与阳极21和阴极2连接。

本公开实施例的脉动电弧等离子体发生器2可以产生脉动的等离子体流，且其产生的脉动的等离子体流的脉动周期和脉动幅度等参数可以通过调节发生器脉动控制电源27的参数方便地调节。

如图2所示，脉动电弧等离子体发生器2还包括发生器支架24，发生器阳极21设置于发生器支架24的一端，发生器阴极22间隔地设置于发生器支架24内部，发生气体3从发生器阴极22和发生器支架24之间的间隔通入等离子发生器2。

发生器脉动控制电源27控制脉动电流的电流幅值和/或频率。脉动电流例如为一定频率的脉冲电流。

通过发生器脉动控制电源27对脉动电流进行控制，如调节脉动电流的电流幅值和/或频率，可以调节脉动点火源4的脉动幅值及脉动周期，使等离子体发生器内的发生气体3获取可控的脉动输入热量，使发生器喷口5形成温度和速度脉动变化的等离子体作为燃料的脉动点火源4，也形成了脉动燃烧的脉动源。

在一些实施例中，脉动电弧等离子体发生器2还包括与发生器脉动控制电源27信号连接以控制其产生脉动电流的控制器。通过控制器可以实现对脉动电流的自动控制。

在一些实施例中，控制器可以为用于执行本公开所描述功能的通用处理器、可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称：PLC)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称：DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称：ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称：FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。

在一些实施例中，脉动电弧等离子体发生器2还包括与控制器信号连接的存储器，控制器根据存储器存储的控制信息控制发生器脉动控制电源27。

控制器对发生器脉动控制电源27的控制可以通过硬件来完成，也可以通过程序指令相关的硬件完成，此时前述程序可以构成存储于存储器中的控制信息。存储器可以是只读存储器，磁盘或光盘等存储介质。

在一些实施例中，脉动电弧等离子体发生器2还包括用于检测燃烧器的燃烧状态的传感器，控制器与传感器信号连接并根据传感器的检测信号控制发生器脉动控制电源27。传感器例如可以为能获得表征燃烧器的燃烧状态的温度传感器、火焰传感器等。

在一些实施例中，控制器可以根据存储器存储的控制信息以及传感器的检测信号控制发生器脉动控制电源27。

如图3所示，脉动气体点火装置也可以包括脉动燃油点火枪或脉动燃气点火枪。以下结合图3说明本公开一实施例的脉动燃烧器的脉动燃油点火枪或脉动燃气点火枪的原理。

如图3所示，本公开实施例的脉动燃气点火枪或脉动燃油点火枪包括枪体21’、点火燃料输送管23’、点火助燃气体输送管24’、点火器22’和脉动装置24’。枪体21’包括点火燃烧室和用于输出点火火焰的枪体出口。点火燃料输送管23’与点火燃烧室连通，用于向点火燃烧室通入点火燃料。点火助燃气体输送管24’与点火燃烧室连通，用于向点火燃烧室通入点火助燃气体。点火器22’用于点燃燃料与助燃气体的混合物并从枪体出口输出点火火焰。脉动装置24’用于使点火燃料输送管23’内的点火燃料或点火助燃气体输送管24’内的点火助燃气体产生脉动以使点火火焰为脉动点火火焰。

本公开实施例涉及的脉动燃气点火枪或脉动燃油点火枪，单位时间内点火燃烧室内的燃烧产生脉动变化，燃烧产生温度和速度脉动变化的高温气体，形成脉动点火火焰作为脉动燃烧器的点火源，利用脉动点火火焰的脉动变化的气体点燃脉动燃烧器的燃料，可以产生使脉动燃烧器的燃料在点火源附近的局部燃烧燃烧恶化及燃烧剧烈增强交替变化，形成局部脉动燃烧的效果。

脉动燃油点火枪的点火燃料为燃油，如汽油。脉动燃气点火枪的点火燃料为燃气，如天然气。点火器22’例如为电子点火器。点火助燃气体例如可以为空气、富氧气体等。

如图3所示，在一些实施例中，脉动装置24’可以与点火助燃气体输送管24’耦合以使点火助燃气体产生脉动。

在一些未图示的实施例中，脉动装置24’可以与点火燃料输送管23耦合以使点火燃料产生脉动。

在一些未图示的实施例中，脉动燃气点火枪或脉动燃油点火枪可以包括用于混合点火燃料和点火助燃气体的预混室，点火燃料输送管23’和点火助燃气体输送管24’通过预混室与点火燃烧室连通，脉动装置24’与预混室耦合以使点火燃料与点火助燃气体的混合物产生脉动。

在一些实施例中，脉动装置24’使点火燃料或点火助燃气体的流量、流速和/或压力产生脉动。

在一些实施例中，脉动装置24’包括周期性节流装置。周期性节流装置的节流口可以设置通过电脉冲控制振动膜片，通过振动膜片的振动形成节流口的开度的周期性变化。也可以通过机械结构实现周期性节流装置的节流口的开度的周期性变化。机械结构例如可以为在周期性节流装置的节流口处设置的可动叶片，可动叶片可以周期性地改变节流口通流面积，可动叶片可以是旋转的或摆动的，也可以是往复平移的等等。

在一些实施例中，脉动装置24’按预设频率脉动。脉动装置24’的预设频率可以通过调节控制前述振动膜片的电脉冲的脉冲周期或可动叶片速度等来实现。预设频率的大小则可以根据脉动点火火焰的点火需要，点火燃料种类和参数，点火助燃气体的种类和参数、燃烧器的燃料种类和参数，燃烧器的助燃气体的种类和参数等确定。本公开实施例还提供一种燃烧设备，包括前述实施例的燃烧器。燃烧设备例如为电站锅炉。本公开实施例的燃烧设备与本公开实施例的燃烧器的相应优点。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本公开的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本公开进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本公开的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本公开技术方案的精神，其均应涵盖在本公开请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种燃烧器，其特征在于，包括：

脉动燃烧室(3)，包括接收燃料和助燃气体的接收部和输出脉动火焰(5)的输出部；和

脉动气体点火装置，包括用于产生脉动点火源(4)的点火端，所述点火端位于所述脉动燃烧室(3)上游或内部，所述脉动点火源(4)用于点燃所述燃料以形成所述脉动火焰(5)。

2.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器还包括二级燃烧室(1)，所述脉动燃烧室(3)设置于所述二级燃烧室(1)内，所述脉动燃烧室(3)的输出部向所述二级燃烧室(1)输出所述脉动火焰(5)，所述脉动火焰(5)用于点燃所述二级燃烧室(1)内的燃料。

3.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述脉动气体点火装置包括脉动电弧等离子体发生器(2)、脉动燃气点火枪或脉动燃油点火枪。

4.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述脉动气体点火装置包括脉动电弧等离子体发生器(2)，所述脉动电弧等离子体发生器(2)包括：

发生器阳极(21)，具有发生器喷口(25)，所述点火端包括所述发生器喷口(25)；

发生器阴极(22)，设置于所述发生器阳极(21)的与所述发生器喷口(25)相对的一端；和

发生器脉动控制电源(27)，分别与所述阳极(21)和所述阴极(2)电连接而形成等离子体发生电路，并在所述等离子体发生电路内形成脉动电流，以控制进入所述等离子发生器(2)内的发生气体(3)形成脉动的等离子体流作为所述脉动点火源(4)。

5.根据权利要求4所述的燃烧器，其特征在于，所述脉动电弧等离子体发生器(2)还包括发生器支架(24)，所述发生器阳极(21)设置于所述发生器支架(24)的一端，所述发生器阴极(22)间隔地设置于所述发生器支架(24)内部，所述发生气体(3)从所述发生器阴极(22)和所述发生器支架(24)之间的间隔通入所述等离子发生器(2)。

6.根据权利要求4所述的燃烧器，其特征在于，所述发生器脉动控制电源(27)控制所述脉动电流的电流幅值和/或频率。

7.根据权利要求4所述的燃烧器，其特征在于，所述脉动电弧等离子体发生器(2)还包括与所述发生器脉动控制电源(27)信号连接以控制其产生所述脉动电流的控制器。

8.根据权利要求7所述的燃烧器，其特征在于，所述脉动电弧等离子体发生器(2)还包括与所述控制器信号连接的存储器，所述控制器根据所述存储器存储的控制信息控制所述发生器脉动控制电源(27)。

9.根据权利要求7或8所述的燃烧器，其特征在于，所述脉动电弧等离子体发生器(2)还包括用于检测所述燃烧器的燃烧状态的传感器，所述控制器与所述传感器信号连接并根据所述传感器的检测信号控制所述发生器脉动控制电源(27)。

10.一种燃烧设备，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的燃烧器。