CN111396862A - 一种燃烧器及炉具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种燃烧器及炉具，涉及民用燃烧设备技术领域。该燃烧器包括壳体和倾斜向上设置在壳体内的布风板。布风板将壳体内部空间分隔形成上部燃烧室和下部通风室；布风板包括由下到上依次连接的隔离段和上凸曲线段，在上凸曲线段上分散设置有多个第一通气孔；沿布风板的倾斜方向在上部燃烧室的低端和高端分别设置有燃料供给口和灰渣排出口；下部通风室的一端设置有一次风进口。通过该燃烧器可以实现燃料的充分燃烧，有效减少CO及NOx等污染物气体的排放，并减少灰渣中的残炭量，实现无烟燃烧，清渣顺畅，能够满足多种燃料的燃烧需求。

Description

一种燃烧器及炉具
技术领域
本发明涉及民用燃烧设备技术领域，尤其涉及一种燃烧器及炉具。
背景技术
近年来，作为“煤改气”、“煤改电”之外的兜底性清洁供暖方案，自动化炉具等燃烧设备在民用清洁供暖领域发展迅速。
然而，受燃烧器技术的限制，目前民用自动化炉具仍存在诸多问题，影响炉具的市场化发展。主要地，现有燃烧器在使用时存在以下不足：燃烧不充分，清渣能力差，只能燃用灰分含量不高于10％的生物质、兰炭及无烟煤等燃料，当燃用秸秆等灰分含量高于10％的燃料时，燃烧器内的焦块会难以清出，燃烧效果很差；燃料适应性差，只能燃用生物质或挥发分含量低于10％的煤炭，无法同时燃用生物质和煤炭；特别地，对于在煤炭资源中占比超过70％的烟煤的燃用，会出现冒烟严重、CO及NOx偏高、清渣困难、底渣残炭量高、燃烧稳定性差等诸多问题。
基于此，亟需一种燃烧器及炉具，用以解决如上提到的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃烧器及炉具，能够使燃料充分燃烧，有效减少CO及NOx等污染物气体的排放，且有效减少灰渣中的残炭量，实现无烟燃烧，清渣能力好，能够满足多种燃料的燃烧需求。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种燃烧器，包括：
壳体；
布风板，倾斜向上设置在所述壳体内，并将所述壳体的内部空间分隔形成上部燃烧室和下部通风室，所述布风板包括由下至上依次连接的隔离段和上凸曲线段，且所述上凸曲线段上分散设置有多个第一通气孔；
沿所述布风板的倾斜方向，所述上部燃烧室具有低端和高端，所述低端设置有燃料供给口，所述高端设置有灰渣排出口；
所述下部通风室的一端设置有一次风进口。
可选地，沿所述布风板倾斜向上的方向位于所述隔离段上方的所述上部燃烧室的横截面积先增大后减小。
可选地，所述隔离段包括沿所述布风板的倾斜方向由下至上依次设置的下凸曲线段和过渡段。
可选地，多个所述第一通气孔均匀分布在所述上凸曲线段上。
可选地，所述下部通风室的每一通风截面的截面面积均不小于所述一次风进口的通风面积。
可选地，所述燃烧器还包括设置在所述下部通风室内的热风点火机构，所述热风点火机构被配置为加热进入所述下部通风室内的一次风。
可选地，沿所述上部燃烧室的周向设置有冷却风套。
可选地，沿所述上部燃烧室的周向设置有冷却水套。
本发明还提供了一种炉具，包括如上所述的燃烧器。
可选地，所述燃烧器设置为多个，所述炉具还包括原料分配机构，所述原料分配机构的进口与外部燃料供给机构连通，所述原料分配机构的出口同时与多个所述燃烧器的所述燃料供给口连通；和/或
所述原料分配机构的进口与外部给风机构连通，所述原料分配机构的出口同时与多个所述燃烧器的所述一次风进口连通。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种燃烧器及炉具。该燃烧器包括壳体和布风板，通过布风板可以分隔燃烧器壳体的内部空间并形成上部燃烧室和下部通风室。由于布风板上设置有隔离段和上凸曲线段，且仅在上凸曲线段上设置有第一通气孔，所以可实现上部燃烧室和下部通风室间的部分连通，并在燃烧室内沿燃料供给口到灰渣排出口方向依次形成几乎无氧的热解区、贫氧的红炭区及富氧的燃烧区。此时，热解区产生的CO等还原性气体可以进入红炭区，并与燃烧生成的NOx发生还原反应，有效消除NOx；热解区产生的炭黑颗粒等还可以被红炭区吸附，实现烟尘的捕集。之后，未反应完的CO等还原性气体及未被捕集的炭黑颗粒等在流出红炭区后会再经过燃烧区，并在燃烧区进行有氧燃烧。由于进入下部通风室内的一次风能够通过上凸曲线段上分散设置的多个第一通气孔以多个角度进入燃烧区，所以一次风可以在上部燃烧室内以多个角度与CO等还原性气体及炭黑颗粒等进行扰流混合，保证燃烧的充分性，从而有效消除CO等还原性气体，并实现无烟燃烧。在整个过程中，由于布风板倾斜向上设置，所以可有效减缓燃料在上部燃烧室内的推进速度，避免出现燃料未充分燃烧就和灰渣一起涌出的情况，从而能够保证灰渣排出的有序性和顺畅性，并有效减少灰渣中的残炭量。同时可看到，上述过程不受燃料灰分含量及燃料种类的约束，故能够满足多种燃料的燃烧需求。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的燃烧器的整体剖视结构示意图；
图2是本发明实施例一提供的燃烧器的燃烧原理图；
图3是本发明实施例一提供的燃烧器中布风板的尺寸示意图；
图4是本发明实施例一提供的燃烧器中布风板的立体结构示意图；
图5是本发明实施例一提供的燃烧器的整体左视结构示意图；
图6是本发明实施例二提供的燃烧器的整体剖视结构示意图；
图7是本发明实施例三提供的燃烧器的整体剖视结构示意图；
图8是本发明实施例三提供的燃烧器的整体左视结构示意图；
图9是本发明实施例四提供的燃烧器的整体剖视结构示意图；
图10是本发明实施例五提供的炉具的整体俯视结构示意图。
图中：
100、上部燃烧室；101、燃料供给口；102、灰渣排出口；200、下部通风室；201、一次风进口；
1、布风板；11、第一水平段；12、隔离段；121、下凸曲线段；122、过渡段；13、上凸曲线段；14、第二水平段；2、顶部盖板；3、侧挡板；4、底部盖板；41、检修口；42、检修口盖板；5、法兰连接板；51、第一开孔；52、第二开孔；53、螺栓孔；54、第三开孔；6、冷却风套；61、冷却风进口；62、冷却风出口；7、冷却水套；71、冷却水进出口；8、原料分配机构。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
实施例一
本实施例提供了一种燃烧器。如图1所示，该燃烧器包括壳体和布风板1。布风板1倾斜向上设置在壳体内，并将壳体内部空间分隔形成上部燃烧室100和下部通风室200。具体地，布风板1包括由下到上依次连接的隔离段12和上凸曲线段13，且在上凸曲线段13上分散设置有多个第一通气孔。沿布风板1的倾斜方向，上部燃烧室100具有低端和高端。在上部燃烧室100的低端和高端分别设置有燃料供给口101和灰渣排出口102。燃料可以通过燃料供给口101进入上部燃烧室100内燃烧，并在燃尽成为灰渣后通过灰渣排出口102排出。在下部通风室200的一端设置有一次风进口201。一次风可以通过一次风进口201进入下部通风室200，并再通过布风板1中上凸曲线段13上的第一通气孔进入上部燃烧室100。
如图2所示，由于布风板1中仅在上凸曲线段13上设置有多个第一通气孔，所以上部燃烧室100与下部通风室200之间仅能通过上凸曲线段13连通。因此，上部燃烧室100内不同部位具有不同的供气情况。具体地，上部燃烧室100内越靠近上凸曲线段13的位置一次风的供应越充足。当燃料进入上部燃烧室100燃烧时，在上部燃烧室100内沿燃料供给口101到灰渣排出口102的方向就能够依次形成几乎无氧的热解区A、贫氧的红炭(主要为焦炭)区B及富氧的燃烧区C。其中，热解区A位于隔离段12的上方，红炭区B位于隔离段12与上凸曲线段13间过渡区域的上方，燃烧区C则位于上凸曲线段13的上方。
此时，燃料可在热解区A进行干馏热解。热解区A产生的CO等还原性气体可以进入红炭区B，在高温贫氧气氛中与燃烧生成的NOx发生还原反应，将NOx还原为N2，从而有效消除NOx。同时，由于红炭区B中的燃料经热解会形成发达的多孔结构，所以热解区A产生的大量烟尘(主要包括炭黑颗粒等)可以被红炭区B有效吸附，实现烟尘的捕集。
之后，未反应完的CO等还原性气体及未被捕集的炭黑颗粒等在流出红炭区B后均会再经过燃烧区C，并在燃烧区C进行燃烧。此时，由于下部通风室200内的一次风能够通过上凸曲线段13以多个角度进入燃烧区C，所以一次风可以在上部燃烧室100内与CO等还原性气体及炭黑颗粒等进行垂直、平行及切向等多角度的扰流混合，保证燃烧的充分性，从而有效消除CO等还原性气体，实现无烟燃烧。
此外，在燃料供给到燃料燃尽从燃烧器内排出的整个过程中，由于布风板1倾斜向上设置，所以可在燃料进入上部燃烧室100后有效地减缓燃料的推进速度，避免出现燃料未在上部燃烧室100内进行充分燃烧就和灰渣发生掺混并一起涌出的情况，从而能够保证灰渣排出的有序性和顺畅性，并有效减少灰渣中的残炭量。同时可看到，上述过程不受燃料灰分含量及燃料种类的约束，故能够满足多种燃料的燃烧需求。
整体而言，该燃烧器通过一壳体和一布风板1就能够有效减少多种污染物气体的排放，并满足多种燃料的燃烧需求，结构简单，成本低廉，效果良好，具有极大的环境效益和经济效益。
本实施例中，下部通风室200内每一通风截面的截面面积均不小于一次风进口201的通风面积，以保证下部通风室200内的一次风流动更加稳定，流向布风板1的一次风气流分布更加均匀。
可选地，多个第一通气孔均匀分布在上凸曲线段13上。当一次风流过上凸曲线段13时，通过该设置可使一次风从上凸曲线段13的各个位置均匀流出，从而使燃烧区C内的一次风分布更加均匀，有利于保证燃烧的稳定性。
可选地，沿布风板1倾斜向上的方向位于隔离段12上方的上部燃烧室100的横截面积先增大后减小。按此设置，可使热解区A呈现“中间大两头小”的结构形状。该结构主要具有以下优点：一方面，即可有效增大烟气和热量向燃料供给口101的传递阻力，防止烟气反窜，又可有效增大未充分热解的燃料向红炭区B的移动阻力，有利于维持红炭区B的稳定；另一方面，可有效增加热解气的流速，提高热解气往红炭区B的穿透能力。
可选地，如图1所示，隔离段12包括沿布风板1的倾斜方向由下至上依次设置的下凸曲线段121和过渡段122。下凸曲线段121、过渡段122及上凸曲线段13共同作用能够形成S形布风板，便于使燃料更顺畅的经过上部燃烧室100。具体地，下凸曲线段121和上凸曲线段13均可以是一个弧段，也可以由多个弧段组成。过渡段122可以是直线段，也可以是由一个或多个弧段组成的曲线段。本实施例中，S形布风板为一体化板状结构。当然，在其它实施例中，也可将下凸曲线段121、过渡段122及上凸曲线段13等均设置为单独的板件，再对各板件进行拼接。
可选地，靠近上凸曲线段13的部分过渡段122上设置有多个第二通气孔，以增大上部燃烧室100与下部通风室200之间的通气面积，进一步调节上部燃烧室100的供气情况，满足不同情况的燃烧需求。下凸曲线段121上不设置通气孔。本实施例中，布风板1上所有通气孔(包括第一通气孔和第二通气孔)的横截面积之和小于等于一次风进口201的横截面积。通气孔的孔径可为φ2mm-φ30mm。
可选地，如图3所示，在下凸曲线段121的一侧和上凸曲线段13的一侧还可分别延伸出第一水平段11和第二水平段14，以使燃料在上部燃烧室100内的推进更加顺畅。进一步地，在第一水平段11上不设置通气孔，在第二水平段14上可布置多个通气孔。
进一步地，就布风板1各段的尺寸而言，如图3所示，第一水平段11的水平长度L1、下凸曲线段121的水平长度L2、过渡段122的水平长度L3、上凸曲线段13的水平长度L4及第二水平段14的水平长度L5均可以根据实际情况进行调整。其中，L1、L3和L5均可以为0。在此基础上，结合布风板1各段长度及弧度的调整即可实现热解区A、红炭区B和燃烧区C之间体积比例的调节，从而能够进一步调节NOx还原反应等的反应空间大小及反应物之间的接触面积大小，使反应更加彻底。当然，通过布风板1各段弧度或角度的调整也可实现燃料推进速度及推进方向的控制。
而就布风板1的整体尺寸而言，如图4所示，布风板1最下端的水平宽度L6应不小于燃料供给口101的宽度。还可看到，本实施例中布风板1相对水平面的投影形状为扇形，该扇形的夹角θ可以为0°-360°之间的任一角度。实际使用时，可根据L6等数值确定夹角θ。
可选地，该燃烧器还包括设置在下部通风室200内的热风点火机构，热风点火机构用于加热进入下部通风室200内的一次风以形成高温风。该高温风能够通过布风板1上的通气孔进入上部燃烧室100并与上部燃烧室100内的燃料接触，从而将燃料点燃。
本实施例中，就具体结构而言，如图1和图5所示，燃烧器的壳体包括顶部盖板2、两个侧挡板3、底部盖板4和法兰连接板5。其中，布风板1、顶部盖板2、两个侧挡板3的上部和法兰连接板5围设形成两端开口的上部燃烧室100。布风板1、底部盖板4、两个侧挡板3的下部和法兰连接板5则围设形成仅有一端开口的下部通风室200。在法兰连接板5上还设置有与燃料供给口101对应的第一开孔51及与一次风进口201对应的第二开孔52。进一步地，在法兰连接板5上设置有螺栓孔53，以便于该燃烧器与外部燃料供给机构(如螺旋给料机或活塞给料机)、外部给风机构(如鼓风机)等配套安装。
可选地，顶部盖板2可以是弧形板状结构，也可以是平面板状结构。组成燃烧器壳体的顶部盖板2、侧挡板3等各板件之间可以采用焊接方式连接，也可采用可拆卸方式连接。以法兰连接板5为例，其可通过螺栓或卡件与侧挡板3可拆卸连接。
可选地，底部盖板4上还设置有检修口41。检修口41的主要作用如下：(1)操作人员可穿过检修口41在下部通风室200内安装热风点火机构；(2)由于会有一定的灰渣通过布风板1上的通气孔从上部燃烧室100进入下部通风室200，所以操作人员可打开检修口41清理下部通风室200内的积灰。进一步地，在检修口41上还盖设有检修口盖板42，以便于在燃烧器日常使用时闭合检修口41。
可选地，由于上部燃烧室100需要长期耐受900℃以上的高温，所以布风板1、顶部盖板2、侧挡板3和法兰连接板5均采用铸铁或高温合金板材，以保证燃烧器的使用寿命。
本实施例还提供了一种炉具，该炉具包括上述的燃烧器。该燃烧器的壳体内设置有布风板1，通过布风板1可将壳体内部分隔成上部燃烧室100和下部通风室200，并在上部燃烧室100内形成热解区A、红炭区B及燃烧区C。分区形成后，在红炭区B中，会发生CO等还原性气体与NOx的反应，有效消除NOx，且可通过多孔结构的吸附实现对烟尘的有效捕集。之后，未反应完的CO等还原性气体及未被捕集的炭黑颗粒等可在燃烧区C内与一次风扰流混合并充分燃烧，从而有效消除CO等还原性气体，实现无烟燃烧。整个过程中，由于布风板1倾斜向上设置，所以可有效减缓燃料在上部燃烧室100内的推进速度，避免出现燃料未充分燃烧就和灰渣一起涌出的情况，从而能够保证灰渣排出的有序性和顺畅性，并有效减少灰渣中的残炭量保证清渣的顺畅性。同时，上述过程均不受燃料灰分含量及燃料种类的影响，可满足多种燃料的燃烧需求。
具体地，该炉具可以为耦合装配式常压热水锅炉。以该种炉具燃用含氮量1.4％的烟煤为例，通过本实施例提供的燃烧器进行燃烧后，排放的NOx会低于180mg/Nm3，相比现有技术降氮60％以上。
实施例二
本实施例提供了一种燃烧器及炉具。该燃烧器与实施例一提供的燃烧器的结构大致相同，区别仅在于：底部盖板4的形状不同。
具体地，如图6所示，可使底部盖板4具有多个折边，以调整下部通风室200的结构，便于燃烧器在炉具中的安装。进一步地，还可将检修口41设置在底部盖板4的侧部，以便于操作人员进出检修口41。但需注意的是，对底部盖板4的形状调整时应使下部通风室200内任意位置的通风面积均不小于一次风进口201的通风面积。
实施例三
本实施例提供了一种燃烧器及炉具。该燃烧器与实施例一提供的燃烧器的结构大致相同，区别仅在于：沿上部燃烧室100的周向设置有冷却风套6。
具体地，如图7所示，冷却风套6上设置有冷却风进口61和冷却风出口62，且冷却风出口62与上部燃烧室100的灰渣排出口102连通。向冷却风套6中通入冷却风后，就可以对上部燃烧室100进行冷却，降低燃烧区C的温度，从而能够在燃用含固硫剂的型煤时有效提高固硫效率。同时，由于冷却风出口62与上部燃烧室100的灰渣排出口102连通，所以冷却风自冷却风出口62流出后可与燃烧区C的高温烟气接触，从而作为二次风对高温烟气扰动补燃，进一步降低CO等气体的浓度。
除对燃烧过程的影响外，由于冷却风还对上部燃烧室100的周边室壁(即顶部盖板2和侧挡板3)进行了冷却，所以可延长顶部盖板2和侧挡板3的使用寿命。
本实施例中，冷却风进口61与一次风进口201设置在燃烧器壳体的同一侧，以便与外部给风机构进行连接。进一步地，如图8所示，在法兰连接板5上设置有与冷却风进口61对应的第三开孔54。
实施例四
本实施例提供了一种燃烧器及炉具。该燃烧器与实施例一提供的燃烧器的结构大致相同，区别仅在于：沿上部燃烧室100的周向设置有冷却水套7。
按此设置，可以向冷却水套7中通入冷却水，对上部燃烧室100进行冷却，降低燃烧区C的温度，从而能够在燃用含固硫剂的型煤时有效提高固硫效率。
进一步地，如图9所示，在冷却水套7的一端设置有冷却水进出口71。同时，在法兰连接板5上设置有与冷却水进出口71对应的开孔。
实施例五
如图10所示，本实施例提供了一种炉具。该炉具与实施例一提供的炉具的结构大致相同，区别仅在于：在该炉具中设置有多个燃烧器，且在该炉具中还设置有原料分配机构8。
具体地，原料原料分配机构8的进口和出口能够分别与外部燃料供给机构和多个燃烧器的燃料供给口101连通，以同时为多个燃烧器供给燃料。原料分配机构8的进口和出口也能够分别与外部给风机构和多个燃烧器的一次风进口201连通，以同时为多个燃烧器供给一次风。本实施例中，原料分配机构8同时与外部燃料供给机构和外部给风机构连通，能够同时为炉具中的多个燃烧器供给燃料和一次风。
当设置多个燃烧器后，可以极大地增强炉具的供热能力。当然，燃烧器的数量可以根据实际需要进行调整。同时，通过设置原料分配机构8，可以按照燃烧器的数量及尺寸等为每个燃烧器分配合适数量的燃料和合适流量的一次风，从而保证炉具中所有燃烧器都保持相同的燃烧状态。
可选地，可将原料分配机构8设置为箱体结构，在箱体结构中设置多个通料腔及通风腔。以通料腔的设置为例，可设置多个通料腔的进口与同一外部燃料供给机构连通，多个通料腔的出口与多个燃烧器的燃料供给口101一一对应连通，从而通过改变每个通料腔的横截面积来控制通过通料腔的燃料数量。当然，保持其他条件不变，也可设置多个外部燃料供给机构，使多个通料腔的进口与多个外部燃料供给机构一一对应连通，以便于更加精细化地调节每个燃烧器的燃料供应数量。通风腔的设置与通料腔的设置类似，在此不再赘述。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种燃烧器，其特征在于，包括：
壳体；
布风板(1)，倾斜向上设置在所述壳体内，并将所述壳体的内部空间分隔形成上部燃烧室(100)和下部通风室(200)，所述布风板(1)包括由下至上依次连接的隔离段(12)和上凸曲线段(13)，且所述上凸曲线段(13)上分散设置有多个第一通气孔；
沿所述布风板(1)的倾斜方向，所述上部燃烧室(100)具有低端和高端，所述低端设置有燃料供给口(101)，所述高端设置有灰渣排出口(102)；
所述下部通风室(200)的一端设置有一次风进口(201)。
2.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，沿所述布风板(1)倾斜向上的方向位于所述隔离段(12)上方的所述上部燃烧室(100)的横截面积先增大后减小。
3.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述隔离段(12)包括沿所述布风板(1)的倾斜方向由下至上依次设置的下凸曲线段(121)和过渡段(122)。
4.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，多个所述第一通气孔均匀分布在所述上凸曲线段(13)上。
5.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述下部通风室(200)的每一通风截面的截面面积均不小于所述一次风进口(201)的通风面积。
6.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，还包括设置在所述下部通风室(200)内的热风点火机构，所述热风点火机构被配置为加热进入所述下部通风室(200)内的一次风。
7.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，沿所述上部燃烧室(100)的周向设置有冷却风套(6)。
8.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，沿所述上部燃烧室(100)的周向设置有冷却水套(7)。
9.一种炉具，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的燃烧器。
10.根据权利要求9所述的炉具，其特征在于，所述燃烧器设置为多个，所述炉具还包括原料分配机构(8)，所述原料分配机构(8)的进口与外部燃料供给机构连通，所述原料分配机构(8)的出口同时与多个所述燃烧器的所述燃料供给口(101)连通；和/或
所述原料分配机构(8)的进口与外部给风机构连通，所述原料分配机构(8)的出口同时与多个所述燃烧器的所述一次风进口(201)连通。
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