CN114135869A - 一种分级燃烧装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了分级燃烧装置，包括火排及、至少两个空气流道件，火排包括燃烧器壳体及设于其中的燃烧头部，燃烧头部上设有燃烧火孔，燃烧器壳体上设有引射口，燃烧器壳体内部形成有与燃烧火孔、引射口相连通的预混腔；空气流道件设有空气腔以及与其相通的空气入口；两个空气流道件分别安装在燃烧器壳体的两侧，两个空气流道件与燃烧头部围合形成有燃烧腔；空气流道件靠近燃烧腔的一侧壁设有与空气腔、燃烧腔均相连通的第一空气补给孔、第二空气补给孔以及第三空气补给孔；第一空气补给孔、第二空气补给孔、第三空气补给孔在竖直方向上从下往上设置且均高于燃烧火孔。本发明通过分级燃烧产生一次火焰，二次火焰和三次火焰，减少了燃烧装置的NOx排放。

Description

一种分级燃烧装置
技术领域
本发明涉及燃烧器技术领域，更具体地，涉及一种空气分级补给的燃烧装置。
背景技术
燃烧装置在使用过程中，由于空气在二次大气供给时，燃气燃烧反应剧烈使得燃烧温度很高，从而导致空气中氮气与氧气在高温下生成大量氮氧化物严重影响环境。中国专利申请，公开号为CN 101233365 B公开了：一种燃烧装置，燃烧装置包括中间件和空气流路构件，中间件由预混合器和火焰孔组件构成且夹在两空气流路构件之间。燃料气体流入开口排部，开口排部具有许多直线排列的开口，从而导入开口排部的燃料气体通过各开口均匀排出。通过开口排部的开口排出的燃料气体在混和空间撞击空气，从缝排出的燃料气体是均质的且流速均匀。燃料气体在第一燃烧部中产生一次火焰进行一次燃烧，未燃的可燃成分通过第一燃烧部的开口排到外部，且与从空气流路构件的远端部供给的空气一起产生二次火焰。该公开的技术方案采用二级燃烧的方式，减小了燃烧装置在使用过程中产生的氮氧化物。但是，该燃烧装置分二级燃烧，仍存在燃烧温度高，最终导致燃烧过程中仍会产生过量氮氧化物的问题。
发明内容
本发明为克服现有技术中燃烧装置在使用过程中，产生大量氮氧化物的问题，提出一种分级燃烧装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种分级燃烧装置，包括至少一个火排以及至少两个空气流道件，所述火排包括燃烧器壳体以及设于燃烧器壳体中的燃烧头部，所述燃烧头部上设置有燃烧火孔，所述燃烧器壳体上设置有引射口，所述燃烧器壳体内部形成有与所述燃烧火孔相连通的预混腔，所述预混腔与所述引射口相连通；所述空气流道件设有空气腔以及与所述空气腔相通的空气入口；两个所述空气流道件分别安装在所述燃烧器壳体的两侧，两个所述空气流道件与所述燃烧头部围合形成有燃烧腔；所述空气流道件靠近所述燃烧腔的一侧壁设置有第一空气补给孔、第二空气补给孔和第三空气补给孔；所述第一空气补给孔、第二空气补给孔、第三空气补给孔与所述空气腔、所述燃烧腔均相连通；所述第一空气补给孔、所述第二空气补给孔、第三空气补给孔在竖直方向上从下往上设置且均高于所述燃烧火孔。
在其中一个实施例中，所述燃烧腔的横向截面沿下往上的方向由小变大，所述第三空气补给孔所在的所述横向截面大于所述第二空气补给孔所在的所述横向截面，所述第二空气补给孔所在的所述横向截面大于所述第一空气补给孔所在的所述横向截面。
在其中一个实施例中，所述空气腔的横向截面沿下往上的方向由大变小。
在其中一个实施例中，所述第二空气补给孔在竖直方向上位于所述第一空气补给孔与第三空气补给孔中间位置处。
在其中一个实施例中，在竖直方向上，所述第三空气补给孔与所述燃烧火孔的距离为26mm～28mm，所述第一空气补给孔与所述燃烧火孔的距离为5mm～8mm。
在其中一个实施例中，所述空气流道件靠近所述燃烧腔的一侧壁自下而上依次设有第一立面、第一斜面、第二立面和第二斜面，所述第一空气补给孔设于所述第一斜面，所述第二空气补给孔设于所述第二立面，所述第三空气补给孔设于所述第二斜面。
在其中一个实施例中，所述第一斜面与横向面的角度为99°至105°，所述第二斜面与横向面的角度为110°至116°，横向面与竖直方向垂直。
在其中一个实施例中，所述第二立面设有与第二空气补给孔一一对应、并向所述空气腔凹陷的凹槽，所述第二空气补给孔沿竖直方向设于所述凹槽的底部，所述凹槽具有朝向所述燃烧腔的导流面，所述导流面与横向面的角度为74°至81°，横向面与竖直方向垂直。
在其中一个实施例中，所述第二斜面位于所述空气流道件的上端。
在其中一个实施例中，所述空气流道件包括相互连接并围合形成所述空气腔的空气流道外壳与空气流道内壳，所述空气流道内壳的下端与所述燃烧器壳体固定相连，所述空气流道外壳的下端与所述空气流道内壳的下部形成所述空气入口。
本发明的分级燃烧装置与背景技术相比，产生的有益效果为：燃气与一次空气通过引射口进入到预混腔中，在预混腔中燃气与一次空气进行混合，由此得到的燃气-空气混合物并在缺氧的状态下通过燃烧头部到达燃烧火孔形成一次火焰燃烧(富燃区)，并在燃烧腔中进行燃烧；空气通过空气流道件上设置的空气入口进入到空气腔中，并从第一空气补给孔中喷出，作为二次空气供给并为燃烧助燃，同时，所述空气流道件设于所述凹槽结构上的第二空气补给孔同步进行二次空气补给，使二次火焰燃烧含氧量更充裕，燃烧更趋向完全充分燃烧。此外，空气进一步地通过第三空气补给孔中喷出，对一次火焰燃烧以及二次火焰燃烧最后剩余的可燃物燃烧不足部分进行完全燃烧以形成三次火焰燃烧(余焰区)。本发明通过一次火焰形成富燃区，燃气在缺氧的条件下发生燃烧，燃烧不充分，使燃烧速度和温度均降低，在一次火焰区域中氮与氧结合生成的NOx生成量减小。在二次火焰形成的燃尽区，使未燃尽的燃气进一步充分燃烧，降低火焰温度同时加快预混燃烧，使得火焰温度低，燃烧时间短，由于二次空气的精准补给，使得在充分燃烧的过程，过剩的部分空气冷却燃烧温度，二次燃烧区总体燃烧温度下降，再次抑制NOx的生成量。最后在三次火焰形成的余焰区，使燃气完全燃尽，余焰区看不到有明显火焰，但为了进一步把燃气燃尽，过剩的空气当量使燃烧温度进一步减低，总的NOx生成量大幅度减低。
附图说明
图1为本发明分级燃烧装置的结构示意图I；
图2为本发明分级燃烧装置的结构示意图II；
图3为本发明分级燃烧装置的结构示意图III；
图4为本发明分级燃烧装置中空气流道件的结构示意图；
图5为本发明分级燃烧装置中第一斜面、第二斜面以及导流面分别与横向面之间的夹角示意图。
图1中双箭头表示燃气与空气形成的混合气体流动方向，单箭头表示空气的流动方向。
附图中：1、火排；2、空气流道件；3、燃烧腔；4、空气入口；5、空气腔；6、第一空气补给孔；7、第二空气补给孔；8、第三空气补给孔；9、凹槽；10、导流面；11、燃烧器壳体；12、燃烧头部；13、燃烧火孔；14、引射口；15、预混腔；16、折弯翻边结构；17、第一条状结构；18、第二条状结构；19、引射器喉部；21、空气流道外壳；22、空气流道内壳；23、一次燃烧；24、二次燃烧；25、三次燃烧；26、第一立面；27、第一斜面；28、第二立面；29、第二斜面。
图1中双箭头表示燃气与空气形成的混合气体流动方向，单箭头表示空气的流动方向。
具体实施方式
如图1至图4所示，一种分级燃烧装置，包括至少一个火排1以及至少两个空气流道件2，火排1包括燃烧器壳体11以及设于燃烧器壳体11中的燃烧头部12，燃烧头部12上设置有燃烧火孔13，燃烧器壳体11上设置有引射口14，燃烧器壳体11内部形成有与燃烧火孔13相连通的预混腔15，预混腔15与引射口14相连通；空气流道件2设有空气腔5以及与空气腔5相通的空气入口4；两个空气流道件2分别安装在燃烧器壳体11的两侧，两个空气流道件2与燃烧头部12围合形成有燃烧腔3；空气流道件2靠近燃烧腔3的一侧壁设置有第一空气补给孔6、第二空气补给孔7和第三空气补给孔8；第一空气补给孔6、第二空气补给孔7、第三空气补给孔8与空气腔5、燃烧腔3均相连通；第一空气补给孔6、第二空气补给孔7、第三空气补给孔8在竖直方向上从下往上设置且均高于燃烧火孔13。在本实施例中，燃气与一次空气通过引射口14进入到预混腔15中，在预混腔15中燃气与一次空气进行混合，由此得到的燃气-空气混合物并在缺氧的状态下通过燃烧头部到达燃烧火孔形成一次火焰燃烧(富燃区)，并在燃烧腔中进行燃烧；空气通过空气流道件2上设置的空气入口4进入到空气腔5中，并从第一空气补给孔6中喷出，作为二次空气供给并为燃烧助燃，同时，空气流道件2设置的第二空气补给孔7同步进行二次空气补给，使二次火焰燃烧含氧量更充裕，燃烧更趋向完全充分燃烧。此外，空气进一步地通过第三空气补给孔8中喷出，对一次火焰燃烧以及二次火焰燃烧最后剩余的可燃物燃烧不足部分进行完全燃烧以形成三次火焰燃烧(余焰区)。本发明通过一次火焰形成富燃区，燃气在缺氧的条件下发生燃烧，燃烧不充分，使燃烧速度和温度均降低，在一次火焰区域中氮与氧结合生成的NOx生成量减小。在二次火焰形成的燃尽区，使未燃尽的燃气进一步充分燃烧，降低火焰温度同时加快预混燃烧，使得火焰温度低，燃烧时间短，由于二次空气的精准补给，使得在充分燃烧的过程，过剩的部分空气冷却燃烧温度，二次燃烧区总体燃烧温度下降，再次抑制NOx的生成量。最后在三次火焰形成的余焰区，使燃气完全燃尽，余焰区看不到有明显火焰，但为了进一步把燃气燃尽，过剩的空气当量使燃烧温度进一步减低，总的NOx生成量大幅度减低。本实施例的分级燃烧装置，能够更精准地控制空气的供给，整个燃烧过程在燃烧腔3中均匀分布，结构简单紧凑。
在其中一个实施例中，燃烧腔3的横向截面沿下往上的方向由小变大，第三空气补给孔8所在的横向截面大于第二空气补给孔7所在的横向截面，第二空气补给孔7所在的横向截面大于第一空气补给孔6所在的横向截面。燃烧腔3的横向截面由下往上的方向由小变大，这样可以使得燃烧腔3呈下窄上宽，有利于增大上部燃烧火焰的燃烧区域。这样可以使得从第一空气补给孔6补给的空气更加靠近在燃烧腔3中下部的燃烧区域，从第二空气补给孔7补给的空气更加靠近在燃烧腔3中上部的燃烧区域。需要说明的是，进入到空气腔5中的一部分空气通过第一空气补给孔6喷向燃烧腔3，为二次空气供给并为燃烧助燃，形成二次火焰燃烧(燃尽区)。进入到空气腔5中的另一部分空气通过第二空气补给孔7喷向燃烧腔3，同步进行二次空气补给；进入到空气腔5中的另外一部分空气通过第三空气补给孔8喷向燃烧腔3，对一次火焰燃烧以及二次火焰燃烧最后剩余的可燃物燃烧不足部分进行完全燃烧以形成三次火焰燃烧(余焰区)。
在其中一个实施例中，如图图1至图3所示，空气腔5的横向截面沿下往上的方向由大变小。在本实施例中，由于燃烧腔3由空气流道件2与燃烧头部12围合形成，而燃烧腔3的横向截面沿下往上的方向由小变大，相应地，空气流道件2的空气腔5的横向截面沿下往上的方向由大变小，这样有利于从空气入口4进入到空气腔5中的空气，顺利地导入至上方的第一空气补给孔6、第二空气补给孔7、第三补给孔8中。
在其中一个实施例中，如图1、图2、图4所示，第二空气补给孔7在竖直方向上位于第一空气补给孔6与第三空气补给孔8中间位置处。这样可以使得，在第一空气补给孔6为二次火焰燃烧提供空气时，第二空气补给孔7为二次火焰燃烧同步进行空气补给，使二次火焰燃烧含氧量更充裕，燃烧更趋向完全充分燃烧。
在其中一个实施例中，如图1至图4所示，在竖直方向上，第三空气补给孔8与燃烧火孔13的距离为26mm～28mm，第一空气补给孔6与燃烧火孔13的距离为5mm～8mm。这样的距离设置，有利于第一空气补给孔6、第三空气补给孔7分别对燃烧的火焰进行空气补给，使得燃烧更充分。
在其中一个实施例中，如图1至图4所示，空气流道件2靠近燃烧腔3的一侧壁自下而上依次设有第一立面26、第一斜面27、第二立面28和第二斜面29，第一空气补给孔6设于第一斜面27，第二空气补给孔7设于第二立面28，第三空气补给孔8设于第二斜面29。在本实施例中，第一空气补给孔6设于第一斜面27上，这样能够使得二次空气斜向上喷出，喷出后而二次空气更加靠近二次火焰。第二空气补给孔7设于第二立面28上，这样能够使得从第二空气补给孔7中喷出的空气，对二次火焰燃烧同步进行空气补给。第三空气补给孔8设于第二斜面29上，从第三空气补给孔8喷出的空气能够对一次火焰燃烧以及二次火焰燃烧最后剩余的可燃物燃烧不足部分进行完全燃烧以形成三次火焰燃烧(余焰区)。需要说明的是，第一立面26、第一斜面27、第二立面28和第二斜面29使得空气流道件2靠近燃烧腔3的一侧壁形成山丘壁状结构。
在其中一个实施例中，如图4、图5所示，第一斜面27与横向面的角度为A，A的范围是99°至105°，第二斜面29与横向面的角度为C，C的范围是110°至116°，横向面与竖直方向垂直。
在其中一个实施例中，如图2、图4所示，第二立面28设有与第二空气补给孔7一一对应、并向空气腔5凹陷的凹槽9，第二空气补给孔7沿竖直方向设于凹槽9的底部，凹槽9具有朝向燃烧腔3的导流面10，导流面10与横向面的角度为B，B的范围是74°至81°，横向面与竖直方向垂直。在本实施例中，凹槽9向空气腔5凹陷，导流面10朝向燃烧腔3，使得从第二空气补给孔7中喷出的空气更加靠近燃烧腔3中产生的二次火焰。
在其中一个实施例中，如图4所示，第二斜面29位于空气流道件2的上端。
在其中一个实施例中，如图1、图3所示，空气流道件2包括相互连接并围合形成空气腔5的空气流道外壳21与空气流道内壳22，空气流道内壳22的下端与燃烧器壳体11固定相连，空气流道外壳21的下端与空气流道内壳22的下部形成空气入口4。在本实施例中，空气入口4设置在空气流道件2的底部，空气从空气入口4进入到空气腔5中，然后一部分空气从第一空气补给孔6中喷出，另一部分空气从第二空气补给孔7、另外一部分空气从第三空气补给孔8喷出。需要说明的是，空气流道内壳22的下端与燃烧器壳体11可以采用焊接的方式进行连接，也可以采用其它的连接方式固定连接。此外，需要说明的是，空气流道内壳22靠近燃烧腔3的一侧面设置有若干第一条状结构17以及第二条状结构18。第一条状结构17以及第二条状结构18的设置，能够加强空气流道内壳22的强度。
需要说明的是，空气流道内壳22与空气流道外壳21两侧的连接处形成有折弯翻边结构16。在本实施例中，其中一个空气流道件2上的折弯翻边结构16与另一个空气流道件2上的折弯翻边结构16相连接，使得两个空气流道件2与燃烧头部12之间围合形成燃烧腔3。
在我国最新的GB 25034-2020《燃气采暖热水炉》标准要求中，NOx排放最高等级标准(5级)为≤62mg/(kW·h)。如表1，经测试，将分级燃烧装置应用于燃气采暖热水炉进行测试，NOx浓度权重计算值＝39.1mg/(kW·h)，相对于62mg/(kW·h)，能有效地降低NOx排放。
表1试验测试数据表
Figure BDA0003154929910000071
在上述具体实施方式的具体内容中，各技术特征可以进行任意不矛盾的组合，为使描述简洁，未对上述各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分级燃烧装置，包括至少一个火排(1)以及至少两个空气流道件(2)，所述火排(1)包括燃烧器壳体(11)以及设于燃烧器壳体(11)中的燃烧头部(12)，所述燃烧头部(12)上设置有燃烧火孔(13)，所述燃烧器壳体(11)上设置有引射口(14)，所述燃烧器壳体(11)内部形成有与所述燃烧火孔(13)相连通的预混腔(15)，所述预混腔(15)与所述引射口(14)相连通；所述空气流道件(2)设有空气腔(5)以及与所述空气腔(5)相通的空气入口(4)；两个所述空气流道件(2)分别安装在所述燃烧器壳体(11)的两侧，两个所述空气流道件(2)与所述燃烧头部(12)围合形成有燃烧腔(3)；其特征在于：所述空气流道件(2)靠近所述燃烧腔(3)的一侧壁设置有第一空气补给孔(6)、第二空气补给孔(7)和第三空气补给孔(8)；所述第一空气补给孔(6)、第二空气补给孔(7)、第三空气补给孔(8)与所述空气腔(5)、所述燃烧腔(3)均相连通；所述第一空气补给孔(6)、所述第二空气补给孔(7)、第三空气补给孔(8)在竖直方向上从下往上设置且均高于所述燃烧火孔(13)。
2.根据权利要求1所述的分级燃烧装置，其特征在于：所述燃烧腔(3)的横向截面沿下往上的方向由小变大，所述第三空气补给孔(8)所在的所述横向截面大于所述第二空气补给孔(7)所在的所述横向截面，所述第二空气补给孔(7)所在的所述横向截面大于所述第一空气补给孔(6)所在的所述横向截面。
3.根据权利要求2所述的分级燃烧装置，其特征在于：所述空气腔(5)的横向截面沿下往上的方向由大变小。
4.根据权利要求1所述的分级燃烧装置，其特征在于：所述第二空气补给孔(7)在竖直方向上位于所述第一空气补给孔(6)与第三空气补给孔(8)中间位置处。
5.根据权利要求4所述的分级燃烧装置，其特征在于：在竖直方向上，所述第三空气补给孔(8)与所述燃烧火孔(13)的距离为26mm～28mm，所述第一空气补给孔(6)与所述燃烧火孔(13)的距离为5mm～8mm。
6.根据权利要求4所述的分级燃烧装置，其特征在于：所述空气流道件(2)靠近所述燃烧腔(3)的一侧壁自下而上依次设有第一立面(26)、第一斜面(27)、第二立面(28)和第二斜面(29)，所述第一空气补给孔(6)设于所述第一斜面(27)，所述第二空气补给孔(7)设于所述第二立面(28)，所述第三空气补给孔(8)设于所述第二斜面(29)。
7.根据权利要求6所述的分级燃烧装置，其特征在于：所述第一斜面(27)与横向面的角度为99°至105°，所述第二斜面(29)与横向面的角度为110°至116°，横向面与竖直方向垂直。
8.根据权利要求6所述的分级燃烧装置，其特征在于：所述第二立面(28)设有与第二空气补给孔(7)一一对应、并向所述空气腔(5)凹陷的凹槽(9)，所述第二空气补给孔(7)沿竖直方向设于所述凹槽(9)的底部，所述凹槽(9)具有朝向所述燃烧腔(3)的导流面(10)，所述导流面(10)与横向面的角度为74°至81°，横向面与竖直方向垂直。
9.根据权利要求6所述的分级燃烧装置，其特征在于：所述第二斜面(29)位于所述空气流道件(2)的上端。
10.根据权利要求1所述的分级燃烧装置，其特征在于：所述空气流道件(2)包括相互连接并围合形成所述空气腔(3)的空气流道外壳(21)与空气流道内壳(22)，所述空气流道内壳(22)的下端与所述燃烧器壳体(11)固定相连，所述空气流道外壳(21)的下端与所述空气流道内壳(22)的下部形成所述空气入口(4)。
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