CN114183754B - 燃烧器的燃烧头 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于燃烧器的燃烧头，其具有外套筒(2)，该外套筒在内侧上容纳第一供给装置(9)，以将气体燃料供给到通过气动通风装置沿着外套筒(2)供给的氧化空气流中；至少一个涡流装置(16，17)，其被构造成使得流出外套筒(2)的气体燃料和氧化空气的一次流F1进行螺旋运动；以及至少一个具有环形形状的供给通道(33，39)，其在外套筒(2)和涡流装置(16，17)之间获得，以便围绕一次流F1供给氧化空气的二次流F2；第二供给装置(40)，其安装在外套筒(2)的外侧并连接到气体燃料源。

Description

燃烧器的燃烧头
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2020年9月14日提交的第102020000021688号意大利专利申请的优先权，其公开全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种用于燃烧器的燃烧头。
本发明尤其发现了液体和气体燃料燃烧器的燃烧头的有利应用，在下面的描述中将对此进行详细涉及，并且不会因为详细描述而丧失一般性。
背景技术
在液体和气体燃料燃烧器的行业中，已知提供一种燃烧头，该燃烧头包括外套筒，该外套筒具有纵向轴线并设置有大致四边形形状的固定凸缘，该固定凸缘从套筒的中间点径向向外突出并固定到锅炉燃烧室的侧壁上。
套筒具有圆柱形的第一自由端，该第一自由端在燃烧室的外部上延伸并连接到气动通风装置，该气动通风装置被设计成沿着套筒供给氧化空气流，并且套筒还具有布置在燃烧室内部的截锥形的第二自由端。
套筒在内部上容纳第一供给装置，以将气体燃料流供给到套筒的第二自由端，并进入通过前述气动通风装置供给到第二自由端本身的氧化空气中。
燃烧头进一步包括涡流装置(swirl device)，该涡流装置安装在套筒内，并位于第一供给装置下游；圆柱形形状的内联轴器，其固定到与燃烧头的纵向轴线同轴的涡流装置的外围边缘；以及安装在内联轴器和套筒本身之间的外联轴器。
燃烧头进一步包括第二供给装置，其可替代第一供给装置，并设置有喷嘴，该喷嘴安装在内联轴器的中心，以将液体燃料流供给到套筒的第二自由端，并进入通过前述气动通风装置供给到第二自由端本身的氧化空气中。
在使用时，沿着套筒供给的氧化空气在内联轴器中被部分引导，以便与通过第一供给装置供给的气体燃料或通过第二供给装置供给的液体燃料混合，并产生燃料和氧化空气的一次流(primary flow)。
一次流通过涡流装置供给，该涡流装置被构造和定向以使得一次流围绕并沿着前述纵轴进行螺旋运动，并将燃烧火焰包含在大致圆柱形的空间中。
进一步地，沿着套筒供给的氧化空气在内联轴器和外联轴器之间被部分引导，以便产生氧化空气的二次流，该二次流在燃烧头的下游具有相对高的轴向速度，该轴向速度大于一次流的轴向速度，并且所述沿着套筒供给的氧化空气部分地在外联接器和套筒之间被引导，以便产生氧化空气的三次流，该三次流在燃烧头的下游具有相对高的轴向速度。
二次流和三次流相互协作，以便将燃烧火焰保持在前述圆柱形空间中。
上述类型的已知燃烧头存在一些缺点，这主要是由于使用相对较高的液体或气体燃料流速(这是确保锅炉的正确热功率所必需的)导致燃烧室中相对较高的温度，并因此导致相对较高的氮氧化物Nox的排放，即对人体健康有害的污染物。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于燃烧器的燃烧头，其不具有上述缺点，并且可以以简单和经济的方式制造。
根据本发明，提供了一种用于燃烧器的燃烧头，该燃烧头包括外套筒，其具有纵向轴线，并且具有连接到气动通风装置的第一自由端，该气动通风装置被设计成沿着外套筒供给氧化空气；第一供给装置，其安装在外套筒中，以便将气体燃料供给到外套筒的第二自由端并进入氧化空气中；至少一个第一涡流装置，其安装在外套筒中，以使气体燃料和氧化空气的一次流围绕并沿着所述纵轴进行螺旋运动；以及至少一个第一供给通道，其具有环形形状，在外套筒和第一涡流装置之间获得，并且气动地连接到外套筒的第一自由端，以便围绕一次流供给氧化空气的二次流；并且所述燃烧头的特征在于，它还包括第二供给装置，第二供给装置安装在外套筒的外侧并且连接到气体燃料源。
附图说明
现在将参照附图描述本发明，示出其非限制性实施例，其中:
图1是根据本发明的燃烧头的优选实施例的示意性透视图，为了更清晰而移除了一些部件；
图2是图1的燃烧头的示意性纵向截面图，为了更清晰而移除了一些部件；
图3是图1和图2的燃烧头的第一细节的示意性透视图，为了更清晰而移除了一些部件；
图4是图3的第一细节的示意性透视图；
图5是图3的第二细节的示意性透视图；
图6是图1和图2的燃烧头的第二细节的示意性透视图，为了更清晰而移除了一些部件；
图7是图1燃烧头的细节的变型的示意性透视图，为了更清晰而移除了一些部件；
图8是图7细节的示意性透视图。
具体实施方式
参考图1和2，编号1表示液体和气体燃料燃烧器的燃烧头整体。
燃烧头1包括圆柱形外套筒2，其具有纵向轴线3并设置有四边形形状的固定凸缘4，该固定凸缘4从套筒2的中间点径向向外突出并固定到锅炉的燃烧室6的侧壁5上。
套筒2具有圆柱形的第一自由端7，该第一自由端在燃烧室6的外部延伸并连接到气动通风回路(未示出)，该气动通风回路被设计成沿着套筒2供给氧化空气流，并且套筒2还具有布置在燃烧室6内部的截锥形的第二自由端8。
套筒2在内侧上容纳第一供给装置9，以将气体燃料流供给到套筒2的自由端8，并进入通过前述气动通风回路(未示出)供给到自由端8本身的氧化空气中。
根据图2和3，装置9包括大致圆柱形的分配歧管10，该分配歧管10与轴线3同轴地安装在套筒2内，具有连接到气体燃料供给管道(未示出)的轴向入口孔11，并且进一步具有围绕轴线3均匀分布的多个径向出口孔12。
装置9进一步设置有围绕轴线3均匀分布的多个供给管道13，每个供给管道包括连接到相关孔12的相应弯曲入口段14和基本平行于轴线3的相应直出口段15。
管道13的段15的自由端面向一对安装在套筒2内部的涡流装置16、17。
参照图3、4和5，涡流装置16包括环形的中心板18，其与轴线3同轴地并垂直于轴线3而安装；以及多个偏转叶片19，其围绕轴线3均匀分布，并从板18的外围边缘向外突出。
板18具有从板18朝向自由端8轴向突出的环形对中轴环(centring collar)20、在中心穿过板18获得的与轴线3同轴的孔21、以及围绕轴线3分布并与轴线3平行且穿过板18获得的多个供给孔22。
涡流装置17具有管状形状，并且包括接合并固定到轴环20上的宽部23，以及从宽部23朝向自由端8轴向突出的窄部24。
窄部24通过一对紧固螺钉(未示出)以可释放的方式固定到宽部23上，窄部24呈杯形，并由侧壁25和环形底壁26限定，侧壁25大致为圆柱形并与轴线3同轴，环形底壁26大致平坦并垂直于轴线3。
侧壁25设置有多个径向供给孔27，供给孔27围绕轴线3均匀分布，并且穿过壁25与轴线3交叉而获得。
底壁26设置有多个供给孔28，供给孔28围绕轴线3均匀分布，且延伸穿过底壁26与轴线3交叉，并相对于底壁26以0°至90°的角度倾斜。
根据图2和3，第一圆柱形联轴器29固定到涡流装置16的叶片19上，与轴线3同轴安装，从叶片19轴向突出，且具有入口端30和出口端31，出口端31从自由端8轴向向外突出，并且其通道截面小于入口端30的通道截面。
关于上面讨论的内容，应该指出的是，气体燃料供给管道13的出口段15轴向突出到联轴器29中。
燃烧头1还包括第二圆柱形联轴器32，其安装在套筒2和与轴线3同轴的联轴器29之间，并且与联轴器29共同限定了用于由气动通风回路(未示出)沿着套筒2供给的氧化空气的供给通道33。
联轴器32以滑动方式联接到套筒2，以便相对于套筒2和联接器29，由手动或马达操作杆34的推力，进行平行于轴线3的直线运动。
环形闸板35固定在联轴器32上，与轴线3同轴地安装在联接器32上，由大致圆柱形的内表面36界定，并进一步由外表面界定，该外表面由两个截锥形的相对表面37、38定义。
表面38基本上具有与自由端8相同的锥度，并且与自由端8一起限定了由前述气动通风回路(未示出)沿着套筒2供给的氧化空气的供给通道39。
闸板35由平行于轴线3的杆34移动，以便选择性地控制通道39的通道截面，特别是在通道39的关闭位置和至少一个打开位置之间的通道截面。
参照图1、2和6，燃烧头1进一步包括第二供给装置40，第二供给装置40安装在套筒2的外侧，以便将气体燃料流供给到燃烧室6中。
装置40包括环形的分配歧管41，分配歧管41在燃烧室6的外部延伸，安装在与轴线3同轴的自由端7上，并且具有连接到气体燃料供给管道(未示出)的入口孔42。
装置40进一步包括围绕轴线3均匀分布的多个供给管道43，所述多个供给管道43安装在燃烧室6内并延伸穿过凸缘4，以便连接到歧管41。
每个管道43包括两个伸缩段44，两个伸缩段44以滑动方式彼此连接，以便选择性地控制管道43的长度，并且每个管道43设置有出口孔45，该出口孔45的通道截面小于伸缩段44的通道截面。
根据图2和3，燃烧头1还包括第三供给装置46，该第三供给装置46可替代气体燃料供给装置9、40，并且安装在套筒2内部，以便将液体燃料流供给到自由端8，并且进入到通过前述气动通风回路(未示出)供给到自由端8的氧化空气中。
装置46包括喷嘴(未示出)，该喷嘴穿过涡流装置17的宽部23和窄部24并穿过涡流装置16的中心孔21安装。
装置46还包括向喷嘴(未示出)供给液体燃料的供给管道47，和从喷嘴(未示出)排出过量液体燃料的排出管道48。
管道47、48平行于轴线3安装在供给管道13的出口段15内的中心区域中，并固定到支撑架49上，支撑架49联接到分配歧管10上。
燃烧头1最后包括一对点火电极50(图2中仅示出其中一个)，其穿过涡流装置16、17安装，并从涡流装置16、17伸出，以便与通过装置9供给到自由端8的气体燃料和通过装置46供给到自由端8的液体燃料相配合。
下面将描述燃烧头1的操作，首先，假设气体燃料通过装置9、40供给，并且从将闸板35布置在供给通道39的打开位置的瞬间开始供给。
前述气动通风回路(未示出)沿着套筒2从自由端7向自由端8供给氧化空气流F0。
空气流F0部分地被引导入联接器29内，以便与通过供给管道13供给的气体燃料混合，并产生气体燃料和氧化空气的一次流F1。
一次燃料F1通过涡流装置16并从而通过偏转叶片19供给，并进一步通过供给孔22、涡流装置17并从而通过供给孔27和供给通道28供给。
叶片19、供给孔27和供给通道28被构造和定向成使得一次流F1围绕并沿着前述轴线3进行螺旋运动，并且将最初由电极50产生的燃烧火焰包含在圆柱形空间51中，圆柱形空间51的通道截面至多等于联轴器29的出口端31的通道截面。
空气流F0进一部部分地沿着内联轴器29和外联轴器32之间的供给通道33被引导，以便产生在燃烧头1的下游具有相对高的轴向速度的二次氧化空气流F2。
空气流F0进一步部分地在联轴器32和套筒2之间并沿着供给通道39被引导，以便产生三次氧化空气流F3，其在燃烧头1的下游具有初始速度和最终速度，该初始速度朝向轴线3倾斜并具有与自由端8相同的方向，该最终速度基本上平行于轴线3。
由涡流装置16、17传递到一次流F1的螺旋运动以及二次流F2和三次流F3的方向一方面允许燃烧火焰保持在空间51内，另一方面允许由燃烧火焰产生并存在于室6内的燃烧烟气通过低气压(depression)再循环，首先从室6的底部到燃烧头1，然后沿着空间51。
流体动力学研究表明，燃烧烟气将其自身置于燃烧头1下游，空间51的外表面和氧化空气流F2之间。
供给装置40将另外的气体燃料流G供给到燃烧头1和套筒2下游的燃烧室6中。
气体燃料流G具有相对高的移动速度，该移动速度基本上平行于轴线3，并且根据供给管道43的出口孔45的通道截面而被选择性地控制。
气体燃料流G通过其移动速度以及二次流F2和三次流F3的作用与空间51中包含的燃烧火焰基本保持分离。
因此，气体燃料流G不会在燃烧头1的自由端8的区域中燃烧，并且到达足以在离自由端8相对较远的距离处开始化学氧化反应的温度。
气体燃料流G与空间51的充分分离并因此与燃烧火焰的充分分离，燃烧火焰和气体燃料流G之间燃烧烟气的再循环，以及气体燃料流G在离自由端8相对较远距离处的燃烧，允许热量通过燃烧烟气的再循环从空间51中移除，从而限制燃烧火焰的最高温度并限制氮氧化物Nox的形成，其中氮氧化物Nox在超过1100°的温度下特别敏感。
现在将描述假设液体燃料通过供给装置46供给时，燃烧头1的操作。
液体燃料由燃烧头1下游的前述喷嘴(未示出)喷射，以产生具有相对高的轴向移动速度的氧化空气流和液体燃料的流F4。
流F4的轴向移动速度以及二次流F2和三次流F3的方向一方面允许燃烧火焰保持在空间51内，另一方面允许由燃烧火焰产生并存在于燃烧室6内的燃烧烟气沿着空间51再循环，以便通过燃烧烟气的再循环从空间51移除热量，从而限制燃烧火焰的最高温度并限制氮氧化物Nox的形成。
根据这里未示出的一个变型，取消了供给装置46，并且燃烧头1仅被供给气体燃料。
图7和8中所示的变型与前面的图的不同之处仅在于，在所述变型中，供给装置9和涡流装置16、17被去除，并被供给装置52代替，以将气体燃料流供给到套筒2的自由端8，并供给到通过前述气动通风回路(未示出)供给到自由端8的氧化空气中。
装置52包括供给管道53，供给管道53与轴线3同轴地安装在套筒2内，具有入口端54，并且还具有与入口端54相对的出口端55。
装置52进一步包括圆柱形的偏转块56，偏转块56与轴线3同轴地固定在管道53的下游，由面向出口端55的面57轴向地界定，并且布置在距出口端55给定距离处，以便允许气体燃料流出管道53。
气体燃料从管道53的流出由环形垫圈58选择性地控制，环形垫圈58围绕与轴线3同轴的出口端55安装，并通过多个调节螺钉59固定到偏转块56，调节螺钉59被设计成选择性地控制垫圈58到面57的距离，从而控制供给到氧化空气中的气体燃料流速。
气体燃料首先沿着平行于轴线3的管道53供给，然后供给到面57和与轴线3交叉的垫圈58之间，最后供给通过涡流装置60，涡流装置60包括环形的中心毂61和多个偏转叶片62，中心毂61与轴线3同轴地围绕块体56固定，偏转叶片62围绕轴线3均匀分布并从中心毂61的外围边缘向外突出。

Claims (15)

1.一种用于燃烧器的燃烧头，所述燃烧头包括外套筒(2)，其具有纵向轴线(3)，并且具有连接到气动通风装置的第一自由端(7)，所述气动通风装置被设计成沿着所述外套筒(2)供给氧化空气；第一供给装置(9；52)，其安装在所述外套筒(2)中，以便将气体燃料供给到所述外套筒(2)的第二自由端(8)并进入所述氧化空气中；至少一个第一涡流装置(17；60)，其安装在所述外套筒(2)中，以使气体燃料和氧化空气的一次流F1围绕并沿着所述纵向轴线(3)进行螺旋运动；以及至少一个具有环形形状的第一供给通道(33)，所述第一供给通道(33)在所述外套筒(2)和所述第一涡流装置(17；60)之间获得，并且气动地连接到所述外套筒(2)的第一自由端(7)，以便围绕所述一次流F1供给氧化空气的二次流F2；并且所述燃烧头的特征在于，它还包括第二供给装置(40)，所述第二供给装置(40)安装在所述外套筒(2)的外侧并且连接到气体燃料源；
其中，所述第二供给装置(40)包括多个第二供给管道(43)，其安装在所述外套筒(2)的外侧并且平行于所述纵向轴线(3)；
其中，每个第二供给管道(43)具有出口孔(45)和可变长度，以便选择性地控制出口孔(45)相对于所述外套筒(2)的第二自由端(8)的轴向位置。
2.根据权利要求1所述的燃烧头，其中，所述第一供给装置(9)包括多个第一供给管道(13)，所述多个第一供给管道(13)容纳在所述外套筒(2)内，在所述第一供给通道(33)的入口的下游轴向突出，并且面向所述第一涡流装置(17)。
3.根据权利要求2所述的燃烧头，其中，所述第一供给装置(9)进一步包括第一分配歧管(10)，其安装在所述外套筒(2)内并连接到所述第一供给管道(13)。
4.根据权利要求1所述的燃烧头，其中，所述出口孔(45)的通道截面比所述第二供给管道(43)的通道截面更小。
5.根据权利要求1所述的燃烧头，其中，所述第二供给装置(40)进一步包括第二分配歧管(41)，其安装在所述外套筒(2)的外侧并连接到所述第二供给管道(43)。
6.根据权利要求1所述的燃烧头，其中，所述第一涡流装置(17)具有管状形状，由围绕所述纵向轴线(3)延伸的侧壁(25)界定，并且进一步由基本垂直于所述纵向轴线(3)的底壁(26)界定。
7.根据权利要求6所述的燃烧头，其中，所述第一涡流装置(17)具有多个穿过所述侧壁(25)与所述纵向轴线(3)交叉而获得的供给孔(27)，以及多个穿过所述底壁(26)并相对于所述底壁(26)以0至90°的角度倾斜而获得的供给通道(28)。
8.根据权利要求1所述的燃烧头，进一步包括第二涡流装置(16)，所述第二涡流装置(16)与所述第一涡流装置(17)协作，以使所述一次流F1围绕并沿着所述纵向轴线(3)进行螺旋运动，围绕所述第一涡流装置(17)延伸，并且具有围绕所述纵向轴线(3)分布的多个偏转叶片(19)。
9.根据权利要求1所述的燃烧头，进一步包括环形的第二供给通道(39)，其在所述外套筒(2)和所述第一供给通道(33)之间获得，并且气动地连接到所述外套筒(2)的第一自由端(7)，以便围绕所述一次流F1供给氧化空气的三次流F3。
10.根据权利要求9所述的燃烧头，进一步包括闸板构件(35)，其能够在关闭位置和打开位置之间移动，以关闭和打开供给通道(39)。
11.根据权利要求10所述的燃烧头，其中，所述外套筒(2)的第二自由端(8)基本上具有截锥形，并且与基本上具有截锥形的所述闸板构件(35)的表面(38)一起限定所述第二供给通道(39)。
12.根据权利要求1所述的燃烧头，进一步包括第三供给装置(46)，其安装在所述外套筒(2)中，以便将液体燃料供给到所述外套筒(2)的第二自由端(8)并进入氧化空气中。
13.根据权利要求12所述的燃烧头，其中，所述第三供给装置(46)包括雾化喷嘴，其通过所述第一涡流装置(17)安装。
14.根据权利要求1所述的燃烧头，其中，所述第一供给装置(52)包括容纳在所述外套筒(2)内部的供给管道(53)和面向所述供给管道(53)的出口端(55)的偏转块(56)；所述供给管道(53)和所述偏转块(56)被布置成彼此相距给定的距离，以便允许气体燃料通过所述出口端(55)被供给。
15.根据权利要求14所述的燃烧头，其中，所述第一供给装置(52)还包括调节垫圈(58)，其围绕所述出口端(55)装配，并且布置在距所述偏转块(56)可变距离处，以便选择性地控制通过所述出口端(55)供给的气体燃料流速。
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