CN115751308A - 一种火口组合单元结构及全预混燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种火口组合单元结构及全预混燃烧器，火口组合单元结构包括火口本体，所述火口本体包括边框壁；所述火口本体上设有一个或多个主火孔；所述主火孔为锥形孔；所述火口本体的边框壁上设有一个或多个稳焰火孔；所述稳焰火孔为矩形条孔；单个主火孔与单个稳焰火孔的面积比为1：0.3‑1：0.4；全预混燃烧器包括多个上述火口组合单元结构。与现有技术相比，本发明能够使全预混燃烧器在空混比大于1.2的条件下工作时不出现离焰，能够避免焰口金属温度过高造成表面变色或火焰传播速度过快而造成局部回火，从而提高全预混燃烧的稳定性，能够确保在稳定燃烧的同时降低氮氧化合物的排放。

Description

一种火口组合单元结构及全预混燃烧器

技术领域

本发明涉及全预混燃烧器技术领域，尤其是涉及一种火口组合单元结构及全预混燃烧器。

背景技术

全预混燃烧器是进入全球重视节能条件下出现的一种高效燃烧器。这种燃烧器可使燃气用具最高效率达到100％以上。但是在节能的同时全球对烟气的排放，减少大气污染非常重视。欧美对烟气排放重点氮氧化合物规定为58mg/kw.h，对于高于这一排放标准的任何燃气用具和设备一律不许进入市场销售。自2020年我国各省市纷纷出台了限制商用燃气用具氮氧化合物排放要求，一般要求氮氧化合物排放低于30-50mg/kw.h。民用燃气用具也在标准中规定了氮氧化合物的等级标准。6级标准为70mg/kw.h。为了满足排放和能效标准，各生产厂商采用了全预混燃烧技术加冷凝技术。这是一种提高能效的最有效办法

但是在提高能效的同时必须兼顾氮氧化合物的排放要求。一般全预混燃烧氧含量控制在3％-5％。过剩空气系数为1-1.15。由于燃烧温度高于1400C°形成热力型氮氧化合物。如果提高过剩空气系数到1.4以上。氮氧化合物生成可以大大下降但是燃烧器结构上必须提供稳定燃烧的条件，这个条件就是稳定火焰，在加大空气系数后火焰不离焰。

因此，亟需一种能够提高全预混燃烧的稳定性的火口结构，避免全预混燃烧器工作时出现离焰。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种火口组合单元结构及全预混燃烧器，本方案中的火口组合单元结构能够使全预混燃烧器在空混比大于1.2的条件下工作时不出现离焰，但火焰离主火孔面约1.5-3，这样即使火焰温度降低，也能够避免火焰温度对焰口金属材料的热传导造成焰口金属温度过高，造成表面变色或火焰传播速度过快而造成局部回火，从而提高全预混燃烧的稳定性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的第一个目的是提供一种火口组合单元结构，包括火口本体，所述火口本体包括边框壁，所述边框壁为所述火口本体的周向侧壁；所述火口本体上设有一个或多个主火孔；所述主火孔为锥形孔，以确保混合空燃气体出口速度；所述火口本体的边框壁上设有一个或多个稳焰火孔；所述稳焰火孔为矩形条孔；所述稳焰火孔与所述主火孔的面积按照稳定燃烧的要求设计，单个主火孔与单个稳焰火孔的面积比为1：0.3-1：0.4。

进一步地，所述火口本体还包括主火孔面、底平面和基准平面；所述底平面低于所述主火孔面0.5-1mm；所述主火孔贯穿所述火口本体，所述主火孔的顶部与所述火口本体的主火孔面平齐；所述稳焰火孔的底部与所述火口本体的底平面平齐，使混合空燃气体出所述稳焰火孔后加热所述主火孔的根部，加快所述主火孔的混合空燃气体的燃烧速度，使所述主火孔的燃烧稳定；所述基准平面与所述边框壁衔接；所述底平面低于所述主火孔面和基准平面，以此形成凹槽。

优选地，所述稳焰火孔的宽为0.1-0.3mm，长为1.2-2.0mm，其具体尺寸是根据燃烧器的热负荷和形状作调整的。

优选地，所述主火孔的锥度为1-1.5°，高度(底平面到主火孔面的距离)为 0.35-0.5mm，火口径为0.5-0.8mm，以确保所述主火孔有大于所述稳焰火孔的混合空燃气体的速度。

优选地，所述稳焰火孔高度小于所述主火孔高度的1/2，以确保燃烧时所述稳焰火孔稳焰效果。

优选地，所述稳焰火孔和所述主火孔采用小孔技术，以降低燃烧噪声。

进一步地，所述火口本体的俯视投影为圆角矩形，圆角矩形的尺寸可根据使用要求调整，可以是圆角正方形，也可以是圆角长方形。

进一步地，所述火口组合单元结构适用于蓝焰燃烧。

进一步地，所述稳焰火孔的火焰为稳焰火焰；所述主火孔的火焰为主火焰。

进一步地，所述稳焰火焰和所述主火焰的稳焰方式是交叉稳焰。

进一步地，全部主火孔的总面积、全部稳焰火孔的总面积根据使用燃烧器的功率确定，功率越大总面积越大。

本发明的第二个目的是提供一种全预混燃烧器，包括多个上述火口组合单元结构。

进一步地，所述全预混燃烧器还包括燃烧器腔体。

进一步地，包括多个上述火口组合单元结构的全预混燃烧器，是由燃烧器的热负荷确定火口组合单元结构的数量，每个火口组合单元结构热负荷为5-8.2瓦/mm²。

优选地，所述全预混燃烧器为平板燃烧器、圆筒形燃烧器或圆形井式燃烧器。

进一步地，相邻火口组合单元结构之间的距离不大于8mm。

优选地，多个火口组合单元结构的排列方式为矩阵形排列、圆形排列或梅花形排列。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)本发明提供的火口组合单元结构，能够使全预混燃烧器在空混比大于1.2 的条件下工作时不出现离焰，但火焰离主火孔面约1.5-3，这样即使火焰温度降低，也能够避免火焰温度对焰口金属材料的热传导造成焰口金属温度过高，造成表面变色或火焰传播速度过快而造成局部回火，从而提高全预混燃烧的稳定性。

2)本发明提供的火口组合单元结构及全预混燃烧器，火口组合单元结构能够覆盖所有能够应用火口组合单元结构所用的燃烧原理、结构形式、火口布局和组合型式的全预混燃烧器，应用广泛，实用性强。

3)本发明提供的火口组合单元结构及全预混燃烧器中，稳焰火焰和主火焰的稳焰方式是交叉稳焰，不同于传统的平行稳焰，能够明显提升稳焰效果。

4)本发明提供的火口组合单元结构及全预混燃烧器中，稳焰火孔和主火孔采用小孔技术，能够使燃烧噪声明显下降。

5)本发明提供的火口组合单元结构及全预混燃烧器中，主火孔的结构为锥形孔，使主火孔有一定的火孔深度，能够使混合空燃气体流出前静压进一步均匀，稳定，使主火孔燃烧稳定，无火焰抖动现象。

附图说明

图1为本发明中的实施例1的火口组合单元结构的俯视示意图。

图2为本发明中的实施例2的火口组合单元结构的俯视示意图。

图3为本发明中的实施例3的火口组合单元结构的俯视示意图。

图4为本发明中的实施例4的火口组合单元结构的俯视示意图。

图5为本发明中的实施例1的火口组合单元结构的剖视示意图。

图6为本发明中的实施例1的包括矩阵形排列的的火口组合单元结构的全预混燃烧器的俯视示意图。

图7为本发明中的实施例1的包括圆形排列的火口组合单元结构的全预混燃烧器的俯视示意图。

其中：

1、主火焰，2、稳焰火焰，3、混合空燃气体，4、稳焰火孔，5、主火孔，6、主火孔面，7、底平面；8、基准平面，9、燃烧器腔体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本技术方案中如未明确说明的部件型号、材料名称、连接结构等特征，均视为现有技术中公开的常见技术特征。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

下面结合具体实施例，对本发明的内容做进一步的详细说明。

实施例1

如图1所示，一种火口组合单元结构，包括火口本体，火口本体包括边框壁；火口本体上设有多个主火孔5；主火孔5为锥形孔，以确保混合空燃气体3出口速度；火口本体的边框壁上设有多个稳焰火孔4；稳焰火孔4为矩形条孔；稳焰火孔 4与主火孔5的面积按照稳定燃烧的要求设计，单个主火孔5与单个稳焰火孔4的面积比为1：0.3-1：0.4。火口本体还包括主火孔面6、底平面7和基准平面8；底平面7比主火孔面6低0.5-1mm；主火孔5贯穿火口本体，主火孔5的顶部与火口本体的主火孔面6平齐；稳焰火孔4的底部与火口本体的底平面7平齐，使混合空燃气体3出稳焰火孔4后加热主火孔5的根部，加快主火孔5的混合空燃气体3的燃烧速度，使主火孔5的燃烧稳定；基准平面8与边框壁衔接；底平面7低于主火孔面6和基准平面8，以此形成凹槽；火口本体的俯视投影为圆角矩形。

如图1所示，其中，火口本体的俯视投影为圆角正方形，设有三个主火孔5，排列方式为三角形排列；设有四个稳焰火孔4，分别分布于四条边框壁上每一条壁上。

如图6、7所示，一种全预混燃烧器，包括本实施例的火口组合单元结构。

其中，图6、7分别为包括不同排列形式的火口组合单元结构的全预混燃烧器。

如图6所示，为本发明中的包括矩阵形排列的第一种实施方式的火口组合单元结构的全预混燃烧器的俯视示意图，相邻火口组合单元结构之间的距离相等且不大于8mm。

如图7所示，为本发明中的包括圆形排列的第一种实施方式的火口组合单元结构的全预混燃烧器的俯视示意图，相邻火口组合单元结构之间的距离不大于 8mm。

如图1、图5、图6所示，对本实施例的火口组合单元结构及包括矩阵形排列的火口组合单元结构的全预混燃烧器进行详细说明：稳焰火孔4的宽为0.1mm，长为2.0mm；主火孔5的锥度为1°，高度(底平面7到主火孔面6的距离)为 0.5mm，主火孔5的火口径为0.8mm；底平面7比主火孔面6低0.5mm；全预混燃烧器为平板燃烧器，全预混燃烧器还包括燃烧器腔体9；全预混燃烧器中的火口组合单元结构为10×10的矩阵形排列，相邻火口组合单元结构之间的距离为8mm；稳焰火孔4高度为0.2mm。上述全预混燃烧器的工作方法及原理如下：

1)燃气通过文丘里管进入风机混合后得到混合空燃气体3，混合空燃气体3 进入燃烧器腔体9；

2)混合空燃气体3在一定的气压下，以一定的速度分别经过主火孔5和稳焰火孔4)流出，分别产生主火焰1和稳焰火焰2；

3)稳焰火焰2的流动速度比主火焰1低，而主火孔5的出口流出的空混合空燃气体3比稳焰火孔4的出口处流出的混合空燃气体3的流速高2-3倍；

4)稳焰火焰2流出稳焰火孔4后，部分稳焰火焰2加热最近的主火孔5的根部，另其中的一部分火焰延主火孔5上升，继续加热主火焰1；另一部分稳焰火焰 2继续扩散，加热除最近的主火孔5之外的其他主火孔5；四个稳焰火焰2在火口组合单元结构内汇合，在火口组合单元结构的凹槽中形成稳定的温度加热层，对主火焰1根部加热；

5)随着稳焰火焰2的加热，主火焰1延伸扩散，主火焰1的燃烧点提前，主火焰1在离开主火孔5的1.5-3mm部位点燃燃烧，并且由于主火焰1的根部有了稳定的温度加热层，每一主火焰1燃烧时的火焰高度一致；

6)由每一火口组合单元结构内，主火焰1高度一致，形成了整个全预混燃烧器的多个火口组合单元结构组成的整个火焰群，火焰群中主火焰1高度一致，温度一致，便于控制燃烧温度和控制氮氧化合物生成条件。

上述全预混燃烧器由于主火焰1离开主火孔5后1.5-3mm燃烧，主火孔5被混合空燃气体3冷却，能够减少燃烧器表面的温度，确保燃烧器运行的可靠性；由于稳焰火焰2与主火焰1的稳焰方式是交叉稳焰，不同于传统的平行稳焰，稳焰效果明显提升；由于稳焰火孔4和主火孔5采用小孔技术，所以燃烧噪声明显下降；由于主火焰1的主火孔5为锥形孔，使主火孔5有一定的火孔深度，使混合空燃气体3在流出前静压进一步均匀稳定，使主火焰1燃烧稳定，无火焰抖动现象。

实施例2

如图2所示，一种火口组合单元结构，其中，火口本体的俯视投影为圆角正方形，设有四个主火孔5，排列方式为矩阵形排列；设有四个稳焰火孔4，分别分布于四条边框壁上每一条壁上。

实施例3

如图3所示，一种火口组合单元结构，其中，火口本体的俯视投影为圆角长方形，设有九个主火孔5，每三个一组，每组的排列方式为三角形排列；设有八个稳焰火孔4，分别分布于四条边框壁上每一条壁上。

实施例4

如图4所示，一种火口组合单元结构，其中，火口本体的俯视投影为圆角长方形，设有十二个主火孔5，每四个一组，每组的排列方式为矩阵形排列；设有八个稳焰火孔4，分别分布于四条边框壁上每一条壁上。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种火口组合单元结构，其特征在于，包括火口本体，所述火口本体包括边框壁；

所述火口本体上设有一个或多个主火孔(5)；

所述主火孔(5)为锥形孔；

所述火口本体的边框壁上设有一个或多个稳焰火孔(4)；

所述稳焰火孔(4)为矩形条孔；

单个主火孔(5)与单个稳焰火孔(4)的面积比为1：0.3-1：0.4。

2.根据权利要求1所述的一种火口组合单元结构，其特征在于，所述火口本体还包括主火孔面(6)、底平面(7)和基准平面(8)；

所述底平面(7)低于所述主火孔面(6)0.5-1mm；

所述主火孔(5)贯穿所述火口本体，所述主火孔(5)的顶部与所述火口本体的主火孔面(6)平齐；

所述稳焰火孔(4)的底部与所述火口本体的底平面(7)平齐；

所述基准平面(8)与所述边框壁衔接；

所述底平面(7)低于所述主火孔面(6)和基准平面(8)，以此形成凹槽。

3.根据权利要求1所述的一种火口组合单元结构，其特征在于，所述稳焰火孔(4)的宽为0.1-0.3mm，长为1.2-2.0mm。

4.根据权利要求1所述的一种火口组合单元结构，其特征在于，所述主火孔(5)的锥度为1-1.5°，高度为0.5-1mm，火口径为0.5-0.8mm。

5.根据权利要求4所述的一种火口组合单元结构，其特征在于，所述稳焰火孔(4)高度小于所述主火孔(5)高度的1/2。

6.根据权利要求1所述的一种火口组合单元结构，其特征在于，所述火口本体的俯视投影为圆角矩形。

7.一种全预混燃烧器，其特征在于，包括多个如权利要求1-6中任一项所述的火口组合单元结构。

8.根据权利要求7所述的一种全预混燃烧器，其特征在于，所述全预混燃烧器为平板燃烧器、圆筒形燃烧器或圆形井式燃烧器。

9.根据权利要求7所述的一种全预混燃烧器，其特征在于，相邻火口组合单元结构之间的距离不大于8mm。

10.根据权利要求7所述的一种全预混燃烧器，其特征在于，多个火口组合单元结构的排列方式为矩阵形排列、圆形排列或梅花形排列。

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