CN1535367A - 用于气体/空气混合物的燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于气体/空气混合物的具有气体/空气混合物入口(2)的燃烧器，其中在入口(2)的下游设置了喷管(7)，该喷管(7)具有带多个管口(8)的夹套表面，并且喷管(7)被火焰稳定化装置(9)径向地包围住。
Description
本发明涉及一种用于气体/空气混合物的燃烧器。
根据现有技术，例如从德国专利DE 4322109A1中已知了一种用于气体/空气混合物的燃烧器。燃烧轴向地发生在具有恒定截面的外壳中，该外壳全部被多孔材料填充。没有火焰前锋会延伸超过此多孔材料。燃烧只发生在被多孔材料所填充的空间内。不会产生可从多孔材料的外表面或边界面上延伸到外部环境中的自由火焰。这也称为容积式燃烧器。这种已知的燃烧器可用于在低辐射值下燃烧气体/空气混合物。
从JP 59195022A(日本专利摘要)中已知了一种燃烧器，其中带管口的管子被由催化物材料制成的圆柱体径向地包围住。这是一种表面式燃烧器，即火焰可从表面延伸到外部环境中。
美国专利US 4900245介绍了一种红外式燃烧器装置，其中喷管被由陶瓷泡沫制成的柱形件包围。该柱形件用于使气体在其表面上均匀地分布。气体在柱形件的表面上燃烧。在该表面上安装了火焰检测器。当火焰熄灭时，自动地进行另一点火过程。
德国专利DE 19508908A1介绍了一种燃烧器管道，其中设有多个周向分布的径向狭缝。火焰以扇形形式从狭缝中离开。
从英国专利GB 2 231 949A中已知了一种气体燃烧器。可燃气体混合物通过多孔陶瓷圆片来供应并进行燃烧。该圆片可位于气流方向上，并处于由扁平波纹环片所组成的层之后。在这种情况下，气体在包围该叠层的外表面上燃烧。
欧洲专利EP 0382674介绍了一种红外式燃烧器，其中由陶瓷纤维组成的多孔层位于由金属丝网制成的圆柱体上。这也是一种表面式燃烧器。其它表面式燃烧器例如可从德国专利DE 2971511941或美国专利US 4679528中获悉。
本发明的目的是克服现有技术中的缺点。具体地说，应当提供一种容积式燃烧器，其可提供改进的热退耦(heat decoupling)，并藉此同时实现气体/空气混合物在低辐射值下的燃烧。另一目的是提供一种调节能力较已知的容积式和表面式燃烧器有所提高的容积式燃烧器。
这个目的通过权利要求1的特征来实现。从权利要求2到22的特征中可得出有用的实施例。
根据本发明，提供了一种用于气体/空气混合物的具有气体/空气混合物入口的燃烧器，其中在入口的下游设置了喷管，该喷管具有带多个管口的夹套表面，并且喷管被用于稳定火焰的装置径向地包围住。用于稳定火焰的装置限定了燃烧空间或容积式燃烧区域。
根据本发明的燃烧器具有优良的热退耦。这是由因对流和辐射而产生的改善的传热所引起的。由于在整个调节区域上存在着提高的均匀性，因此气体/空气混合物可在特别低的辐射值下燃烧。
这种情况下的用语“气体/空气混合物”应理解为指一种由可燃气体如天然气、丙烷气等和空气或其它适当的氧化剂组成的混合物，其中可以选择混合比率以便能进行燃烧。
可以选择喷管的管口直径以使在喷管中不可能出现火焰回火。管口的直径可以是0.5到2.0毫米，最好是1.3到1.5毫米。
气体的燃烧主要发生在用于稳定火焰的装置中。特别是，在用于稳定火焰的装置所包围的外表面上不会产生自由火焰。火焰稳定化装置的功能是限制燃烧空间，同时使火焰温度均匀且降低火焰温度。另一功能是通过逐渐增大皮克里特准数来稳定处于喷管和燃烧空间之间的过渡区域内的火焰。火焰稳定化装置并不直接被外壳包围。热量可以毫无障碍地退耦。由于火焰稳定化装置的径向布置，因此可以实现特别大的热退耦区域。例如，退耦区域可以是柱形夹套的区域。火焰稳定化装置的径向布置还具有这样的优点，即膨胀的可燃气体可通过辐射迅速地排放到外部，增大了与之相通的气流通道上的体积。在火焰稳定化装置中不会产生热积聚，这进一步提高了热退耦性能。由于火焰稳定化装置的径向布置所引起的气流通道在截面上的径向扩张，因此可燃气体的对流速度减慢。这种机械式流动进一步地稳定了火焰。因此进一步提高了燃烧器的调节能力。
最好将鼓风机设置在将气体/空气混合物输送至喷管的入口之后。这保证了总是有足量的气体/空气混合物经由喷管提供至火焰稳定化装置中。
喷管可由耐火陶瓷制成，而耐火陶瓷最好由陶瓷纤维制成。耐火陶瓷材料具有75到95％体积的孔隙度。在实际操作中，已经知道这种陶瓷材料的寿命较长。特别是，由陶瓷纤维制成的陶瓷材料因其特别强的抗断裂性而具有很长的使用寿命。陶瓷由约50％重量的氧化铝和50％重量的氧化硅组成。
当然，喷管也可由其它合适的材料制成，例如耐热金属、石英玻璃、玻璃陶瓷和泡沫陶瓷等。
火焰稳定化装置可以是多孔介质，其具有允许产生火焰的孔径大小。
根据一个有效的实施例，火焰稳定化装置由多个环片形成，环片沿喷管的径向布置并相互间具有一定的轴向间距。环片可通过摩擦力而固定地接合在喷管上。
环片可由第一和第二环片构成，其中第一环片的环半径小于第二环片的环半径。根据一个有效的实施例，第二环片的环半径至少是第一环片的环半径的两倍。在本文中，用语“环半径”用来表示环片的内半径和外半径之间的差值。
根据另一实施例，第一和第二环片交替地设置在喷管的轴向上。第一和第二环片的交替布置有利地形成了径向内部的第一火焰稳定化区域和径向外部的第二火焰稳定化区域，并且第一环片不处于它们之间。第一火焰稳定化区域的皮克里特准数可小于第二火焰稳定化区域的皮克里特准数。在所述实施例中，所提出的皮克里特准数从内至外的增大不是连续的。令人惊奇的是，已经显示出设置两个火焰稳定化区域就可实现动态特性优良的燃烧器。
当然也可在火焰稳定化装置中设置一系列的多个火焰稳定化区域。理想上说，皮克里特准数应在径向上从内至外地连续增大。皮克里特准数总是选择成使得根据容积式燃烧器类型的燃烧发生在火焰稳定化装置内。相反，喷管的皮克里特准数应选择成使得在喷管中不可能发生火焰回火。至于皮克里特准数的定义和容积式燃烧器如何工作和起作用，在德国专利DE 4322109A1中也有叙述，该专利的公开内容通过引用结合于本文中。
根据一个有效的实施例，环片的区域呈波纹状，这样在两个相邻环片之间会形成从喷管至环片外周边的气流通道。波纹的波峰线从环片中心最好弯曲地延伸到环片外周边处，这样就可在两个相邻环片之间形成从喷管至环片外周边的最好是弯曲的连续气流通道。
根据另一实施例，在截面沿径向从内至外地增大的稳定化装置中形成了气流通道。皮克里特准数在稳定化装置中径向向外地增大。已经证明，这种形式对于燃烧所产生的热量可产生特别强的退耦，并且可提高调节能力。另外已经证明，通过使截面在径向上从内至外地增大，可以显著地降低由热-声激励所引起的噪音辐射。所提出的燃烧器在操作过程中特别安静。特别是，不存在会损坏喷管或火焰稳定化装置的低频振动。
环片的区域具有多个附加管口。这些附加管口可以是方形的、狭缝状的或圆形的。附加管口的开口面积约为1平方毫米。环片可由耐火陶瓷制成，最好具有网状结构。它可以是由富铝红柱石纤维制成的织物，其包含在由氧化铝组成的基体中。
根据另一实施例的特征，环片设置在位于喷管端部附近的两个由耐火陶瓷制成的附加环片之间。附加环片形成了燃烧空间的端部。它们起热绝缘的作用。它们可由多孔氧化铝陶瓷制成，但未设有管口。
火焰稳定化装置也可由三维的金属丝网、多孔陶瓷材料等制成。在任何情况下，当喷管具有小于65的皮克里特准数且火焰稳定化装置具有大于65的皮克里特准数时是很有效的。这可以可靠地防止喷管内的火焰回火。同时可在火焰稳定化装置内进行燃烧。
在一个特别有利的实施例的特征中，火焰稳定化装置被热交换器包围。来自火焰稳定化装置的热退耦被高效率地传送到在热交换器内循环的流体介质中。热交换器可被外壳包围。
下面将通过示例并参考附图来详细地介绍本发明。
图1是燃烧器的示意性侧视图，
图2是图1所示环片的顶部视图，
图3是燃烧器的透视图，
图4是图3的截面图，
图5是图4的局部放大视图。
在图1中，在鼓风机的外壳半体1中设置了用于气体/空气混合物入口2，鼓风机在此未详细示出。鼓风机的出口3位于安装在前腔4中的导流板5的对面。导流板5的功能是保证在喷管7的入口截面6处得到尽可能均匀的气流速度。喷管7具有多个直径约为1.0到2.0毫米的径向管口8。管口8均匀地分布在喷管7的夹套表面上。
喷管7的外夹套表面包括有截面最好呈波纹状的环片9。环片9在轴向上彼此间隔开。在两个相邻环片9之间存在气流通道10。在喷管7的端部附近设有附加环片11，其位于喷管7的外夹套表面上。这种附加环片11由热绝缘的陶瓷材料制成，例如非常疏松的氧化铝陶瓷材料。附加环片上未设管口。附加环片11在轴向上限制了包括环片9在内的燃烧空间。标号12表示热交换器的管道。管道12和带有环片9及11的喷管7均处于一个共用外壳G中。
图2显示了位于喷管7上的环片9的顶视图。环片9由网状结构的陶瓷材料制成。通过将由富铝红柱石纤维制成的织物浸渍在氧化铝浆状物中，并在浆状物干燥后烧结所浸渍的富铝红柱石纤维化合物，就可以制造出这种陶瓷材料。由此形成的附加管口标示为15。已经证明，将环片9的表面设计成波纹状特别有效。在图2中用标号13来表示波峰线。波峰线从喷管7处朝向环片9的外周边14弯曲地延伸，从而形成了一种桨轮式结构。各环片9最好均具有奇数数目的波峰线13。当连续地布置这种环片9以使其波峰线13轴向连续地定位时，就形成了截面从喷管7至外周边14增大的气流通道10。这种气流通道10使得能更容易地排出膨胀的热的可燃气体。这样就可获得特别有效的燃烧和有效的热退耦。
环片9也可由用富铝红柱石纤维制成的绒头织物来制造。这种绒头织物在形状上是稳定的。它可通过挤压富铝红柱石纤维来制造。它的形状设计成使得环片呈波纹状。可通过封端(blocking)来形成所需的管口，其形式可以是孔或狭缝。用氧化铝浆状物来浸渍形式稳定的富铝红柱石织物，然后进行干燥和烧结。这样就生产出了具有所需形式的形状稳定的耐热环片。
根据另一实施例的特征，环片也可设置具有催化效果的涂层。这种涂层可含有铅、铂或其它适当的金属。带有这种催化式涂层的环片的燃烧器具有特别低的辐射值。
图3到5显示了燃烧器的另一实施例。在喷管7上设置了第一环片16和第二环片17。第一环片16和第二环片17都具有径向地倾斜至外部的波纹18。波纹18形成了气流通道10，其截面从内至外径向地扩展。第一环片16的环半径R1大约是第二环片17的环半径R2的一半。在本文中，用语“环半径”用来指环片的内半径和外半径之间的差值。为清楚起见可参见图4，其中显示了环半径R1和R2。
如图4所示，第一环片16和第二环片17的交错连续布置形成了第一火焰稳定化区域B1。第二环片17上的延伸超过第一火焰稳定化区域B1的环形部分形成了径向外部的第二火焰稳定化区域B2。由喷管7形成的区域A的皮克里特准数小于65。这保证了火焰不会在喷管7中发生回火。火焰稳定化区域B1，B2的皮克里特准数大于65，其中第二火焰稳定化区域B2的皮克里特准数大于第一火焰稳定化区域B1的皮克里特准数。
利用本发明所提供的燃烧器，可以使燃烧发生在由环片9，16和17所形成的火焰稳定化装置内。在围绕着火焰稳定化装置的表面上不会出现火焰。所提出的燃烧器具有优良的动态特性，即，其可在比现今所知的容积式或表面式燃烧器更大的范围内进行调节。
火焰稳定化装置也可由在喷管径向上的螺旋式布置的区域形成。它还可采用涡轮叶片的形式，或者是桨轮型环片的形式。
标号列表
1鼓风机的外壳半体
2入口
3鼓风机出口
4前腔
5导流板
6入口截面
7喷管
8管口
9环片
10气流通道
11附加环片
12管道
13波峰线
14外周边
15附加管口
16第一环片
17第二环片
18波纹
A区域
B1第一火焰稳定化区域
B2第二火焰稳定化区域
R1第一环半径
R2第二环半径
G外壳
Claims (22)
1.一种用于气体/空气混合物的具有一个气体/空气混合物入口(2，6)的燃烧器，其中在所述入口(2，6)的下游设有喷管(7)，所述喷管(7)具有带多个管口(8)的夹套表面，并且所述喷管(7)被火焰稳定化装置(9，16，17)径向地包围住。
2.根据上述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，气体的燃烧主要发生在所述火焰稳定化装置(9，16，17)内。
3.根据权利要求1或2所述的燃烧器，其特征在于，用于将所述气体/空气混合物传送至所述喷管(7)中的鼓风机位于所述入口(2)之后。
4.根据上述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述喷管(7)由耐火陶瓷材料、最好是陶瓷纤维制成。
5.根据权利要求4所述的燃烧器，其特征在于，所述耐火陶瓷材料具有75到95％体积的孔隙度。
6.根据上述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述火焰稳定化装置由泡沫陶瓷材料制成。
7.根据上述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述火焰稳定化装置由多个环片(9，16，17)组成，所述环片沿所述喷管(7)的径向设置并相互间以一定的轴向间距间隔开。
8.根据上述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述环片(9，16，17)由第一环片(16)和第二环片(17)构成，其中所述第一环片(16)的环半径(R1)小于所述第二环片(17)的环半径(R2)。
9.根据上述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述第二环片(17)的环半径(R2)至少是所述第一环片(16)的环半径(R1)的两倍。
10.根据上述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述第一环片(16)和第二环片(17)交替地设置在所述喷管(7)的轴向上。
11.根据上述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述第一环片(16)和第二环片(17)的交错连续设置形成了处于径向内部的第一火焰稳定化区域(B1)和处于径向外部的第二稳定化区域(B2)，所述第一环片(16)不处于这两个区域之间。
12.根据上述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述第一火焰稳定化区域(B1)的皮克里特准数小于所述第二火焰稳定化区域(B2)的皮克里特准数。
13.根据上述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述环片(9，16，17)的表面呈波纹状，使得在两个相邻环片(9，16，17)之间形成了从所述喷管(7)到所述环片(9，16，17)的外周边(14)的气流通道(19)。
14.根据上述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，波纹(18)的波峰线(13)从所述环片(9，16，17)的中心最好弯曲地延伸至其外周边(14)处，这样可在两个相邻环片(9，16，17)之间形成从所述喷管(7)到所述外周边(14)的连续且最好弯曲的气流通道(10)。
15.根据上述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述气流通道(10)的截面在径向上从内至外地增大。
16.根据上述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述火焰稳定化装置的皮克里特准数在径向上朝外增大。
17.根据上述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述环片(9，16，17)的表面具有多个辅助管口(15)。
18.根据上述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述环片(9，16，17)由最好是网状结构的耐火陶瓷材料制成。
19.根据权利要求17所述的燃烧器，其特征在于，所述陶瓷材料由氧化铝基体上的富铝红柱石纤维形成。
20.根据上述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述环片(9，16，17)设置在两个附加的耐火陶瓷环片(11)之间，所述环片(11)位于所述喷管(7)的端部附近。
21.根据上述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述喷管(7)具有小于65的皮克里特准数，所述火焰稳定化装置(9，16，17)具有大于65的皮克里特准数。
22.根据上述权利要求中任一项所述的燃烧器，其特征在于，所述火焰稳定化装置(9，16，17)被热交换器(12)所包围住。
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