CN204438118U - 水冷式完全预混燃烧器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水冷式完全预混燃烧器，包括气体燃料分配系统、气体燃料-空气混合系统、燃烧系统和冷却系统。气体燃料分配系统包括燃气进口，燃气进气管，燃气分配室和喷嘴。气体燃料-空气混合系统包括空气进口、气体混合腔、混合气体分配腔。燃烧系统包括燃烧火孔板和火孔。冷却系统包括冷却水进口，冷却水出口，冷却水管路，肋片和U型连接管。该系统结构紧凑，燃烧效率高，一氧化碳和氮氧化物排量低。系统中的冷却系统，通过冷却水的流动带走火孔板的热量，不仅能够降低火孔板温度，进而防止回火，还能有效减少热应力对火孔板的变形损害。本实用新型不但可以用于商业和民用的供热及供生活热水系统或装置，也可用于中小型工业气体加热装置。

Description

水冷式完全预混燃烧器

技术领域

本实用新型涉及一种气体燃料高效率、低排放的水冷式完全预混燃烧系统，尤其涉及一种低氮氧化物排放、并具有防回火功能的完全预混燃烧系统。

背景技术

气体燃料的燃烧方式分为扩散式燃烧、部分预混式燃烧和全预混燃烧。扩散式燃烧多适用于低热值气体(如焦炉煤气)燃料，且燃烧过程中火焰较长、燃烧热强度较低，容易产生不完全燃烧。同时，由于过剩空气系数大，使得燃烧温度低。部分预混燃烧又称大气式燃烧，火焰结构分内外焰，内焰温度较高，造成氮氧化物生成量较多，随着国内外相关气体燃料燃烧器具标准的制定，以及政府环保部门对氮氧化物控制措施的实施，气体燃料燃烧器具也在逐渐减少对部分预混燃烧系统的使用。而全预混燃烧是指在燃烧器的火孔前，将燃气和所需全部空气充分混合，然后在火孔之后进行迅速且完全的燃烧。全预混燃烧的燃烧速度快，燃烧完全，且火焰整体温度相对于部分预混燃烧内焰温度低，氮氧化物排放低。目前，国内外完全预混燃烧器多为平板式和圆筒型，其中平板式燃烧器火孔多为金属纤维材料和陶瓷板材料，前者造价高，后者硬度低，使两者的广泛应用受到了一定的局限。此外，国内外完全预混燃烧器多采用机械送风和混气结构，电能消费量大、控制系统复杂、运行稳定性差。

在现有的技术中，公告日为2013年9月11日，公告号为CN203190603U的中国实用新型专利公开了一种《正压引射式全预混燃烧供热装置》和公告日为2014年7月2日，公告号为CN203687332U的中国实用新型专利公开了一种《负压引射式全预混分段燃烧供热装置》，它们均是以引射器为混合结构的平板式全预混燃烧器，采用多个引射器混合的方式进行燃气和空气混合，进而实现预混燃烧。为了防止回火它采用了在火孔板前加分配孔板的结构设计。这种结构设计发生回火时，在火孔板和分配孔板之间燃气和空气混合物着火，此时火焰监测针在火孔板上方检测不到火焰，随即关闭燃气电磁阀门，进而起到安全保护的作用。这种结构设计，适用于燃烧器短时间工作或者间歇工作的燃气燃烧系统中，不适合需要燃烧器长期工作的系统中，如燃气采暖热水炉、工业燃烧器。

实用新型内容

针对上述现有技术，本实用新型提供了一种气体燃料高效率、低排放的完全预混燃烧器，该燃烧器不但实现了完全预混的燃烧方式，而且具有水冷式防回火结构，燃烧工况稳定。

为解决上述技术问题和不足，本实用新型的水冷式完全预混燃烧器予以实现的技术方案是：包括自下而上布置的气体燃料分配系统、气体燃料-空气混合系统、燃烧系统和冷却系统；所述气体燃料分配系统包括与燃气进气管相连通的燃气分配室，所述燃气分配室的顶部设有两排等间距布置的喷嘴，所述气体燃料-空气混合系统包括与喷嘴个数相同的气体混合腔，所有气体混合腔的底部均分别通过一喷嘴孔与所有喷嘴一一对应；所述气体混合腔的底部设有围绕着喷嘴周边的环形空气进口，从而在所述气体混合腔的下部形成了引射式混合区；每个或每两个并列的气体混合腔的顶部连通有一个混合气体分配腔，所述混合气体分配腔的上部设有用于阻流板，从而在所述混合气体分配腔内、位于阻流板的下方形成了完全预混区；所述燃烧系统包括分别设置在每个混合气体分配腔顶部的燃烧火孔板，所述燃烧火孔板上设有燃烧火孔；所述冷却系统包括设置在混合气体分配腔外围的冷却水管路，所述冷却水管路通过连接在混合气体分配腔外壁上的肋片固定。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

利用本实用新型的燃烧器可以实现气体燃料完全预混的燃烧方式，本实用新型燃烧器结构紧凑，燃烧效率高、CO和NOx排放量低。同时，该燃烧器根据引射器结构原理，利用气体燃料自身能量(静压转动压)，可以实现变负荷条件下气体燃料与空气的成比例混合，有效保证了燃烧的稳定性。

本实用新型燃烧器的火孔面由多个火孔板组合而成，可以有效降低火孔板由于温度升高引起的热应力变形。在燃烧器外围设有冷却水管，可通过冷却水管中流动的冷却水带走火孔板的热量，降低火孔板的温度，有效防止火孔板温度过高引起的燃气和空气混合物的回火。

由于本实用新型燃烧器整体的优化设计，使得气体燃料供热系统的体积相对于其他同类系统加工简单，控制方便，易于操作，燃烧稳定，安全性能可靠。该燃烧器适用的气体燃烧包括天然气、人工煤气、液化石油气、工业用燃气，本实用新型燃烧器不但可以用于民用和商业用的供热及供生活热水系统，也可用于中小型工业加热系统。

附图说明：

图1是本实用新型水冷式完全预混燃烧器结构示意图；

图2a是本实用新型水冷式完全预混燃烧器的主视图；

图2b是图2a所示燃烧器的左视图；

图2c是图2a所示燃烧器的俯视图；

图3是图2a中所示燃烧器的A-A剖面图；

图4是图2c中所示燃烧器的B-B剖面图。

图中：

1-燃气进口，2-燃气分配室，3-气体混合腔，4-冷却水进口，5-冷却水出口，6-冷却水管路，7-肋片，8-火孔板，9-火孔，10-燃气进气管，11-空气进口，12-喷嘴，13-U型连接管，14-混合气体分配腔，15-固定件，阻流板16.

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步详细地描述。

如图1、图2a、图2b和2c所示，本实用新型一种水冷式完全预混燃烧器，包括自下而上布置的气体燃料分配系统、气体燃料-空气混合系统、燃烧系统和冷却系统。

所述气体燃料分配系统包括与燃气进气管10相连通的燃气分配室2，所述燃气分配室2的顶部设有两排等间距布置的喷嘴12，本实施例中，每排有12个喷嘴，共有24个喷嘴。所述喷嘴的直径为0.5～1.5mm，相邻两个喷嘴的间距为20～80mm；所述燃气分配室2可以连接有多个燃气进气管10。燃气进气管10通过燃气进管1连接至气源。

所述气体燃料-空气混合系统包括与喷嘴个数相同的气体混合腔3，所有气体混合腔3的底部均分别通过一喷嘴孔与所有喷嘴12一一对应；所述气体混合腔3的底部设有围绕着喷嘴12周边的环形空气进口11，所述空气进口11与气体混合腔3相贯通，从而在所述气体混合腔3的下部形成了引射式混合区；燃烧器工作过程中，气体燃料流经喷嘴12时，卷吸喷嘴12周围的空气，燃气和空气进入引射式混合器的气体混合腔3中进行充分混合。每个或每两个并列的气体混合腔3的顶部连通有一个混合气体分配腔14，实施例中是每两个并列的气体混合腔3的顶部连通有一个共同的混合气体分配腔14；所述混合气体分配腔14是上大下小的腔体，所述混合气体分配腔14的材质为铜、不锈钢、铁或者导热率大于60～600W/(m·K)的金属材料。如图3所示，所述混合气体分配腔14的上部设有用于阻流板16，从而在所述混合气体分配腔14内、位于阻流板的下方形成了完全预混区。

所述燃烧系统包括分别设置在每个混合气体分配腔14顶部的燃烧火孔板8，如图1、图3和图4所示，所述燃烧火孔板8上设有燃烧火孔9。混合气体经过混合气体分配腔14与其顶部的燃烧火孔板8相连接，混合充分的气体被分配到燃烧火孔9。

所述冷却系统包括设置在混合气体分配腔14外围的冷却水管路6，所述冷却水管路6上设有U型连接管13用于连接左右两侧的冷却水管路6，通过冷却水的流动带走火孔板8的热量，有效防止回火，减少了对出火孔板的损害。所述冷却水管路6通过连接在混合气体分配腔14外壁上的肋片7固定。

本实用新型中，与一喷嘴12依次相连通的气体混合腔3、混合气体分配腔14和火孔板8形成独立的燃烧单元，多个燃烧单元之间用固定件15连接在一起。

本实用新型水冷式完全预混燃烧燃烧器的工作过程是：气体燃料由燃气进口1进入，通过燃气进气管10，到达燃气分配管2，然后被均匀地分配到24个喷嘴12，最终由喷嘴12将气体燃料喷出；喷嘴12出口处气体燃烧具有较大的速度(动压)，在其四周形成负压，使得位于喷嘴12外周的空气通过环形空气进口11被卷吸进入燃气混合腔3；气体燃烧与空气在燃气混合腔3内充分混合，到达燃气混合腔3上部的混合气体分配腔14，在混合气体分配腔14内、位于阻流板的下方形成的完全预混区进一步混合后被均匀分配到燃烧火孔板8；混合均匀的气体从火孔9喷出，进行完全预混燃烧；冷却系统中的冷却水在U型连接管5和冷却水管路6内流动。由于燃烧过程产生的高温对流传热，使得火孔板8的温度逐渐升高，通过肋片7将火孔板7的热量传递给冷却水，另外，本实用新型中的火孔面为多个火孔板组合而成，可以有效的降低火孔板由于温度升高引起的热应力变形。环绕燃烧器流动的冷却水管，可通过冷却水带走火孔板的热量，降低火孔板的温度，有效防止回火。

本实用新型燃烧器可以实现完全预混燃烧，气体燃料和空气在燃烧火孔9前进行充分混合，过剩空气系数大于1，且燃烧不需要二次空气；同时，通过充分利用引射器结构原理，利用气体燃料自身能量(静压转动压)，可以实现变负荷条件下燃料与空气的成比例混合，有效保证了燃烧的稳定性。

尽管上述对本实用新型进行了具体描述，但本实用新型并不局限于上述的具体实施方式。上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的。本领域的技术人员在本实用新型的启示下，及不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (6)

1.一种水冷式完全预混燃烧器，包括自下而上布置的气体燃料分配系统、气体燃料-空气混合系统、燃烧系统和冷却系统；其特征在于，

所述气体燃料分配系统包括与燃气进气管(10)相连通的燃气分配室(2)，所述燃气分配室(2)的顶部设有两排等间距布置的喷嘴(12)，

所述气体燃料-空气混合系统包括与喷嘴个数相同的气体混合腔(3)，所有气体混合腔(3)的底部均分别通过一喷嘴孔与所有喷嘴(12)一一对应；所述气体混合腔(3)的底部设有围绕着喷嘴(12)周边的环形空气进口(11)，从而在所述气体混合腔(3)的下部形成了引射式混合区；

每个或每两个并列的气体混合腔(3)的顶部连通有一个混合气体分配腔(14)，所述混合气体分配腔(14)的上部设有用于阻流板(16)，从而在所述混合气体分配腔(14)内、位于阻流板的下方形成了完全预混区；

所述燃烧系统包括分别设置在每个混合气体分配腔(14)顶部的燃烧火孔板(8)，所述燃烧火孔板(8)上设有燃烧火孔(9)；

所述冷却系统包括设置在混合气体分配腔(14)外围的冷却水管路(6)，所述冷却水管路(6)通过连接在混合气体分配腔(14)外壁上的肋片(7)固定。

2.根据权利要求1所述水冷式完全预混燃烧器，其特征在于，所述混合气体分配腔(14)是上大下小的腔体。

3.根据权利要求1所述水冷式完全预混燃烧器，其特征在于，所述混合气体分配腔的材质为铜、不锈钢、铁或者导热率大于60～600W/(m·K)的金属材料。

4.根据权利要求1所述水冷式完全预混燃烧器，其特征在于，所述燃气分配室(2)连接有多个燃气进气管(10)。

5.根据权利要求1所述水冷式完全预混燃烧器，其特征在于，所述喷嘴的直径为0.5～1.5mm，相邻两个喷嘴的间距为20～80mm。

6.根据权利要求1所述水冷式完全预混燃烧器，其特征在于，与一喷嘴(12)依次相连通的气体混合腔(3)、混合气体分配腔(14)和火孔板(8)形成独立的燃烧单元，多个燃烧单元之间用固定件(15)连接在一起。