CN206291206U - 一种脉冲式等容气体燃烧器驱动头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种脉冲式等容气体燃烧器驱动头，其特征在于：包括驱动头外壳，与驱动头外壳固定连接的驱动头内壳，设置在驱动头内壳上的天然气冷却腔体、阀驱动电机，设置在天然气冷却腔体内的若干条天然气管道，穿过天然气冷却腔体贴合在天然气冷却腔体一端面上的空气阀轴向板组件，设置在空气阀轴向板组件上的点火器，设置在驱动头内壳左端开口处向上凸起的空气导流板，穿过驱动头外壳、驱动头内壳与所有天然气管道相连通的天然气总管道，以及穿过驱动头外壳、驱动头内壳与天然气冷却腔体相连通的冷却水进口和冷却水出口，本实用新型具有高效、安全、低碳、低耗的优点。

Description

一种脉冲式等容气体燃烧器驱动头

技术领域

本实用新型涉及一种气体燃烧器驱动头，更具体的说，它涉及一种脉冲式等容气体燃烧器驱动头。

背景技术

在现有的天然气燃烧器、燃烧机中所采用的燃烧方式均为等压式燃烧。

（1）等压扩散燃烧存在着燃料与空气混合不完全、不均匀的痼疾，火焰包络中存在着温度极高的核心，燃烧不完全且Nox生成量大，即便是采用“高温空气燃烧技术”提高了燃烧效率，但随着助燃空气预热温度提升，在强化了燃烧反应温度的同时，也强化了高温型Nox的生成。形成了高效燃烧、高Nox排放的悖论。

（2）等压预混燃烧能够达到高效燃烧的目的，但不能降低高温型Nox的生成，且存在着功率调节比小、易回火的痼疾。尤其是针对气体燃料的系统，易回火特性是一种安全隐患，需要用多种性能、能耗代价予以预防，但仍不能完全杜绝。

当前最流行的“金属丝网燃烧器”有效的解决了高效燃烧与低Nox排放的矛盾，但没有杜绝“预混燃烧易回火”的根本方法。排放与综合能耗间的悖论仍然存在。其中“多孔介质”（金属丝网）对燃气流的阻力增大，迫使系统风机功耗加大、燃料气供应压力增大的能耗负面特性尤为突出，且随着燃烧器单体功率加大，电耗及综合能耗越发突出。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种脉冲式等容气体燃烧器驱动头，来解决以上这些问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：一种脉冲式等容气体燃烧器驱动头，其特征在于：包括驱动头外壳，与驱动头外壳固定连接的驱动头内壳，设置在驱动头内壳上的天然气冷却腔体、阀驱动电机，设置在天然气冷却腔体内的若干条天然气管道，穿过天然气冷却腔体贴合在天然气冷却腔体一端面上的空气阀轴向板组件，设置在空气阀轴向板组件上的点火器，设置在驱动头内壳左端开口处向上凸起的空气导流板，穿过驱动头外壳、驱动头内壳与所有天然气管道相连通的天然气总管道，以及穿过驱动头外壳、驱动头内壳与天然气冷却腔体相连通的冷却水进口和冷却水出口，所述驱动头外壳与驱动头内壳之间形成一条空气导流通道，所述空气导流通道出气口处设有若干相互间隔的空气导流孔，所述天然气管道出口设置在天然气冷却腔体与空气阀轴向板组件贴合的侧面上，所述天然气管道的出口处设有若干天然气毛细管束喷嘴，所述空气阀轴向板组件上设有若干与空气导流孔、天然气管道出口相配合的缺口和第二缺口，所述空气阀轴向板组件与天然气冷却腔体、驱动头外壳、驱动头内壳连接处密封处理，所述阀驱动电机与空气阀轴向板组件传动连接，控制空气阀轴向板组件的转动。

优选为，空气阀轴向板组件包括从动齿轮、连接轴和空气阀轴向板，所述空气阀轴向板通过连接轴与从动齿轮相连接，所述从动齿轮与阀驱动电机相连接，通过阀驱动电机带动从动齿轮转动，所述点火器设置在空气阀轴向板中间位置，所述缺口与第二缺口分别设置在空气阀轴向板上。

优选为，空气导流板形状为圆锥面。

优选为，天然气管道为十二个。

优选为，天然气管道的出口处有四百二十二个天然气毛细管束喷嘴。

优选为，四百二十二个天然气毛细管束喷嘴呈十三列六十八排扇形排列。

本实用新型具有下述优点：本发明与现有技术相比具有：

（1）安全：我们发明的天然气冷却腔体+毛细管束结构是将燃料气通过“天然气冷却腔体微喷管束”组合体后进入预混段腔室，天然气冷却腔体中的循环水带走管束壁面的热量，形成燃料与预混气间的大温差，降低反应温度、形成熄灭区；毛细管直径取低于火焰猝熄值，毛细管长径比远大于猝熄距离，毛细管内壁产生的低温附面层对火焰波产生滞止。以上综合措施及结构，使本预混区上游燃料喷嘴不具备产生回火的条件。故做到系统安全。

（2）高效：根据燃烧学理论，对于化学恰当比燃/气混合物,Humphrey（汉佛莱）热循环（等容燃烧）效率比Brayton（布雷顿）热循环（等压燃烧）效率高30%——50%。我们发明的组合结构是一种以可调时隙动作的极近似等容循环的脉冲式多孔介质燃烧器对燃气流的驱动结构——目的是在强化多孔介质燃烧器低氮特性的基础上，利用多孔介质的气动阻尼性状，形成近似于等容循环的燃烧状态，使其燃烧效率进一步提高。同时有效利用等容燃烧的自增压特性，提高系统的循环效率，降低辅机能耗，达到系统综合能耗降低的目的。

（3）低氮：在本发明中，预混燃气定容积充填后，燃料/空气阀闭锁后点火，使预混气在燃烧室形成爆燃，燃气膨胀增压并产生极高的火焰传播速度，极大地缩短N→O反应时间；同时，随着燃烧室温度的不同，所选定的不同浓度当量配给，使反应区N→O反应率极大地降低。两项措施结合形成燃气流（火焰）的低氮（Nox）状态。

（4）低耗：本发明中，火焰在燃烧室爆燃后瞬间的自增压性状，使燃气流克服多孔介质阻力流向下游，而不必增加鼓风机压力（功率）。同时，有利于燃气与多孔介质间的热交换，使燃烧室中的多孔介质获得更多的热量裕度，保证反应区温度场的稳定性。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型轴向剖面图。

具体实施方式

参看图1、图2所示，本实用新型实施例的一种脉冲式等容气体燃烧器驱动头，包括驱动头外壳1，与驱动头外壳1固定连接的驱动头内壳2，设置在驱动头内壳2上的天然气冷却腔体3、阀驱动电机4，设置在天然气冷却腔体3内的若干条天然气管道，穿过天然气冷却腔体3贴合在天然气冷却腔体3一端面上的空气阀轴向板组件，设置在空气阀轴向板组件上的点火器17，设置在驱动头内壳2左端开口处向上凸起的空气导流板5，穿过驱动头外壳1、驱动头内壳2与所有天然气管道相连通的天然气总管道6，以及穿过驱动头外壳1、驱动头内壳2与天然气冷却腔体3相连通的冷却水进口7和冷却水出口8，所述驱动头外壳1与驱动头内壳2之间形成一条空气导流通道9，所述空气导流通道9出气口处设有若干相互间隔的空气导流孔10，所述天然气管道出口设置在天然气冷却腔体3与空气阀轴向板组件贴合的侧面上，所述天然气管道的出口处设有若干天然气毛细管束喷嘴11，所述空气阀轴向板组件上设有若干与空气导流孔10、天然气管道出口相配合的缺口12和第二缺口13，所述空气阀轴向板组件与天然气冷却腔体3、驱动头外壳1、驱动头内壳2连接处密封处理，所述阀驱动电机4与空气阀轴向板组件传动连接，控制空气阀轴向板组件的转动。

对于本实施例的各个部件进行解释说明：

1）空气阀轴向板组件包括从动齿轮14、连接轴15和空气阀轴向板16，所述空气阀轴向板16通过连接轴15与从动齿轮14相连接，所述从动齿轮14与阀驱动电机4相连接，通过阀驱动电机4带动从动齿轮14转动，所述点火器17设置在空气阀轴向板16中间位置，所述缺口12与第二缺口13分别设置在空气阀轴向板16上。

2）空气导流板5形状为圆锥面。

3）天然气管道为十二个。

4）天然气管道的出口处有四百二十二个天然气毛细管束喷嘴11。

5）四百二十二个天然气毛细管束喷嘴11呈十三列六十八排扇形排列。

工作原理：

首先，阀驱动电机通过从动齿轮盘至阀位A,使预混区空气导流孔打开，空气阀轴向板上的扇形开口也对应于天然气毛细管束喷嘴开启状态，机外天然气电磁阀打开，天然气由天然气总管道进入天然气冷却腔体中的12组毛细管束并在毛细管束喷嘴处喷出；助燃风由空气导流通道，通过预混区空气导流孔切向进入预混区与轴向喷出的天然气混合。

由于本预混器的圆形腔体构型，切向进入的空气会沿径向形成高速旋转气流，与轴向喷出的天然气交汇混合，形成均匀预混气。

又由于预混器内的预混气径向旋转并不断填充，在预混器腔体的截面上形成轴向压力均匀的气体界面，向下游方向运动并充满预混腔。

此时，预混器空气阀步进至阀位B——空气导流孔关闭，天然气毛细管束喷嘴扇区被遮挡，机外天然气电磁阀关闭。整个预混腔形成轴向下游开口充满预混气的盲管，又由于腔内的径向旋转预混气失去填充压力，使其向下游的轴向（膨胀）速度骤降，考虑到预混器下游连接的多孔介质对预混气的阻力，此时的预混腔内就形成了随阀位周期往复循环的“轴向存有压力梯度的预混气定容体”，且该定容体在被点燃后，同时产生的热能（爆燃）、动能（膨胀）会在固定的容积内产生具有自增压状态的燃气流。

在阀传感器确认阀位定点后，点火器工作。点火产生的燃烧波在预混段全向发散，由于其位置靠近盲管顶部，燃烧波向上游运动，很快触及盲端壁面并被反射形成紧随向下游传播的两道燃烧波，由于流向下游的燃烧波遇到多孔介质时产生迟滞，则上游反射波会对下游燃烧波产生压缩并耦合，其波面的压缩、耦合中产生的皱褶会生成若干局部放热中心，并在放热中心产生微爆，多点的微爆使整个定容体温度、压力上升，继而发展成整体爆燃（或弱爆震），此过程的火焰传播速度远大于缓燃波，可以说是瞬间完成。故其中的氮与氧的反应时间比缓燃波小得多，减少了其生成Nox的几率。

在一个定容体爆燃完成后，阀位转至C位，此时预混腔状态为：机外天然气阀门关断，空气阀门17径向开启、但轴向板仍然遮挡扇形燃料管束喷嘴15，空气切向进入预混腔级部分进入下游多孔介质中，对腔体及多孔介质降温，使其余温在预混燃气自燃温度以下，防止其非受控自燃。而该层空气在下一个爆燃循环开始后，被推入下游充当过剩空气，利于提高爆燃尾焰的燃尽率。空气阀完成A、B、C三个功能位后，在步进电机的带动下，开始下一个A、B、C循环。空气阀C位的设定，同时也为该燃烧驱动器双机构建往复式（蓄热）工作模式提供排烟通道，并同时遮挡保护天然气毛细管束喷嘴。

本实用新型的该种循环模式特点是强调每一次受控（点火）爆燃循环的可靠性、准确性。而精确地控制其循环频率，即可保证对其输出功率的精确控制。反之，也是对其燃耗的精确控制——原因在于每一次的受控爆燃的预混空燃比，，都是按照对应的预混腔内温度既定的化学当量比。本燃气流驱动器的可调工作频率为60Hz以下。

本实用新型只适用于高背压的加热系统。既实现对燃气流具有滞止趋势的传热、做功通道内燃气流的驱动。因为只有下游对燃气流的（扩压）滞止，本驱动器的预混腔才能形成类等容燃烧（爆燃）。该技术特别对应于多孔介质燃烧系统以及紧凑型换热器工况。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种脉冲式等容气体燃烧器驱动头，其特征在于：包括驱动头外壳，与驱动头外壳固定连接的驱动头内壳，设置在驱动头内壳上的天然气冷却腔体、阀驱动电机，设置在天然气冷却腔体内的若干条天然气管道，穿过天然气冷却腔体贴合在天然气冷却腔体一端面上的空气阀轴向板组件，设置在空气阀轴向板组件上的点火器，设置在驱动头内壳左端开口处向上凸起的空气导流板，穿过驱动头外壳、驱动头内壳与所有天然气管道相连通的天然气总管道，以及穿过驱动头外壳、驱动头内壳与天然气冷却腔体相连通的冷却水进口和冷却水出口，所述驱动头外壳与驱动头内壳之间形成一条空气导流通道，所述空气导流通道出气口处设有若干相互间隔的空气导流孔，所述天然气管道出口设置在天然气冷却腔体与空气阀轴向板组件贴合的侧面上，所述天然气管道的出口处设有若干天然气毛细管束喷嘴，所述空气阀轴向板组件上设有若干与空气导流孔、天然气管道出口相配合的缺口和第二缺口，所述空气阀轴向板组件与天然气冷却腔体、驱动头外壳、驱动头内壳连接处密封处理，所述阀驱动电机与空气阀轴向板组件传动连接，控制空气阀轴向板组件的转动。

2.根据权利要求1所述的一种脉冲式等容气体燃烧器驱动头，其特征在于：所述空气阀轴向板组件包括从动齿轮、连接轴和空气阀轴向板，所述空气阀轴向板通过连接轴与从动齿轮相连接，所述从动齿轮与阀驱动电机相连接，通过阀驱动电机带动从动齿轮转动，所述点火器设置在空气阀轴向板中间位置，所述缺口与第二缺口分别设置在空气阀轴向板上。

3.根据权利要求1所述的一种脉冲式等容气体燃烧器驱动头，其特征在于：所述空气导流板形状为圆锥面。

4.根据权利要求1所述的一种脉冲式等容气体燃烧器驱动头，其特征在于：所述天然气管道为十二个。

5.根据权利要求4所述的一种脉冲式等容气体燃烧器驱动头，其特征在于：所述天然气管道的出口处有四百二十二个天然气毛细管束喷嘴。

6.根据权利要求5所述的一种脉冲式等容气体燃烧器驱动头，其特征在于：所述四百二十二个天然气毛细管束喷嘴呈十三列六十八排扇形排列。