CN211952747U - 一种预混单元及燃烧器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及生物质燃气燃烧领域，具体涉及一种预混单元及燃烧器。一种预混单元，包括：预混本体，所述预混本体的入口处通入燃气；一次进风组件，所述一次进风组件导入一次气流到所述预混本体的内部与所述燃气进行一次预混；二次进风组件，包括缩口，所述缩口设置在所述预混本体的内周壁上，所述缩口自所述一次进风组件的出风口延伸至所述预混本体的出口处，所述缩口的靠近预混本体的出口的一端设置有喷嘴，二次气流进入到所述缩口内并从所述喷嘴Ⅰ喷出进行二次预混。解决了现有技术中的预混装置存在的生物质燃气混合均匀度不高，易回火的技术问题。

Description

一种预混单元及燃烧器

技术领域

本实用新型涉及生物质燃气燃烧领域，具体涉及一种预混单元及燃烧器。

背景技术

能源是现代社会赖以生存和发展的基础，能源的供给能力密切关系着国民经济的可持续性发展，是国家战略安全保障的基础之一。中国目前能源供给形势严峻，环境质量包袱沉重。由于化石能源储量日益减少、油价波动较大、对能源安全问题的担忧以及对全球变暖的关注，发展清洁可再生能源已成为紧迫的课题，新能源行业呈现高成长性。根据广泛论证的可再生能源的产业背景及发展概况，以生物质能为代表的生物质气化发电、生物质氢能、生物质绿色液体燃料将成为未来重要的替代能源。生物质能属于清洁能源，中国的生物质再生能源的资源非常丰富，生物质再生能源大规模普及应用，有助于改善生态环境和CO2减排。

随着能源的日益短缺以及人们对环境保护意识越来越高，最近几年国家对新能源的投入逐渐加大，生物质能技术迅速发展。生物质气是一种低热值气体。这种燃气的可燃组分由CO、CnHm、H2、CH4组成。而且其热值、可燃组分随生物质的种类、状态、含水率、气化炉的不同而不同，所以要保证生物质气的充分稳定燃烧，燃烧器必需具备较好的性能。目前国内已经开发出适于生物质燃气燃烧的专用灶具，但其规模小，热值低而且用途单一。以河南省科学院能源研究所研制的JZJ生物质燃气专用灶具为代表的燃烧装置仅限于农村炊事。目前燃气的专用工业燃烧器尚且难以实现，所以生物质燃气难以应用在工业中。目前普遍存在结构设计不合理，燃烧不充分，火力不强，点火压力不稳定，燃烧效率低，经常性熄火，容易爆燃，容易被焦油堵塞等缺点。这些问题都极大地制约了产品的市场推广和应用，使气化燃烧器的寿命大大减少。现在广泛使用的各种热水锅炉、蒸汽锅炉、及各种窑炉的燃烧器包括有点火装置，燃气装置和启动装置：点火装置包括有点火针和点火线；燃气装置包括有燃气管、配风管；启动装置包括风机、空气管和燃料混合管。它们都是生物质燃烧器和气化室是各自独立的，其间需要有动力设备连接，结构复杂成本高。

我们认为好的燃烧器应该具有以下特点：首先，燃烧器应该具有较大的调节比，以适应不同的热负荷。其次，结构设计上应该能够使生物质燃气与空气实现均匀混合，为充分燃烧奠定基础。再者，燃烧器应该有高的燃烧稳定性，这是低热值燃气燃烧的难点，否则就容易发生脱火与回火现象。

生物质燃气的燃烧特点需要较高的点火浓度和较高的点火温度，高温生物质燃气对烧嘴材料的要求能抗膨胀，这些都是生物质燃气的特殊性，需要在设计中考虑到。

实用新型内容

为了解决现有技术中的预混装置存在的生物质燃气混合均匀度不高，易回火的技术问题，本实用新型提出一种预混单元及燃烧器，解决了上述技术问题。本实用新型的技术方案如下：

一种预混单元，包括：预混本体，所述预混本体的入口处通入燃气；一次进风组件，所述一次进风组件导入一次气流到所述预混本体的内部与所述燃气进行一次预混；二次进风组件，包括缩口，所述缩口设置在所述预混本体的内周壁上，所述缩口自所述一次进风组件的出风口延伸至所述预混本体的出口处，所述缩口的靠近预混本体的出口的一端设置有喷嘴Ⅰ，二次气流进入到所述缩口内并从所述喷嘴Ⅰ喷出进行二次预混。

通过设置预混单元包括一次进风组件和二次进风组件，可对燃气进行两次预混，燃气的混合均匀度高；此外，二次进风组件包括设置在预混本体的内周壁上的缩口，缩口的设置减小了预混本体的内径，使燃气和一次气流强制混合；通过缩口上的喷嘴Ⅰ喷出的二次气流可进行二次预混；缩口延伸至预混本体的出口处，可有效防止回火。

进一步地，所述一次进风组件包括一次风管，所述一次风管自所述预混本体的外部向所述预混本体内部导入一次气流，所述一次风管的出风端沿所述预混本体的轴线延伸，所述一次风管的出风口分布有导向叶片Ⅰ。

进一步地，经一次风管喷出的一次气流可覆盖所述缩口的截面，所述缩口的轴向长度不小于150mm。

进一步地，还包括三次进风组件，所述三次进风组件包括间隙套设在所述预混本体外周的三次风管，所述三次风管的出风端延伸至所述预混本体的出口，所述三次风管的出风口分布有导向叶片Ⅱ，三次气流在所述预混本体和所述三次风管之间的间隙流通。

进一步地，所述一次气流经一次进风组件形成旋流喷出，所述二次气流经所述喷嘴Ⅰ倾斜朝向轴线喷出，三次气流经所述导向叶片Ⅱ形成旋流。

进一步地，所述一次气流的气压大于所述二次气流的气压，所述二次气流的气压略大于或等于三次气流的气压，所述一次气流的温度高于所述二次气流和所述三次气流的温度。

进一步地，还包括点火装置，所述点火装置倾斜设置在所述预混本体的侧壁上，所述点火装置的点火端延伸至所述预混本体的出口；或者，所述点火装置集成设置在所述一次进风组件上。

一种燃烧器，包括：加热单元，所述加热单元通入燃气并对燃气进行加热；预混单元，所述加热单元与所述预混单元相接，加热后的燃气进入到预混单元进行预混。

进一步地，所述加热单元包括加热管道和加热器，所述加热器内置于所述加热管道内，所述加热管道的与所述预混单元连接的一端经过垂直弯道进入到预混单元，所述垂直弯道上设置有堵头。

进一步地，所述加热单元和/或所述预混单元的外周设置有隔热层。

基于上述技术方案，本实用新型所能实现的技术效果为：

1.本实用新型的预混单元，包括一次进风组件、二次进风组件和三次进风组件，可对燃气进行多次预混，燃气的混合均匀度高；此外，二次进风组件包括设置在预混本体的内周壁上的缩口，缩口的设置减小了预混本体的内径，使燃气和一次气流强制混合；通过缩口喷出的二次气流可进行二次预混；缩口延伸至预混本体的出口处，可有效防止回火；

2.本实用新型的预混单元，通过设置一次进风组件包括一次风管，一次风管的出风端沿预混本体的轴线延伸，可使一次气流以预混本体的轴线为中心喷出进行预混，混合均匀度高；此外，一次风管喷出的一次气流可覆盖缩口的截面，可使经过缩口段的燃气和一次气流充分混合；设置缩口的轴向长度范围，可保证混合长度，保证混合效果；出风口分布有导向叶片Ⅰ，可对一次气流的喷出方向进行导向；点火装置可单独设置，还可和一次进风组件集成设置，对预混后的生物质燃气进行点火，集成设置的情况下，可减少零部件的使用，减小燃烧器的体积；

3.本实用新型的预混单元，通过设置二次进风组件包括缩口，二次风经喷嘴Ⅰ倾斜朝向轴线喷出，可进行二次预混；三次进风组件包括三次风管，三次风管的出风口设置导向叶片Ⅱ，三次气流可经预混本体和三次风管的间隙流通，最终在导向叶片Ⅱ的导向作用下喷出，可形成旋流，进行三次预混，通过限定一次气流、二次气流和三次气流的方向来保证预混效果；进一步限定一次气流、二次气流和三次气流的气压和温度来保证预混效果和燃气的可燃烧性；

4.本实用新型的燃烧器，包括加热单元和预混单元，可用于生物质燃气的燃烧，对于生物质燃气中的焦油不需要进行水洗，水洗后的含焦油的水非常不易化学处理，因此本燃烧器环保节能；通过加热单元将生物质燃气加热为高温生物质燃气，经高能点火器点火后使生物质燃气在高温下裂解成小分子，小分子物质燃烧效果更好；将生物质燃气加热至高温生物质燃气，经点火装置点火后使生物质燃气燃烧，由于是高温生物质燃气中的焦油在高于300℃时不会发生凝结，而后作为燃料被燃烧，因此本燃烧器的生物质燃气的能量未被浪费；此外，点火装置的点火管上设置有堵头，生物质灰分在堵头处会沉降，减少进入到预混单元的灰分。

附图说明

图1为本实用新型实施例一中预混单元的结构示意图；

图2为图1的A-A截面图；

图3为本实用新型的燃烧器的结构示意图；

图4为本实用新型实施例二中预混单元的结构示意图；

图5为本实用新型实施例三中预混单元的结构示意图；

图中：1-预混单元；11-预混本体；111-喷嘴Ⅱ；12-一次进风组件；121-一次风管；122-导向叶片Ⅰ；13-二次进风组件；131-缩口；132-喷嘴Ⅰ；133-导风管；14-三次进风组件；141-三次风管；1411-进风端；142-导向叶片Ⅱ；15-点火装置；2-加热单元；21-加热管道；211-堵头；22-加热器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

实施例一

如图1-2所示，本实施例提供了一种预混单元，包括预混本体11、一次进风组件12、二次进风组件13和三次进风组件14，预混本体11通入燃气，一次进风组件12、二次进风组件13和三次进风组件14均设置在预混本体11上，一次进风组件12导入一次气流与燃气进行一次预混；二次进风组件13导入二次气流与燃气进行二次预混；三次进风组件14导入三次气流与燃气进行三次预混。

预混本体11呈两端开口的筒状，预混本体11包括入口和出口，预混本体11的入口可通入燃气，预混本体11的出口处设置有喷嘴Ⅱ111。优选地，预混本体11可为直线延伸的筒状，也可为弯折筒状，本实施例中预混本体11为直线延伸的筒状。喷嘴Ⅱ111为沿远离预混本体11的方向内径逐渐增大的喇叭状，以保证预混本体11内的流体充分排出。预混本体11中通入的燃气可选但并不限于生物质燃气。

一次进风组件12包括一次风管121，一次风管121穿过预混本体11的侧壁伸入到预混本体11的内部，并导入一次气流到预混本体11的内部与燃气进行一次预混。一次风管121可设置为直线延伸，也可呈弯折状，只要保证预混本体11内部接通的燃气，一次风管121接通一次气流与燃气进行预混即可。优选地，可设置当预混本体11呈弯折状时，一次风管121呈直线延伸；还可设置当预混本体11呈直线延伸时，一次风管121为弯折状，使一次风管121穿过预混本体11的侧壁伸入到预混本体11的内部。本实施例中，设置预混本体11呈直线延伸的筒状，一次风管121呈弯折状，一次风管121的进风口位于预混本体11的外部，一次风管121的进风口可接一次气流源以通入一次气流；一次风管121的出风口所在端位于预混本体11的内部，且上述端沿预混本体11的轴线或平行于轴线的方向延伸。优选地，一次风管121的出风口所在端与预混本体11位于同一轴线上。

进一步地，一次风管121的出风口内设置有导向叶片Ⅰ122，对一次风管121的出风进行导向。优选地，导向叶片Ⅰ122为螺旋叶片，经导向叶片Ⅰ122出来的一次气流呈旋流。优选地，一次风管121的出风口呈内径逐渐缩小的圆台状，可使一次气流高速喷出。

二次进风组件13包括缩口131，缩口131设置在预混本体11的内周壁上，缩口131自一次风管121的出风口延伸至预混本体11的出口，缩口131凸出于预混本体11的内周壁，使预混本体11内的气流通道内径减小，保证了燃气和一次气流的强制混合。缩口131与预混本体11的内周壁之间形成腔体，腔体通过导风管133与二次气流源连通，使二次气流进入到缩口131内，缩口131的靠近预混本体11的出口的一端设置有喷嘴Ⅰ132，二次气流自喷嘴Ⅰ132喷出，与一次预混后的燃气进行二次预混。优选地，缩口131的两端内径逐渐增大，方便气流的导入和导出。优选地，一次风管121喷出的一次气流可覆盖缩口131的截面，缩口131的轴向长度不小于150mm，以保证一次气流与燃气的充分混合。优选地，喷嘴Ⅰ132为多个，二次气流经喷嘴Ⅰ132倾斜朝向预混本体11的轴线喷出。

三次进风组件14包括三次风管141，三次风管141套设在预混本体11的外周，三次风管141的内周面和预混本体11的外周面之间形成气流通道。三次风管141还延伸有进风端1411，通过进风端1411连通三次气流源，使三次气流进入到气流通道内。优选地，三次风管141的出风端延伸至预混本体11的出口处，三次风管141的出风口分布有导风叶片Ⅱ142，优选地，导向叶片Ⅱ142为螺旋叶片，经导向叶片Ⅱ142出来的三次气流呈旋流。

优选地，经一次风管121喷出的一次气流为高速气流，其风速为30-80m/s，温度为150-200℃，一次气流内的可燃成分不小于20％，含氧量不大于20％，一次气流起到预混和防回火的作用。实际操作中，一次气流的风速可高达70m/s，远远高于火焰的回火速度，可起到很好的防回火作用。一次气流的气压大于二次气流的气压，二次气流的气压略大于或等于三次气流的气压，一次气流的温度高于二次气流和三次气流的温度。二次气流起到补氧和冷却的作用，还可实现高速封氧，经二次进风组件13喷出的二次气流的风速不小于25m/s。

还包括点火装置15，本实施例中，点火装置15单独设置，点火装置15包括点火管和点火件，点火管倾斜设置在预混本体11的侧壁上，点火管的一端伸到三次风管141外导入点火燃料，点火管的另一端为点火端，延伸至预混本体11的出口，并与喷嘴Ⅱ111内部连通，点火管的点火端设置有点火件，可对预混本体11的出口的燃气进行点火。

如图3所示，本实施例还提供了一种燃烧器，包括上述的预混单元1，还包括加热单元2，加热单元2导入燃气并对燃气进行加热，加热后的燃气进入到预混单元1进行预混。

加热单元2包括加热管道21和加热器22，加热器22设置在加热管道21内部，加热管道21的入口端通入燃气，加热器22对进入到加热管道21内的燃气进行加热，加热管道21的出口端连接预混单元1。

优选地，加热管道21的入口处设置有入口阀，以控制燃气的进入到加热管道21内，如发生紧急情况，入口处的燃气还可经入口阀排出；加热管道21呈弯折状，其出口端与预混本体11的入口连接，加热管道21的出口端经过垂直弯道进入到预混本体11内，其垂直弯管上设置有堵头211。

优选地，加热管道21和预混本体11之间可通过法兰连接、粘接、插接等方式进行固定连接，使加热管道21内的燃气可输出到预混本体11内；进一步优选地，加热管道21和预混本体11之间密封连接，防止燃气泄漏。

优选地，加热管道21和预混本体11四周还设置有隔热层，隔热层的材质可选但不限于隔热陶瓷棉。

基于上述结构，本实施例的燃烧器的工作原理为：以生物质燃气为例，生物质燃气自加热单元的入口进入到加热管道21内，加热器22对生物质燃气进行加热，加热后的生物质燃气进入到预混本体11内，一次风管121吹出一次气流与生物质燃气进行一次预混，缩口131内的二次气流经喷嘴Ⅰ132喷出进行二次预混，点火装置15对预混后的生物质燃气进行点火，三次风管141经导向叶片Ⅱ142后呈旋流，维持生物质燃气燃烧。

经本实施例的燃烧器燃烧后，取三次排出的废气进行测量，废气的氮氧含量远远低于国家标准150mg/m³。

实施例二

如图4所示，本实施例与实施例一基本相同，区别仅在于，点火装置15还可集成设置在一次进风组件12上。具体地，点火装置15包括点火管和点火件，点火管和一次风管121形成套管结构，一次风管121通入一次气流，点火管和一次风管121之间通入点火燃料，点火管的出口处设置点火件，当需要点火时，通入点火燃料进行点火；当需要预混时，一次风管121通入一次气流进行一次预混，两个过程互不干扰。

作为本实施例的可替换方案，还可设置点火装置15仅包括点火件，点火件集成设置在一次风管121的出风口上，一次风管121内通入的一次气流可经两个气流源混合形成，其中一个气流源为点火燃料，当需要点火时，可仅导入点火燃料，关闭另一个气流源，点火件在一次风管121的出风口处点火；如仅进行预混，则两个气流源均打开，混合后的气流形成一次气流与燃气进行预混。

此外，还可控制点火装置15的工作，通过检测预混本体11出口处的温度，当温度低于预设值时，控制点火装置15点火。

实施例三

如图5所示，本实施例与实施例二基本相同，区别仅在于，预混本体11、一次风管121、点火装置15均为直线延伸，通过外部管道的连接，使预混本体11通入燃气、一次风管121通入一次气流、点火装置15的点火管通入点火燃料即可。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型的宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.一种预混单元，其特征在于，包括：

预混本体(11)，所述预混本体(11)的入口处通入燃气；

一次进风组件(12)，所述一次进风组件(12)导入一次气流到所述预混本体(11)的内部与所述燃气进行一次预混；

二次进风组件(13)，包括缩口(131)，所述缩口(131)设置在所述预混本体(11)的内周壁上，所述缩口(131)自所述一次进风组件(12)的出风口延伸至所述预混本体(11)的出口处，所述缩口(131)的靠近预混本体(11)的出口的一端设置有喷嘴Ⅰ(132)，二次气流进入到所述缩口(131)内并从所述喷嘴Ⅰ(132)喷出进行二次预混。

2.根据权利要求1所述的一种预混单元，其特征在于，所述一次进风组件(12)包括一次风管(121)，所述一次风管(121)自所述预混本体(11)的外部向所述预混本体(11)内部导入一次气流，所述一次风管(121)的出风端沿所述预混本体(11)的轴线延伸，所述一次风管(121)的出风口分布有导向叶片Ⅰ(122)。

3.根据权利要求2所述的一种预混单元，其特征在于，经一次风管(121)喷出的一次气流可覆盖所述缩口(131)的截面，所述缩口(131)的轴向长度不小于150mm。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种预混单元，其特征在于，还包括三次进风组件(14)，所述三次进风组件(14)包括间隙套设在所述预混本体(11)外周的三次风管(141)，所述三次风管(141)的出风端延伸至所述预混本体(11)的出口，所述三次风管(141) 的出风口分布有导向叶片Ⅱ(142)，三次气流在所述预混本体(11)和所述三次风管(141)之间的间隙流通。

5.根据权利要求4所述的一种预混单元，其特征在于，所述一次气流经一次进风组件(12)形成旋流喷出，所述二次气流经所述喷嘴Ⅰ(132)倾斜朝向轴线喷出，三次气流经所述导向叶片Ⅱ(142)形成旋流。

6.根据权利要求5所述的一种预混单元，其特征在于，所述一次气流的气压大于所述二次气流的气压，所述二次气流的气压略大于或等于三次气流的气压，所述一次气流的温度高于所述二次气流和所述三次气流的温度。

7.根据权利要求1-3、5-6任一项所述的一种预混单元，其特征在于，还包括点火装置(15)，所述点火装置(15)倾斜设置在所述预混本体(11)的侧壁上，所述点火装置(15)的点火端延伸至所述预混本体(11)的出口；或者，

所述点火装置(15)集成设置在所述一次进风组件(12)上。

8.一种燃烧器，其特征在于，包括：

加热单元(2)，所述加热单元(2)通入燃气并对燃气进行加热；

权利要求7所述的预混单元(1)，所述加热单元(2)与所述预混单元(1)相接，加热后的燃气进入到预混单元(1)进行预混。

9.根据权利要求8所述的一种燃烧器，其特征在于，所述加热单元(2)包括加热管道(21)和加热器(22)，所述加热器(22)内置于所述加热管道(21)内，所述加热管道(21)的与所述预混单元(1) 连接的一端经过垂直弯道进入到预混单元(1)，所述垂直弯道上设置有堵头(211)。

10.根据权利要求8-9任一项所述的一种燃烧器，其特征在于，所述加热单元(2)和/或所述预混单元(1)的外周设置有隔热层。

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