CN218269055U - 燃烧器及燃烧系统 - Google Patents

Abstract

一种燃烧器(1)及燃烧系统(34)，包括：扩散器壁(5)，引燃室(9)及主腔室(16)。扩散器壁(5)限定与入口通道(3)流动连通的内部空间(6)，并形成用于气体混合物(4)从内部空间(6)到发生燃烧的扩散器壁(5)外侧(8)的扩散器穿孔(7)。引燃室(9)形成在内部空间(6)中并由扩散器壁(5)的引燃部分(10)限定，引燃室(9)形成扩散器穿孔(7)的引燃穿孔(11)，引燃室(9)通过引燃壁(12)至少部分地延伸到内部空间(6)中；在内部空间中，引燃室(9)形成一个或多个引燃入口(14)和引燃气体开口(32)。本申请的燃烧器至少可以减少在初始燃烧器预点火和点火步骤中在燃烧器处的爆炸性气体预混合物的积累。

Description

燃烧器及燃烧系统

技术领域

本实用新型涉及一种用于锅炉和工业应用的气体燃烧器及燃烧系统，特别是一种具有大于200kW的增加功率的燃烧器，包括：可连接到锅炉或工业应用燃烧室的支撑壁，该支撑壁具有用于将燃料气体和助燃剂的混合物引入燃烧器的入口开口，管状扩散器壁，其第一端连接到与入口开口流动连通的支撑壁，第二端通过封闭底座封闭，以及用于气体混合物从燃烧器内部到外侧的通道的穿孔发生燃烧的扩散器壁的一侧。

背景技术

所述类型的预混燃烧器在操作安全性方面具有缺点，特别是如果其尺寸适合增加的热功率。在最初的点火步骤中，燃烧器和燃烧室充满了大量最初不参与计划燃烧的爆炸性气体-空气混合物。局部点火火花只有在燃烧器内外的燃料气体混合物达到足够浓度并因此也远离点火火花本身的位置后才能触发燃烧的开始。这会导致燃烧器充满不希望有的大量爆炸性气体混合物，并在没有燃烧的情况下穿过这种情况(预点火步骤)。点火后，火焰从局部点火点沿扩散器壁向多个方向传播，直至到达并覆盖整个燃烧表面。同样在该火焰传播步骤中，气体-空气混合物继续离开燃烧器并填充燃烧区域也远离燃烧器，增加了发生计划外、不稳定和剧烈燃烧的风险。

在燃烧器的这些过渡操作步骤中，电离传感器提供的信号(火焰检测信号)也不是确定的并且不代表燃烧器的整个燃烧表面上的实际燃烧条件。

实用新型的内容

因此，本实用新型的目的是提供一种上述类型或类似类型的气体燃烧器及燃烧系统，但是对其进行改进和修改以克服已知技术的至少一些观察到的缺陷。

在一般目的的范围内，本实用新型的特定目的是改进已知的燃烧器以减少在初始燃烧器预点火和点火步骤中在燃烧器处的爆炸性气体预混合物的积累。

本实用新型的另一个特定目的是改进已知的燃烧器，以便获得刚刚点燃的火焰，例如从点火火花，从其初始点火位置到剩余燃烧的更受控制和确定的传播扩散器壁的表面。

本实用新型的另一个具体目的是通过电离传感器确认初始燃烧器点火步骤中存在火焰的电离信号的确定性和可靠性来改进已知燃烧器。

根据本实用新型的一个方面，用于锅炉和工业应用的气体燃烧器，特别是具有大于 200kW的增加功率的燃烧器，包括：支撑壁、扩散器壁、引燃室及主腔室。

所述支撑壁可连接到燃烧室并形成用于将燃料气体和燃烧空气的气体混合物引入所述燃烧器的入口通道。

所述扩散器壁限定与所述入口通道流动连通的内部空间，并形成用于所述气体混合物从所述内部空间到发生燃烧的所述扩散器壁外侧的扩散器穿孔。

A)所述引燃室形成在所述内部空间中并由所述扩散器壁的引燃部分限定，所述引燃室形成所述扩散器穿孔的引燃穿孔，所述引燃室通过引燃壁至少部分地延伸到所述内部空间中；

其中，所述引燃室限定引燃内部体积并形成：

一个或多个引燃入口，所述一个或多个引燃入口用于根据需要将单独的空气或气体 -空气预混合物供应到所述引燃室中。

引燃气体开口，所述引燃气体开口可连接到非预混燃料气源并通向所述引燃室以将非预混燃料气体直接供应到所述引燃室中。

B)所述主腔室形成在所述内部空间中且由所述扩散器壁的主要部分限定，所述主腔室通过所述引燃壁形成所述扩散器穿孔的主穿孔。其中，所述主腔室限定主要内部体积并与所述入口通道流动连通以根据需要将单独空气或气体-空气预混合物供应到所述主腔室中, 其中，所述主要内部体积大于所述引燃内部体积，并且所述主穿孔的延伸面积大于所述引燃穿孔的延伸面积。

通过提供尺寸小于主腔室的单独的引燃室，可以在初始点火步骤中选择性地将非预混气体单独供应到引燃室中，并将非预混合空气供应到引燃室和主腔室两者中。这导致仅在可以执行点火的引燃室中形成空气和燃料气体的局部混合物。

随着点火，首先形成了引燃火焰表面，限制在扩散器壁的引燃部分，并且仅随后，当纯空气的供应被气体-空气预混合物的供应替代时，火焰同时从整个引燃部分开始(而不仅仅是从一个点火点开始)在扩散器壁的其余主要部分上传播。

因此，在初始点火步骤中，燃烧器不会充满不希望数量的爆炸性气体-空气混合物，并且初始燃烧在存在最少量浓缩气体和大量空气的情况下发生。

因此，点火火花可以在燃料气体集中存在的非常有限的区域产生，而扩散器壁的剩余主要部分最初仅被空气穿过。这减少或消除了燃烧器周围的燃烧室中不受控制、不稳定或剧烈点火的危险情况。

分两步点火——首先在引燃部分，然后在扩散器壁的主要部分——进一步确保火焰在整个燃烧表面上的有效、快速和完全传播。

最后，在限于扩散器壁的引燃部分的第一点火步骤中，电离传感器可以检测火焰存在信号，该火焰存在信号更可靠并且代表位于其中的燃烧环境。

附图说明

为了更好地理解本实用新型并领会其优点，下面将参照附图描述本实用新型的一些非限制性实施例，其中：

图1是根据本实用新型实施例的燃烧器(没有外侧织物或外侧网)的侧视图。

图2是根据本实用新型实施例的燃烧器(具有外织物或外网)的侧视图。

图3是根据图1中的剖面III-III的剖视图。

图4是图1或图2中燃烧器的俯视图。

图5是根据图1或图2的燃烧器的仰视图。

图6显示了根据一个实施例的燃烧器的扩散器壁的引燃部分的穿孔细节。

图7显示了根据一个实施例的燃烧器的扩散器壁的主要部分的穿孔细节。

图8是根据图4中的剖面VIII-VIII细节的剖视图。

图9、10显示了根据一个实施例进入拆卸和组装燃烧器的引燃室的空气、空气-气体预混合物和气体供应细节。

图11示意性地示出了用于锅炉或用于一般工业应用的燃烧系统，其被配置用于并且包括根据实施例的燃烧器。

图12显示了根据一个实施例的燃烧系统和燃烧器随时间变化的功能图。

图13是根据一个实施例的(圆柱形)燃烧器的爆炸图。

图14是根据另一实施例的(扁平、弯曲)燃烧器的剖视图。

图15是图14中(扁平、弯曲)燃烧器的俯视图。

具体实施方式

参考附图，作为整体示出了用于锅炉或用于工业应用的气体燃烧器，其通常通过燃料气体的燃烧或特别是燃料气体和空气的预混合物的燃烧来产生热量，用数字1表示。燃烧器1包括可连接到锅炉或工业应用的燃烧室的支撑壁2，支撑壁2形成用于将燃料气体和燃烧空气的气体混合物4引入燃烧器1的入口通道3。

燃烧器1还包括扩散器壁5，其限定与入口通道3流动连通的内部空间6，并形成扩散器穿孔7，以使气体混合物4从内部空间6流向发生燃烧的扩散器壁5的外侧8。

根据本实用新型的一个方面，燃烧器1包括形成在内部空间6中并由扩散器壁5的引燃部分10限定的引燃室9，引燃室9形成所述扩散器穿孔7的引燃穿孔11，并且由引燃壁12至少部分地延伸到内部空间6中。

引燃室9限定引燃内部体积13并形成：

一个或多个引燃入口14，用于根据需要将单独的空气或气体-空气预混合物供应到引燃室9中，

引燃气体开口32，其可连接到非预混燃料气体源15并通向引燃室9，以将非预混燃料气体直接供应到引燃室9中。

燃烧器1还包括形成在内部空间6中的主腔室16，主腔室16由扩散器壁5的主要部分17限定，主腔室16由所述引燃壁12形成所述扩散器穿孔7的主穿孔18，其中主腔室 16限定了主要内部体积19并且与入口通道3流动连通，以根据需要将单独的空气或气体- 空气预混合物供应到主腔室16中。

有利地，主要内部体积19大于引燃内部体积13并且主穿孔18的延伸面积大于引燃穿孔11的延伸面积。

根据一个实施例，扩散器壁5是管状的，与燃烧器1的纵向轴线20同轴，并且具有第一端21和第二端22。第一端21连接到与入口通道3流动连通的支撑壁2，第二端22是封闭的，例如通过封闭底座23。

引燃壁12包括管状壁部分24、环形前壁部分25及环形后壁部分26。管状壁部分24设置在扩散器壁5中并且优选与扩散器壁5同轴。环形前壁部分25在扩散器壁5和管状壁部分24之间在引燃室9的面向入口通道3的前侧上延伸。环形后壁部分26在扩散器壁5 和管状壁部分24之间在引燃室9的面对扩散器壁5的第二封闭端22的后侧延伸，并且使引燃室9形成环形形状(空心圆柱体的形状)。

根据一个实施例，引燃入口14形成在前壁部分中，以直接面对通过入口通道3进入燃烧器1的内部空间6的空气或气体-空气预混合物的流动。

有利地，引燃入口14优选地是圆形的并且可以设置成相对于纵向轴线20周向的一个或多个连续的(例如，6、8、10或12、15、29)孔。

引燃气体开口32可以是孔，优选地在前壁部分25中，管或气体喷嘴33延伸穿过该孔。可以提供两个或更多个引燃气体开口32。

前壁部分25优选地是环形圆形并且可以与支撑壁2形成为一体或连接到其上，例如通过焊接或压配合，或者焊接到管状壁部分24并且楔入或并排放置，与扩散器壁5的内表面接触。

根据一个实施例，管状壁部分24没有开口以防止或限制气体或气体-空气混合物从引燃室9的内部泄漏到主腔室16中。

管状壁部分24有利地是圆柱形管状，但也可以是多边形管状、椭圆形管状或截头圆锥形管状。

根据实施例，前壁部分25或后壁部分26的一个或两个部分可以由径向向外弯曲或倾斜的管状壁部分24的端部延伸形成。

后壁部分26优选地是环形圆形并且可以例如由焊接到管状壁部分24并楔入或并排放置以接触扩散器壁5内表面的环形金属盘形成。

而且，后壁部分26有利地没有开口以使气体或气体-空气混合物从引燃室9的内部到主腔室16中的泄漏最小化。

根据一个优选实施例，引燃室9设置靠近扩散器壁5的第一端21，在燃烧器1的入口通道3的一侧。

有利地，主穿孔18的延伸面积与引燃穿孔11的延伸面积的比率(不将净通道面积视为延伸面积，而是视为包括孔和扩散器壁的基材的总表面积)大于6，优选大于8，或者甚至更优选大于9。

因此，在具有圆柱形扩散器壁5的实施例中，主腔室16在纵向轴线20方向上的长度与引燃室9在纵向轴线20方向上的长度之比，有利地大于6，优选大于8，甚至更优选大于9。

有利地，圆柱形扩散器壁5的直径与圆柱形管状壁部分24的直径之比在在1.1-1.5的范围内，优选地，在1.2-1.4范围内，更优选地，在1.30-1.36范围内。

支撑壁2由金属板，例如钢制成，并且形成外圆周座27和内圆周座28。

外圆周座27(圆周台阶)面向燃烧器1的外侧并适于容纳扩散器壁5的前边缘，内圆周座28或内管边缘轴向突出到内部空间6中并适于容纳管壁部分24的前边缘以确保其正确定位。

根据一个实施例，扩散器壁5由穿孔的钢金属板组成并且是圆柱形或略微截头圆锥形的。附加地或替代地，扩散器壁5的穿孔钢金属板可以通过由金属或陶瓷或烧结材料制成的网或织物29的外层在外侧覆盖，其提供或与发生燃烧的扩散器壁5的外表面一起起作用。

根据有利地适用于所有实施例的一个方面，引燃穿孔11(或引燃部分10)的孔隙率(开口的净通道面积与总表面积的比率)小于主穿孔18(或主要部分17)的孔隙率。

以这种方式，在初始点火步骤中，在混合物通过引燃穿孔11朝向该位置之前，确保引入引燃室9的气体和空气的足够的储存持续时间和现场混合的点火火花。

作为非限制性示例(图6、7)，引燃穿孔11的各个孔或狭缝可以与主穿孔18的那些相同，但是引燃孔中的各个孔或狭缝之间的距离穿孔11可以大于主穿孔18中的各个孔或狭缝之间的距离。

有利地，引燃部分10的孔隙率(通道面积/总面积的比率)在从2％到4％的范围内，并且主要部分17的孔隙率在从6％到8％的范围内。

根据一个替代实施例，扩散器壁5可以是平坦的或朝向燃烧器的外侧8凸形弯曲并且形成连接到与入口通道3流动连通的支撑壁2的外围边缘30。

在该实施例中，引燃室9优选地沿扩散器壁5的外围区域31形成，有利地环绕，并且引燃穿孔11围绕主穿孔18延伸。

本实用新型还涉及一种燃烧系统34，包括：

燃烧器1；

气体-空气预混合装置43，例如文丘里喷射器，具有气体入口45、空气入口46和混合物出口47；

具有主气阀36的主气管35，主气阀36可连接到燃料气体源并且与气体-空气预混合装置43的气体入口45连通；

具有可选的空气过滤器38的空气管道37，与气体-空气预混合装置43的空气入口46 连通；

具有与设置在燃烧器1的引燃气体开口32处的气体喷嘴33连通的引燃气阀40的引燃气体管道39；

传送器44介于预混合装置43的混合物出口47和燃烧器1的入口通道3之间并与预混合装置43的混合物出口47和燃烧器1的入口通道3连通；

点火装置48，例如适于产生点火火花的点火电极，设置在燃烧器1的外侧8上，在扩散器壁5的引燃部分10处；

电离传感器49，例如相同的点火电极，设置在燃烧器1的外侧8上，在扩散器壁5的引燃部分10处，

电子控制系统50与电离传感器49信号连接并且被配置为控制传送器44、主气阀36、引燃气阀40和点火装置48，从而：在点燃燃烧器1的第一步骤中，传送器44将未与气体混合的空气单独通过入口通道3和引燃入口14输送到引燃室9和主腔室16中，引燃气体管道39通过引燃气体开口32将燃料气体仅供给引燃室9，点火装置产生点火火花；在之后的点火步骤中，在通过电离传感器49检测到火焰存在之后，传送器44将气体-空气预混合物通过入口通道3和引燃入口14传送到引燃室9和主腔室16中，引燃气阀40中断通过引燃气体管道39的气体供应，使得火焰从引燃部分10传播到扩散器壁5的整个主要部分 17上。

本实用新型还涉及一种燃烧控制方法，该方法使用燃烧系统34并且包括参照电子控制系统50描述的方法步骤，并且为了简洁起见在此不再重复。

显然，本领域技术人员为了满足偶然和特定的需要，可以对根据本实用新型的燃烧器进行进一步的变化和变型，均落入本实用新型的保护范围内。

Claims (14)

1.一种燃烧器(1)，其特征在于，所述燃烧器包括：

支撑壁(2)，所述支撑壁(2)可连接到燃烧室并形成用于将燃料气体和燃烧空气的气体混合物(4)引入所述燃烧器(1)的入口通道(3)；

扩散器壁(5)，所述扩散器壁(5)限定与所述入口通道(3)流动连通的内部空间(6)，并形成用于所述气体混合物(4)从所述内部空间(6)到发生燃烧的所述扩散器壁(5)外侧(8)的扩散器穿孔(7)；

引燃室(9)，所述引燃室(9)形成在所述内部空间(6)中并由所述扩散器壁(5)的引燃部分(10)限定，所述引燃室(9)形成所述扩散器穿孔(7)的引燃穿孔(11)，所述引燃室(9)通过引燃壁(12)至少部分地延伸到所述内部空间(6)中；

其中，所述引燃室(9)限定引燃内部体积(13)并形成：

一个或多个引燃入口(14)，所述一个或多个引燃入口(14)用于根据需要将单独的空气或气体-空气预混合物供应到所述引燃室(9)中，

引燃气体开口(32)，所述引燃气体开口(32)可连接到非预混燃料气源(15)并通向所述引燃室(9)以将非预混燃料气体直接供应到所述引燃室(9)中，

主腔室(16)，所述主腔室(16)形成在所述内部空间(6)中且由所述扩散器壁(5)的主要部分(17)限定，所述主腔室(16)通过所述引燃壁(12)形成所述扩散器穿孔(7)的主穿孔(18)，

其中，所述主腔室(16)限定主要内部体积(19)并与所述入口通道(3)流动连通以根据需要将单独空气或气体-空气预混合物供应到所述主腔室(16)中,

其中，所述主要内部体积(19)大于所述引燃内部体积(13)，并且所述主穿孔(18)的延伸面积大于所述引燃穿孔(11)的延伸面积。

2.根据权利要求1所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述扩散器壁(5)是管状的，与所述燃烧器(1)的纵向轴线(20)同轴，并且具有第一端(21)和第二封闭端(22)，所述第一端(21)连接到与所述入口通道(3)流动连通的所述支撑壁(2)，并且其中，所述引燃壁(12)包括：

管状壁部分(24)，所述管状壁部分(24)设置在所述内部空间(6)中，

环形前壁部分(25)，所述环形前壁部分(25)在所述扩散器壁(5)和所述管状壁部分(24)之间在所述引燃室(9)的面向所述入口通道(3)的前侧上延伸，

环形后壁部分(26)，所述环形后壁部分(26)在所述扩散器壁(5)和所述管状壁部分(24)之间在所述引燃室(9)面向所述扩散器壁(5)的所述第二封闭端(22)的后侧上延伸，

从而使所述引燃室(9)呈环形。

3.根据权利要求2所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述引燃入口(14)形成在所述环形前壁部分(25)中，以直接面对通过所述入口通道(3)进入所述燃烧器(1)的所述内部空间(6)的空气流或气体-空气预混合物流。

4.根据权利要求2所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述引燃入口(14)是圆形并且以相对于所述纵向轴线(20)至少圆周的顺序设置。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述引燃气体开口(32)是在所述引燃壁(12)中或在所述环形前壁部分(25)中的孔，管或气体喷嘴(33)穿过所述孔延伸。

6.根据权利要求2-4中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述环形前壁部分(25)与所述支撑壁(2)一体形成或通过焊接或压配合相互连接，或者所述环形前壁部分(25)被焊接到所述管状壁部分(24)并且楔入或并排放置以接触所述扩散器壁(5)的内表面。

7.根据权利要求2-4中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述环形后壁部分(26)由环形金属盘组成，所述环形金属盘焊接到所述管状壁部分(24)并且楔入或并排放置以接触所述扩散器壁(5)的内表面。

8.根据权利要求2-4中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述管状壁部分(24)和所述环形后壁部分(26)没有开口。

9.根据权利要求2-4中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述引燃室(9)在所述燃烧器(1)的所述入口通道(3)一侧与所述扩散器壁(5)的所述第一端(21)邻近设置。

10.根据权利要求2-4中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述主穿孔(18)的所述延伸面积与所述引燃穿孔(11)的所述延伸面积之比大于6或大于8或大于9。

11.根据权利要求2-4中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述引燃穿孔(11)的孔隙率小于所述主穿孔(18)的所述孔隙率，

或者，所述引燃部分(10)的所述孔隙率在2％-4％的范围内，所述主要部分(17)的所述孔隙率在6％-8％的范围内，其中所述孔隙率为通道面积/总面积之比。

12.根据权利要求1所述的燃烧器(1)，其特征在于：

所述扩散器壁(5)是平坦的或朝向所述燃烧器(1)的所述外侧(8)凸形弯曲并且形成连接到所述支撑壁(2)的外围边缘(30)，所述支撑壁(2)与所述入口通道(3)流动连通,

所述引燃室(9)沿所述扩散器壁(5)的外围区域(31)形成，所述引燃穿孔(11)围绕所述主穿孔(18)延伸。

13.根据权利要求2-4中任一项所述的燃烧器(1)，其特征在于，所述燃烧器(1)包括两个或两个以上的所述引燃气体开口(32)。

14.一种燃烧系统(34)，其特征在于，所述燃烧系统(34)包括：

根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器(1)，

气体-空气预混合装置(43)，所述气体-空气预混合装置(43)具有气体入口(45)、空气入口(46)和混合物出口(47)，

主气管(35)，所述主气管(35)具有主气阀(36)，所述主气阀(36)可连接到燃料气源并与所述气体-空气预混合装置(43)的所述气体入口(45)连通，

空气管道(37)，所述空气管道(37)与所述气体-空气预混合装置(43)的所述空气入口(46)连通，

引燃气体管道(39)，所述引燃气体管道(39)具有引燃气阀(40)，所述引燃气阀(40)与设置在所述燃烧器(1)的所述引燃气体开口(32)处的气体喷嘴(33)连通，

传送器(44)，所述传送器(44)在所述预混合装置(43)的所述混合物出口(47)和所述燃烧器(1)的所述入口通道(3)之间并与所述预混合装置(43)的所述混合物出口(47)和所述燃烧器(1)的所述入口通道(3)连通，

点火装置(48)，所述点火装置(48)设置在所述燃烧器(1)外侧(8)的所述扩散器壁(5)的所述引燃部分(10)处，

电离传感器(49)，所述电离传感器(49)设置在所述燃烧器(1)所述外侧(8)的所述扩散器壁(5)的所述引燃部分(10)处，

电子控制系统(50)，所述电子控制系统(50)与所述电离传感器(49)信号连接并配置为：控制所述传送器(44)、所述主气阀(36)、所述引燃气阀(40)和所述点火装置(48)以便：

在点燃所述燃烧器(1)的第一步中，所述传送器(44)将未与气体混合的空气单独通过所述入口通道(3)和引燃入口(14)输送到所述引燃室(9)中并进入引燃室(9)和所述主腔室(16)，所述引燃气体管道(39)将燃料气体通过所述引燃气体开口(32)仅供给所述引燃室(9)，所述点火装置(48)产生点火火花，

在下一个点火步骤中，在通过所述电离传感器(49)检测到火焰存在后，所述传送器(44)将气体-空气预混合物通过所述入口通道(3)和所述引燃入口(14)传送到所述引燃室(9)和所述主腔室(16)，所述引燃气阀(40)通过所述引燃气体管道(39)的中断气体供应，使得火焰从所述引燃部分(10)传播到所述扩散器壁(5)的整个所述主要部分(17)。

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