WO2020140383A1 - 一种两级燃烧式火排燃烧器 - Google Patents

Abstract

一种两级燃烧式火排燃烧器，包括底座（10）和设置在底座（10）上的若干火片（20），底座（10）上设置有与火片（20）对齐的燃气喷嘴（11），燃气喷嘴（11）用于向火片（20）内喷射燃气，喷射的燃气能够带动空气进入到火片（20）内而形成预混气体，预混气体能够自火片（20）上部的火孔（21）排出和燃烧，火片（20）内的预混气体能够进行缺氧燃烧，各两相邻火片（20）之间具有用于给火孔（21）处火焰补充空气的二次空气补充通道（30），该燃烧器燃烧更加充分、火焰更为均匀，能进一步降低氮氧化物和一氧化碳的排放量。

Description

一种两级燃烧式火排燃烧器

技术领域

本发明涉及火排燃烧器领域。

背景技术

火排燃烧器通常应用在模块炉、壁挂炉、热水器、蒸汽发生器等供暖、供热水、供蒸汽的装置上，通常包括底座和若干并列设置在底座上的火片，底座上设置与火片对齐的燃气喷嘴，燃气喷嘴向火片的燃气通道内喷射燃气，在此过程中，利用引射原理，能够带动周围的空气进入燃气通道与燃气混合，之后混合气体从火片的火孔排出而进行燃烧。

近年来，由于环保问题越来越严峻，北京于2017年4月1日正式施行最严格的锅炉氮氧化物排放标准，要求新建锅炉氮氧化物排放量在基准含氧量为3.5%的折算值＜30mg/m³、同时一氧化碳排放量折算值＜95 mg/m³，随后多个城市和地区陆续颁布并实施北京标准。燃烧器作为锅炉的主要供热设备，是锅炉大气污染排放的主要来源，选用更低氮氧化物排放量的燃烧器是降低锅炉大气污染排放的主要手段，最大限度的节约能源也是燃烧器的重要性能指标。

氮氧化物和一氧化碳的排放量主要取决于燃气燃烧的充分与否，燃气充分燃烧则能够有效减少氮氧化物和一氧化碳的排放。传统的单喷嘴火排燃烧器难以保证氧气与燃气的准确混合比例，因此难以控制氮氧化物和一氧化碳的排放量，目前出现了通过高精密电子控制系统控制燃气和空气按全预混比例进行预混的全预混燃烧器，燃烧自然充分，化学不完全燃烧损失较少，热效率高，氮氧化物排放量能做到＜30mg/ m³，一氧化碳＜95mg/m³，排放量完全满足要求。尽管全预混燃烧器在节能、环保方面能完全满足新建锅炉的大气污染排放标准，但是为保证全预混燃烧的稳定性，就要同时对燃气和空气进行精准的比例控制，这是难度极高的非线性控制。全预混燃烧器在燃烧过程中，燃气和空气的比例控制不准会发生两种情况：如果预混空气不足，又没有二次空气补给，那就是缺氧燃烧，一氧化碳排放量将会大幅上升，这就是目前大多数全预混锅炉在实际的使用中节能效果不佳的原因之一：如果预混空气过量，那就是过预混，点火时容易爆燃。全预混燃烧的稳焰问题是另一个难题，采用机械方法加工的火孔结构很难稳定火焰，几乎全世界的全预混燃烧器都是采用耐高温的金属纤维编制网包裹火孔表面进行稳焰的，这种微孔稳焰的方法很有效，但是成本很高，且使用寿命短，是昂贵的易损件，为了防止金属纤维编制网堵塞影响燃烧，就必须对燃气严格过滤和空气滤清处理，这不仅增加了锅炉的运行成本，而且会影响到空燃比的稳定性。头部结构比较复杂和笨重以防止发生回火现象，在高压、高负荷时会有较大的噪音都是全预混燃烧器的缺点。

参照图1，该种单喷嘴火排燃烧器是较早利用引射原理的火排燃烧器，其通过底座10上的燃气喷嘴11喷射燃气来带动空气进入火片20进行混合，之后从火孔21排出和燃烧，通常将空气与燃气的预混度设置为70%以下，预混气体无法点燃，其通过在两相火片20之间的较大间距来补充空气从而进行燃烧，这样便会影响同尺寸规格下的火焰燃烧面积，从而影响火排燃烧器的功率大小，单喷嘴火排燃烧器燃烧火焰高且不充分，一氧化碳和氮氧化物都很高。

参照图2和图3，该种全预混燃烧器是近期出现的另一种利用引射原理的火排燃烧器，同样通过底座10上的燃气喷嘴11向火片20喷射燃气来带动空气进入火片20进行混合，之后从火孔21排出和燃烧，这种燃烧器是通过调节燃气的喷射速度和引风机的引风量达到空气与燃气的全预混，对控制精度的要求不高，同样能够大幅降低氮氧化物和一氧化碳的排放量，然而这种火排燃烧器的氮氧化物和一氧化碳的排放量依然不够理想，不能通过国家最严格新建锅炉大气污染物排放标准的指标，同时由于这种火排燃烧器是采用全预混燃烧方式，无需另外补充空气，各火片20紧贴在一起，导致散热效果不良，需要增设水冷管40进行降温，水冷管40又会占用火片20的空间，使得火片20的燃气流道23只能靠两侧设置，影响预混气流的均匀度，从而导致火焰难以做到均匀等高，容易造成局部燃烧不充分的现象，也难以增加燃气喷嘴11和燃气流道23，不利于改善氮氧化物和一氧化碳的排放。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种结构简单、能够有效减少氮氧化物的排放量、节能环保的两级燃烧式火排燃烧器。

本发明为解决其技术问题而采用的技术方案是：

一种两级燃烧式火排燃烧器，包括底座和设置在底座上的若干火片，底座上设置有与所述火片对齐的燃气喷嘴，所述燃气喷嘴用于向火片内喷射燃气，喷射的燃气能够带动空气进入到火片内而形成预混气体，预混气体能够自火片上部的火孔排出和燃烧，所述火片内的预混气体能够进行缺氧燃烧，各两相邻火片之间具有用于给火孔处火焰补充空气的二次空气补充通道。

优选的，所述的火片内的预混气体的预混度大于或等于85%且小于95%。

优选的，各两相邻火片之间相隔一距离而形成所述的二次空气补充通道。

优选的，各两相邻火片之间相隔的距离为1mm至3mm。

优选的，所述火片的侧壁上具有侧向凸起的定位凸块，各两相邻火片上的定位凸块相抵接以使两相邻火片间隔一距离。

优选的，所述火片的顶板呈“V”字型，所述的火孔设置在顶板的左部和右部并呈侧向的长条状。

优选的，所述的火片包括基体和火孔件，所述的火孔件设置在基体的顶部，基体的侧壁上具有下凹的隔热槽，所述隔热槽的下内壁与火孔件的顶面上下间隔一距离，所述的火孔设置在所述的火孔件的顶部。

本发明的有益效果是：本发明中，燃气喷嘴喷射的燃气通过引射原理带动空气进入火片内形成预混气体，且该预混气体能够进行缺氧燃烧，能够有效降低火焰温度，抑制氮氧化物的生成，且易于点火和稳焰，在火孔处点燃预混气体后，各两相邻火片之间的二次空气补充通道能够给火焰补充空气，这些补充的空气能够与尚未燃尽的烟气再度混合，完成二级燃烧，确保燃烧充分，由此能够有效降低氮氧化物的排放，二次燃烧所需的空气较少，因此相应的二次空气补充通道也不会占用过大的空间，能够有效提高本火排燃烧器的功率，二次空气补充通道内的气流也能够对火片起到冷却效果，同时由于一级的缺氧燃烧降低了火焰温度，因此无需在本火排燃烧器上增设冷却水管进行冷却，结构更为简单，使得火片的燃气引射管道能够更为均匀的布置，也能够方便的增加引射管道的数量，由此能够使得本火排燃烧器燃烧更加充分、火焰更为均匀，进一步降低氮氧化物和一氧化碳的排放量。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是现有的单喷嘴火排燃烧器的结构图。

图2是现有的全预混火排燃烧器的结构图；

图3是现有全预混火排燃烧器的火片的结构图；

图4是本发明的结构图；

图5是图4中A部分的局部放大图；

图6是本发明的剖视图；

图7是图6中B部分的局部放大图；

图8是本发明中火片的结构图；

图9是本发明中火片的剖视图；

图10是本发明的仰视图；

图11是本发明的工作状态示意图。

具体实施方式

参照图4至图11，一种两级燃烧式火排燃烧器，包括底座10和设置在底座10上的若干火片20，底座10上设置有与火片20对齐的燃气喷嘴11，燃气喷嘴11用于向火片20内喷射燃气，喷射的燃气能够带动空气进入到火片20内而形成预混气体，预混气体能够自火片20上部的火孔21排出和燃烧，火片20内的预混气体能够进行缺氧燃烧，各两相邻火片20之间具有用于给火孔21处火焰补充空气的二次空气补充通道30。本发明中，燃气喷嘴11喷射的燃气通过引射原理带动空气进入火片20形成预混气体，且该预混气体能够进行缺氧燃烧，能够有效降低火焰温度，抑制氮氧化物的生成，且易于点火和稳焰，在火孔21处点燃预混气体后，各两相邻火片20之间的二次空气补充通道30能够给火焰补充空气，这些补充的空气能够与尚未燃尽的烟气再度混合，完成二级燃烧，确保燃烧充分，由此能够有效降低氮氧化物的排放，二次燃烧所需的空气较少，因此相应的二次空气补充通道30也不会占用过大的空间，能够有效提高本火排燃烧器的功率，二次空气补充通道30内的气流也能够对火片20起到冷却效果，同时由于一级的缺氧燃烧降低了火焰温度，因此无需在本火排燃烧器上增设冷却水管进行冷却，结构更为简单，使得火片20的燃气引射管道能够更为均匀的布置，也能够方便的增加引射管道的数量，由此能够使得本火排燃烧器燃烧更加充分、火焰更为均匀，进一步降低氮氧化物和一氧化碳的排放量。

本发明中，火片20内的预混气体的预混度大于或等于85%且小于95%，这样能够有效保证预混气体的燃烧效果，并且能够减小二次空气补充通道30的大小，从而能够在保证燃烧稳定性和提高燃烧效率两者之间达到良好的平衡，在实际应用中，通过调节燃气喷嘴11的大小、火片20的引射管道大小、燃气喷射速度等参数能够对预混度进行调节，这些都是本领域中的常用技术手段，本领域技术人员很容易根据实际需要进行调节，在此不另作详述。本发明中的预混度是相对完全燃烧的预混比例，预混度为100%即空气与燃气的比例刚好能够供燃气完全燃烧，预混度90%即可认为对于一定体积的燃气，预混空气的体积为完全燃烧所需体积的90%，依此类推，这也是本领域技术人员常用的计量方式。

本发明中，各两相邻火片20之间相隔一距离而形成二次空气补充通道30，这样能够有效方便加工和装配，结构更为简单，利用底座10与火片20之间的间隙以及底座10上的通气口12即可使得外界空气能够顺畅的进入到二次空气补充通道30内并且自下而上经过火片20，能够对火片20起到良好的散热效果，当然，实际应用中，也可另外在两相邻火片20件设置空气管道等来作为二次空气补充通道30，并不局限于此。

本发明中，各两相邻火片20之间相隔的距离为1mm至3mm，已能够满足大部分情况下空气补充的需求，并且不会对火焰燃烧面积造成较大的影响，能够在空气补充和燃烧功率之间起到较好的平衡。当然，实际应用中，该相隔的距离可根据需要灵活调整，并不局限于此。

火片20的侧壁上具有侧向凸起的定位凸块22，各两相邻火片20上的定位凸块22相抵接以使两相邻火片20间隔一距离，这样能够方便的对各火片20进行定位以使得各火片20之间能够保持预定的相隔距离，便于装配，也能够提高本火排燃烧器的结构强度。

本发明中，火片20的顶板呈“V”字型，火孔21设置在顶板的左部和右部并呈侧向的长条状，这样能够对火片20内的预混气体流进行导向，形成向两侧倾斜的气流，由此使得火焰能够向两火片20之间倾斜，能够充分利用二次空气补充通道30的空气进行二级燃烧，确保燃烧充分，也能够促进空气在二次空气补充通道30内的流动。

火片20包括基体24和火孔件25，火孔件25设置在基体24的顶部，基体24的侧壁上具有下凹的隔热槽26，隔热槽26的下内壁与火孔件25的顶面上下间隔一距离，火孔21设置在火孔件25的顶部，这样能够有效减缓火孔21处火焰热量向基体24传递的速度，由此能够有效降低基体24的温度，避免基体24过热而影响使用，使得基体24可采用耐高温性能较低的材料制作，能够有效降低本发明的成本。本实施例中，隔热槽26下内壁与火孔件25顶面的上下间距为2mm，已能够达到优良的隔热效果，当然，实际应用中，该间距可根据需要灵活调整，另外，本实施例中，隔热槽26的前后宽度大致等于火孔件25上最前端火孔21和最后端火孔21之间的间距，由此能够充分的进行隔热，当然，实际应用中，隔热槽26的前后宽度可根据需要灵活调整。本实施例中，火孔件25卡设在基体24顶部的安装槽内，方便加工和装配，同时也由于无需利用螺钉、胶液等进行固定，不易因高温而产生老化变形，有助于提高本发明的可靠度和使用寿命。

以上所述仅为本发明的优先实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1. 一种两级燃烧式火排燃烧器，包括底座（10）和设置在底座（10）上的若干火片（20），底座（10）上设置有与所述火片（20）对齐的燃气喷嘴（11），所述燃气喷嘴（11）用于向火片（20）内喷射燃气，喷射的燃气能够带动空气进入到火片（20）内而形成预混气体，预混气体能够自火片（20）上部的火孔（21）排出和燃烧，其特征在于：所述火片（20）内的预混气体能够进行缺氧燃烧，各两相邻火片（20）之间具有用于给火孔（21）处火焰补充空气的二次空气补充通道（30）。
2. 根据权利要求1所述的一种两级燃烧式火排燃烧器，其特征在于：所述的火片（20）内的预混气体的预混度大于或等于85%且小于95%。
3. 根据权利要求1所述的一种两级燃烧式火排燃烧器，其特征在于：各两相邻火片（20）之间相隔一距离而形成所述的二次空气补充通道（30）。
4. 根据权利要求3所述的一种两级燃烧式火排燃烧器，其特征在于：各两相邻火片（20）之间相隔的距离为1mm至3mm。
5. 根据权利要求3所述的一种两级燃烧式火排燃烧器，其特征在于：所述火片（20）的侧壁上具有侧向凸起的定位凸块（22），各两相邻火片（20）上的定位凸块（22）相抵接以使两相邻火片（20）间隔一距离。
6. 根据权利要求1所述的一种两级燃烧式火排燃烧器，其特征在于：所述火片（20）的顶板呈“V”字型，所述的火孔（21）设置在顶板的左部和右部并呈侧向的长条状。
7. 根据权利要求1所述的一种两级燃烧式火排燃烧器，其特征在于：所述的火片（20）包括基体（24）和火孔件（25），所述的火孔件（25）设置在基体（24）的顶部，基体（24）的侧壁上具有下凹的隔热槽（26），所述隔热槽（26）的下内壁与火孔件（25）的顶面上下间隔一距离，所述的火孔（21）设置在所述的火孔件（25）的顶部。