專利名稱：熱氣機(jī)燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于燃燒器，尤其是關(guān)于以可燃?xì)怏w為燃料的熱氣機(jī)燃燒器。
背景技術(shù)：
目前可燃?xì)怏w燃燒器一般多用于鍋爐，而鍋爐的爐膛容積較大，這些氣體燃燒器的火焰長(zhǎng)度一般也較長(zhǎng)，其燃燒容積負(fù)荷一般為1163～1163kW/m3，燃燒端面負(fù)荷一般為581.5～9304.0kW/m3，空燃比一般為1.05～1.4。而熱氣機(jī)由于結(jié)構(gòu)緊湊，其燃燒室的設(shè)計(jì)對(duì)其尺寸要求十分嚴(yán)格，因此其燃燒容積負(fù)荷比鍋爐燃燒室的燃燒容積負(fù)荷至少大8倍左右，而燃燒端面負(fù)荷相當(dāng)，甚至更小，如燃用天然氣的熱氣機(jī)燃燒室燃燒容積負(fù)荷為9304kW/m3左右，燃燒端面負(fù)荷為2436kW/m3左右，空燃比為1.1～1.4，這意味著熱氣機(jī)燃燒器的火焰長(zhǎng)度需要更短才能滿足熱氣機(jī)燃燒室的要求。要縮短燃燒火焰的長(zhǎng)度，就必須要加快燃燒反應(yīng)速度，完善空氣和燃料的混合。擴(kuò)散式燃燒器由于具有火焰長(zhǎng)短可調(diào)，空氣預(yù)熱器溫度高，設(shè)備簡(jiǎn)單、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，因此目前應(yīng)用較多。瑞典開發(fā)的以天然氣為燃料的V160型熱氣機(jī)就采用了擴(kuò)散式燃燒器，其采用了2個(gè)旋流器，一個(gè)用于引導(dǎo)空氣進(jìn)入與可燃?xì)怏w進(jìn)行混合，屬于徑向式旋流器，旋流片為葉片式；另一個(gè)用于引導(dǎo)氣體貼近燃燒室內(nèi)壁流動(dòng)，對(duì)燃燒室部件進(jìn)行冷卻；噴嘴組件采用的是單管端部敞開式。這種燃燒器的不足是(1)雖然采用的是徑向式旋流器，但由于在其后設(shè)置了一個(gè)喉口結(jié)構(gòu)，增加了氣流阻力，也增加了氣流的軸向速度，使火焰長(zhǎng)度較長(zhǎng)。較高的軸向流速產(chǎn)生較強(qiáng)的軸向回轉(zhuǎn)氣流，回轉(zhuǎn)氣流區(qū)域大，導(dǎo)致燃燒高溫區(qū)域較大，不利于抑制NOx的排放，另外過(guò)大的回轉(zhuǎn)氣流區(qū)域，也影響空氣與可燃?xì)怏w的充分混合，易導(dǎo)致燃燒不充分。
(2)由于采用了二個(gè)旋流器和一個(gè)喉口部件，燃燒器的體積較大，特別是高度尺寸較大，結(jié)構(gòu)不夠緊湊。
(3)該燃燒器采用單管端部敞開式噴嘴，較高流量的可燃?xì)怏w單股進(jìn)入燃燒室，速度較高，使其和空氣的混合不夠充分，導(dǎo)致燃燒不夠完善，也不利于排放指標(biāo)的控制。
(4)存在回火現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
為克服以上不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種熱氣機(jī)徑向旋流式小孔徑多噴孔可燃?xì)怏w燃燒器，具有混合好、火焰長(zhǎng)度短、燃燒充分、排放好、結(jié)構(gòu)緊湊和不易產(chǎn)生回火現(xiàn)象的特點(diǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)解決的一種熱氣機(jī)燃燒器，包括用于對(duì)空氣進(jìn)行流動(dòng)導(dǎo)向并使其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)氣流的旋流器、對(duì)可燃?xì)怏w點(diǎn)火的點(diǎn)火器、可燃?xì)怏w噴嘴和燃燒室，該旋流器為徑向旋流式，空氣從旋流器的徑向流入從軸向流出；該旋流器安裝在燃燒室頂部，套置在可燃?xì)怏w噴嘴的端部附近；該旋流器的底部有一個(gè)用于對(duì)旋流空氣進(jìn)行減速、加強(qiáng)與可燃?xì)怏w充分混合作用的錐形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)，與該旋流器做成一體式；所述噴嘴的端部為封閉式，即可燃?xì)怏w噴孔由設(shè)置在噴嘴端口附近的多個(gè)小孔組成。這種結(jié)構(gòu)空氣從旋流器的徑向流入從軸向流出，并在錐形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)中減速以加強(qiáng)與可燃?xì)怏w的混合，加上可燃?xì)怏w由多個(gè)小孔均勻噴入，使得與空氣的混合更加均勻，且旋流氣流的區(qū)域比較集中，從而使得燃燒比較充分，高溫區(qū)域相對(duì)較小，既提高了燃燒效率，又改善了排放，另外這種方式還可以縮短火焰的長(zhǎng)度，有利于降低燃燒室的高度。端口封閉式的噴嘴結(jié)構(gòu)，還可以防止燃燒回火現(xiàn)象。另外，采用徑向式旋流器和錐形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)直接結(jié)合，取消喉口部件，使得燃燒器的結(jié)構(gòu)十分緊湊，特別適合熱氣機(jī)燃燒器應(yīng)用場(chǎng)合。
上述的熱氣機(jī)燃燒器，其可燃?xì)怏w噴嘴由噴嘴本體和可拆式的噴嘴端部組成。可拆式的噴嘴可以方便熱氣機(jī)燃燒器根據(jù)不同的可燃?xì)怏w更換成不同小孔參數(shù)的噴嘴，使熱氣機(jī)適用多種形式的可燃?xì)怏w，也方便噴嘴端部的維修和更換。
上述的熱氣機(jī)燃燒器，其旋流器的葉片為一面為平面，一面為凸面的流線性結(jié)構(gòu)?？梢愿觾?yōu)化氣體的流動(dòng)，增強(qiáng)氣體的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度和效果。
上述的熱氣機(jī)燃燒器，其燃燒室內(nèi)壁上設(shè)置有若干均勻布置的，用于導(dǎo)入較冷空氣對(duì)燃燒室內(nèi)壁進(jìn)行冷卻的小孔，小孔的直徑為0.5mm～3mm。較冷的空氣進(jìn)入燃燒室，在燃燒室內(nèi)壁上形成一層冷空氣薄膜，可以降低燃燒室內(nèi)壁的溫度以提高燃燒室部件的壽命，同時(shí)這部分空氣還可以參與二次燃燒，使燃燒更加充分，對(duì)降低排放有一定的改善作用。
上述的熱氣機(jī)燃燒器，其可以將點(diǎn)火器布置在噴嘴的下端部附近，也可以布置在旋流器中可燃?xì)怏w和空氣混合的區(qū)域。
總之，本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)1、燃燒充分、排放好。在徑向旋流器的作用下，空氣和可燃?xì)怏w的混合比較均勻，燃燒比較充分，高溫區(qū)域相對(duì)較小，燃燒效率高，排放較好。從燃燒室內(nèi)壁進(jìn)入的冷空氣參與二次燃燒也進(jìn)一步改善了燃燒效果。如采用該型式的熱氣機(jī)燃燒器，燃用天然氣時(shí)，對(duì)其排放產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)，排放指標(biāo)達(dá)到了同功率內(nèi)燃機(jī)的“歐V”標(biāo)準(zhǔn)。
2、結(jié)構(gòu)緊湊。多孔式噴嘴，大大縮短了燃燒火焰長(zhǎng)度，有利于降低燃燒室的高度，設(shè)計(jì)緊湊型的燃燒室。另外徑向式旋流器直接加錐形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)也使得燃燒器的結(jié)構(gòu)十分緊湊。如采用該型式的50kW熱氣機(jī)燃燒器，火焰長(zhǎng)度可控制在250mm以內(nèi)(從噴嘴底部至火焰擋板)。
3、可靠性高，維修性好，互換性好。從燃燒室內(nèi)壁進(jìn)入的冷空氣降低了燃燒室內(nèi)壁溫度，提高了部件的可靠性，多孔式噴嘴消除了回火現(xiàn)象；可拆式的燃燒器和噴嘴結(jié)構(gòu)使維修十分方便，也方便為適應(yīng)不同可燃?xì)怏w更換成不同參數(shù)的噴嘴。


圖1是V160型熱氣機(jī)采用的擴(kuò)散式燃燒器的原理圖。
圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本發(fā)明的旋流器、噴嘴組件及其以上部分的立體圖。
圖4是本發(fā)明的旋流器的立體圖，為倒置形式。
圖5是本發(fā)明的模擬計(jì)算的燃燒室內(nèi)溫度場(chǎng)分布。
具體實(shí)施例方式
圖1所示為瑞典開發(fā)的V160型熱氣機(jī)采用的擴(kuò)散式燃燒器的原理圖，其包括單管端部敞開式噴嘴1、一個(gè)用于引導(dǎo)預(yù)熱空氣B進(jìn)入與可燃?xì)怏wA進(jìn)行混合的旋流器3、一個(gè)用于引導(dǎo)預(yù)熱空氣B貼近燃燒室內(nèi)壁5流動(dòng)，對(duì)燃燒室部件進(jìn)行冷卻的旋流器或穩(wěn)煙器4、一個(gè)預(yù)熱空氣旋流器2和喉口部件3，旋流器2是徑向式旋流器，布置在喉口部件3的上部，旋流器2和喉口部件3套置在噴嘴1上，預(yù)熱空氣B從旋流器2的徑向進(jìn)入軸向流出，再進(jìn)入喉口部件3進(jìn)行加速，形成較強(qiáng)的旋流氣體與從單管端部敞開式噴嘴1噴出的可燃?xì)怏wA在燃燒室6中進(jìn)行混合，經(jīng)點(diǎn)火器點(diǎn)火燃燒；旋流器或穩(wěn)煙器4引導(dǎo)一部分預(yù)熱空氣B貼近燃燒室內(nèi)壁5流動(dòng)，形成薄層冷卻空氣C保護(hù)層，可以有效降低燃燒室內(nèi)壁5的溫度，提高燃燒室的壽命。但該燃燒器產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)氣流較強(qiáng)，火焰長(zhǎng)度長(zhǎng)，區(qū)域較大、分散，導(dǎo)致燃燒高溫區(qū)域較大，不利于抑制NOx的排放，也影響空氣與可燃?xì)怏w的充分混合，易導(dǎo)致燃燒不充分；另外設(shè)置一個(gè)喉口結(jié)構(gòu)3，使整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)不夠緊湊。
圖2所示為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該燃燒器是一種基于擴(kuò)散燃燒方式的、燃燒可燃?xì)怏w的徑向旋流式燃燒器，比較適合熱氣機(jī)使用，其由噴嘴7、一個(gè)徑向式旋流器8、點(diǎn)火器10和燃燒室11等組成，旋流器8用于對(duì)預(yù)熱空氣進(jìn)行流動(dòng)導(dǎo)向并使其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)氣流，進(jìn)入燃燒室11與從噴嘴7噴出的可燃?xì)怏wA進(jìn)行混合燃燒，該旋流器8為徑向旋流式，空氣從旋流器8的徑向流入從軸向流出。該旋流器8安裝在燃燒室11的頂部，套置在可燃?xì)怏w噴嘴組件7的端部附近，噴嘴7的下端面與旋流器8的下端面基本齊平或略伸出。點(diǎn)火器10布置在噴嘴組件的端部噴孔附近，當(dāng)然也可以布置在旋流器8中預(yù)熱空氣B和可燃?xì)怏wA進(jìn)行充分混合的區(qū)域，總之只要能使可燃混合氣能可靠點(diǎn)火就可。
圖3是噴嘴組件7、旋流器8及其以上部分的裝配立體圖，圖4是旋流器8的立體圖。從圖3和圖4可以看出，在旋流器8的底部有一個(gè)錐形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)81，與旋流器8做成一體式，用于對(duì)旋流空氣進(jìn)行減速、擴(kuò)散，加強(qiáng)與可燃?xì)怏wA充分混合，有利于形成穩(wěn)定集中的燃燒火焰，改善燃燒效果，降低排放。為進(jìn)一步改善旋流效果，該旋流器8采用了不同于一般旋流器的平板結(jié)構(gòu)葉片，采用了一面為凸面，一面為平面的流線型葉片82結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了氣流的流動(dòng)過(guò)程，增強(qiáng)了氣流的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度。旋流器葉片82的數(shù)目和布置角度可以根據(jù)旋流強(qiáng)度要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，如某型50kW的熱氣機(jī)，燃用天然氣，其旋流器8的葉片數(shù)為12或14，角度為40°左右。在旋流器8中還可以布置探火棒，用于判斷燃燒的情況，當(dāng)然也可將探火棒布置在其他位置，甚至取消而利用其他方法判斷燃燒情況。
本發(fā)明可燃?xì)怏w噴嘴7由噴嘴組件本體71和可拆式的噴嘴端部72組成，噴嘴端部72與噴嘴組件本體71通過(guò)螺紋結(jié)構(gòu)或卡扣式方式或其他方式連接成一體，總之只要是可拆式結(jié)構(gòu)即可。該噴嘴端部72的端口為封閉式，其下端部為一個(gè)截去頂部的錐體結(jié)構(gòu)，在其下平面、錐體側(cè)面以及與錐體相連的噴嘴圓柱面上各開有一圈均勻布置的噴孔73，噴孔73的直徑、數(shù)量和布置方式根據(jù)可燃?xì)怏wA的種類或熱值的不同而有所不同，通過(guò)改變噴孔73的數(shù)量、直徑和角度，就可用于不同可燃?xì)怏w的燃燒，和滿足不同燃燒火焰的張角需要，進(jìn)而適合不同直徑的燃燒室11。噴嘴端部72為可拆式，可以根據(jù)燃燒不同可燃?xì)怏w的需要，可以方便地進(jìn)行更換不同參數(shù)的噴嘴端部72。同時(shí)當(dāng)噴嘴端部72堵塞或污染或燒損時(shí)，更換也十分方便，維修性好，且只需更換噴嘴端部72，且降低了維護(hù)成本。對(duì)燃燒天然氣、沼氣、垃圾填埋氣和煤層氣等可燃?xì)怏w、功率為200kW以下的熱氣機(jī)燃燒器，其噴孔73的直徑一般為0.5～5mm，數(shù)量為8～64個(gè)。如某型50kW熱氣機(jī)徑向旋流式燃燒器，燃料為天然氣，其噴嘴端部72噴孔73的直徑為3mm～4mm，數(shù)量共46個(gè)。
以上的封閉式噴嘴結(jié)構(gòu)，預(yù)熱空氣B經(jīng)過(guò)旋流器8形成強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)，和噴嘴端部72中噴出的可燃?xì)怏wA進(jìn)行混合后被點(diǎn)火燃燒，小而密的噴孔73使預(yù)熱空氣B和可燃?xì)怏wA的混合更加均勻，達(dá)到充分燃燒的目的，也使火焰的長(zhǎng)度得以縮短，被控制在所需的長(zhǎng)度內(nèi)，降低了燃燒室11的高度，使設(shè)計(jì)緊湊性的熱氣機(jī)燃燒器成為可能，如對(duì)于50kW的熱氣機(jī)燃燒器，火焰長(zhǎng)度可控制在250mm的范圍內(nèi)(噴嘴底部到火焰擋板的距離)，另外封閉式的噴嘴結(jié)構(gòu)徹底消除了燃燒回火現(xiàn)象，提高了燃燒器的可靠性。
由于熱氣機(jī)燃燒室內(nèi)燃燒強(qiáng)度高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鍋爐燃燒室的強(qiáng)度，接近燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的燃燒強(qiáng)度，因此其燃燒室的材料要求十分高，為降低燃燒器的熱負(fù)荷特別是燃燒室內(nèi)壁的熱負(fù)荷，在燃燒室內(nèi)壁9上布置了若干均勻的、直徑為0.5mm～3mm的小孔，用于引入溫度較低的部分預(yù)熱空氣D，在燃燒室內(nèi)壁9上形成一層冷空氣薄膜，降低燃燒室內(nèi)壁9的溫度以提高燃燒室部件的可靠性，同時(shí)這部分空氣可以參與二次燃燒，使燃燒更加充分，對(duì)進(jìn)一步降低排放起到一定的作用。
圖5是模擬計(jì)算本發(fā)明的燃燒室內(nèi)溫度場(chǎng)分布，可以看出，燃燒時(shí)高溫區(qū)域比較集中，特別是縱向分布比較集中，說(shuō)明燃燒火焰比較短，燃燒室內(nèi)壁在形成的冷空氣保護(hù)膜的作用下溫度較低。
該燃燒器為可拆卸式，可單獨(dú)拆下，以便進(jìn)行檢查和更換，這為同一燃燒室適合不同的可燃?xì)怏w提供了方便。這種燃燒器還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、加工方便、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種熱氣機(jī)燃燒器，包括可燃?xì)怏w噴嘴(7)、用于對(duì)空氣進(jìn)行流動(dòng)導(dǎo)向并使其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)氣流的旋流器(8)、對(duì)可燃?xì)怏w點(diǎn)火的點(diǎn)火器(10)和燃燒室(11)；該旋流器(8)為徑向旋流式，空氣從旋流器(8)的徑向流入從軸向流出；該旋流器(8)安裝在燃燒室(11)頂部，套置在可燃?xì)怏w噴嘴(7)的端部附近，其特征在于所述旋流器(8)的底部有一個(gè)用于對(duì)旋流空氣進(jìn)行減速、加強(qiáng)與可燃?xì)怏w(A)充分混合作用的錐形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)(81)，與該旋流器(8)做成一體式；所述噴嘴(7)的端口為封閉式，即可燃?xì)怏w噴孔由設(shè)置在噴嘴(7)端口附近的多個(gè)小的噴孔(73)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱氣機(jī)燃燒器，其特征在于所述的可燃?xì)怏w噴嘴(7)由噴嘴組件本體(71)和可拆式的噴嘴端部(72)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱氣機(jī)燃燒器，其特征在于所述的噴嘴端部(72)下端部為一個(gè)截去頂部的錐體結(jié)構(gòu)，在其下平面、錐體側(cè)面以及與錐體相連的噴嘴圓柱面上各開有一圈均勻布置的，直徑為0.5～5mm的噴孔(73)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的熱氣機(jī)燃燒器，其特征在于所述的旋流器(8)的葉片(82)為一面為平面，一面為凸面的流線性結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的熱氣機(jī)燃燒器，其特征在于在所述的燃燒室內(nèi)壁(9)上設(shè)置有若干均勻布置的，用于導(dǎo)入較冷空氣對(duì)燃燒室內(nèi)壁(9)進(jìn)行冷卻的小孔，小孔的直徑為0.5mm～3mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱氣機(jī)燃燒器，其特征在于在所述的燃燒室內(nèi)壁(9)上設(shè)置有若干均勻布置的，用于導(dǎo)入較冷空氣對(duì)燃燒室內(nèi)壁(9)進(jìn)行冷卻的小孔，小孔的直徑為0.5mm～3mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的熱氣機(jī)燃燒器，其特征在于所述的點(diǎn)火器(10)布置在噴嘴(72)的下端部附近，也可以布置在旋流器(8)中可燃?xì)怏w和空氣混合的區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱氣機(jī)燃燒器，包括噴嘴(7)、旋流器(8)、點(diǎn)火器(10)和燃燒室(11)；空氣從徑向式旋流器(8)的徑向流入從軸向流出；旋流器(8)安裝在燃燒室(11)頂部，套置在噴嘴(7)的端部附近；旋流器(8)的底部有一個(gè)用于對(duì)旋流空氣進(jìn)行減速、加強(qiáng)與可燃?xì)怏w充分混合作用的錐形擴(kuò)壓結(jié)構(gòu)(81)，與該旋流器(8)做成一體式；噴嘴(7)的端口為封閉式，即可燃?xì)怏w噴孔由設(shè)置在噴嘴(7)端口附近的多個(gè)小的噴孔(73)組成。該燃燒器具有空氣和可燃?xì)怏w混合均勻，燃燒火焰短，高溫區(qū)域集中，燃燒充分，排放好，且結(jié)構(gòu)緊湊、維修性好、可靠性高的特點(diǎn)，特別適合熱氣機(jī)的應(yīng)用。
文檔編號(hào)F23R3/02GK1987204SQ20051011190
公開日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2005年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月23日
發(fā)明者朱辰元, 薛飛, 汪海貴, 李冰 申請(qǐng)人:上海齊耀動(dòng)力技術(shù)有限公司