一种均布器、燃烧器组件及燃烧器的制作方法

[0001]
本申请涉及燃烧技术领域，具体而言，涉及一种均布器、燃烧器组件及燃烧器。


背景技术：

[0002]
传统的燃气燃烧器是通过自由火焰燃烧而提供高温烟气的对流加热和辐射加热，这种燃气燃烧方式使得火焰面附近的温度梯度大，温度分布极不均匀，燃烧不稳定，导致局部高温且燃烧不充分，而局部高温又造成大量热力氮氧化物的生成，燃烧不充分造成大量一氧化碳的生成，进而导致污染物排放不达标。
[0003]
针对自由火焰燃烧存在的问题，国内外学者相继提出了多孔介质燃烧的概念，多孔介质燃烧火焰稳定性增强，燃烧速率增大，燃烧区温度分布均匀，燃烧污染物排放降低，并形成一系列多孔介质燃烧技术及装置。
[0004]
但是，现有的多孔介质燃烧器的热效率和利用率不高。


技术实现要素：

[0005]
本申请实施例的目的在于提供一种均布器、燃烧器组件及燃烧器，其能够改善现有多孔介质燃烧器无法采用预热的助燃气以提高热效率和利用率的技术问题。
[0006]
第一方面，本申请实施例提供一种均布器，其具有多个第一流道和多个第二流道，多个第一流道设置有燃气进口，多个第二流道设置有助燃气进口，多个第一流道、多个第二流道均用于与燃烧室连通。在上述实现过程中，均布器能够将燃气和预热后的助燃气分别单独引入到燃烧室后再混合，防止预热后的助燃气与燃气提前混合发生爆炸。或均布器能够将燃气和预热后的助燃气分别引入到均布器后在均布器中进行多股少量混合后进入到燃烧室后进一步混合均匀。
[0007]
同时，多个第一流道和多个第二流道能够使燃气和助燃气在均布器中分布均匀，燃气和助燃气以多股的形式流到燃烧室后充分接触，混合均匀最后在燃烧室中进行燃烧反应。
[0008]
在一种可能的实施方案中，多个第二流道与多个第一流道连通，多个第一流道均设置有用于与燃烧室连通的出口。
[0009]
在上述实现过程中，燃气从燃气进口进入到第一流道，助燃气从助燃气进口进入到第二流道后再进入第一流道与燃气初步混合，最后初步混合的燃气和助燃气进入到燃烧室中进行燃烧反应。
[0010]
在一种可能的实施方案中，多个第一流道与多个第二流道分别设置有用于与燃烧室连通的出口。
[0011]
在上述实现过程中，燃气从燃气进口进入到第一流道，并且从第一流道流入到燃烧室，助燃气从助燃气进口进入到第二流道，并且从第二流道流入到燃烧室，助燃气和燃气在进入到燃烧室后混合均匀并于燃烧室进行燃烧反应。
[0012]
在一种可能的实施方案中，第一流道和第二流道交替分布。
[0013]
在上述实施过程中，第一流道和第二流道交替分布使燃气和助燃气在进入到燃烧室后能够迅速混合均匀。
[0014]
在一种可能的实施方案中，多个第一流道沿燃气流道方向内径变小。
[0015]
在上述实施过程中，第一流道沿燃气流动的方向的内径变小后，燃气的流阻增加，使燃气以更加均匀的部分状态进入到燃烧室后，从而实现更宽范围的稳燃状态。
[0016]
在一种可能的实施方案中，多个第一流道围绕多个第二流道设置。
[0017]
在上述实施过程中，均布器的结构与管束换热器相似，均布器的多个第二流道相当于管束换热器的管程，围绕第二流道设置的多个第一流道相当于管束换热器的壳程，第一流道和第二流道相互独立且可以进行热交换。
[0018]
第二方面，本申请实施例提供一种燃烧器组件，其包括：第一壳体和上述的均布器，第一壳体限定出燃烧室，多个第一流道、多个第二流道均与燃烧室连通。
[0019]
在上述实现过程中，均布器将燃气和预热后的助燃气分别单独引入到燃烧室后再混合，或均布器能够将燃气和预热后的助燃气分别引入到均布器后在均布器中进行多股少量混合后进入到燃烧室后进一步混合均匀，预热后的助燃气与燃气在燃烧室中燃烧，此预热式的多孔介质燃烧方式具有热效率高、安全性高、污染物排放少以及利用率高的优点。
[0020]
在一种可能的实施方案中，燃烧室中设置有多孔材料。
[0021]
在上述实现过程中，助燃气和燃气进入到燃烧室中混合均匀后于其中的多孔材料的孔隙中发生燃烧。
[0022]
第三方面，本申请实施例提供一种燃烧器，其包括上述燃烧器组件和第二壳体。
[0023]
第二壳体限定出布气室，第二壳体连接于均布器以使布气室与多个第一流道或多个第二流道连通，燃气进口或助燃气进口设置于布气室外。
[0024]
在上述实现过程中，布气室用于将燃气或助燃气导入到均布器中，剩下的一种气体通过布气室外的进口直接进入到均布器中，使燃气和助燃气分别导入至均布器中。
[0025]
在一种可能的实施方案中，布气室中设置有用于引流的扰流板。
[0026]
在上述实现过程中，扰流板能够提高布气室中的燃气或助燃气沿布气室内周向分布的均匀性。
附图说明
[0027]
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0028]
图1为本申请实施例的均布器的剖视图；
[0029]
图2为本申请实施例的均布器的正视图；
[0030]
图3为本申请实施例的燃烧器组件的剖视图；
[0031]
图4为本申请实施例的燃烧器的剖视图；
[0032]
图5为本申请实施例的燃烧器的局部剖视图；
[0033]
图6为本申请实施例2的燃烧器的剖视图；
[0034]
图7为本申请实施例3的燃烧器的剖视图；
[0035]
图8为本申请实施例3的燃烧器的局部剖视图；
[0036]
图9为本申请实施例4的燃烧器的剖视图；
[0037]
图10为本申请实施例4的燃烧器的局部剖视图；
[0038]
图11为本申请实施例5的燃烧器的剖视图；
[0039]
图12为本申请实施例5的燃烧器的局部剖视图。
[0040]
图标：10-燃烧器组件；20-燃烧器；100-第一壳体；101-燃烧室；102-气体进口；103-烟气出口；104-多孔材料；105-保温隔热层；200-均布器；201-气体出口；202-燃气进口；203-助燃气进口；205-第一流道；206-第二流道；207-堆积陶瓷球；208-蜂窝板；209-燃气出口；210-助燃气出口；211-氧化铝蜂窝陶瓷板；212-碳化硅泡沫陶瓷；213-燃气入口；214-蜂窝陶瓷筒；215-泡沫陶瓷筒；300-第二壳体；301-布气室；310-扰流板；400-进气装置。
具体实施方式
[0041]
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0042]
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
[0043]
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定义和解释。
[0044]
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0045]
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0046]
请参阅图1和图2，本申请提供一种均布器200，其具有多个第一流道205和多个第二流道206，多个第一流道205设置有燃气进口202，多个第二流道206设置有助燃气进口203，多个第一流道205、多个第二流道206均用于与燃烧室101连通。
[0047]
均布器200能够将燃气和预热后的助燃气分别单独引入到燃烧室101后再混合，防止预热后的助燃气与燃气提前混合发生爆炸。或均布器200能够将燃气和预热后的助燃气分别引入到均布器200在均布器200中进行多股少量混合后进入到燃烧室101后进一步混合均匀。预热后的助燃气与燃气在燃烧室101的多孔材料104的孔隙中燃烧，实现预热式的多
孔介质燃烧，此预热式的多孔介质燃烧方式具有热效率高、安全性高、污染物排放少以及利用率高的优点。
[0048]
同时，多个第一流道205和多个第二流道206能够使燃气和助燃气在均布器200中分布均匀，燃气和助燃气以多股的形式流到燃烧室101后充分接触，混合均匀最后在多孔材料104中进行燃烧反应。
[0049]
请参阅图3，本申请提供一种燃烧器组件10，其包括第一壳体100和均布器200。
[0050]
第一壳体100限定出发生燃烧的燃烧室101，燃烧室101沿气体流动的方向具有引入燃气和助燃气的气体进口102和排出燃烧后气体的烟气出口103。
[0051]
第一壳体100采用耐热合金钢材料制成，耐热合金钢包括但不限于1cr18ni9ti(321)、1cr23ni13(309)或0cr25ni20(310s)等。
[0052]
燃烧室101中设置有多孔材料104，燃气和助燃气从气体进口102进入到燃烧室101后，于多孔材料104中混合均匀并发生燃烧反应，形成红外辐射加热，最后燃烧后的气体由烟气出口103排出。
[0053]
在燃烧室101中沿从气体进口102到烟气出口103的方向设置的多孔材料104包括至少两种。其中设置于靠近气体进口102的多孔材料104的孔径较小，设置于靠近烟气出口103的多孔材料104的孔径较大。燃气和助燃气的混合气体先进入到孔径较小的多孔材料104中分散均匀，再进入到粒径较大的多孔材料104中进行燃烧反应，火焰不容易从粒径较大的多孔材料104中进入到粒径较小的多孔材料104中从而实现防止燃烧器组件10的回火爆燃，安全性高。
[0054]
可选地，在燃烧室101中沿从气体进口102到烟气出口103的方向设置两种多孔材料104。设置于靠近气体进口102的多孔材料104的孔径为0.5～2mm，其体积占总的多孔材料104的体积的10～70％；设置于靠近烟气出口103的多孔材料104的孔径为2～6mm，其体积占总的多孔材料104的体积的10～70％。
[0055]
多孔材料104包括堆积陶瓷球、泡沫结构材料、蜂窝结构材料、阵列结构材料和杂乱纤维结构材料中的一种或多种。
[0056]
在本申请的一种实施方式中，燃烧室101中可以设置堆积陶瓷球207和蜂窝结构材料两种材料。在本申请的其他一些实施方式中，燃烧室101中还可以只设置堆积陶瓷球207、泡沫结构材料、蜂窝结构材料、阵列结构材料或杂乱纤维结构材料一种材料，或设置堆积陶瓷球207、蜂窝结构材料两种材料，或设置蜂窝结构材料和阵列结构材料两种材料，或设置堆积陶瓷球207、泡沫结构材料和蜂窝结构材料三种材料。
[0057]
需要说明的是，当设置于靠近气体进口102的多孔材料104选用堆积陶瓷球207时，堆积陶瓷球207的直径为2～8mm。
[0058]
多孔材料104的材质包括氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、碳化硅陶瓷、铁铬铝合金、铬镍合金或钨合金等耐高温材料。
[0059]
第一壳体100内壁部分设置有保温隔热层105。
[0060]
保温隔热层105由保温隔热材料制成，其能够减少燃烧器组件10热量的损失，提高燃烧器组件10的热效率。
[0061]
保温隔热材料包括但不限于氧化铝纤维棉、玻璃丝绵或岩棉等。
[0062]
均布器200具有气体出口201，均布器200连接于第一壳体100以使其气体出口201
设置于燃烧室101的气体进口102，均布器200用于引导燃气和助燃气进入到燃烧室101中发生燃烧反应。
[0063]
请参阅图4，本申请还提供一种燃烧器20，其包括上述燃烧器组件10和第二壳体300。
[0064]
第二壳体300限定出布气室301，第二壳体300连接于均布器200以使布气室301与多个第一流道205或多个第二流道206连通，燃气进口202或助燃气进口203设置于布气室301外。
[0065]
其中，布气室301中设置有用于引流的扰流板310，用于提高布气室301中的燃气或助燃气沿布气室301内周向分布的均匀性。
[0066]
需要说明的是，本申请并不限定燃烧器20的形状，可以为平板式、柱面式或球面式。
[0067]
以下结合实施例对本申请的燃烧器20作进一步的详细描述。
[0068]
实施例1
[0069]
请参阅图4和图5，本申请实施例提供一种燃烧器20，其包括进气装置400、第二壳体300、均布器200和第一壳体100。
[0070]
第二壳体300限定出布气室301，进气装置400连接于第二壳体300的一端，以使助燃气或燃气从进气装置400进入到布气室301中。
[0071]
布气室301中设置有用于引流的扰流板310。
[0072]
在本申请实施例中，布气室301沿助燃气或燃气流动方向逐渐扩大，扰流板310沿与助燃气或燃气流动方向垂直的方向设置于布气室301中部，气体在进入到布气室301时，受到布气室301的中部的扰流板310的阻挡，气体分别向扰流板310与第二壳体300的缝隙扩散从而使助燃气或燃气进入到布气室301后沿布气室301的侧壁流动到整个布气室301中使整个布气室301均匀分布助燃气或燃气。
[0073]
第一壳体100限定出燃烧室101，第二壳体300的另一端连接于均布器200的一端，均布器200的另一端连接于第一壳体100。助燃气或燃气先从布气室301进入到均布器200中，再从均布器200进入到燃烧室101发生燃烧反应。
[0074]
在本申请实施例中，布气室301用于引导助燃气通过均布器200的助燃气进口203进入到均布器200中，燃气从布气室301外的燃气进口202进入到均布器200中，其中燃气进口202设置于均布器200的两侧。
[0075]
均布器200中具有多个第一流道205和多个第二流道206，第一流道205和第二流道206分别设置有燃气进口202和助燃气进口203，多个第二流道206与多个第一流道205连通并通过多个第一流道205连通于燃烧室101。
[0076]
燃气从燃气进口202进入到第一流道205，助燃气从助燃气进口203进入到第二流道206后再进入到第一流道205与燃气在第一流道205中初步混合，最后初步混合的燃气和助燃气进入到燃烧室101的多孔材料104中进行燃烧反应。图4和图5中实线箭头为助燃气流向，虚线箭头为燃气流向。
[0077]
第一壳体100的侧壁设置有采用保温隔热材料制成的保温隔热层105，多孔材料104设置于保温隔热层105中。
[0078]
燃烧室101中沿气体流动的方向依次设置有直径为5mm的堆积陶瓷球207和孔径为
4～5mm的蜂窝板208，其中堆积陶瓷球207的孔径小于火焰的猝熄尺寸，防止火焰回火爆燃。
[0079]
经均布器200初步混合的燃气和助燃气先在堆积陶瓷球207进一步混合均匀后，进入到蜂窝板208中进行燃烧反应。
[0080]
在本申请实施例中，蜂窝板208材料的端部和保温隔热层105的端部对齐，即多孔材料104的宽度与保温隔热层105相等。
[0081]
蜂窝板208材料外还设置有用于点火的点火电极和检测火焰的火焰检测电极。当燃气和助燃气由均布器200引导至燃烧室101后，混合气体部分从蜂窝板208材料溢出，此时采用点火电极点火，火焰延伸至蜂窝板208并且蜂窝板208内发生燃烧反应。
[0082]
实施例2
[0083]
请参阅图6，本申请实施例提供一种燃烧器20，其在实施例1的基础上，燃烧室101中采用不同结构的多孔材料104。
[0084]
燃烧室101中沿气体流动的方向依次设置有孔径为1.5～2mm的氧化铝蜂窝陶瓷板211和孔径为4～5mm的碳化硅泡沫陶瓷212，其中碳化硅泡沫陶瓷212的孔隙率为60％。
[0085]
经均布器200初步混合的燃气和助燃气先在氧化铝蜂窝陶瓷板211进一步混合均匀后，进入到碳化硅泡沫陶瓷212中进行燃烧反应。
[0086]
在本申请实施例中，保温隔热层105的端部远远超过碳化硅泡沫陶瓷212的端部，即保温隔热层105的宽度远远超过多孔材料104的宽度，全部多孔材料104设置于保温隔热层105形成的腔体中，并且外部留有部分腔体没有被多孔材料104占据用于保温隔热。上述结构能够进一步降低燃烧热量的损失，提高燃烧器20的稳定性和燃烧效率，达到“超焓”燃烧的效果，即将燃烧产生的热量等用于加热反应区上游片的预混气体，从而使燃烧反应大大增强，燃烧火焰的温度超过绝热燃烧温度。
[0087]
碳化硅泡沫陶瓷212外且位于保温隔热层105的内壁设置有用于点火的点火电极和检测火焰的火焰检测电极。
[0088]
实施例3
[0089]
请参阅图7和图8，本申请实施例提供一种燃烧器20，其在实施例1的基础上，均布器200具有不同的结构。
[0090]
均布器200中具有均布器200中具有多个相互独立的第一流道205和多个第二流道206，多个第一流道205与多个第二流道206分别单独与燃烧室101连通，即每个第一流道205设置有燃气进口202和燃气出口209，每个第二流道206设置有助燃气进口203和助燃气出口210。且多个第一流道205和多个第二流道206交替分布使燃气和助燃气在进入到燃烧室101后能够迅速混合均匀。
[0091]
燃气从布气室301外的侧向的燃气进口202进入到第一流道205后，第一流道205沿燃气流动的方向的内径变小，燃气的流阻增加，使燃气以更加均匀的部分状态进入到燃烧室101后，从而实现更宽范围的稳燃状态，图7和图8中实线箭头为助燃气流向，虚线箭头为燃气流向。
[0092]
实施例4
[0093]
请参阅图9和图10，本申请实施例提供一种燃烧器20，其在实施例2的基础上，均布器200具有不同的结构。
[0094]
均布器200的结构与管束换热器相似，均布器200中部具有用于运输助燃气的多个
第二流道206，每个第二流道206设置有助燃气进口203和助燃气出口210，相当于管束换热器的管程，围绕第二流道206设置有用于运输燃气的多个第一流道205，每个第一流道205设置有燃气进口202和燃气出口209，相当于管束换热器的壳程，多个第一流道205与多个第二流道206分别单独与燃烧室101连通。其中，每个第一流道205和每个第二流道206相互独立且可以进行热交换。
[0095]
燃气从布气室301外的侧向的燃气进口202进入到第一流道205后，助燃气通过布气室301由助燃气进口203进入到第二流道206，第二流道206中预热的助燃气与第一流道205中的燃气发生热交换，充分回用燃烧烟气的余热，采用增加预热空气与燃气换热面积的方式降低热量损耗，从而实现更加充分的燃烧效果，提高燃烧器20的热效率，图9和图10中实线箭头为助燃气流向，虚线箭头为燃气流向。
[0096]
实施例5
[0097]
请参阅图11和图12，本申请实施例提供一种燃烧器20，燃烧器20呈枪式结构，其包括进气装置400、第二壳体300、均布器200和第一壳体100。
[0098]
第二壳体300为第一端向第二端延伸的柱状结构，第二壳体300限定出布气室301，第二壳体300的第一端的侧壁具有燃气入口213，燃气从燃气入口213进入到布气室301中。
[0099]
布气室301中设置用于引流的扰流板310。
[0100]
在本申请实施例中，多个扰流板310依次间隔设置于第二壳体300的内壁上，用于提高燃气在布气室301内周向分布的均匀性。
[0101]
均布器200围绕第二壳体300的第二端设置。均布器200中具有多个第一流道205和多个第二流道206，多个第一流道205与多个第二流道206分别单独与燃烧室101连通，即每个第一流道205设置有燃气进口202和燃气出口209，每个第二流道206设置有助燃气进口203和助燃气出口210。且第一流道205和第二流道206交替分布使燃气和助燃气在进入到燃烧室101后能够迅速混合均匀。
[0102]
布气室301通过第二壳体300的第二端与均布器200的燃气进口202连通，以使布气室301中的燃气进入到均布器200的多个第一流道205内。
[0103]
进气装置400套设于第二壳体300的第一端，并且进气装置400与均布器200的助燃气进口203连通，以使助燃气进入到均布器200的第二流道206内。
[0104]
第一壳体100围绕均布器200设置，第一壳体100具有多个通孔。孔径为2mm的蜂窝陶瓷筒214以第一壳体100为支撑，套设于第一壳体100外；孔径为5mm的泡沫陶瓷筒215套设于蜂窝陶瓷筒214外。其中，蜂窝陶瓷筒214和泡沫陶瓷筒215形成燃烧室101。
[0105]
第一壳体100和均布器200的外壁之间具有缝隙，燃气经燃气出口209进入到缝隙，助燃气经助燃气出口210进入到缝隙，燃气和助燃气能够在缝隙中进行初步混合后经第一壳体100的多个通孔进入到燃烧室101中进行燃烧反应。
[0106]
燃气和助燃气分别沿燃烧器20的径向从内向外传输，并且通过均布器200的导流分别进入到缝隙经过初步混合，然后进入蜂窝陶瓷筒214混合均匀后，最后于泡沫陶瓷筒215中进行燃烧反应。图11和图12中实线箭头为助燃气流向，虚线箭头为燃气流向。
[0107]
均布器200的端部设置有采用保温隔热材料制成的保温隔热层105，保温隔热层105延伸至蜂窝陶瓷筒214和泡沫陶瓷筒215的端部，保温隔热层105在起到保温隔热作用的同时，对蜂窝陶瓷筒214和泡沫陶瓷筒215其支撑固定作用，防止蜂窝陶瓷筒214和泡沫陶瓷
筒215错位移动。
[0108]
泡沫陶瓷筒215外还设置有用于点火的点火电极和检测火焰的火焰检测电极。当燃气和助燃气由均布器200引导至燃烧室101后，混合气体部分从泡沫陶瓷筒215溢出，此时采用点火电极点火，火焰延伸至泡沫陶瓷筒215并且泡沫陶瓷筒215内发生燃烧反应。
[0109]
综上所述，本申请实施例提供一种均布器、燃烧器组件及燃烧器，其通过充分回用燃烧烟气的余热使阻燃气体预热到400℃以上，并且通过均布器200使预热的阻燃气体和燃气分别进入到燃烧室101中，或将燃气和预热后的助燃气分别引入到均布器200后在均布器200中分股混合后进入到燃烧室101，防止预热后的助燃气与燃气提前混合发生爆炸。同时，预热后的助燃气与燃气在燃烧室101的多孔材料104的孔隙中燃烧，实现预热式的多孔介质燃烧，此种燃烧方式具有热效率高、利用率高、安全性高和污染物排放少的特点。
[0110]
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

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