专利名称：一种热气机用预混旋流平焰式燃烧器的制作方法
一种热气机用预混旋流平焰式燃烧器
本发明涉及燃烧器，尤其关于以可燃气体为燃料的小型热气机用燃烧
巡 益。
背景技术：
气体燃烧器广泛应用于锅炉、冶金及玻璃炉窑和外燃式发动机中，按 照空气与燃气的混合方式，可分为扩散式燃烧器、预混式燃烧器和引射式 燃烧器，引射式燃烧器介于扩散式燃烧器、预混式燃烧器两者之间。目前 用于锅炉的燃烧器，由于锅炉的炉膛容积较大， 一般采用有一定长度的燃 烧火焰来加热锅炉水管，但这种结构容易导致燃烧高温区大，排放高，如 果要控制排放，就需要控制燃烧的空间，就必须要加快燃烧反应速度，完 善空气和燃气的混合，縮短燃烧火焰的长度。平焰燃烧器由于其加热均匀、 火焰短等特点而得到广泛采用。相比锅炉，热气机燃烧室体积小、负荷大，
其燃烧容积负荷比锅炉的燃烧容积负荷一般要大8倍左右，另外纵向尺寸 有严格要求，因此热气机要求火焰长度尽可能短。
型号为V160型的热气机采用了扩散式燃烧器，以天然气等气体为燃 料，其燃料的流入采用单管端部敞开式，并采用了两个旋流器以增强空气 与可燃气体的充分混合。该燃烧器具有燃烧火焰长度可调、空气预热温度
较高、结构简单、安全性好等优点，但存在以下不足之处
1)空气和可燃气体混合慢、且不够充分，导致燃烧不够完善，排放较差。
2)火焰长度偏大，燃烧高温区大，且燃烧室尺寸不够紧凑。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热气机用预混旋流平焰式燃烧器，解决目 前的燃烧器空气和可燃气体混合差、火焰长度大、高温区大、燃烧不充分、 排放较差，且燃烧室结构不够紧凑的技术问题。
本发明的目的是通过以下的技术方案来解决的
一种热气机用预混旋流平焰式燃烧器，包括燃烧室、用于可燃气体进 气管、空气进气管、布置在燃烧室顶部的燃烧器本体、空气预热器、点火 器和废气排出管，所述的燃烧器本体为一个圆盘形阀块结构，在其纵向均 匀布置有可燃气体进气孔，在其周向均匀设置有空气进气孔，空气进气孔 与燃烧器本体的径向倾斜一定角度；在燃烧器本体的下半部内侧有一个截 顶的锥形空腔，可燃气体进气孔和空气进气孔与此空腔相连通，喷入的可 燃气体和预热空气在此空腔中充分混合。
该燃烧器取消了传统的旋流器，将气体的旋流和混合功能集中到一个 小的燃烧器本体上，为了强化混合，预热空气从燃烧器本体的四周有一定 倾斜角度的预热空气进气孔中流入，而可燃气体从顶部可燃气体进气孔中 喷入，在这个过程中，空气速度较大，火焰无法稳定，因此燃烧反应不会 在靠近燃烧器本体的区域进行，只会快速、充分地混合；在往下区域，随 着可燃气体速度和空气旋转强度的减弱，混合气的速度降低，燃烧反应就 会稳定进行，燃烧完的高温燃气依靠旋转惯性，覆盖整个燃烧室，形成均 匀的高温气流对热气机的加热器进行加热，使加热器表面的温度稳定均匀， 避免被火焰直接灼烧，提高了可靠性。因此，该燃烧器兼有扩散燃烧器和 预混燃烧器的优点，燃烧充分，排放好，且火焰非常短，十分有利于设计 成紧凑性的热气机燃烧器。另外，该燃烧器本体没有旋流器，简化了结构， 且对空气预热温度没有限制，可以充分利用燃烧废气预热空气，对燃烧也 有一定好处。 上述的热气机用预混旋流平焰式燃烧器，还包括用于对可燃气体和预 热空气起分配作用的可燃气体分配器和空气分配器，可燃气体分配器的上 端与可燃气体进气管连通，下端与燃烧器本体上的可燃气体进气孔连通；
空气分配器的前端与空气预热器的空气出口连通，后端与燃烧器本体上的 空气进气孔连通。可燃气体分配器和空气分配器用于对可燃气体和空气均 匀分配的作用，使得进入燃烧器本体的可燃气体和空气均匀喷出，充分混合。
上述的热气机用预混旋流平焰式燃烧器，所述的可燃气体进气孔在燃
烧器本体的纵向垂直布置，均匀布置成一圈，下端出口靠近空腔的锥面； 预热空气进气孔靠近燃烧器本体的下半部，均匀布置成一圈，其出口与空 腔的锥面贯通；可燃气体进气孔和预热空气进气孔的轴线相互垂直，，且位
于一个平面。这样有利于流速较高的预热空气形成旋流，与均匀喷入的可 燃气体充分混合。
上述的热气机用预混旋流平焰式燃烧器，所述的空气进气孔与燃烧器
本体的径向倾斜角度为30 60度。在此角度范围，预热空气的旋流效果最 好，且有利于预热器空气进气孔的布置。
上述的热气机用预混旋流平焰式燃烧器，所述的空气预热器布置在燃 烧室外周，为环形多层薄壁板壳式结构，内部从上到下逐步扩张，形成燃 烧室，外部与燃烧器的外壳体相适配；燃烧产生的废气从下端进入空气预
热器，从上端排出，用于对空气进行预加热。空气预热器布置在燃烧室外 围，内部空间形成燃烧室，结构紧凑，且预热器采用钣金件焊接而成，冷 空气经过多个折返回路与高温废气充分换热，换热效果好。
上述的热气机用预混旋流平焰式燃烧器，在所述的加热器本体上靠近 可燃气体出口位置设置有一个用于对可燃气体点火作用的点火装置。
上述的热气机用预混旋流平焰式燃烧器，所述的可燃气体进气孔的直
径小于预热空气进气孔的直径，预热空气进气孔的直径为4 8mm，可燃气 体进气孔的直径为1 4mm。预热空气进气孔的直径大，保证了富氧燃烧， 使燃烧充分，排放好。
上述的热气机用预混旋流平焰式燃烧器，所述的预热空气分配器由内 部敞开的环形筒体结构预热空气分配器壳体，以及其与预热器、燃烧器本 体、盖板、可燃气体分配器形成的空间构成；预热空气分配器壳体镶嵌在 燃烧室的顶部，并与预热空气预热器焊接成一体；燃烧器本体下端支撑在 预热空气分配器壳体的内台阶上，上端布置了可燃气体分配器，并用盖板 压紧固定。该结构布置简洁、紧凑，使预热空气和可燃气体流经的路径尽 可能短，减小了沿程阻力，保证了流速，使混合充分。
总之，本发明具有下列优点
1) 可燃气体和空气混合好，火焰长度短，燃烧充分，排放好。按以上 结构，设计制造了 lkW四缸热气机用燃烧器，进行了试验，试验结果表明 燃烧过程稳定，火焰为旋转的平焰，径向平面内温度分布十分均匀，且火 焰脱离燃烧室壁面，燃烧十分充分，经测试排放指标超过了同功率内燃机 的"欧V"标准。
2) 结构紧凑，尺寸小，易于布置。该结构比传统的扩散式燃烧器尺寸 在纵向要小20%以上，满足了小型热气机紧凑性尺寸的要求。
下面结合附图对本发明的实施例做详细阐述。
图l是本发明的结构剖视图。
图2是图1中燃烧器本体的结构图。
图3是燃烧器本体的剖视图。
具体实施例方式
图1所示是本发明的结构布置图，该燃烧器属于常压燃烧器，布置在 热气机加热器的顶部，在加热器的上部空间形成燃烧室8空间。该燃烧器 主要由可燃气体进气管5、空气进气管1、废气排气管11、空气预热器10、 燃烧器本体6、可燃气体分配器4、预热空气分配器2、点火器和燃烧室8 壳体等部件组成。空气预热器IO为多层薄壁壳体结构，常采用钣金件焊接 而成，其形状近似钟形，顶部敞开，内部空间从上往下逐步增大，下端抵 靠在热气机的机身上，下半部包围在热气机的加热器上，与加热器一起形
成燃烧室8空间；空气预热器10外周是燃烧器壳体；空气预热器10的多
层封闭壁板形成了分离的可燃气体和空气流道，当温度较低的冷空气A和 温度较高的废气c流经以上流道时，进行充分换热，来达到对较冷空气进
行预热的目的。 一般，冷空气A从位于燃烧器上半部的空气进气管1流入 空气预热器10，经过多个折返，从上端流出进入预热空气分配器2，而燃 烧废气C从空气预热器10的下端进入，从上端经废气排气管11排出。该 空气预热器10结构简单，外形紧凑，常采用耐高温的耐热钢板冲压焊接而 成，工艺十分简单，成本较低。
燃烧器本体6是整个燃烧器的核心零件，决定了空气A、可燃气体B 的流动匹配、混合和燃烧的组织，它布置在燃烧器的上端，即燃烧室8的 顶部，分别与预热空气分配器2和可燃气体分配器4相连接。燃烧器本体 6的结构如图2、 3所示，其为一个圆盘形阀块结构，在其纵向也就是轴向 均匀布置有若干可燃气体进气孔602，可燃气体进气孔602 —般沿一个圆 周均匀布置，方向垂直于燃烧器本体6的上端面，当然可燃气体进气孔602 也可以倾斜成一定角度，使喷出的气体形成旋转气流。可燃气体进气孔602 的直径和数量根据热气机燃烧器的大小而定，如对于10kW以下的小型热 气机，其直径一般为l 4mm，个数为10 30个。在燃烧器本体6圆周方 向，靠近圆柱面的下半部，均匀设置有一圈预热空气进气孔601，预热空 气进气孔601与燃烧器本体6的径向倾斜一定角度，即预热空气进气孔601 的轴线不通过燃烧器本体6的中心线，倾斜的角度根据燃烧室8燃烧火焰 的长度、直径，以及气流速度等要求综合考虑设定， 一般在30 60度范围 内，角度过小或过小都会影响旋流效果，使燃烧火焰过于集中和分散。在 燃烧器本体6的下半部内侧有一个截顶的锥形空腔603，可燃气体进气孔602和预热空气进气孔601与此空腔603相连通，喷入的可燃气体和预热 空气可以在此空腔603中充分混合。 一般，预热空气进气孔601与锥形空 腔603的锥面相贯通，这样可以有利于旋转气流的形成，而可燃气体进气 孔602也设置成其出口位于锥形空腔603的锥面上，并与预热空气进气孔 601的轴线位于同一个平面，其出口略高于预热空气的出口，或与空气进 气孔相通，这样当可燃气体喷入时，正好与高速进入的旋转预热空气混合， 使混合更加充分，有利于燃烧。预热空气进气孔601的直径和数量与可燃 气体进气孔602的参数相匹配，其数量常设置成相同，直径要大于可燃气 体进气孔602的直径， 一般为4 8mm。如某小型热气机燃烧器，以天然 气为燃料，其燃烧器本体6预热空气进气孔601的直径为6mm，可燃气体 进气孔602的直径为2mm，数量为24个，预热空气进气孔601的倾斜角 度约为45度。
以上的结构决定了该燃烧器兼有扩散燃烧器和预混燃烧器的共同优 点，可燃气体和预热空气在燃烧器本体6的锥形空腔603附近充分混合， 而在其下的燃烧室8扩张段充分燃烧，燃烧火焰稳定，长度较短，接近平 焰，因此称为预混平焰式燃烧器。另外该燃烧器本体6利用倾斜的多个预 热空气进气孔601产生高速旋转气流，来加强与可燃气体的混合，取代了 传统复杂且尺寸较大的旋流器，大大简化了燃烧器的结构，优化了尺寸， 降低了成本。
只要改变可燃气体进气孔602和预热空气进气孔601的相对位置和直 径大小，就可以匹配出不同火焰长度和直径的火焰，以适应不同结构热气 机燃烧室8的需要。燃烧器本体6工艺比较简单，可以采用铸造或者型材 直接加工的方式得到，材料可采用耐热合金钢或不锈钢。
预热空气分配器2分别与空气预热器10和燃烧器本体6相连通，起到 将预热空气均匀地分配到燃烧器本体6的进气孔的作用。其主要部件是一 个内部敞开的环形壳体，其与燃烧器本体6的外周表面、可燃气体分配器 4、空气预热器10和燃烧器上盖板7等部件共同形成的空间组成，仅有一
个预热空气进口和出口，其余部位封闭，简单地说就是一个预热空气流经 通道。环形壳体镶嵌在空气预热器10的顶部，并与之焊接成一体。环形壳
体的内部有一个台阶，燃烧器本体6的下平面支撑在该台阶上。
燃烧器本体6的上端布置有可燃气体分配器4，可燃气体分配器4近 似一个深碟形圆盘，倒扣在燃烧器本体6的上平面上，可燃气体分配器4 径向尺寸大到足以保证燃烧器本体6上的可燃气体进气孔602全部位于其 中，可燃气体分配器4上端与可燃气体进气管5相连通， 一般焊接成一体。 可燃气体分配器4的上端压置有盖板7，盖板7通过螺栓与燃烧器外壳体9 连接固定，并将可燃气体分配器4和燃烧器本体6压紧固定。该结构布置 简单，紧凑，大大降低了轴向尺寸，且维修性好，如当需要更换燃烧器本 体6时，只要松开盖板7，依次就可轻松拆除可燃气体分配器4和燃烧器 本体6，维修十分方便。
在燃烧器顶部还布置有点火装置3，可采用常用的火花塞或者其它通 用形式的点火器，点火装置3纵向贯穿燃烧器本体6，其顶部伸出燃烧器
本体6，靠近燃烧器本体6的预热空气出口，在此位置温度较低，且可燃 气体与空气混合较好，有利于点火和降低点火装置工作温度提高其可靠性。
当然点火装置3也可以布置在燃烧室8的其他位置，只要便于可靠点火， 且附近温度尽可能低即可。
本发明不局限以上的形式，还可以变换成其他的形式，如改变燃烧室 的形状，或改变燃烧器本体的形状和结构参数，或者其他等同的替换，总 之，只要采用本发明中燃烧器本体类似的结构都将落入本发明的保护范围 之中。
权利要求
1、一种热气机用预混旋流平焰式燃烧器，包括空气进气管(1)、可燃气体进气管(5)、燃烧室(8)、布置在燃烧室(8)顶部的燃烧器本体(6)、空气预热器(10)、点火装置(3)和废气排气管(11)，其特点在于所述的燃烧器本体(6)为一个圆盘形阀块结构，在其纵向均匀布置有可燃气体进气孔(602)，在其周向均匀设置有预热空气进气孔(601)，预热空气进气孔(601)与燃烧器本体(6)的径向倾斜一定角度；在燃烧器本体(6)的下半部内侧有一个截顶的锥形空腔(603)，可燃气体进气孔(602)和预热空气进气孔(601)与此空腔(603)相连通，喷入的可燃气体和预热空气在此空腔(603)中充分混合。
2、 根据权利要求1所述的热气机用预混旋流平焰式燃烧器，其特征在 于它还包括用于对可燃气体和预热空气起分配作用的可燃气体分配器(4) 和预热空气分配器(2)，可燃气体分配器(4)的上端与可燃气体进气管(5) 连通，下端与燃烧器本体(6)上的可燃气体进气孔(602)连通；预热空 气分配器(2)的前端与空气预热器(10)的空气出口连通，后端与燃烧器 本体(6)上的预热空气进气孔(601)连通。
3、 根据权利要求1或2所述的热气机用预混旋流平焰式燃烧器，其特 征在于所述的可燃气体进气孔(602)在燃烧器本体(6)的纵向呈垂直 布置，均匀布置成一圈，下端出口靠近空腔(603)的锥面；预热空气进气 孔(601)靠近燃烧器本体(6)的下半部，均匀布置成一圈，其出口与空 腔(603)的锥面贯通；可燃气体进气孔(602)和预热空气进气孔(601) 的轴线相互垂直，且位于一个平面。
4、 根据权利要求1或2所述的热气机用预混旋流平焰式燃烧器，其特征在于所述的预热空气进气孔(601)与燃烧器本体(6)的径向倾斜角 度为30 60度。
5、 根据权利要求3所述的热气机用预混旋流平焰式燃烧器，其特征在 于所述的预热空气进气孔(601)与燃烧器本体(6)的径向倾斜角度为 30 60度。
6、 根据权利要求1或2所述的热气机用预混旋流平焰式燃烧器，其特 征在于所述的空气预热器(10)布置在燃烧室(8)外周，为环形多层薄 壁板壳式结构，内部从上到下逐步扩张，形成燃烧室(8)，外部与燃烧器 的外壳体(9)相适配；燃烧产生的废气从下端进入空气预热器(10)，从 上端排出，用于对空气进行预加热。
7、 根据权利要求1或2所述的热气机用预混旋流平焰式燃烧器，其特征在于在所述的燃烧器顶部靠近燃烧器本体(6)上的可燃气体出口位置设置有一个用于对可燃气体点火作用的点火装置(3)。
8、 根据权利要求1或2所述的热气机用预混旋流平焰式燃烧器，其特 征在于所述的可燃气体进气孔(602)的直径小于预热空气进气孔(601) 的直径，预热空气进气孔(601)的直径为4 8mm，可燃气体进气孔(602) 的直，5为1 4mm。
9、 根据权利要求2所述的热气机用预混旋流平焰式燃烧器，其特征在 于所述的预热空气分配器(2)由内部敞开的环形筒体结构预热空气分配 器(2)壳体，以及其与空气预热器(10)、燃烧器本体(6)、盖板(7)、 可燃气体分配器(4)形成的空间构成；预热空气分配器(2)壳体镶嵌在 燃烧室(8)的顶部，并与预热空气预热器(10)焊接成一体；燃烧器本体(6)下端支撑在预热空气分配器(2)壳体的内台阶上，上端布置了可燃 气体分配器(4)，并用盖板(7)压紧固定。
全文摘要
本发明公开了一种热气机用预混旋流平焰式燃烧器，包括燃烧室、用于可燃气体进气管、空气进气管、布置在燃烧室顶部的燃烧器本体、空气预热器、点火器和废气排出管，其燃烧器本体为一个圆盘形阀块结构，在其纵向均匀布置有可燃气体进气孔，在其周向均匀设置有预热空气进气孔，预热空气进气孔与燃烧器本体的径向倾斜一定角度；在燃烧器本体的下半部内侧有一个截顶的锥形空腔，可燃气体进气孔和预热空气进气孔与此空腔相连通，喷入的可燃气体和预热空气在此空腔中充分混合。该燃烧器具有结构简单、尺寸紧凑，以及可燃气体和空气混合好、火焰长度短、燃烧充分、排放好的特点，十分适合于小型热气机使用。
文档编号F23C5/14GK101196293SQ200610119370
公开日2008年6月11日 申请日期2006年12月8日 优先权日2006年12月8日
发明者冯大磊, 巍 张, 梁鹏飞, 汪海贵 申请人:上海齐耀动力技术有限公司