多段式金属纤维燃烧器的制作方法

本实用新型涉及燃烧器技术领域，尤其是涉及一种多段式金属纤维燃烧器。

背景技术：

早在20世纪初就有人提出了燃气表面燃烧的理论，但是直到20世纪50年代，燃气红外线燃烧器才有较大发展。1956年，德国人施旺克研制出一种多孔陶瓷板燃气红外辐射器，立即得到了推广和应用。20世纪60年代，由于高温金属材料的发展，在美国又出现了一种金属燃气红外线辐射器，很快就用于高大建筑的局部供暖或室内供暖，之后又成功地用于全面辐射供暖，取得了显著效果。之后，又开发出一种金属纤维制成的燃烧器，由于它具有快速反应性和冷却性、形状的可变性、热膨胀的可控性等诸多优点而用于食品烘干和纺织等行业，并且热效率高，污染物排放量低。

金属纤维燃烧器是一种全预混蓝焰式燃烧器，以特种金属纤维作为燃烧表面，燃烧强度可以达到10000kw/m³，是近几年逐渐被推广的新型燃烧器，金属纤维燃烧技术具有nox和co排放率低，压力损失小，燃烧效率高，结构紧凑，热动力设备的负荷调节比宽的优点。由于氮氧化物的产生机理，燃烧温度越高，过剩空气系数越大，则氮氧化物产生量越大，其中过剩空气系数表示了空气的过剩程度，其值为“实际空气用量/理论空气用量”，通常以α表示。一般的金属纤维燃器的α值取值范围为1.05-1.35。现有技术中降低nox的手段可以通过降低混合燃气中的α的方法，例如燃烧区采用烟气回循环降低含氧量，但需要增加额外的结构，在小型燃烧设备上实施较困难。而且降低α值尽管可以降低nox的排放量，但随着α值的降低，一氧化碳的排放量也随之增长，因此如何在能降低过剩空气系数以降低氮氧化物的排放量的同时，又能满足燃料充份燃烧的要求，降低一氧化碳的排放量，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型为解决上述背景技术中的问题，提供了一种通过贫氧燃烧和富氧燃烧结合方式来降低燃烧产物中氮氧化物和一氧化碳含量的多段式金属纤维燃烧器。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：多段式金属纤维燃烧器，包括空气-燃气混合装置、点火系统和燃烧头，空气-燃气混合装置、点火系统和燃烧头依次串联连接。燃烧头包括第一燃烧头和第二燃烧头，第一燃烧头和第二燃烧头通过连接筒相连，连接筒分为三层，最内层为混合管，中间层为支撑管，最外层为转动筒，混合管与支撑管之间设有用于实现混合管与支撑管流通的管道，转动筒包括内筒与外筒，内筒和外筒互不连接，内筒和外筒之间设有风扇叶片，风扇叶片与内筒相连接且与外筒不接触，转动筒与支撑管滑动连接，内筒在转动过程中不会完全覆盖管道的管口，外筒设有气体喷口。

作为优选，空气-燃气混合装置包括进气单元和混合单元，进气单元包括预混室、燃气储存室以及空气滤清器，预混室与燃气储存室连接且两者之间设有控制阀一，预混室与空气滤清器连接且两者之间设有控制阀二，燃气储存室和空气滤清器均布在预混室上，混合单元的外壁为两端开口的筒，筒中相对设置有风机一和风机二，风机一和风机二之间设有分流片，预混室的出口与风机一连接。

作为优选，点火系统包括点火室、设置在点火室中的点火电极棒、隔热板、以及设置在隔热板中的文丘里管，点火电极棒的两电极与文丘里管的入口相对，文丘里管的材质为形状记忆合金，低温时形状为文丘里管形，高温时为气体无法通过的密闭形。

作为优选，第一燃烧头包括支撑内管、套设在支撑内管上的支撑外管、以及包裹支撑外管的密封金属薄片，支撑内管上分布有多条分配孔带一，相邻两条分配孔带一的间距从第一燃烧头的入口到出口依次递减，支撑外管上均匀分布若干溢流孔一。

作为优选，第二燃烧头包括支撑内腔、套设在支撑内腔上的支撑外腔、以及包裹支撑外腔的金属纤维毡，支撑内腔和支撑外腔均为一端设有封闭端，一端设有开口端的腔体结构，支撑内腔上分布有多条分配孔带二，相邻两条分配孔带二的间距从开口端到封闭端依次递减，支撑外腔上均匀分布若干溢流孔二。

作为优选，第一燃烧头的支撑外管管口设有法兰一，法兰一凸起部分设有凹槽，支撑内管管口设有法兰二，法兰二的凸起部分与法兰一的凹槽相配合，连接筒的混合管管口设有法兰三，法兰三与法兰一连接，第二燃烧头的支撑外腔腔口设有法兰四，法兰四凸起部分设有凹槽，支撑内腔腔口设有法兰五，法兰五的凸起部分与法兰四的凹槽相配合，法兰五与连接筒的混合管管口的法兰三连接。

作为优选，第一燃烧头设置一个，或设置至少一个，相邻第一燃烧头之间通过连接筒连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、通过控制控制阀一和控制阀二的开度来控制燃气与空气的比例，第一燃烧头中的燃气进行贫氧燃烧，连接筒将混合气体(燃气和空气)送入，第一燃烧头的产物与混合气体混合，在第二燃烧头继续燃烧，因混合气体中空气的含量较高，所以第二燃烧头中的燃气进行富氧燃烧。第一燃烧头可设置多个，因此本实用新型将燃烧过程分为多段燃烧，贫氧燃烧段的空气系数较低，降低了燃烧产物中的氮氧化物的含量，富氧燃烧段将燃气和贫氧燃烧段产生的一氧化碳二次燃烧，既充分利用燃气又降低了燃烧产物中一氧化碳的含量；

2、第一燃烧头中包裹支撑外管的是密封金属薄片，第二燃烧头中包裹支撑外腔的是金属纤维毡，所以第一燃烧头的加热方式为红外热辐射方式，第二燃烧头的加热方式为红外热辐射方式或蓝焰方式，因此本实用新型燃烧器结合红外热辐射方式和蓝焰方式两种燃烧方式，可同时满足不同加热温度的需求；

3、空气-燃气混合装置中燃气与空气在预混室对流初步混合后，经风机一混合后传送到风机二，期间经过分流片形成小漩涡，进一步混合，因此空气-燃气混合装置对燃气与空气进行了四步混合，到达第一燃烧头的气体混合得非常均匀；

4、混合气体在燃烧头中输送过程中进行了燃烧，因此各部分燃烧头混合气体浓度不同，这会导致各部分燃烧头的温度不同，加热效果不好且燃烧头寿命会缩短，本实用新型通过在燃烧头上设置间距不同的分配孔带，来调节各部分燃烧头的混合气体通过量，然后通过的混合气体再从均匀分布的溢流孔中溢出，从而实现各部分燃烧头的混合气体溢出量相同，各部分燃烧头的燃烧温度均匀；

5、点火系统中点火电极棒通过文丘里管将第一燃烧头中的燃气点燃后，文丘里管被加热变形为气体无法通过的密闭形，点火室形成密闭空间，因此点火电极棒不会被火焰炙烤，可延长点火电极棒的寿命，提高其点火的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为第一燃烧头结构示意图；

图3为连接筒剖视图；

图4为连接筒结构示意图；

图5为第二燃烧头结构示意图。

附图标记说明如下：1、进气单元；11、预混室；12、燃气储存室；13、控制阀一；14、空气滤清器；15、控制阀二；2、混合单元；21、风机一；22、分流片；23、风机二；3、点火系统；31、点火电极棒；32、文丘里管；33、隔热板；4、第一燃烧头；41、法兰二；42、分配孔带一；43、支撑内管；44、法兰一；45、金属薄片；46、支撑外管；47、溢流孔一；5、连接筒；51、转动筒；511、外筒；512、风扇叶片；513、内筒；52、支撑管；53、混合管；54、气体喷口；55、管道；56、法兰三；6、第二燃烧头；61、法兰五；62、分配孔带二；63、支撑内腔；64、法兰四；65、金属纤维毡；66、支撑外腔；67、溢流孔二。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底部”和“顶部”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例1：

如图1～5所示，多段式金属纤维燃烧器，包括空气-燃气混合装置、点火系统3和燃烧头，空气-燃气混合装置、点火系统3和燃烧头依次串联连接。燃烧头包括第一燃烧头4和第二燃烧头6，第一燃烧头4和第二燃烧头6通过连接筒5相连，连接筒5分为三层，最内层为混合管53，中间层为支撑管52，最外层为转动筒51，混合管53与支撑管52之间设有用于实现混合管53与支撑管52流通的管道55，转动筒51包括内筒513与外筒511，内筒513和外筒511互不连接，内筒513和外筒511之间设有风扇叶片512，风扇叶片512与内筒513相连接且与外筒511不接触，转动筒51与支撑管52滑动连接，内筒513在转动过程中不会完全覆盖管道55的管口，外筒511设有气体喷口54。补充气体从气体喷口54进入转动筒51，转动筒51转动，补充气体均匀分布到转动筒51各部位，然后通过管道55进入混合管53与混合管53中的气体充分混合。上述结构可实现补充气体与混合管53中原有气体的充分混合，避免了第二燃烧头6因气体混合不均的原因，各部分火焰温度不相同的问题。

空气-燃气混合装置包括进气单元1和混合单元2，进气单元1包括预混室11、燃气储存室12以及空气滤清器14，预混室11与燃气储存室12连接且两者之间设有控制阀一13，预混室11与空气滤清器14连接且两者之间设有控制阀二15，燃气储存室12和空气滤清器14均布在预混室11上，混合单元2的外壁为两端开口的筒，筒中相对设置有风机一21和风机二23，风机一21和风机二23之间设有分流片22，预混室11的出口与风机一21连接。空气-燃气混合装置中燃气与空气在预混室11对流初步混合后，经风机一21混合后传送到风机二23，期间经过分流片22形成小漩涡，进一步混合，因此空气-燃气混合装置对燃气与空气进行了四步混合，到达第一燃烧头4的气体混合得非常均匀。

点火系统3包括点火室、设置在点火室中的点火电极棒31、隔热板33、以及设置在隔热板33中的文丘里管32，点火电极棒31的两电极与文丘里管32的入口相对，文丘里管32的材质为形状记忆合金，低温时形状为文丘里管32形，高温时为气体无法通过的密闭形。点火系统3中点火电极棒31通过文丘里管32将第一燃烧头4中的燃气点燃后，文丘里管32被加热变形为气体无法通过的密闭形，点火室形成密闭空间，因此点火电极棒31不会被火焰炙烤，可延长点火电极棒31的寿命，提高其点火的可靠性。

第一燃烧头4包括支撑内管43、套设在支撑内管43上的支撑外管46、以及包裹支撑外管46的密封金属薄片45，支撑内管43上分布有多条分配孔带一42，相邻两条分配孔带一42的间距从第一燃烧头4的入口到出口依次递减，支撑外管46上均匀分布若干溢流孔一47。第一燃烧头4可设置多个，相邻第一燃烧头4之间通过连接筒5连接。第二燃烧头6包括支撑内腔63、套设在支撑内腔63上的支撑外腔66、以及包裹支撑外腔66的金属纤维毡65，支撑内腔63和支撑外腔66均为一端设有封闭端，一端设有开口端的腔体结构，支撑内腔63上分布有多条分配孔带二62，相邻两条分配孔带二62的间距从开口端到封闭端依次递减，支撑外腔66上均匀分布若干溢流孔二67。混合气体在燃烧头中输送过程中进行了燃烧，因此各部分燃烧头混合气体浓度不同，这会导致各部分燃烧头的温度不同，加热效果不好且燃烧头寿命会缩短，本实用新型通过在燃烧头上设置间距不同的分配孔带，来调节各部分燃烧头的混合气体通过量，然后通过的混合气体再从均匀分布的溢流孔中溢出，从而实现各部分燃烧头的混合气体溢出量相同，各部分燃烧头的燃烧温度均匀。通过控制控制阀一13和控制阀二15的开度来控制燃气与空气的比例，第一燃烧头4中的燃气进行贫氧燃烧，连接筒5将混合气体(燃气和空气)送入，第一燃烧头4的产物与混合气体混合，在第二燃烧头6继续燃烧，因混合气体中空气的含量较高，所以第二燃烧头6中的燃气进行富氧燃烧。第一燃烧头4可设置多个，因此本实用新型将燃烧过程分为多段燃烧，贫氧燃烧段的空气系数较低，降低了燃烧产物中的氮氧化物的含量，富氧燃烧段将燃气和贫氧燃烧段产生的一氧化碳二次燃烧，既充分利用燃气又降低了燃烧产物中一氧化碳的含量。第一燃烧头4中包裹支撑外管46的是密封金属薄片45，第二燃烧头6中包裹支撑外腔66的是金属纤维毡65，所以第一燃烧头4的加热方式为红外热辐射方式，第二燃烧头6的加热方式为红外热辐射方式或蓝焰方式，因此本实用新型燃烧器结合红外热辐射方式和蓝焰方式两种燃烧方式，可同时满足不同加热温度的需求。

第一燃烧头4的支撑外管46管口设有法兰一44，法兰一44凸起部分设有凹槽，支撑内管43管口设有法兰二41，法兰二41的凸起部分与法兰一44的凹槽相配合，连接筒5的混合管53管口设有法兰三56，法兰三56与法兰一44连接，第二燃烧头6的支撑外腔66腔口设有法兰四64，法兰四64凸起部分设有凹槽，支撑内腔63腔口设有法兰五61，法兰五61的凸起部分与法兰四64的凹槽相配合，法兰五61与连接筒5的混合管53管口的法兰三56连接。上述法兰结构的连接，密封性好，可承受较大的气体压力。

工作原理：燃气从燃气储存室12通过控制阀一13进入预混室11，空气从空气滤清器14通过控制阀二15进入预混室11，燃气和空气形成对流，进行初步混合。混合气体(燃气和空气)经风机一21混合后传送到风机二23，期间经过分流片22形成小漩涡，进一步混合。混合气体混合均与后通过喷射头(因为是本领域公知常识，因此在此不再赘述)被输送到第一燃烧头4，点火系统3中点火电极棒31通过文丘里管32将第一燃烧头4中的燃气点燃，文丘里管32被加热变形为气体无法通过的密闭形，点火室形成密闭空间。混合气体依次通过间距不同的分配孔带一42和均匀分布的溢流孔一47，混合气体在溢流孔一47上方均匀燃烧，加热金属薄片45，金属薄片45被加热到白炽化状态后以红外热辐射方式放热。第一燃烧头4燃烧的产物被输送到连接筒5的混合管53中，补充气体从气体喷口54进入转动筒51，转动筒51转动，补充气体均匀分布到转动筒51各部位，然后通过管道55进入混合管53与混合管53中的气体充分混合。混合均匀地其他被输送到第二燃烧头6，混合气体依次通过间距不同的分配孔带二62、均匀分布的溢流孔二67以及金属纤维毡65，混合气体在金属纤维毡65表面燃烧，以红外热辐射方式或蓝焰方式放热。通过控制控制阀一13和控制阀二15的开度来控制燃气与空气的比例，第一燃烧头4中的燃气进行贫氧燃烧，连接筒5将混合气体(燃气和空气)送入，第一燃烧头4的产物与混合气体混合，在第二燃烧头6继续燃烧，因混合气体中空气的含量较高，所以第二燃烧头6中的燃气进行富氧燃烧。第一燃烧头4可设置多个，因此本实用新型将燃烧过程分为多段燃烧，贫氧燃烧段的空气系数较低，降低了燃烧产物中的氮氧化物的含量，富氧燃烧段将燃气和贫氧燃烧段产生的一氧化碳二次燃烧，既充分利用燃气又降低了燃烧产物中一氧化碳的含量。

以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。