燃气燃烧系统及其混合器的制作方法

本实用新型总体涉及燃气燃烧领域，尤其涉及燃气燃烧系统中对空气与燃气进行预混的混合器以及具有此种混合器的燃烧系统。

背景技术：

燃气燃烧分为扩散燃烧、部分预混燃烧(大气式燃烧)和全预混燃烧。全预混燃烧(premixedcombustion)指空气与燃气预先按照一定比例充分混合形成预混合气，该预混合气再在燃烧器中点火、燃烧的过程。预混燃烧一般发生在相对封闭体系中。预混燃烧因在燃烧前燃气与空气(氧气)充分混合，其相对于扩散燃烧而言火焰传播速度更快、燃烧温度更高、延展性更好，在工业锅炉方面广泛应用。

典型的预混燃烧系统一般采用文丘里混合器来保证空气与燃气按照一定的比例充分混合，并利用风机将预混合气送入燃烧器。燃气与空气的混合可以设置在风机入口处，称作“前预混”。燃气与空气的混合也可置于风机出口处，称作“后预混”。

目前市场上使用较多的是前预混系统。由于前预混燃烧系统是在风机入口处实现燃气与空气的混合，因而需要专用的ec(electricalcommutation)风机，即具有直流无刷变频电机的风机，其价格昂贵，并且规范要求ec风机功率只能做到最大2.8mw。

后预混燃烧系统，由于混合距离短，所以对于混合器有非常高的要求。目前市场上多见的是静态的后预混混合器，其文丘里管结构是静态固定的。这种静态的后预混混合器在负荷小时则难以做到高调节比，原因是小负荷时由于流速较低，空气和燃气混合效果差，导致燃烧工况恶化，很大程度上限制了后预混系统在市场上的推广和应用。现有一些厂家的后预混混合器，为了提高混合效果，大多采用增加旋流片或者增加流道阻力的方式，然而混合器内部机械结构依然为静态结构，同样无法适应小负荷的情况。因此有必要开发出适用于大功率后预混系统的混合器，拓宽全预混燃烧的应用范围。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的一个目的在于提供一种后预混燃烧系统的混合器，其能够在小负荷情况，即流速低的情况下有效提高混合效果。本实用新型的另一个目的在于提供一种后预混燃烧系统的混合器及其燃烧系统，其能够在小火流速较低情况下做到较高的调节比。本实用新型的又一个目的在于提供一种后预混燃烧系统的混合器及其燃烧系统，其能够对燃气压力要求较低。本实用新型的再一个目的在于提供一种后预混燃烧系统的混合器及其燃烧系统，其不仅能够实现气体流量调节，还能够使得流量调节装置集成在混合器中，使得燃烧系统结构简单。

在本实用新型的一个实施例中提出了一种混合器，其设置在燃气燃烧系统中使得空气与燃气混合形成可燃的混合气体，其特征在于，包括：一文丘里管，其具有一空气入口、一燃气入口和一个混合气体出口，所述文丘里管具有一个中心轴线方向以及沿所述中心轴线方向置于所述空气入口和所述混合气体出口之间的喉部，所述燃气入口设置于所述喉部处；一调节部件，其设置于所述文丘里管中且位于所述喉部的下游，所述调节部件能够被驱动而沿所述中心轴线方向朝向或背离所述喉部而移动，从而改变所述文丘里管内气体的流通面积。优选地，所述调节部件为一个锥形阀塞，其在朝向所述喉部一侧的锥形外表面与所述文丘里管喉部处的内表面相配合。

优选地，混合器还包括一个用于驱动所述调节部件的驱动机构，该驱动机构包括：一个中心轴，其以能够沿所述中心轴线方向往复移动的方式置于所述文丘里管中，所述调节部件套设并固定在所述中心轴上；一传动组件，其一端连接到所述中心轴，另一端连接到一个执行器，所述传动组件在所述执行器的驱动下促使所述中心轴移动。

更为优选地，所述传动组件包括：一个传动轴，其沿与所述中心轴线方向垂直的方向延伸，并在所述执行器的驱动下转动；一个拨轴器，其一端固定连接到所述传动轴，另一端连接到所述中心轴，其中所述传动轴转动而驱动所述拨轴器，进而所述拨轴器推动所述中心轴沿所述中心轴线进行直线移动。

尤为优选地，所述拨轴器固定套设在所述传动轴上，所述拨轴器沿垂直于所述传动轴的方向伸出两个拨杆部，所述两个拨杆部彼此间隔开平行设置且使得所述中心轴适于置于其间，每个拨杆部具有一个沿其长度方向的长孔；一个连杆，其适于贯穿所述两个拨杆部的长孔以及置于所述两个拨杆部之间的所述中心轴上的通孔，所述连杆平行于所述传动轴。

本实用新型另一个实施例提出了一种燃气燃烧控制系统，其特征在于，包括：一个空气通道，其中设置有一个风机，用于吹送空气；一个燃气通道，用于提供燃气；一个如上所述的混合器，所述空气入口连接到所述空气通道，所述燃气入口连接到所述燃气通道，所述混合气出口连接到一个燃烧炉；一个执行器，其连接到所述混合器，用于驱动所述混合器中的所述调节部件；一个燃烧控制器，其连接到所述执行器，并通过控制所述执行器来驱动所述调节部件，以调节气体流量。

优选地，所述燃气燃烧控制系统还包括一个感测所述燃烧炉内的温度和/或压力的第一传感器，所述燃烧控制器连接到所述第一传感器，并响应于所述第一传感器的感测数据而控制所述执行器。优选地，所述燃气燃烧控制系统还包括一个比例控制阀，其通过膜片机械结构使得所述空气通道的差压与所述燃气通道的差压按比例恒定。更为优选地，所述燃气燃烧控制系统还包括一个第二传感器，其设置于在所述风机处，用于感测空气速度；所述燃烧控制器连接到所述第二传感器，并响应于所述第二传感器而暂停点火并重新启动所述风机。尤为优选地，所述燃气燃烧控制系统还包括一个人机交互面板，其连接到所述燃烧控制器。

在混合器内使用调节部件来根据负荷大小调节流量。在负荷减小时，调节部件迎向气流方向(朝向喉部)移动，文丘里管内的流通面积减少，流速增加，从而维持小流量/小负荷时也有较大的流速和流动阻力，雷诺数增加，紊流效果增加，保证燃烧炉内为小火时同样有更好的混合效果。此外，上述具有动态调节能力的混合器能够同时实现混合和流量调节的功能，从而减少混合器部件，一定程度上节省成本。

附图说明

图1是根据本实用新型一个实施例提供的一种后预混的燃气燃烧系统的结构示意图；

图2是根据本实用新型一个实施例的混合器的立体图；

图3是根据本实用新型一个实施例的混合器的剖面图；

图4是根据本实用新型一个实施例在大负荷下混合器中调节部件位置的示意图。

附图标记列表：

100：燃烧系统

10：空气通道12：空气过滤器14：风机，

20：燃气通道22：比例控制阀24：燃气单阀

30：混合器

32：文丘里管321：空气入口322：燃气入口323：混合气出口

325：喉部34：调节部件

36:驱动机构361：中心轴363：传动组件363-1：传动轴

363-2：拨轴器t：拨杆部l：长孔r：连杆

40：燃烧炉50：燃烧控制器60：执行器

72：第一传感器74：离子针76：气压传感器

具体实施方式

图1示例性地示出了一种后预混的燃烧系统100。如图1所示，燃烧系统100包括空气通道10、燃气通道20、连接到空气通道和燃气通道的混合器30、连接到混合器30的出口的燃烧炉40，以及燃烧控制器50。

空气通道10的入口处设有一个空气过滤器12，用于过滤空气中夹杂的异物(如灰尘、废渣等)。空气通道10中还设置有风机14，其能够将空气吹入混合器30，并进而吹入燃烧炉40。混合器30置于风机14的下游。混合器30的一个入口连接到空气通道10，其出口连接到燃烧炉40。混合器30的另一个入口连接到燃气通道20。混合器30能够在风机12的下游对空气与燃气进行预混合，并将预混合气送入燃烧室40。燃烧室40内设有点火器，其可以在燃烧控制器50的控制下点火以使得预混合的可燃烧气体充分燃烧。

如图1所示的后预混燃烧系统，由于燃气与空气的预混发生在风机的下游，该后预混系统对风机的要求降低，因而可以使用性价比更优的普通风机。后预混燃烧系统还具有混合距离短且效率高的特点。这也对于混合器提出了非常高的要求，需要混合器能够适应不同负荷下对空燃混合效果的要求。考虑到这一点，本实用新型的发明人提出了一种可调节流量的混合器，其一种示例性结构如图2-4所示。该混合器能够根据燃烧器的负荷大小自动调节空气量和燃气量。

图2-4分别示例性地示出了根据本实用新型一个实施例的混合器30的立体图和剖面图。如图2-4所示，混合器30为一个文丘里混合器，其基本上由一文丘里管32构成。不同于传统的文丘里混合器，根据本实用新型实施例的混合器30还具有一个调节部件34，其置于文丘里管32内，并能够被驱动而该改变文丘里管内的气体流通面积，从而调节空气量和燃气量。

具体而言，如图所示，文丘里管32总体上呈管状，沿其中心轴线方向a延伸。文丘里管入口即为空气入口321，其连接到空气通道10，从而接收经风机14吹入的空气。文丘里管32的出口即为混合气出口323。文丘里管32的喉部325处形成有一个燃气入口322，其连接到燃气通道20，以接收燃气输入。喉部325处引入的燃气与空气入口321输入的空气相互充分混合后形成的混合气从混合气出口323输出给燃烧室40。

如图3所示，调节部件34置于该文丘里管32的扩散段内，即在喉部325的下游。该调节部件34具有沿垂直于中心轴线方向a延伸的一径向尺寸，其能够形成对文丘里管32内空气/混合气体的阻挡。而且，调节部件34可以沿文丘里管32的中心轴线方向往复移动，即朝向喉部325移动或背离喉部325移动。调节部件34越靠近喉部325，调节部件34与文丘里管32内壁之间的环形间隙越窄，气流流过该间隙的流速得以增大。图3给出了调节部件34紧紧抵靠在喉部325的情况，此为一个极限位置，在此位置下气流几乎不能通过。图4给出了调节部件34远离喉部325的情况。调节部件34越背离喉部325，调节部件34与文丘里管32内部之间的环形间隙越大，气流流过该间隙的流量增加而流速得以减小。由此，调节部件34能够通过朝向或背离喉部325的移动来改变文丘里管中气体流通截面积，进而实现了流量调节。

如图2-4所示，在文丘里管中，空气从空气入口321进入，经过喉部325时静压减小。燃气由喉部325处的燃气入口322进入混合器30实现初混合。然后初混合气流通过调节部件34和文丘里管32内壁之间的环缝进行再次混合，最终混合气体从混合气出口323输出到燃烧炉40。移动调节部件34可使得该环缝的流通面积随着负荷的大小而变化。特别是在负荷减小时，调节部件迎向气流方向(朝向喉部)移动，环缝面积减小，流速增加，从而维持小流量/小负荷时也有较大的流速和流动阻力，雷诺数增加，紊流效果增加，保证燃烧炉内为小火时同样有更好的混合效果。此外，上述具有动态调节能力的混合器能够同时实现混合和流量调节的功能，从而减少混合器部件，一定程度上节省成本。

优选地，调节部件34为一个锥形阀塞，其在朝向喉部325一侧的锥形外表面与文丘里管32在靠近喉部325处的内表面相配合。在迎向气流的方向呈锥形表面有利于气流通过。同时，锥形外表面与文丘里管内表面相互配合可以使得气流在一个狭长的间隙内流动，从而有效加大流速，而不会过多阻碍气体流动。

如图2-4中所示的调节部件34可以采用多种不同方式置于文丘里管中并实现调节驱动，调节部件34本身也可以采用各种不同的形状。以下仅示例性地以图2-4所示实例为例加以说明，然而，如本领域技术人员可以理解的，调节部件34的驱动方式和形状并不限于图2-4所示出的情况。

在如图2-4所示的例子中，调节部件34具有一个驱动机构36，该驱动机构36包括一个中心轴361和一个传动组件363。中心轴361沿该中心轴线方向a延伸并可沿该中心轴线方向往复移动。调节部件34套设并固定在该中心轴361上。调节部件34可随该中心轴361的移动而移动。传动组件363一端连接到中心轴361，另一端连接到一个执行器60。传动组件363能够在执行器60的驱动下促使中心轴361移动。

具体而言，在图2-4所示的例子中，传动组件363进而包括一个传动轴363-1和一个拨轴器363-2。传动轴363-1能够在执行器60的驱动下发生自转，即绕一个垂直于中心轴线的方向转动。拨轴器363-2分别连接到传动轴363-1和中心轴361。该拨轴器363-2充当连接件以及驱动转换件，其能将传动轴363-1的旋转(角行程)转换为中心轴361在中心轴线方向上的直线移动(直行程)。

在图2-4的例子中，拨轴器363-2大体呈u型，其u型底部固定套设在传动轴363-1上，使得拨轴器363-2能够随传动轴363-1同步转动。拨轴器363-2具有两个拨杆部t，其沿垂直于传动轴的方向伸出并彼此平行间隔设置。这两个拨杆部t设置成能够使得中心轴361适于置于其间。每个拨杆部t具有一个沿其长度方向的长孔l。拨轴器u型开口处还设有一个可拆卸的连杆r，其适于贯穿两个拨杆部t的长孔l以及置于两个拨杆部t之间的中心轴361上的一个通孔。连杆r基本上平行于传动轴363-1的轴向方向设置。如此，在传动轴363-1因执行器60的驱动而发生转动时，拨轴器363-2的拨杆部t在传动轴363-1的带动下摆动，进而因连杆r的作用而带动中心轴361发生沿直线的位移。

以上结合图2-4给出的例子详细描述了根据本实用新型一个实施例的混合器的具体结构。然而，本领域技术人员可以理解的是，结合实际的应用状况，混合器的调节部件还可以是非锥形的。例如，调节部件可以为一个沿垂直于中心轴线的方向延伸的阻挡部件，或者调节部件还可以是一个半球形或其他形状。在图2-4的例子中，调节部件34固定连接到一个中心轴361上并在该中心轴带动下移动。可选地，调节部件34可以直接由一个直行程执行器推动而无需中心轴，或者直行程执行器可以直接推动中心轴361。若继续沿用角行程执行器60，该中心轴361还可以通过齿轮啮合方式被执行器驱动，例如传动轴363-2上套设齿轮而中心轴361具有可以与该齿轮啮合的直齿条。可选地，传动组件363还可以设置在文丘里管的外部。可选地，还可以取消中心轴，调节部件还可以支撑在文丘里管的内壁上，并通过机械可调节方式实现驱动调节。

图2-4中所示的混合器可以用在图1所示的燃烧系统中。下面回到图1来具体描述具有上述混合器30的燃烧系统。

如图1所示，根据本实用新型一个实施例的后预混燃烧系统100中，空气通过空气过滤器12进入风机14中，然后通过风机14吹入到混合器30的空气入口321。燃气通过一个比例控制阀22进入混合器30的燃气入口322，空气和燃气在混合器30内混合后，从混合气出口323进入到燃烧炉的头部。燃烧炉内，点火器点火使得混合后的可燃气体燃烧。在图1的例子中，燃烧控制器50可以根据其预先设定参数(例如负荷参数)来调整气体流量，即通过控制执行器60而驱动调节部件34前后移动，实现空气量和燃气量的调节，同时保证混合均匀。

优选地，燃烧系统100还包括一个置于燃烧炉内的传感器72。传感器72可以检测燃烧炉内的温度和/或压力。传感器72的输出连接到燃烧控制器50。燃烧控制器50根据传感器感测的数据调整流量大小，即通过控制执行器60而驱动调节部件34前后移动，实现空气量和燃气量的自动调节，同时保证混合均匀。

如图1所示，优选地，燃烧系统100还包括一个比例控制阀22，其一侧连接到空气通道10，用以获取空气通道的空气压力，另一侧连接到燃气通道20，用以获取燃气通道中的燃气压力。比例控制阀22能够维持空气侧和燃气侧压差恒定。换言之，当空气通道中空气流量下降时，比例控制阀22可以使得燃气侧随之变化，从而能够始终维持高精度的空燃比。

具体而言，优选地，在空气侧，比例控制阀22检测混合器30内部空气入口处的全压和文丘里管喉部处的静压之差。在燃气侧，比例控制阀22获取在燃气通道中燃气单阀24前后的燃气压差。比例控制阀22通过膜片机械结构维持该空气侧和燃气侧差压相等，从而保证空燃比恒定，即使空气侧发生堵塞也可自动保持空燃比而不需要补偿装置。这种膜片机械结构的压差平衡，结构简单、响应快速可靠，而且控制简单，安全性高。可选地，比例控制阀也可以替换为电子式的差压控制装置，同时检测空气和燃气压力，压差控制设备接收到信号后调整空气阀门和燃气阀门的开度。

优选地，燃烧系统100还包括一个置于燃烧炉内进行火焰检测的离子针74，其能够感测是否出现熄火，并将感测结果输出给燃烧控制器50。燃烧控制器50可根据该离子针反馈的感测结果控制混合气体的输送。

优选地，燃烧系统100还包括一个置于风机14附近的气压传感器76，其能够感测气压变化，并进而判断风机是否工作。气压传感器76同样连接到燃烧控制器50，以在风机14未能正常工作时暂停后续点火操作转而重新启动风机14。

更为优选地，燃烧系统100还包括一个人机面板90，其连接到燃烧控制器50，以方便操控人员获得当前的工作状态以及通过该人机面板100实现对燃烧系统的操控。

上述如图1所示的燃烧系统100，由于使用了具有调节部件的混合器，该后预混燃烧系统可根据负荷大小来调节流量。燃烧炉处于小火时，空气和燃气流量较小，此时调节部件会向来流方向(朝向喉部)移动，以减小气流流通面积，增加气体流速和阻力，提高小火混合效果，从而使调节比达到一个较高的值(例如大于5:1)。燃烧炉处于大火时，空气和燃气流量较大，此时调节部件会向去流方向(背离喉部)移动，以增大气流流通面积，降低气体流速和阻力，改善混合效果，从而使调节比保持在一个较高的值(例如大于5:1)。

一般混合器需要燃气压力和空气压力大体相当方可易于进入混合器进行预混。在上述燃烧系统100中，混合器30的内部为文丘里的缩放结构。采用这种结构，空气流经混合器30时，由于其喉部处的气体流通面积减小，气流速度增加，动压增加，而静压减小。在混合器30中，燃气从喉部325处低静压区的入口(燃气入口)进入混合器，此时燃气只需要较低供气压力即可注入到混合器中，比常规的燃气供气压力低2kpa左右。这一点非常利于那些燃气供气压力相对较低的应用场景。

如上所述的燃烧系统中，除了使用可自动调节流量的混合器外，还使用了比例控制阀来始终维持恒定的空燃比。高调节比可使得混合效果得到改善，稳定的空燃比可维持较好的充分燃烧，避免因燃烧不充分而导致的有害排放(例如nox、co)超标。

上文通过附图和优选实施例对本实用新型进行了详细展示和说明，然而本实用新型不限于这些已揭示的实施例，基与上述多个实施例本领域技术人员可以知晓，可以组合上述不同实施例中的代码审核手段得到本实用新型更多的实施例，这些实施例也在本实用新型的保护范围之内。