一种多孔介质燃烧器及燃烧系统的制作方法

1.本申请涉及燃烧器领域，具体而言，涉及一种多孔介质燃烧器及燃烧系统。


背景技术：

2.常规的多孔介质燃烧器在多孔介质材料和外壳体之间设置保温板，燃气在多孔介质材料内燃烧形成火焰并释放大量的热量，温度可高达1400℃以上，热量通过多孔介质材料的高温固体辐射作用和烟气对流换热相结合的方式向外传输。正是由于高温多孔介质材料对保温板的热传导，同时高温烟气对保温板的冲刷，保温板的温度也可达到1400℃左右，因此要求保温板具有良好的高温稳定性。
3.目前的多孔介质燃烧器为了保证气密性，多孔介质材料与保温板紧密贴合，但在运行过程中，高温的多孔介质材料将产生较大的热膨胀变形，而这极易导致保温板和/或保温板碎裂，进而导致燃烧器损坏。
4.因此，需要一种不易损坏，能耗低的多孔介质燃烧器。


技术实现要素：

5.为了解决上述的至少一个技术问题，本申请实施例提供一种多孔介质燃烧器及燃烧系统，其能够降低保温层的温度，提高燃烧器的稳定性。
6.第一方面，本申请实施例提供了一种多孔介质燃烧器，其包括壳体，壳体设置有用于通入燃烧气体的进气口和用于向壳体外释放热量的热量口，壳体内设置有用于供燃烧气体燃烧的多孔介质层，多孔介质层和壳体之间设置有保温层；保温层内还设置有用于带走保温层热量的换热器，换热器具有用于容纳换热介质的通道，通道围绕于多孔介质层外侧，通道的一端设置有换热介质入口，另一端设置有换热介质出口。
7.在上述实现过程中，由燃气和助燃气混合形成的燃烧气体由进气口通入壳体内，在多孔介质层内燃烧，产生的热量由热量口释放出去。在多孔介质燃烧器运行的过程中，通过在多孔介质燃烧器的保温层内设置换热器，换热器的通道包围在多孔介质层的外侧，再通过换热介质带走保温层的热量，从而快速、有效降低保温层的温度，消除传统燃烧器存在的保温层超温碎裂及燃烧器损坏的风险，提高多孔介质燃烧器的稳定性。
8.在一种可能的实现方式中，通道为c形、o形、螺旋式或分段式，c形通道的两端相距一定距离，o形通道的两端连接在一起且通过隔板隔开。
9.在上述实现过程中，换热介质入口和换热介质出口相邻设置，且必须通过整个通道连通，即换热介质由换热介质入口进，由换热介质出口出，流动路径必须经过几乎整个通道，而且通道能够几乎完全或完全围绕包裹于多孔介质层外侧，换热介质流动，能够快速将多孔介质层传导至保温层的热量带走，从而保证换热效果。尤其是采用c形或o形通道，通道里的换热介质流量相对较大，换热效果相对更好。
10.在一种可能的实现方式中，通道内设置有折流板。
11.在上述实现过程中，换热介质从换热介质入口进入换热器内，经过在通道内的折
流板，可以强化换热介质的扰动，提高换热效率，被加热的换热介质从换热介质出口流出。
12.在一种可能的实现方式中，换热介质出口与进气口连通。
13.在上述实现过程中，当选择可以作为燃烧器的助燃气(通常为空气)的气体作为换热介质时，由换热介质出口流出的、被加热的气体通过管道流入进气口内，作为助燃气，并与其他管道通入的燃气混合形成燃烧气体，进一步提高燃烧器的热效率，减少热量浪费。
14.在一种可能的实现方式中，进气口与用于通入燃烧气体或助燃气的主管道连通。
15.在上述实现过程中，通过主管道可以实现往进气口内通入燃烧气体，或者通入助燃气(可以采用换热介质出口流出的气体)并与其他管道通入的燃气混合形成燃烧气体。
16.在一种可能的实现方式中，壳体内分为均布室和燃烧室，均布室靠近进气口，均布室内设置有气体均布器，燃烧室靠近热量口，多孔介质层设置于燃烧室内。
17.在上述实现过程中，燃烧气体由进气口通入壳体内，先经过均布室内的气体均布器处理后，再均匀流入多孔介质层内并充分燃烧，产生的热量由热量口释放出去。
18.在一种可能的实现方式中，气体均布器与多孔介质层之间留有间隙，间隙的宽度为5
‑
10mm。
19.在上述实现过程中，燃烧气体由气体均布器流向多孔介质层，它们之间的间隙相当于等压腔，用于稳定压力，从而保证燃烧气体平稳的流入多孔介质层进行燃烧，从而提高燃烧器的稳定性。
20.在一种可能的实现方式中，保温层至少位于燃烧室内且包裹于多孔介质层的外侧。
21.在一种可能的实现方式中，多孔介质层包括层叠设置的用于预热燃烧气体的上游片和用于供所述燃烧气体燃烧的下游片，上游片靠近进气口，下游片靠近热量口。
22.在上述实现过程中，通过上游片和下游片，先对燃烧气体预热，再燃烧，从而提高燃烧效率。
23.第二方面，本申请实施例提供了一种燃烧系统，其包括第一方面提供的多孔介质燃烧器和燃气锅炉，换热介质出口与燃气锅炉连通。
24.在上述实现过程中，当选择水作为换热介质时，将多孔介质燃烧器与燃气锅炉结合起来，由换热介质出口流出的、被加热的水再流入燃气锅炉内，实现热量再利用，既提高了燃烧器的稳定性，也提高了能量利用率。
附图说明
25.为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请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。
26.图1为本申请第一实施例提供的一种多孔介质燃烧器的结构示意图；
27.图2为图1中换热器另一视角的结构示意图；
28.图3为本申请第二实施例提供的一种多孔介质燃烧器的结构示意图；
29.图4为本申请第三实施例提供的一种多孔介质燃烧器的结构示意图。
30.图标：100
‑
多孔介质燃烧器；110
‑
壳体；111
‑
进气口；112
‑
热量口；120
‑
保温层；
130
‑
多孔介质层；131
‑
上游片；132
‑
下游片；140
‑
换热器；141
‑
通道；142
‑
换热介质入口；143
‑
换热介质出口；144
‑
折流板；150
‑
气体均布器；160
‑
主管道；200
‑
多孔介质燃烧器；210
‑
保温层；220
‑
气体均布器；230
‑
主管道；240
‑
管道；250
‑
燃气管道；260
‑
空气散布器；300
‑
多孔介质燃烧器；310
‑
管道。
具体实施方式
31.现有的多孔介质燃烧器根据燃烧气体的通入方式分为预混式多孔介质燃烧器和即混式多孔介质燃烧器，预混式多孔介质燃烧器是先将燃烧气体，包括燃气和助燃气(通常为空气)预混，再通入燃烧器内，即混式多孔介质燃烧器是将燃烧气体，包括燃气和助燃气分别通入燃烧器内并直接混合在一起。
32.但是在现有预混式多孔介质燃烧器和即混式多孔介质燃烧器运行过程中，多孔介质材料以及多孔介质材料外侧的保温层存在碎裂的风险，进而导致燃烧器损坏。发明人分析其原因，是因为保温板为了达到保温效果，材质一般为低导热率、高热膨胀系数的氧化物陶瓷材质，因此与多孔介质材料接触的保温板会产生更大的热膨胀变形。由于多孔介质材料和保温板膨胀挤压，再加上多孔介质材料在高温环境下产生极大的热应力，导致多孔介质材料具有极大的碎裂风险；同时由于高温烟气对保温板的冲刷作用，保温板也更易于碎裂，进而导致燃烧器损坏。
33.另外，发明人还发现在运行过程中，保温板温度高，与之接触的外壳体温度低，保温板的热量通过热传导的方式，大量地传导到燃烧器外壳体上，进而导致燃烧器的能耗增大。
34.为了解决上述技术问题，发明人创造性的提出了一种多孔介质燃烧器(可以为预混式多孔介质燃烧器，也可以为即混式多孔介质燃烧器)及燃烧系统，其不需要改变保温层的材质，从而不影响保温效果，也不需要改变保温层和多孔介质材料的设置方式，从而不影响燃烧效果，仅仅通过换热介质换热的方式来降低保温层的温度，从而降低保温层破碎的风险，而且还能够将热量收集起来，有利于热量再利用，从而提高热效率。
35.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描述。
36.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。
37.因此，以下对在附图中提供的本申请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。
38.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。
39.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”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
40.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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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。
41.第一实施例
42.请参看图1和图2，本实施例提供的一种多孔介质燃烧器100，其为预混式多孔介质燃烧器100，该多孔介质燃烧器100包括壳体110，壳体110设置有用于通入燃烧气体的进气口111和用于向壳体110外释放热量的热量口112，壳体110内设置有用于供燃烧气体燃烧的多孔介质层130，多孔介质层130和壳体110之间贴合设置有保温层120。通常情况下，多孔介质燃烧器100的进气口111和热量口112设置在壳体110的相对两端，壳体110、多孔介质层130和保温层120的轴线同向，在其他实施例中，进气口111和热量口112也可以按照其他方向设置，只需要能够实现相应功能即可。需要说明的是，热量口112并不限制为开口设计，只要能向外辐射热量。由于在多孔介质层130内进行的燃烧为有效燃烧，因此多孔介质层130与其外侧的保温层120紧密贴合以防止燃烧气体从缝隙处泄露，影响燃烧效果。
43.为了保证燃烧效果，燃烧气体先均布、再燃烧，壳体110内分为均布室和燃烧室，均布室靠近进气口111，均布室内设置有气体均布器150，燃烧室靠近热量口112，多孔介质层130设置于燃烧室内。气体均布器150与多孔介质层130之间留有间隙，间隙的宽度一般为5
‑
10mm。
44.本申请实施例的燃烧器为预混式多孔介质燃烧器100，即通入的是预混后的燃烧气体，气体均布器150为普通的气体均布孔板即可实现均布效果，进气口111与用于通入预混后的燃烧气体的主管道160连通。
45.本实施例中，多孔介质层130包括层叠设置的上游片131和下游片132，上游片131靠近进气口111，下游片132靠近热量口112，上游片131和下游片132的孔隙方向垂直，即上游片131的孔隙方向与轴线方向相同。在其他实施例中，多孔介质层130还可以采用多孔介质材料的其他组合方法，只需要能够实现在其内部孔隙燃烧即可。
46.为了实现保温效果，保温层120至少位于燃烧室内且包裹于多孔介质层130的外侧，本实施例中，保温层120主要包裹于多孔介质层130的外侧，也有少部分保温层120位于均布室内。
47.特别地，参见图2所示，保温层120内还设置有用于带走保温层120热量的换热器140，换热器140具有用于容纳换热介质的通道141，通道141围绕于多孔介质层130外侧，通道141的一端设置有换热介质入口142，另一端设置有换热介质出口143。针对不同工况，所选换热介质的灵活性，换热介质包括但不限于空气、水、油等。
48.需要说明的是，通道141可以为c形、o形或其他形状，也可以是螺旋式或者分段式，c形、o形为一体结构，是指通道141垂直于轴线的截面呈c形或o形，c形或o形是指该截面的两端紧邻，但是不直接连通，而是必须通过整个通道141连通。具体的，c形通道141的两端相距一定距离，o形通道141的两端连接在一起且通过隔板隔开，本实施例中，通道141为c形，
即两端相距一定距离。另外，本申请中的c形或o形仅仅表示表示的是其对多孔介质层130形成一种包围的状态，两端只能通过该包围的路径连通；通道141具体可以呈圆形，椭圆形、三角形、矩形或其他多边形，本实施例中，通道141呈矩形。在其他实施例中，通道141还可以为螺旋式或分段式，只需要满足内部能够流通换热介质，且对多孔介质层130达到一种包围的形式。
49.通常情况下，为了保证换热效果，换热器140的形状与多孔介质燃烧器100的燃烧头形状一致，若燃烧头形状为圆形，则换热器140的形状(垂直于轴线的截面)也为圆形，即通道141呈圆形。
50.本实施例中，通道141内还设置有折流板144，折流板144形状包括但不限于平板、弧面板、阶梯板等。
51.本实施例的加装有换热器140的预混式多孔介质燃烧器100的工作过程如下：
52.燃气和空气预混形成的燃烧气体通过主管道从进气口111进入壳体110内，先经过均布室的气体均布孔板，再均匀流入多孔介质层130的上游片131内预热，最后流入下游片132内燃烧。
53.在上述过程中，换热介质从换热介质入口142进，经过通道141，从换热介质出口143流出，通过换热器140内的换热介质绕多孔介质层130流动，保温层120的温度被降低，避免了温度过高。
54.第二实施例
55.请参看图2和图3，本实施例提供的一种多孔介质燃烧器200，该多孔介质燃烧器200与第一实施例的多孔介质燃烧器100结构大致相同，不同之处在于：
56.本申请实施例的燃烧器为即混式多孔介质燃烧器200，即分别通入燃气和助燃气，再混合。为了保证这种即混方式混合均匀，气体均布器220不仅要实现均布功能，最好还能够实现混合功能。可选地，气体均布器220采用申请号202010583972.3的发明专利申请中的均布器，具体地，均布器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燃烧室连通。
57.本实施例中，保温层210仅包裹于多孔介质层130的外侧。
58.为了实现换热介质所带走热量的再利用，本申请选用空气作为换热介质，换热介质出口143通过管道240与进气口111连通，管道240外设置有保温层210，比如保温棉，以降低管道240的热量损失。对于助燃气流量较大的工况，为了保证空气(助燃气)的通入量，进气口111还与通入空气(助燃气)的主管道230连通，具体的，进气口111与主管道230连通，换热介质出口143通过管道240与主管道230连通，主管道230内设置空气散布器260，即将加热后的热空气经过空气散布器260和空气同时通过进气孔通入均布室内，另外，还设置燃气管道250往均布室内通入燃气。
59.本实施例的加装有换热器140的即混式多孔介质燃烧器200适用于助燃气流量较大的工况，其工作过程如下：
60.在燃烧器工作过程中，空气(换热介质)从换热介质入口142通入，经过通道141，吸收多孔介质层130内燃烧产生的热量，从换热介质出口143流出，使保温层210的温度被降低。
61.加热后的空气由换热介质出口143通过管道240、空气散布器260通入主管道230，
常温空气也通入主管道230进行混合，再通入均布室的气体均布器220内，燃气通过燃气管道250也通入均布室的气体均布器220内，燃气和空气经过气体均布器220后独立、均匀的进入多孔介质层130内燃烧。
62.第三实施例
63.请参看图2和图4，本实施例提供的一种多孔介质燃烧器300，本实施例提供的一种多孔介质燃烧器300，该多孔介质燃烧器300与第二实施例的多孔介质燃烧器200结构大致相同，不同之处在于：
64.本申请实施例对于助燃气流量较小的工况，换热介质出口143通过管道310直接与进气口111连通，不另外设置其他通入空气的管道。
65.本实施例的加装有换热器140的即混式多孔介质燃烧器300本实施例适用于助燃气流量较小的工况，其工作过程如下：
66.在燃烧器工作过程中，空气(换热介质)从换热介质入口142通入，经过通道141，吸收多孔介质层130内燃烧产生的热量，从换热介质出口143流出，使保温层120的温度被降低。
67.加热后的空气由换热介质出口143通过管道310通入气体均布器220内，燃气通过燃气管道250通入均布室的气体均布器220内，燃气和空气经过气体均布器220后独立、均匀的进入多孔介质层130内燃烧。
68.综上所述，本申请实施例的多孔介质燃烧器及燃烧系统，其能够降低保温层的温度，提高燃烧器的稳定性。
69.以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，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。