[发明专利]用于锅炉应用的优化燃烧器

说明书

一种锅炉可以具有燃烧室、燃烧器、与燃烧室流体连通的换热器以及用于从锅炉去除燃烧产物的烟道。燃烧器具有诸如圆锥或类似形状的突出锥形。燃烧器的突出锥形将热量比圆柱形燃烧器更均匀地分配到换热器，从而减少燃烧室壁处的热量损失并提高热效率。燃烧器的突出锥形还降低与燃烧器的运行关联的噪声。

相关申请

本申请要求2017年6月8日向美国专利与商标局提交且标题为“OptimizedBurners For Boiler Applications”的美国临时专利申请No.62/517016的优先权，此处以引证的方式将该申请的整体内容并入。

技术领域

本公开总体涉及锅炉，具体涉及在锅炉中使用的燃烧器的形状。

背景技术

锅炉、热水器以及其他类似装置用于加热各种类型的液体。这些装置关于燃烧过程通常使用燃烧器。现有燃烧器的局限性之一是它们无法均匀地分配热量，而是将太多的热量集中在管板或装置的其他零件上。现有燃烧器的另一个局限性是在低燃烧率下，燃烧器和周围的部件可能生成显著的噪声，该噪声在此处被称为谐波。在具有除了到换热器的开口和用于气体和燃料混合物入口的开口之外被密封或封闭的燃烧室的锅炉中，噪声或谐波是一个特殊问题。锅炉设计领域的普通技术人员将理解，谐波是指由燃烧器运行生成的噪声的固有频率或固有频率的整数倍。燃烧器的固有频率由用于燃烧室和燃烧器的形状和材料来决定。

参照附图，图1是示出现有技术已知的典型锅炉的主要部件的示意图。具体地，图1例示了具有进水口114、出水口115、燃烧室108、换热器109以及烟气出口116的锅炉100。空气经由空气输入102提供给鼓风机105和歧管106，并且燃料经由燃料输入104提供给鼓风机105和歧管106。燃料和空气混合物在燃烧室108内的燃烧器110处被接收，在燃烧器中，它们被点燃，以产生燃烧产物。燃烧产物在鼓风机105的压力下流过换热器109，以加热锅炉100内的水。在将热量传递给水之后，燃烧产物经由烟气出口116离开锅炉。在图1所例示的示例中，燃烧室108具有圆柱形状，并且燃烧室108除了其中放置燃烧器110的燃烧室入口107和燃烧室出口111以外被封闭。燃烧室出口111与换热器入口112流体连通。换热器出口113与烟气出口116流体连通。

图2示出了具有圆柱形状并且安装在现有技术锅炉100的燃烧室108中的现有技术燃烧器110的截面示意图。图3提供了具有圆柱形状的典型燃烧器110的反向视图，该圆柱形状具有平坦的底表面和弯曲的侧壁，并且其中，燃烧器110如现有技术中已知地附接到歧管106。

如箭头从燃烧器110向下指向的图2例示，圆柱形燃烧器110将大部分热量引导到在圆柱形燃烧器110正下方的管板120的区域。管板120是在固定换热器管的换热器109的顶部处的板。作为热量集中在管板120中心处的结果，热量未均匀地分配到位于管板120下方的多个换热器管，这导致换热器109的管的低效运行。热量集中在管板120中心处还在管板120上并且特别是在将管板120接合到换热器的温度最高的换热器管的焊接处产生机械应力。该机械应力可能影响锅炉的性能和寿命。

如图2中还由从燃烧器110的每一侧指出的水平箭头示出的，圆柱形燃烧器110的弯曲侧壁将热量向外引向在燃烧室108的壁处存在热量损失的、燃烧室108的侧面，从而进一步加重了来自燃烧器的热量的低效分配。因为离开圆柱形燃烧器的弯曲侧壁的热量未朝向管板120下方的换热器集中，所以锅炉的运行效率更低。相反，最佳的是增加向下指向管板120和换热器109的管的热量，并且也将热量更均匀地分配在管板120和换热器109的管的上方。