CN212644589U - 适于给燃烧器供料的气体预混合系统和锅炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及适于给燃烧器供料的气体预混合系统和锅炉。气体预混合系统包括：预混合主体，其界定预混合室，该预混合室包括空气/气体混合物的入口并配置成将空气/气体混合物供给到燃烧器；和分段装置，其将预混合室分成第一和第二区段，第一区段配置成给燃烧器的第一区域供料，第二区段配置成给燃烧器的第二区域供料，分段装置包括封闭装置，其配置成防止空气/气体混合物在预混合室的两个区段之间通过。分段装置包括在预混合室内部界定闭合轮廓的分段元件，闭合轮廓是第二区段，第一区段在外部包围分段元件。分段元件包括开口，其使预混合室的两个区段连通，封闭装置在闭合位置中关闭开口，使得在闭合位置中气体/空气混合物仅到达第一区段。

Description

适于给燃烧器供料的气体预混合系统和锅炉

技术领域

本实用新型涉及一种适于给燃烧器、特别是给冷凝锅炉的燃烧器供料的气体预混合系统以及包括这种气体预混合系统的锅炉。

背景技术

已知适于锅炉或热水器的燃烧系统，该燃烧系统包括这样的燃烧系统，其中燃料(优选地，气体)在供给对应的燃烧器之前与借助于风扇驱动的空气混合。

文献WO2008/066223A1描述了一种锅炉的燃烧装置，该燃烧装置改进了锅炉调节。该装置包括：风扇；比例控制阀，该比例控制阀用于控制气体供应；多个喷射器，该多个喷射器彼此并联连接并连接到该比例控制阀并且根据辅助阀的打开和关闭来供应气体；预混合室，该预混合室用于在燃烧器前混合空气与气体；以及控制装置，该控制装置用于根据比例控制阀和辅助阀的打开和关闭来控制风扇的转数，这些控制阀和辅助阀允许仅供应燃烧所需的空气量。

文献EP 339499 A2公开了一种分成两部分的燃烧器。具有较小表面的第一部分具有较大的孔，用于生成较长的火焰。具有较大表面的第二部分具有比第一部分更小的孔。燃烧器又包括布置在第一部分上的电离传感器。此外，燃烧器包括混合管道，这些混合管道从燃烧器的下部延伸，并通过共同的空气和燃料管道供料。给第一部分供料的混合管道比给第二部分供料的混合管道包含更小比例的空气，以便在燃烧器的第一部分中产生更长的火焰。

文献DE 19635974 A1公开了一种燃烧系统，该燃烧系统包括：风扇；燃烧预混合装置，该燃烧器预混合装置具有界定预混合室的主体和用于燃料和空气混合物的通向预混合室的入口；以及燃烧器，该燃烧器具有供给有燃料气体混合物的燃烧区域。预混合装置包括对穿过与燃烧区域连通的开口的通道进行控制的突耳。该突耳根据朝着燃烧室的空气量移动，从而改变开口的横截面。燃烧区域总是相同的，即保持恒定。该突耳允许控制流向燃烧区域的流量。

文献DE 19728965 A1和EP 2975324 A1公开了一种燃烧系统，该燃烧系统包括：风扇；燃烧预混合装置，该燃烧器预混合装置具有界定预混合室的主体和用于燃料和空气混合物的通向预混合室的入口；以及燃烧器，该燃烧器具有燃烧区域，可以向该燃烧区域供给燃料气体混合物。预混合装置包括突耳，当由气体和燃料混合物驱动时，调整燃烧器的燃烧区域，突耳在最小燃烧器功率的位置与最大燃烧器功率的位置之间移动，在最小燃烧器功率的位置，突耳限制混合物进入燃烧区域的第一部分，在最大燃烧器功率的位置中，突耳基本上正交地布置，使得混合物可以进入整个燃烧区域。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种适于给燃烧器、特别是冷凝锅炉的燃烧器供料的气体预混合系统。

根据本实用新型的气体预混合系统包括：预混合主体，该预混合主体界定预混合室，该预混合室包括用于空气/气体混合物的入口，该预混合室被配置成将空气/气体混合物供给到燃烧器；以及分段装置，该分段装置将预混合室分成至少第一区段和第二区段，所述第一区段被配置成给燃烧器的第一区域供料，并且所述第二区段被配置成给燃烧器的第二区域供料，该分段装置包括封闭装置，该封闭装置被配置成防止空气/气体混合物在预混合室的第一区段和第二区段之间通过。

该分段装置包括分段元件，该分段元件在预混合室内部界定闭合轮廓，所述闭合轮廓是第二区段，第一区段在外部包围分段元件，分段元件包括开口，该开口使预混合室的第一区段和第二区段连通，封闭装置在闭合位置中关闭所述开口，使得在闭合位置中气体/空气混合物仅到达第一区段。

由此获得一种预混合系统，该预混合系统通过控制在低功率下生成的CO和NOx的排放而实现非常高的功率调节比例，即，大于1:30的比例。此外，该预混合系统允许利用比现有技术更大并且足够稳定以使得可以对它们进行检测的电离信号在低功率密度下操作。

鉴于附图和本实用新型的具体实施方式，本实用新型的这些和其它优点和特征将容易理解。

附图说明

图1示出了包括根据本实用新型的气体预混合系统的冷凝锅炉的示意图。

图2示出了图1所示的冷凝锅炉的燃烧器的俯视图。

图3示出了图1中示意性示出的预混合系统的主视图，其中分段装置处于第一配置。

图4示出了图3中所示的预混合系统的立体图。

图5示出了图3中所示的预混合系统的剖面图。

图6示出了图3所示的预混合系统中包括的分段装置的第一配置的详细视图。

图7示出了图3所示的预混合系统中包括的分段装置的第一配置的另一详细视图。

图8示出了图3所示的预混合系统中包括的分段装置的第一配置的剖面图。

图9示出了图3所示的预混合系统中包括的分段装置的第二配置的详细视图。

图10示出了图9中所示的分段装置的剖面图。

图11示出了图3所示的预混合系统中包括的分段装置的第三配置的详细视图。

图12示出了图11中所示的分段装置的剖面图。

图13示出了图3所示的预混合系统中包括的分段装置的第四配置的剖面图。

具体实施方式

图1示意性地示出了冷凝锅炉的燃烧系统1。除了燃烧系统1之外，该冷凝锅炉还包括交换器7和出口管道8，在交换器7中，在燃烧系统1的燃烧室2中生成的燃烧气体与通过主回路循环的被加热流体之间发生热交换，出口管道8用于燃烧室2中生成的气体。

锅炉的燃烧系统1包括容纳在燃烧室2中的燃烧器9和根据本实用新型的预混合系统10，该预混合系统10被配置成将空气和燃料混合物供给到所述燃烧器9，所述燃料优选是气体。

尽管下面描述了适于冷凝锅炉的燃烧器的预混合系统，但是根据本实用新型的预混合系统不限于锅炉，而是可以用于诸如烤箱、油炸锅等的其它器具的燃烧器。

预混合系统10包括：至少一个进气管道6a；混合装置6，该混合装置6与进气管道6a连通并被供给有空气6b，在该混合装置6中将气体和空气混合；至少一个阀5，该至少一个阀5被配置成调节进入混合装置6的气体的流速；以及风扇4，该风扇4被配置成计量引入预混合系统10中的空气的体积。混合装置6通过风扇4吸入空气，并且当在混合装置中检测到特定压力时，激活对应的阀5，该阀5将控制要与空气混合的气体的量。由风扇4驱动的混合物通过供料管道3被朝着预混合系统10的预混合主体11引导。

图3至图5中详细示出的预混合系统10的预混合主体11界定预混合室12，并且包括连接至供料管道3并与预混合室12连通的入口13，预混合室12被配置成允许空气和气体混合物通向燃烧器9。混合物中的气体和空气的完全混合在所述预混合室12中进行，以层流的形式将流朝着燃烧器9引导，以在燃烧器9的出口处获得空气-气体混合物的特定速度场，从而获得燃烧器9的更均匀的火焰。

根据本实用新型的预混合系统10包括分段装置14、14'、14”、14”'(在图6至图13中详细示出)，该分段装置14、14'、14”、14”'将预混合室12分成至少第一区段A和第二区段B，所述第一区段A被配置成给燃烧器9的第一区域C(如图2所示)供料，并且所述第二区段B被配置成给燃烧器9的第二区域D(如图2所示)供料，第一区域C在外部包围燃烧器9的第二区域D。分段装置14、14'、14”、14”'将燃烧器(第一区域C和第二区域D)对称地分开，使得确保燃烧室2内部的火焰的均匀性和到交换器7的均匀的热传递，同时防止损失预混合系统10的效率、燃烧室9的区域中的热点，并且防止交换器7的突耳和该区域的材料发生更大的老化。燃烧器9的被分段装置14、14'、14”、14”'分开的区域基本上彼此同心。燃烧系统1的点火和火焰检测电极(未示出)被布置在燃烧器9的第一区域C中，以确保燃烧器打开并且允许在整个功率范围中检测到合适的火焰检测信号。

在所描述的实施方式中，燃烧器9具有如图2中示意性所示的圆盘形状，使得通过预混合室12的第一区段A供料的第一区域C具有圆环形状的几何形状，并且通过预混合室12的第二区段B供料的第二区域D具有圆盘形状的几何形状，第一区域C包围第二区域D。燃烧器9的面积之间的比率(即，第一区域C的面积与第二区域D的面积之间的比率)限定了燃烧器9在低功率下的功率密度。

在其它未示出的实施方式中，燃烧器9可以具有另一几何形状，但是第一区域C将仍然包围第二区域D，两个区域基本上彼此同心。因此，燃烧器9在任何功率下都对称地操作。

分段装置14、14'、14”、14”'包括分段元件15，该分段元件15在预混合室12内部界定闭合轮廓，所述闭合轮廓是第二区段B，第一区段A在外部包围分段元件15。分段元件15包括开口20，该开口使预混合室12的区段A和区段B连通。分段装置14、14'、14”、14”'还包括封闭装置17、17'、17”、17”'，该封闭装置17、17'、17”、17”'被配置成防止在闭合位置中空气/气体混合物在预混合室12的两个区段A与B之间的通过。在所述位置上，封闭装置17、17'、17”、17”'阻塞开口20，使得空气/气体混合物在闭合位置中仅到达第一区段A。该闭合位置对应于锅炉在低功率下的操作。在所述情形中，空气/气体混合物仅被分配到燃烧器9的第一区域C，使得仅在如上所述的燃烧器9的第一区域C(燃烧器9的外环)中生成火焰。在锅炉的特定操作功率(转变功率)以上，封闭装置17、17'、17”、17”'不再阻塞开口20，从而允许空气/气体混合物也进入第二区段B，即，在转变功率以上，空气/气体混合物到达燃烧器9的整个表面。

在附图所示的实施方式中，第一区段A和第二区段B基本上彼此同心地布置。

分段元件15包括基部15c和从基部15c延伸的壁15a，壁15a具有管状的几何形状。壁15a将第一区段A与第二区段B分离开。图6至图10示出了分段元件15的不同配置，每个配置都对应于根据本实用新型的预混合系统的实施方式。在附图所示的配置中，壁15a是基本上圆柱形的，但是在其它实施方式中，管状壁可以具有棱柱形的几何形状。不管管状壁的具体几何形状如何，壁15a都包括开口20，该开口20被配置成允许气体/空气混合物在打开位置中进入第二区段B。在附图所示的配置中，壁15a包括平面部分15b，该平面部分15b包括开口20。平面部分15b面对入口13布置。分段元件15的开口20优选地被布置成使得其与预混合主体11的入口13对准。

在图6至图13所示的分段装置14、14'、14”、14”'的配置中，分段元件15由金属材料制成，尤其是由铝制成。如图5所示，分段元件15一直延伸直到接触与预混合主体11一起界定所述预混合室12的均化板23为止。由此获得较低的CO和NOx排放。均化板23在现有技术中是已知的，因此认为不必更详细的描述。

此外，封闭装置17、17'、17”、17”'包括被配置成关闭开口20的挡板(flap)18、18'。挡板18、18'被布置成在闭合位置中面对预混合主体11的入口13。封闭装置17、17'、17”、17”'是被动装置，即，挡板18、18'阻塞开口20，直到通过入口13进入预混合室12的空气/气体混合物的流速在挡板18、18'上施加足够的压力以便使其相对于开口20移动并允许空气/气体混合物也通向第二区段B为止，当锅炉在转变功率以上操作时，发生所述情形。分段元件15的开口20被布置成使得其与预混合主体11的入口13对准，以在减小转变功率以上的压头损失(head loss)。

在图中所示的分段装置的配置中，挡板18、18'被布置成使得其以可枢转的方式固定到分段元件15。尤其是，挡板18、18'被布置成使得其通过图中未示出的轴联接到分段元件15的平面部分15b。

而且，封闭装置17、17'、17”、17”'包括磁性装置19、19'，该磁性装置19、19'被配置成在闭合位置中保持挡板18、18'抵靠分段元件15，以保持区段A与区段B二者之间的空气/气体混合物的通道闭合。由此获得开-关系统，其中，使得在低功率下的排放最小化并且可以实现更高的调节比例。

在图6至图10中所示的分段装置14、14'、14”、14”'的配置中，磁性装置19包括固定到分段元件15、尤其是固定到分段元件15的平面部分15b的至少几个磁体。尤其是，在图6至图8所示的实施方式中，挡板18由金属材料制成，特别是由铁磁金属材料制成。当锅炉在低功率操作时，所述磁性装置19抵靠挡板18施加的吸引力超过空气/气体混合物在挡板18上施加的压力，从而朝着第二区段B的通道保持闭合。在图9和图10所示的分段装置14'的配置中，挡板18'是由聚合物材料制成的膜，并且包括至少一个铁磁金属部件或铁磁涂层21。在所述配置中，金属部件21包围挡板18'。在低功率下，磁性装置19在挡板18'的金属部件21上施加吸引力，该吸引力大于空气/气体混合物在挡板18'上施加的压力。

在分段装置14”的其它配置中，磁体可以被布置在挡板中而不是布置在预混合主体中。因此，在图11和图12所示的配置中，磁性装置19'包括布置在挡板18中的磁体以及位于分段元件15中、尤其是位于在分段元件15的平面部分15b中的至少一个铁磁金属部件或铁磁涂层24。在图11和图12所示的配置中，挡板18是金属挡板，但是其也可以是聚合物挡板18'。

而且，根据本实用新型的预混合系统10的分段装置14、14'、14”、14”'的封闭装置17、17'、17”、17”'包括密封装置25、25'，该密封装置25、25'被配置成将挡板18、18'抵靠分段元件15形成的闭合密封，从而防止在闭合位置中朝着第二区段B发生泄漏，这有助于获得更好的调节比例。

在图5至图12所示的分段装置14、14'、14”的配置中，密封装置25被布置成使得它们包围开口20的周边固定到分段元件15，尤其是固定到分段元件15的平面部分15b。

在图13所示的分段装置的配置中，密封装置25'被布置在挡板18中，所述密封装置25'被配置成密封分段元件15的开口20的周边。尤其是，密封装置25'包括包围挡板18的周边的垫圈。优选地，所述垫圈是橡胶垫圈。在图13所示的配置中，挡板18是铁磁挡板，但是其也可以是聚合物挡板18'。磁性装置19'被布置在挡板18中，并至少部分地插入橡胶垫圈中。磁性装置19'被布置成使得它们被粘附或拧至橡胶垫圈。

在图中未示出的其它配置中，分段装置可以包括具有根据所描述的配置中的任一个配置的磁性装置而不包括密封装置的分段元件，反之亦然，分段装置可以包括具有根据所描述的配置中的任一个配置的密封元件而不包括磁性装置的分段元件。

Claims (15)

1.一种适于给燃烧器供料的气体预混合系统，所述气体预混合系统包括：预混合主体(11)，所述预混合主体(11)界定预混合室(12)，所述预混合室(12)包括用于空气/气体混合物的入口(13)，所述预混合室(12)被配置成将所述空气/气体混合物供给到所述燃烧器(9)；以及分段装置(14、14'、14”、14”')，所述分段装置(14、14'、14”、14”')将所述预混合室(12)分成至少第一区段(A)和第二区段(B)，所述第一区段(A)被配置成给所述燃烧器(9)的第一区域(C)供料，并且所述第二区段(B)被配置成给所述燃烧器(9)的第二区域(D)供料，所述分段装置(14、14'、14”、14”')包括封闭装置(17、17'、17”、17”')，所述封闭装置(17、17'、17”、17”')被配置成防止所述空气/气体混合物在所述预混合室(12)的所述第一区段(A)和所述第二区段(B)之间通过，

其特征在于，所述分段装置(14、14'、14”、14”')包括分段元件(15)，所述分段元件(15)在所述预混合室(12)内部界定闭合轮廓，所述闭合轮廓是所述第二区段(B)，所述第一区段(A)在外部包围所述分段元件(15)，所述分段元件(15)包括开口(20)，所述开口(20)使所述预混合室(12)的第一区段(A)和第二区段(B)连通，所述封闭装置(17、17'、17”、17”')在闭合位置中关闭所述开口(20)，使得在所述闭合位置中所述空气/气体混合物仅到达所述第一区段(A)。

2.根据权利要求1所述的适于给燃烧器供料的气体预混合系统，其特征在于，所述分段元件(15)具有将所述第一区段(A)与所述第二区段(B)分离开的管状几何形状的壁(15a)。

3.根据权利要求2所述的适于给燃烧器供料的气体预混合系统，其特征在于，所述壁(15a)包括平面部分(15b)，所述平面部分(15b)被布置成面对所述预混合主体(11)的所述入口(13)，并且所述入口(13)和包括在所述平面部分(15b)中的所述开口(20)被布置成使得它们彼此对准。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的适于给燃烧器供料的气体预混合系统，其特征在于，所述封闭装置(17、17'、17”、17”')是被动装置。

5.根据权利要求1所述的适于给燃烧器供料的气体预混合系统，其特征在于，所述封闭装置(17、17'、17”、17”')包括：挡板(18、18')，所述挡板(18、18')被配置成关闭所述开口(20)；以及磁性装置(19、19')，所述磁性装置(19、19')被配置成在所述闭合位置中保持所述挡板(18、18')抵靠所述分段元件(15)，以保持所述第一区段(A)和所述第二区段(B)之间的所述空气/气体混合物的通道闭合。

6.根据权利要求5所述的适于给燃烧器供料的气体预混合系统，其特征在于，所述挡板(18、18')能相对于所述分段元件(15)枢转，所述挡板(18、18')被布置成在所述闭合位置中面对所述入口(13)，使得在所述闭合位置中通过所述入口(13)进入所述预混合室(12)的所述空气/气体混合物与所述挡板(18、18')正交。

7.根据权利要求5或6所述的适于给燃烧器供料的气体预混合系统，其特征在于，所述挡板(18)由铁磁金属材料制成。

8.根据权利要求5或6所述的适于给燃烧器供料的气体预混合系统，其特征在于，所述挡板(18')由聚合物材料制成并且包括铁磁金属部件或铁磁涂层(21)。

9.根据权利要求5或6所述的适于给燃烧器供料的气体预混合系统，其特征在于，所述磁性装置(19)包括固定到所述分段元件(15)的永磁体。

10.根据权利要求5或6所述的适于给燃烧器供料的气体预混合系统，其特征在于，所述磁性装置(19')包括固定到所述挡板(18、18')的永磁体，所述分段元件(15)包括铁磁金属部件或涂层(24)。

11.根据权利要求5或6所述的适于给燃烧器供料的气体预混合系统，其特征在于，所述封闭装置(17、17'、17”)包括密封装置(25)，所述密封装置(25)包围所述开口(20)的周边并固定到所述分段元件(15)，所述密封装置(25)被配置成将所述挡板(18、18')抵靠所述分段元件(15)形成的闭合密封。

12.根据权利要求5或6所述的适于给燃烧器供料的气体预混合系统，其特征在于，所述封闭装置(17”')包括固定到所述挡板(18、18')的密封装置(25')，所述密封装置(25')被配置成密封所述分段元件(15)的所述开口(20)的周边。

13.根据权利要求1至3中的任一项所述的适于给燃烧器供料的气体预混合系统，其特征在于，所述分段元件(15)被容纳在所述预混合主体(11)中，所述分段元件(15)被配置成接触与所述预混合主体(11)一起界定所述预混合室(12)的均化板(23)。

14.根据权利要求1至3中的任一项所述的适于给燃烧器供料的气体预混合系统，其特征在于，所述第一区段(A)和所述第二区段(B)彼此同心地布置。

15.一种锅炉，所述锅炉包括燃烧器(9)和根据权利要求1至14中的任一项所述的适于给燃烧器供料的气体预混合系统(10)。

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