全预混浸没式燃烧器的优化设计和研究
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图
全预混浸没式 燃烧器 的优化设计和研 究
同济 大学 邓钰才 冯 良 伊 帅帅
摘要 ：针对 目前 国内市场浸没燃 烧器 存在 的现状 ，设计 了一套燃 气全预混 的浸没式燃烧系统 ，将燃烧 室置于
冷流体中，解决 了燃烧室在高温燃烧 的情 况下还 需要 附加冷却装置的缺点 ，并对实验装置进行 了测试 ，分析 了在不同水深 的情况下全预混燃烧器的加热温度和燃烧情 况，测试 了 Ｃ Ｏ和 Ｎ 排放量等数据，为进 一步
燃烧效率高，排放低等优点。为了防止冷流体回流 入燃 烧室 内，对鼓 泡 管也进 行 了优化 设计 ，采用 了 防倒 流 的鼓泡 管 ，保证 了设 备平 稳 、安 全 的运 行 环 境 。因此与 传统 的浸 没式燃 烧器 相 比，本系 统不 仅
发挥 了浸 没燃烧 器 原有 的优 点 ，同时在 此基 础上 进 行 了优化 设计 ，提高 了 能源 利 用率 ，节 省 了空 间资 源 ，降低 了污染 物排 放 ，解 决 了传 统浸 没燃 烧系 统 燃烧 室 设在液 面上 方和 冷流体 倒流 等难 题 ，保证 了 设 备 高效稳 定地运 行 ，填补 了国 内对 此类 全预 混浸 没 式燃 烧设计 和研 究 的空 白。
度 ，能有 效 的 防止 回火 。因此 燃烧 器头 部 的设计 是
整 个系 统设 计 的关键 部分 ，只有 设计 合理 、结构 紧
的高温烟 气流 经 Ｃ 入水底 的鼓 泡管 ，最 终通 过鼓泡
上海煤气 ２ ０ １ ６ 年第６ 期 （ （刀
ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
口 冒出 ，与 浸没池 内的冷流 体 直接进 行 热质交 换 ， 获 得 高温 液 体 ，最 终 经 过 换 热 的低 温 烟 气 排 入 大
气 。如 果燃烧 器 未点燃 或者 熄火 时 ，系统将 自动 关
基 本属 于空 白，这二 者技 术 的结合使 本实验 装 置具 有 燃烧 强度 大 ，燃 烧速度 快 ，污染 物排放 低 ，换 热 效 率 高等优 点 。 本 实验 系统包 括 了全预 混燃烧 器 、鼓泡 管 、浸
没池 、气 泵和 控制 系统 等组 成部分 。其 工作 原理如 图１ 所示。
间为放 置加 热鼓泡 管 的箱体 部 分 。与原 有 的浸 没 池
相 比，此 设计有 利 于加热鼓 泡 管直接 装入 浸没 燃烧
池 ，便于 拆 卸移动 ，并且 可 以在浸 没燃烧 池 下部 加 装 滚轮 ，方 便浸 没燃烧 池 的移 动和拆 卸 。
热 为主 ，热传 导率 比较 小 ，金 属纤 维表 面 即使达 到 １ ０ ０ ０ ℃，未燃 气体 的温 度仍 然很 接近 混合气 的温
化 等优 点 ，此外 金属 纤维在 垂 直方 向上 为长 纤维 的 点 接触 ，因而在 气流 方 向上 以纤维 丝之 间 的接 触传
１ ． ３ 浸 没燃 烧池 的优 化设 计 实验 用燃 烧浸 没池 尺寸 １ ２ ｏ ｏ ｘ ４ ｏ ｏ ｘ １ ２ ０ ０ ｍｉ ｎ ，
材料 为不 锈钢 钢板 ，结构 如 图 ３所 示 。图 ３所 示 空
设 计 和 研 究 全预 混浸 没燃 烧 器 打 下 了 良好 的 基 础 。
关键词 ：浸没燃烧 全预混源自烧 浸没燃烧器 金属纤维燃烧器
目 前 ，天然气作为一种清洁能源，越来越得到 大 家 的关 注和 重视 。使 用天 然气 作为燃 料 的浸没 燃
烧 器也逐 步被 大家接 受 。 浸 没 式 燃 烧 器 可 将 燃气 燃 烧 后 产 生 的 烟 气 直 接 通入被 加热 液体 中 ，减少换 热 、能量 转输 过程 ，
闭燃气 阀，进行熄 火后 吹扫 ，并报 警 ，确保 燃烧 安
全。
１ ． ２ 燃 烧器 头部 优化 设计 在 传 统 的浸 没燃 烧装 置 中 ，由于 排气 的背压 较 大 ，燃 烧室 内燃烧 的压力 波动 也 比较 大 ，为 了保证
ｌ —＿ 然气空气 混 合物入 口 ２ 一 法 兰板 ４ 一 离 子火 焰探 测针 ３ 一 点火针 一外壳 ５ 一 金 属纤 维表 面
保证 比例 稳定 。经混 合后 的燃气 、空气 混合物 由风 １ ． １系统 设计 及工 作原 理 目前针 对浸 没燃烧 装 置 的研 究不 多 ，而将 全预 混技 术 和 浸 没 燃 烧 技 术 相 结合 的 实验 研 究 在 国 内
机吹入金属纤维燃烧器 内被点火针点燃，整个燃烧 室浸入在被加热液体中，处在液面下方。燃烧产生
不脱 火或 者 回火 ，燃烧 器大 多采 用扩 散或 大气 式 的 燃烧 方式 ，但 这两 种燃 烧方 式 的污染物 排放 较高 ，
图 ２ 燃 烧 器 头 部 结构 示 意
无法保证燃气 的完全燃烧 。而本实验所采用的燃烧
器 头部 为 白行 设计 的新 型全 预混 金属 纤维燃 烧器 ， 金属 纤维 具有 耐 高温（ １ １ ０ ０ ℃） 、 机 械 强度大 、 抗氧
最大程度 的降低了能量的损失，提高了能源 的利用
率 。与传 统 的浸没式 燃烧 装置 相 比，本 实验 系 统将 燃 烧室 直接 浸入在 冷水 中，无需 额外 的冷却 装置 ，
节省了材料和空间资源 ，同时燃烧室散出的热量也
被 加 热液体 吸 收 ，最大 程度减 少 了热量 的损 失 ，燃 烧 器 采用燃 气全 预混 的方 式 ，其具有 燃烧 速度 快 ，
１ 全 预混浸 没 燃烧器 的系统 设 计
ｌ 一 电磁 比例 阀 ２ 一 混 合器 ３ 一 气泵 ４ ＿ 一 金属 纤维 燃烧头 部
５ — 燃 烧室
６ 一 鼓 泡管
７ 一 冷 流体
８ 一 浸 没水 箱
图 １ 系统 原理示意
首先 ，燃气通 过燃 气 比例 阀 ，在风 机 的入 口处 与混 合器通 入 的空气 混合 ，由于风 机入 口处 的压 力 为室 外大气 压 ，因此燃气 比例 阀可 以根 据燃气 与 室 外大 气压 的压 差直接 控制 空气一 燃气 的 比例 ，并且
图
全预混浸没式 燃烧器 的优化设计和研 究
同济 大学 邓钰才 冯 良 伊 帅帅
摘要 ：针对 目前 国内市场浸没燃 烧器 存在 的现状 ，设计 了一套燃 气全预混 的浸没式燃烧系统 ，将燃烧 室置于
冷流体中，解决 了燃烧室在高温燃烧 的情 况下还 需要 附加冷却装置的缺点 ，并对实验装置进行 了测试 ，分析 了在不同水深 的情况下全预混燃烧器的加热温度和燃烧情 况，测试 了 Ｃ Ｏ和 Ｎ 排放量等数据，为进 一步
燃烧效率高，排放低等优点。为了防止冷流体回流 入燃 烧室 内，对鼓 泡 管也进 行 了优化 设计 ，采用 了 防倒 流 的鼓泡 管 ，保证 了设 备平 稳 、安 全 的运 行 环 境 。因此与 传统 的浸 没式燃 烧器 相 比，本系 统不 仅
发挥 了浸 没燃烧 器 原有 的优 点 ，同时在 此基 础上 进 行 了优化 设计 ，提高 了 能源 利 用率 ，节 省 了空 间资 源 ，降低 了污染 物排 放 ，解 决 了传 统浸 没燃 烧系 统 燃烧 室 设在液 面上 方和 冷流体 倒流 等难 题 ，保证 了 设 备 高效稳 定地运 行 ，填补 了国 内对 此类 全预 混浸 没 式燃 烧设计 和研 究 的空 白。
度 ，能有 效 的 防止 回火 。因此 燃烧 器头 部 的设计 是
整 个系 统设 计 的关键 部分 ，只有 设计 合理 、结构 紧
的高温烟 气流 经 Ｃ 入水底 的鼓 泡管 ，最 终通 过鼓泡
上海煤气 ２ ０ １ ６ 年第６ 期 （ （刀
ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
口 冒出 ，与 浸没池 内的冷流 体 直接进 行 热质交 换 ， 获 得 高温 液 体 ，最 终 经 过 换 热 的低 温 烟 气 排 入 大
气 。如 果燃烧 器 未点燃 或者 熄火 时 ，系统将 自动 关
基 本属 于空 白，这二 者技 术 的结合使 本实验 装 置具 有 燃烧 强度 大 ，燃 烧速度 快 ，污染 物排放 低 ，换 热 效 率 高等优 点 。 本 实验 系统包 括 了全预 混燃烧 器 、鼓泡 管 、浸
没池 、气 泵和 控制 系统 等组 成部分 。其 工作 原理如 图１ 所示。
间为放 置加 热鼓泡 管 的箱体 部 分 。与原 有 的浸 没 池
相 比，此 设计有 利 于加热鼓 泡 管直接 装入 浸没 燃烧
池 ，便于 拆 卸移动 ，并且 可 以在浸 没燃烧 池 下部 加 装 滚轮 ，方 便浸 没燃烧 池 的移 动和拆 卸 。
热 为主 ，热传 导率 比较 小 ，金 属纤 维表 面 即使达 到 １ ０ ０ ０ ℃，未燃 气体 的温 度仍 然很 接近 混合气 的温
化 等优 点 ，此外 金属 纤维在 垂 直方 向上 为长 纤维 的 点 接触 ，因而在 气流 方 向上 以纤维 丝之 间 的接 触传
１ ． ３ 浸 没燃 烧池 的优 化设 计 实验 用燃 烧浸 没池 尺寸 １ ２ ｏ ｏ ｘ ４ ｏ ｏ ｘ １ ２ ０ ０ ｍｉ ｎ ，
材料 为不 锈钢 钢板 ，结构 如 图 ３所 示 。图 ３所 示 空
设 计 和 研 究 全预 混浸 没燃 烧 器 打 下 了 良好 的 基 础 。
关键词 ：浸没燃烧 全预混源自烧 浸没燃烧器 金属纤维燃烧器
目 前 ，天然气作为一种清洁能源，越来越得到 大 家 的关 注和 重视 。使 用天 然气 作为燃 料 的浸没 燃
烧 器也逐 步被 大家接 受 。 浸 没 式 燃 烧 器 可 将 燃气 燃 烧 后 产 生 的 烟 气 直 接 通入被 加热 液体 中 ，减少换 热 、能量 转输 过程 ，
闭燃气 阀，进行熄 火后 吹扫 ，并报 警 ，确保 燃烧 安
全。
１ ． ２ 燃 烧器 头部 优化 设计 在 传 统 的浸 没燃 烧装 置 中 ，由于 排气 的背压 较 大 ，燃 烧室 内燃烧 的压力 波动 也 比较 大 ，为 了保证
ｌ —＿ 然气空气 混 合物入 口 ２ 一 法 兰板 ４ 一 离 子火 焰探 测针 ３ 一 点火针 一外壳 ５ 一 金 属纤 维表 面
保证 比例 稳定 。经混 合后 的燃气 、空气 混合物 由风 １ ． １系统 设计 及工 作原 理 目前针 对浸 没燃烧 装 置 的研 究不 多 ，而将 全预 混技 术 和 浸 没 燃 烧 技 术 相 结合 的 实验 研 究 在 国 内
机吹入金属纤维燃烧器 内被点火针点燃，整个燃烧 室浸入在被加热液体中，处在液面下方。燃烧产生
不脱 火或 者 回火 ，燃烧 器大 多采 用扩 散或 大气 式 的 燃烧 方式 ，但 这两 种燃 烧方 式 的污染物 排放 较高 ，
图 ２ 燃 烧 器 头 部 结构 示 意
无法保证燃气 的完全燃烧 。而本实验所采用的燃烧
器 头部 为 白行 设计 的新 型全 预混 金属 纤维燃 烧器 ， 金属 纤维 具有 耐 高温（ １ １ ０ ０ ℃） 、 机 械 强度大 、 抗氧
最大程度 的降低了能量的损失，提高了能源 的利用
率 。与传 统 的浸没式 燃烧 装置 相 比，本 实验 系 统将 燃 烧室 直接 浸入在 冷水 中，无需 额外 的冷却 装置 ，
节省了材料和空间资源 ，同时燃烧室散出的热量也
被 加 热液体 吸 收 ，最大 程度减 少 了热量 的损 失 ，燃 烧 器 采用燃 气全 预混 的方 式 ，其具有 燃烧 速度 快 ，
１ 全 预混浸 没 燃烧器 的系统 设 计
ｌ 一 电磁 比例 阀 ２ 一 混 合器 ３ 一 气泵 ４ ＿ 一 金属 纤维 燃烧头 部
５ — 燃 烧室
６ 一 鼓 泡管
７ 一 冷 流体
８ 一 浸 没水 箱
图 １ 系统 原理示意
首先 ，燃气通 过燃 气 比例 阀 ，在风 机 的入 口处 与混 合器通 入 的空气 混合 ，由于风 机入 口处 的压 力 为室 外大气 压 ，因此燃气 比例 阀可 以根 据燃气 与 室 外大 气压 的压 差直接 控制 空气一 燃气 的 比例 ，并且