一种燃气燃烧器的制作方法

本技术涉及燃气燃烧。

背景技术：

1、随着窑炉技术的不断发展，在技术上对燃烧器提出了越来越高的要求，然而相对于窑炉技术发展的需要，窑炉使用的燃气燃烧器仍普遍存在着燃烧器结构设计不合理,气动布局不理想，燃气与助燃风的混合不理想等问题，其性能较突出表现为存在着火性能不理想,火焰稳定性不够强，燃烧不够完全,助燃风利用率不高,火焰刚性不足，易于结焦等问题，影响到窑炉的能耗以及制品的质量。

技术实现思路

1、为了克服已有技术的不足，申请人对窑炉的燃气燃烧器的气动布局专门进行了大量的研究工作，提出一种燃气燃烧器，使气动布局得以优化，燃烧性能显著提高。

2、本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种燃气燃烧器，至少包括气管、气喷头、配风盘、外筒体，外筒体位于气管和配风盘之外，气喷头与气管直接或间接连接，在气喷头上开设有气孔，在气喷头上开有内风槽，任何一条所述的内风槽的一部分或全部位于配风盘的内部；在气喷头上至少开有3条内风槽。

3、该燃气燃烧器工作时，外筒体内有助燃风向前流动，部分经过配风盘喷出；气管起到输送燃气的作用，气管内有气道，燃气沿气道向前流动，经过气喷头上的气孔喷出；气喷头上开有内风槽，任何一条所述的内风槽的一部分或全部位于配风盘的内部；在气喷头上至少开有3条内风槽，部分助燃风经过内风槽喷出，以上经过配风盘和内风槽喷出的助燃风与气喷头喷出的燃气互相混合，并着火燃烧。从开在气喷头上的内风槽喷出部分助燃风，使得助燃风的气动布局得到改善，并且内风槽提供了燃烧器气动布局变化的手段，在气喷头上至少开有3条内风槽，使助燃风与燃气混合得较均匀，该技术方案使得助燃风与燃气的混合效果优良，并使火焰着火性能好，火焰稳定性强，燃烧完全，助燃风利用率较高，火焰刚性良好，结焦减少。

4、本文所述燃气，是指可燃气体的总称，包括天然气、石油液化气、发生炉煤气及其他气体燃料，也包括各种混合气体燃料，还包括各种气体燃料经过与空气预混所得到的混合物。本文所述的风，也称作助燃风，是指助燃空气，还包括以助燃空气为主而掺混有少量其他气体而得到的混合气体，其作用是起到氧化剂的作用。

5、本实用新型还可以采用如下方案：至少有3条开在气喷头上的内风槽具备fy特征，所述fy特征是指：在具备fy特征的内风槽的内部，开设有气孔。气孔开在内风槽的内部，使得燃气与助燃风的混合大大加强和改善了，这为改善燃烧性能创造了极为有利的条件。

6、还可以采用如下方案：设开设在内风槽内部的所有的气孔的最小截面面积之和为sc，气喷头上所有的气孔的最小截面面积之和为ss，比值rc＝sc/ss，rc的范围是：0.22≤rc≤0.72。rc值在上述范围内时，经开设在内风槽内部的所有气孔喷出的燃气的流量所占经气喷头上所有气孔喷出的燃气流量的比例控制在一个恰当的范围内，使得局部混气的空气过剩系数在合理的范围内，使得燃气燃烧器的着火良好，着火范围宽，总体燃烧性能改善。

7、任何类型的孔(包括气孔、风喷孔、连通孔，以及其它类型的孔)，其几何形状可以呈圆柱形，也可以呈圆台形，也可以呈其他几何形状。

8、在此就有关孔(包括气孔、风喷孔、连通孔，以及其他类型的孔)的最小截面面积的含义作如下说明：

9、①、首先解释任何一个孔在计算孔的最小截面面积的时候，涉及到的孔的内腔通道的通道截面的含义，孔的内腔通道的通道截面是指：用一个平面去截该孔的内腔通道而截到的一个周边完整的截面图形，即平面必须截到该孔的内腔通道的一个完整的周壁，如图8(a)和图8(b)所示，用平面pt去截ky孔的内腔通道，截到ky孔的内腔通道的一个完整周壁25，这样该截面才能被称作是通道截面。如果用一个平面未截到一个完整的孔的内腔通道的周壁，如图8(a)和图8(c)所示，用平面pw去截ky孔的内腔通道，只截到不完整的孔ky的内腔通道的周壁26，其未截到ky孔的内腔通道的一个完整周壁，则该截面不能算作该孔的内腔通道的通道截面。

10、②、任何一个孔的最小截面面积是指对比该孔的内腔通道中所有的通道截面的面积，其中面积最小的那一个通道截面的面积。例如，图9至图12中有四个孔，分别为k1孔、k2孔、k3孔、k4孔，图9所示的k1孔的内腔通道呈逐渐收缩形，且其孔的轴线垂直于其所处位置的固体外壁面，对比该孔的内腔通道中所有的通道截面的面积，其中面积最小的那一个通道截面是该孔的出口截面，则该孔的最小截面面积就是该孔的出口截面的面积。图10所示的k2孔的内腔通道呈先逐渐收缩而后又逐渐扩大的形状，对比该孔的内腔通道中所有的通道截面的面积，其中面积最小的那一个通道截面是该孔的喉部截面，该孔的最小截面面积就是该孔的喉部截面的面积。图11所示的k3孔，该孔的轴线与固体内、外壁面垂直，该孔的型面呈圆柱形，该孔的内腔通道中的所有横截面面积都相等，并且该横截面面积都小于任何一个斜截面的面积，所以该孔的内腔通道的任何一个横截面面积在所有的通道截面面积中最小，故而k3孔的最小截面面积是该孔内腔通道的任何一个横截面的面积。图12所示的k4孔，该孔的轴线与固体内、外壁面呈一定的倾斜角，该孔的型面呈圆柱形，该孔的内腔通道中，面积最小的通道截面是位于横截面ja与横截面jb之间的那一段呈圆柱形的孔的内腔通道的所有横截面，并且它们的横截面积都相等，都等于ja或jb的横截面面积，则k4孔的最小截面面积等于ja或jb横截面的横截面面积。在此说明：所述孔的内腔通道的横截面是指过孔的轴线上的某一点作垂直于孔的轴线在该点处的切线的平面，再用该平面去截孔的内腔通道而得到的一个周边完整的通道截面；所述孔的轴线如果是直线的，孔的轴线上的某一点的切线即为该轴线本身。

11、还可以采用如下方案：在气喷头上至少有4条内风槽具备fa特征，所述fa特征是指：具备fa特征的内风槽的轴线偏离气喷头的轴线，从而使经过该内风槽喷出的气流产生旋转。在此所述的气流的成分，可以是助燃风，也可以是助燃风与燃气的混合物，也可以是其他成分的气体。内风槽的轴线偏离气喷头的轴线，是指内风槽的轴线从槽内向外穿透内风槽的出口端面后的延续部分，与气喷头的轴线从气喷头内向外穿透气喷头的前端面后的延续部分，这两条轴线的延续部分既不相交，也不平行，则经该内风槽喷出的气流不会喷向气喷头的轴线，也不与气喷头的轴线平行，这样该股气流必然与气喷头的轴线存在一个偏心距，从而使该内风槽喷出的气流产生旋流，从而起到加强该股气流与周边气体的混合的作用。

12、还可以采用如下方案：所述具备fa特征的内风槽当中至少有4条槽的轴线与气喷头的轴线成10°至26°的角。这个角度使得从具备fa特征的内风槽喷出的气流的旋流强度控制在一个合理的范围内，这样一方面可以避免旋流过弱或过强都会带来的着火点不稳定的问题，使着火稳定、良好；另一方面也可以获得良好的火焰刚性。

13、还可以采用如下方案：在气喷头上有4至8条内风槽具备fb特征，所述fb特征是指：具备fb特征的内风槽的底部沿着内风槽内风的前进方向逐渐向气喷头的轴线靠近。这样可以使沿着具备fb特征的内风槽的底部喷出的气体靠近气喷头的轴线，从而使燃烧器中心区域的火焰更加饱满，同时也增大了着火的面积，使燃烧更为充分。

14、还可以采用如下方案：有4至8条内风槽各自具备如下特征：其进口端面上的最靠近气喷头的轴线的点到气喷头的轴线的距离是dj，其出口端面上的最靠近气喷头的轴线的点到气喷头的轴线的距离是dc，上述这两个点各自在气喷头的轴线上的投影的距离为lh，设rdh＝(dj-dc)/lh，rdh的范围是：0.12≤rdh≤0.38。这样可以使沿着具备fb特征的内风槽的底部喷出的气体靠近气喷头的轴线，从而使燃烧器中心区域的火焰更加饱满，同时也增大了着火的面积，使燃烧更为充分；rdh在上述范围内时，其靠近气喷头轴线的程度控制在一个合理的范围内，使得气喷头轴线的核心区域形成合理的回流区，有利于形成稳定的着火源。

15、还可以采用如下方案：在气喷头上至少有4条内风槽的单槽的最小截面面积介于10mm2至32mm2之间，并且在气喷头上所有的内风槽的最小截面面积之和介于54mm2至160mm2之间。内风槽单槽的最小截面面积在该范围内时是一个较为恰当的区段，避免了因单槽过小而造成的混合过于提前而使得大火状态时着火不良，以及单槽过大而造成的混合不良的问题，使得在各种状态下都能着火良好。

16、在此就有关槽(包括内风槽和外风槽)的最小截面面积的含义作如下说明：

17、①、首先解释任何一条槽在计算槽的最小截面面积的时候，所涉及到的槽通道的完整通道截面的含义，将该槽所在的零件(例如：配风盘或气喷头)的最大外周壁面所覆盖的区段称为零件的最大外周区段，用一个平面去截该条槽的槽通道，平面与槽的两侧壁面相交，得到槽两侧各一条线段或曲线段，如果所述槽两侧各自的线段或曲线段都有一个端点位于所述零件的最大外周壁面上的，则认为该平面截得该槽通道的完整通道截面，例如，图13(a)、图13(b)、图13(c)所示的零件ed，零件ed上开有槽eca，用平面px去截槽eca，其剖视图(即x-x剖视图)的放大图如图14所示，平面px与槽eca的两侧壁面相交，得到两侧各一条线段，分别标识为线段mf和线段cu，线段mf和线段cu都有一个端点位于最大外周壁面上，则认为该平面px截得该槽通道的完整通道截面；否则如果所述槽两侧各自的线段或曲线段当中至少有一条其两个端点都不位于所述零件ed的最大外周壁面上的，则认为该平面未截得该槽通道的完整通道截面。如图16所示，用平面pv去截槽eca,得到v-v剖视图，平面pv与槽eca的两侧壁面相交，得到两侧各一段线段，分别标识为线段ar和线段zn，其中线段zn的两个端点都不位于最大外周壁面上，则认为平面pv未截得该槽通道的完整通道截面。

18、②、计算槽完整通道截面面积时，由于槽的顶部是空缺的，不构成一个封闭的截面图形，无法计算面积，实际计算时处理方法如下：将该槽两侧壁面与所截平面相交所得的两条线段或曲线段各自位于最大外周壁面上的端点用一段线段相连接，槽的全部壁面与所截平面的相交线与该线段构成一个封闭的截面图形；将该封闭的截面图形称为所截平面截得该槽的完整通道截面的计算截面，该计算截面的面积就是该完整通道截面面积，如图15所示，平面px与槽eca的两侧壁面相交，得到线段mf和线段cu，其中线段mf的端点f以及线段cu的端点u都位于零件ed的最大外周壁面上，连接端点f和端点u，得到线段fu；槽eca的全部壁面，即两侧壁面和底壁面与平面px相交，得到线段mf、线段cu以及线段mc，这三条线段与线段fu共同构成一个封闭的截面图形(如图15中以上4条线段围成的阴影部分48所示)，该封闭的截面图形就是平面px截得槽eca的完整通道截面的计算截面，该计算截面的面积就是该槽通道的完整通道截面面积。

19、③、所述任何一条槽的最小截面面积，是指对比该条槽的槽通道的所有完整通道截面面积，其中面积最小的那一个完整通道截面的面积，并且将该完整通道截面称为该槽的最小截面，同时将在计算该最小截面面积时所用到的封闭截面图形称为该最小截面的计算截面，如图17所示，图中的阴影部分所代表的截面图形51是槽eca的最小截面的计算截面。

20、还可以采用如下方案：配风盘在出风一侧的端面上有一个凹进配风盘的曲面，该曲面距离配风盘轴线的最远点与最近点各自在配风盘轴线上的投影的距离是lq，lq的范围是：1.5mm≤lq≤5mm；并且设该曲面距离配风盘轴线的最远点与配风盘轴线的距离是hq，hq的范围是：19mm≤hq≤35mm。该凹进配风盘的曲面有利于加强配风盘下游的回流区的旋涡稳定性和增大回流区的几何尺寸，而根据燃烧学理论中的钝体火焰稳定理论，这都有利于在回流区内形成稳定的着火源，火焰从稳定的着火源再向下游传播，形成稳定、均匀的火焰，并且，当lq在1.5mm至5mm，hq在19mm至35mm时，回流区的几何尺寸较为恰当，有利于火焰稳定，同时也避免回流区过大而造成烟气回流过强而烧损配风盘的问题。

21、还可以采用如下方案：在气喷头上，至少在4个相邻的内风槽的出口之间并且以气喷头的轴线与气喷头的前端面的交点为圆心的半径为66mm的扇形区域的壁面上，开设有气孔，并且在上述扇形区域的壁面上开设的气孔的最小截面面积之和是sd，气喷头上所有气孔的最小截面面积之和是ss，比值rd＝sd/ss，rd的范围是：0.32≤rd≤0.6；sd的范围是：7mm2≤sd≤19mm2。在该扇形区域壁面上开设气孔，由于这些气孔与内风槽较为靠近，是很容易着火的，从而形成稳定的着火源，加强了燃烧器总体的火焰稳定性。rd值和sd值在上述范围内时，是一个使用效果优良的数值段，在该区域配给的燃气流量较为恰当，使该区域空气过剩系数较为合理，使着火稳定、良好。

22、还可以采用如下方案：至少有4条内风槽的底部型面的横截面是弧形。内风槽底部型面的横截面呈弧形，使得局部气流分布较为均匀，过渡平缓，避免突兀分布，可以形成均匀而稳定的着火面，使得着火稳定、良好。所述弧形可以是圆弧形，也可以是椭圆弧形，也可以是其他弧形。

23、还可以采用如下方案：燃气燃烧器还包括调风筒，调风筒在气管之外、在外筒体之内，调风筒与外筒体之间有风通道，调风筒与配风盘相连接，调风筒与气管、气喷头之间有一个调风室，调风筒上开有连通孔，使风通道的风经过连通孔进入调风室。风通道的风经过连通孔进入调风室，在调风室内经过调整后进入内风槽，使得从内风槽喷出的气流更为均匀、稳定，且喷射速度较为合理，使着火更稳定、良好。

24、还可以采用如下方案：燃气燃烧器还包括内支架，内支架在气管之外，并且与气管相连接，气管之外有调风筒，调风筒的一端与配风盘相连接，并且调风筒与内支架相连接，调风筒、气喷头、气管与内支架之间有调风室。内支架使调风室对风的调整作用更显著，有利于着火的稳定。

25、还可以采用如下方案：设调风筒上的连通孔的最小截面面积之和是st，st的范围是：180mm2≤st≤868mm2。180mm2≤st≤868mm2是一个使用效果优良的数值段，使得经过内风槽喷出的气流的均匀性较佳，且喷射速度较恰当，使着火更稳定、良好。

26、还可以采用如下方案：在配风盘上至少开设有6个风喷孔，在配风盘的外周上至少开设有8条外风槽。配风盘上至少开设有6个风喷孔，这些风喷孔喷出的气流可以与内风槽喷出的气流相匹配，互相引燃，形成一个较强的着火区域，对火焰的稳定以及燃烧的充分性起到很好的作用；在配风盘的外周上至少开设有8条外风槽，其喷出的气流与周边环境中散布的燃气发生反应，发生燃烧，对上述风喷孔与内风槽匹配形成的着火区域，进行了进一步的扩展，使着火区域加大，总体着火源更强，对加强火焰稳定性，提高燃烧完全度，起到很好的作用。

27、还可以采用如下方案：在配风盘上共开设有数量不少于8个的单孔的最小截面面积介于10mm2至46mm2之间的风喷孔，其中占该数量80％以上的所述风喷孔其在配风盘出风一侧的端面上的中心点位于一个以配风盘的轴线为轴线，半径为33.6mm的圆柱面所包围的空间内；在配风盘的外周上至少开设有8条外风槽。占该数量80％以上的风喷孔其在配风盘出风一侧的端面上的中心点位于该圆柱面所包围的空间内时，这些风喷孔喷出的风与内风槽喷出的气流相互匹配良好，易形成一个较强的着火区域，对火焰的稳定起到良好的作用；配风盘的外周上至少开有8条外风槽，外风槽喷出的风与周边环境中散布的燃气发生燃烧，形成一个火伞，与前述的较强的着火区域相互作用，更加大了着火的区域的空间容积和强度。

28、还可以采用如下方案：在配风盘上开设有10至32个单孔的最小截面面积介于10mm2至36mm2之间的风喷孔，在配风盘的外周上开设有12条至22条单槽的最小截面面积介于9mm2至25mm2之间的外风槽，在配风盘上至少有10个单孔的最小截面面积介于10mm2至36mm2之间的风喷孔具备ka特征，并且这些风喷孔各自的轴线与配风盘的轴线所成的角介于5°至18°之间，所述ka特征是指：具备ka特征的风喷孔沿着孔内的风的前进的方向逐渐向燃烧器的轴线靠近。上述风喷孔单孔的最小截面面积在10mm2至36mm2范围以及数量在10至32个的范围内时是一个效果优良的数值段，与内风槽所述的各个方案匹配良好，单槽的最小截面面积在9mm2至25mm2范围内以及数量在12条至22条时是一个效果优良的数值段，与所述内风槽的各个方案及风喷孔的各个方案匹配良好，使外风槽喷出的风形成合理角度的伞状，形成较强的着火区域。

29、还可以采用如下方案：内支架与气管之间为固定连接，调风筒与内支架之间为螺纹连接，调风筒与配风盘之间为固定连接，气喷头与配风盘的内孔为间隙配合。这样使得结构紧凑，加工方便，装拆、维护也很方便，并且使用也方便。

30、还可以采用如下方案：在配风盘上至少开设有4个风喷孔，设在配风盘上开设的全部风喷孔的最小截面面积之和是sk，sk的范围是：186mm2≤sk≤676mm2。186mm2≤sk≤676mm2是一个使用效果优良的数值段，全部风喷孔喷出的风量与所述内风槽的各个方案匹配良好，形成内风槽与风喷孔核心着火区域恰当的风、燃气配比，以及合理的气动布局，使该区域着火稳定，良好，进而使燃烧器总体燃烧性能良好。

31、还可以采用如下方案：在气喷头的前端面上开设有单孔的最小截面面积介于0.5～1.7mm2之间的气孔，并且设这些开设在气喷头的前端面的气孔的最小截面面积之和是sq，sq的范围是：2.7mm2≤sq≤8.2mm2。在气喷头的前端面开设气孔，可以在气喷头前方的靠近轴线的核心区域形成一个着火源，气孔单孔的最小截面面积介于0.5～1.7mm2的范围内时，较容易着火，并且火焰刚性适中；2.7mm2≤sq≤8.2mm2是一个效果优良的数值段，气喷头前端面喷出的燃气流量与所述内风槽和风喷孔的各个方案较为匹配，使着火稳定、良好，并且火焰刚性良好。

32、在此补充说明：前述开设在内风槽内部的气孔、开设在相邻的内风槽的出口之间并且以气喷头的轴线与气喷头的前端面的交点为圆心的半径为66mm的扇形区域的壁面上的气孔，以及开设在气喷头的前端面上的气孔，都属于在气喷头上开设的气孔的范畴。

33、还可以采用如下方案：在气喷头上共开有5至8条内风槽。内风槽的数量在该范围内时是一个效果优良的数值段，可以获得较为理想的核心区域着火源，从而获得较佳的燃烧性能。

34、与现有技术相比，本实用新型具有如下优点与有益效果：

35、1.气动布局优异，混合好，着火源范围宽、能量大，着火点多，着火和火焰传播过程稳定、良好，使火焰稳定性大大增强，改善燃烧状况，使燃烧更充分完全，提高燃烧效率，节能，减少污染。

36、2.助燃风的利用率高，从而可以减少燃气喷枪的不必要的过剩助燃风的流量，起到节能的作用，使窑炉的能耗降低了。

37、3.能减少结焦现象，减少结焦物对制品的污染，提高制品质量。

38、4.本实用新型经过大量的实验表明，该燃烧装置混合良好，燃烧效率高，火焰清晰，所需助燃风过剩系数小，火焰稳定，调节范围较宽，结焦少，火焰刚性良好。可以使用天然气、石油液化气、发生炉煤气，也可以使用其他可燃气体，既可以用于陶瓷窑炉，也可以用于其他窑炉，都能达到较优的使用效果。