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燃烧器中的噪声降低

阅读：399发布：2020-05-11

专利汇可以提供燃烧器中的噪声降低专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种燃烧器，在燃烧器中，燃料和气态氧化剂被馈送到燃烧器中并燃烧以产生从燃烧器的端部延伸出的火焰，燃烧器产生的噪声通过将导流板结合到燃烧器中而降低，导流板由具有穿过板的一定孔分布的金属板和金属细丝层以及任选地第二金属板构成。，下面是燃烧器中的噪声降低专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种燃烧器，包括
(A)室，所述室具有纵向相对的第一端部和第二端部，以及穿过所述第一端部的火焰开口；
(B)导流板，所述导流板在所述室中并且具有与所述室的内部表面相邻的外边缘，所述导流板具有面向所述室的所述第一端部的第一表面和面向所述室的所述第二端部的第二表面，并且其中所述导流板位于所述室中，使得第二导流板表面与所述室的所述第二端部的内部表面相距5至10英寸；
(C)导管，所述导管从所述室外部的导管入口延伸到所述室中并且在所述室的在第一导流板表面与所述火焰开口之间的区段中的导管出口处终止，其中所述导管出口朝向所述火焰开口敞开；
(D)通道，所述通道从所述室外部的通道入口延伸并且在所述室的在所述第一导流板表面与所述火焰开口之间的所述区段中的通道出口处终止；
其中所述导流板包括(1)金属板，所述金属板具有面向所述火焰开口的第一板表面和面向所述室的所述第二端部的第二板表面，和(2)与所述第二板表面接触的金属细丝层；
其中所述金属板的厚度为八分之一英寸至二分之一英寸，并且直径为八分之一英寸至二分之一英寸的多个孔在所述第一板表面与所述第二板表面之间穿过所述金属板，孔的数量足以使得每个板表面中的所有孔的开口的总面积为所述金属板的表面积的30％至50％，并且
其中所述金属细丝层为至少0.25英寸厚，所述金属细丝层表现出最多至每立方英寸
0.5盎司的密度并且由厚度为最多至0.005英寸的细丝构成。
2.根据权利要求1所述的燃烧器，其中所述金属板由黄铜或钢制成。
3.根据权利要求1所述的燃烧器，其中所述导流板的整个外边缘连续地接触所述室的所述内部表面。
4.根据权利要求1所述的燃烧器，其中所述导流板的所述外边缘的其中一部分接触所述室的所述内部表面，并且所述导流板的所述外边缘与所述室的所述内部表面上的最近点之间的间隙为最多至四分之一英寸。
5.根据权利要求1所述的燃烧器，其中所述金属板在所述导流板的整个直径宽度上延伸。
6.根据权利要求1所述的燃烧器，其中所述金属细丝由钢丝绒或黄铜绒制成。
7.根据权利要求1所述的燃烧器，其中所述金属细丝层的厚度为最多至6英寸。
8.根据权利要求1所述的燃烧器，其中所述导流板还包括第二金属板，所述第二金属板与所述金属细丝层接触，使得所述层被夹置在所述第二金属板与所述金属板之间，并且其中所述第二金属板的厚度为八分之一英寸至二分之一英寸，并且直径为八分之一英寸至二分之一英寸的多个孔在板表面之间穿过所述第二金属板，孔的数量足以使得所述第二金属板的每个表面中的所有孔的开口的总面积为所述第二金属板的表面积的30％至50％。
9.根据权利要求8所述的燃烧器，其中所述第二金属板由黄铜或钢制成。
10.根据权利要求8所述的燃烧器，其中所述第二金属板在所述导流板的整个直径宽度上延伸。
11.根据权利要求8所述的燃烧器，其中所述金属板由黄铜或钢制成。
12.根据权利要求8所述的燃烧器，其中所述导流板的整个外边缘连续地接触所述室的所述内部表面。
13.根据权利要求8所述的燃烧器，其中所述导流板的所述外边缘的其中一部分接触所述室的所述内部表面，并且所述导流板的所述外边缘与所述室的所述内部表面上的最近点之间的间隙为最多至四分之一英寸。
14.根据权利要求8所述的燃烧器，其中所述金属板在所述导流板的整个直径宽度上延伸。
15.根据权利要求8所述的燃烧器，其中所述金属细丝由钢丝绒或黄铜绒制成。
16.根据权利要求8所述的燃烧器，其中所述金属细丝层的厚度为最多至6英寸。

说明书全文

燃烧器中的噪声降低

技术领域

[0001] 本发明涉及燃烧器，更具体地涉及在诸如玻璃熔化炉、焚烧炉、水泥窑和发电厂的工业应用中使用的燃烧器。在此类燃烧器中，燃料与气态氧化剂燃烧以产生热量，该热量在工业应用中用于加热、熔化或燃烧材料。

背景技术

[0002] 工业燃烧器的操作(在该操作中，燃料和气态氧化剂的料流被馈送到燃烧器中并在燃烧器中燃烧)可产生显著的声共振，该声共振具有若干缺点。“瑞利判据(Rayleigh criterion)”(Rayleigh,J.L.,Nature 18(1878)319–321)通常用于评估燃烧器的稳定性。它指出，如果压力和热释放波动同相，则不稳定性由火焰和声学耦合馈送。

[0003] 声共振可以表现为令人不愉快的并且甚至对附近操作者不安全的噪声级。此外，燃烧器的声共振与火焰之间的交互作用可损坏燃烧器，例如通过使火焰不稳定，这会导致燃烧器的某些表面处过热。这些现象在燃烧器中尤其明显，其中火焰形成在燃烧器的封闭室中并且从燃烧器的敞开端露出。

[0004] 本发明发现了一种燃烧器，其能够降低燃烧器可能表现出的声共振。

发明内容

[0005] 本发明的一个方面是一种燃烧器，包括：

[0006] (A)室，室具有纵向相对的第一端部和第二端部，以及穿过第一端部的火焰开口；

[0007] (B)导流板，导流板在室中并且具有与室的内部表面相邻的外边缘，导流板具有面向室的第一端部的第一表面和面向室的第二端部的第二表面，并且其中导流板位于室中，使得第二导流板表面与室的第二端部的内部表面相距5至10英寸；

[0008] (C)导管，导管从室外部的导管入口延伸到室中并且在室的在第一导流板表面与火焰开口之间的区段中的导管出口处终止，其中导管出口朝向火焰开口敞开；

[0009] (D)通道，通道从室外部的通道入口延伸并且室的在第一导流板表面与火焰开口之间的区段中的通道出口处终止；

[0010] 其中导流板包括(1)金属板，金属板具有面向火焰开口的第一板表面和面向室的第二端部的第二板表面，和(2)与第二板表面接触的金属细丝层；

[0011] 其中金属板的厚度为八分之一英寸至二分之一英寸，并且直径为八分之一英寸至二分之一英寸的多个孔在第一板表面与第二板表面之间穿过金属板，孔的数量足以使得每个板表面中的所有孔的开口的总面积为金属板的表面积的30％至50％，并且[0012] 其中金属细丝层为四分之一英寸至4英寸厚，优选至少1.5英寸厚，金属细丝层表现出最多至每立方英寸0.5盎司的密度，并且由厚度为最多至0.005英寸的细丝构成。

[0013] 在本发明的另一方面，导流板还包括第二金属板，第二金属板与金属细丝层接触，使得层被夹置在第二金属板与金属板之间，并且其中第二金属板的厚度为八分之一英寸至二分之一英寸，并且直径为八分之一英寸至二分之一英寸的多个孔在板表面之间穿过第二金属板，孔的数量足以使得第二金属板的每个表面中的所有孔的开口的总面积为第二金属板的表面积的30％至50％。附图说明

[0014] 图1是结合本发明的燃烧器的一个实施方案的剖视图。

[0015] 图2是图1所示实施方案的外部的透视图。

[0016] 图3是可用于本发明的导流板的一个实施方案的侧剖视图。

[0017] 图4是可用于本发明的导流板的一个实施方案的前平面图。

[0018] 图5是可用于本发明的导流板的另一个实施方案的侧剖视图。

具体实施方式

[0019] 本发明适用于多种燃烧器构形。这对于这样的燃烧器特别有用，在这些燃烧器中，由燃料和氧化剂燃烧所形成的火焰的一个端部在燃烧器的室或壳体内，使得火焰的从该端部延伸的一部分也在燃烧器的室或壳体内，其余的火焰从燃烧器的开口延伸出。

[0020] 附图示出了本发明特别有用的燃烧器的若干实施方案。

[0021] 首先参考图1，其为一个此类燃烧器的剖视图。燃烧器100在形状方面为大致纵向的，并且包括侧壁9、第一端部2和第二端部3，它们一起限定了燃烧器内部的室1。端部2和端部3彼此纵向相对。在垂直于端部2和端部3之间的纵向轴线截取的横截面中，室1可以是圆形或矩形的，这是优选的，或者可以是另外的形状。

[0022] 第一端部2是敞开的，使得一个端部在室1内部的火焰22可以通过火焰开口4延伸出而到达燃烧器100外部的空间。火焰开口4可包括由侧壁9的端部限定的整个开口。然而，本发明在第一端部2被端板20部分地封闭使得火焰开口4的面积小于由侧壁9的端部限定的第一端部2的总面积的实施方案中特别有效。第二端部3被封闭，并且可以具有一个或多个穿过其的导管，如本文所述，前提条件是第二端部3和任何此类导管之间的接合部被密封以防止气体穿过该接合部。

[0023] 图2示出了一个此类燃烧器的外部外观，其中垂直于在端部2和端部3之间延伸的轴线的横截面是圆形的。

[0024] 再次参考图1，导管10从燃烧器100的外部进入室1，导管10在室1中的导管出口12处终止，该导管出口朝向火焰开口4敞开，这意味着从导管出口12传出的材料不可避免地在向火焰开口4移动。优选地，导管出口12的中心轴线穿过火焰开口4。导管10包括位于燃烧器11外部的导管入口100。导管入口11可以连接至要在室1中燃烧的燃料源。合适的燃料包括任何可燃气体材料，诸如天然气、甲烷或其它可燃烃以及它们的混合物。在燃烧器的操作中，从导管出口12露出的燃料在火焰22中燃烧，使得火焰22的一个端部在导管出口12处。

[0025] 还提供了通道15。该通道从燃烧器100外部的通道入口16延伸到室1内部的通道出口17。通道入口16可以连接至气态氧化剂源，该气态氧化剂源将在室1中与通过导管10馈送的燃料一起燃烧。合适的气态氧化剂包括空气、富氧空气和商业高纯度氧气。因此，气态氧化剂的氧含量可以是空气氧含量(约21体积％)的最多至95体积％或更高，甚至99体积％或更高。

[0026] 本发明的燃烧器还包括导流板5。如图1所示，导流板5包括面向第一端部2的第一表面42，并且导流板5包括面向第二端部3的第二表面43。导流板5包括完全围绕导流板41延伸的外边缘3(参见图5)。外边缘41与室13的内部表面1相邻，这意味着外边缘41的全部连续地接触内部表面13，或外边缘41的其中一部分接触内部表面13。在外边缘41不与内部表面13接触的情况下，外边缘41和表面13上的最近点之间的间隙应为最多至四分之一英寸(0.25英寸)。导流板5将室1的内部分成两个区段，即，从导管出口12露出的燃料在其中燃烧的燃烧区段7，和后区段8。因此，导管出口12和通道出口17均位于室1的燃烧区段7中。

[0027] 如图1所示，燃烧器100可被构造成使得导管10和通道15穿过燃烧器100的侧壁9的位置在燃烧区段7中。然而，如果需要，导管11和/或(不太优选)通道15可被定位成使得其穿过后区段8，在这种情况下，作为壳体的导管或通道可穿过导流板5，使得它们各自的出口位于燃烧区段7中。

[0028] 已经发现，当本文所述的导流板5包括在本文所述的燃烧器的构造和操作中时，燃烧器的操作所伴随的噪声和声共振比在没有导流板的情况下燃烧时所观察到的噪声和声共振要小得多。已经发现，导流板5应当位于室1中，使得从第二端部3的内部表面6到导流板5的第二表面43的距离应当为5至10英寸，优选约6英寸。令人惊讶的是，已经发现该特征距离与燃烧器的其它尺寸和燃烧器的操作条件无关。

[0029] 本文参照参考图3、图4和图5进一步描述导流板。

[0030] 图3示出了优选实施方案中的导流板5的剖视图，其包括如上所述的第一表面42和第二表面43。在导流板5的该实施方案中，存在两个部件，即金属板44和金属细丝层46。

[0031] 金属板44由在燃烧区段7中产生的燃烧温度下保持其形状的任何金属制成。合适金属的实例包括黄铜和钢。金属板44的厚度优选地为八分之一英寸至二分之一英寸，其中厚度被定义为金属板44的表面42与后表面45之间的距离。金属板44应当在导流板5的整个直径宽度上延伸，即，以一直围绕导流板5的方式一直延伸到边缘41。

[0032] 如图3和图4所示，多个孔47从表面42穿过金属板44到表面45。每个孔的直径优选为八分之一英寸至二分之一英寸。孔可以都具有相同的直径，或者它们的直径可以变化。应当有足够的孔47，使得表面42中的所有孔的开口的面积之和为表面42的总表面积的30％至50％，优选约40％。

[0033] 导流板5还包括金属细丝层46。层46应当与表面45接触，但当然不是所有形成层46的材料都需要与表面45接触。被示为48的金属细丝的直径均为最多至0.005英寸，并且随机地相互缠绕，足以形成一体的材料垫。如果当将单个一体量的垫保持在一个点处以使得它从该一个支承点悬挂并且没有被以其它方式支撑时，它保持为一个一体的量并且不会断裂为另外的块，则这样的垫被认为是一体的。层46不是实心块，而是在缠绕的细丝之间包含空间。该层的密度(未压缩)应为最多至0.5盎司/立方英寸。用于层46的材料的合适实例包括被称为“金属绒”的产品，诸如钢丝绒或黄铜绒。

[0034] 当结合到导流板5中时，层46沿着在室1的端部2和端部3之间延伸的轴线应当至少四分之一英寸(0.25英寸)厚。该厚度优选地应为最多至6英寸厚。较厚的层是可接受的，前提条件是后表面43与内部表面6之间的距离保持如本文所述。随着层46的厚度增加，降低声共振的益处可能减少。

[0035] 图5示出了导流板5的一个另选的实施方案，其包括如本文所述的金属板44和层46，并且还包括与层46的表面43接触的第二金属板49。第二金属板49的特性(制造它的材料、厚度、宽度、孔的存在、孔的面积、以及孔的总面积相对于板49的表面的表面积)与本文针对金属板44所描述的特性相同。

[0036] 在燃烧器的操作中，燃料通过导管出口12被馈送到室1的燃烧区段7中，并且氧化剂从通道出口17传出而进入室1的燃烧区段7中，并且它们被点燃并燃烧。燃烧形成火焰，火焰的基部在出口12处。火焰通过火焰开口4从室1中延伸出。燃料和氧化剂应当以相对质量流速馈送，以使得氧化剂中的氧占完全燃烧燃料所需的氧量的300-20,000％。燃烧前每个料流的速度优选地为5至20英尺/秒的氧气流速和30至50英尺/秒的燃料流速。

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