專利名稱：一種燃燒低熱值氣體的多孔金屬介質(zhì)燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金工業(yè)用一種燃燒器，特別涉及一種燃燒低熱值氣體的多孔金屬介質(zhì)燃燒器。
背景技術(shù)：
目前，冶金工業(yè)生產(chǎn)中熱值低于1000大卡的副產(chǎn)煤氣，如高爐煤氣，CO，H2，CnHm等可燃成份含量較低，在燃燒器中的燃燒效率不高，造成低熱值煤氣的大量排放，既浪費(fèi)能源又污染環(huán)境。早在1979年，有學(xué)者提出在燃燒器內(nèi)加入多孔介質(zhì)的想法，之后許多相關(guān)的實(shí)驗(yàn)工作也發(fā)現(xiàn)，多孔介質(zhì)中的預(yù)混燃燒有很多優(yōu)點(diǎn)較小的貧燃極限、較高的燃燒速率和穩(wěn)定性、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣、燃燒強(qiáng)度高、燃燒器體積小等，而且燃燒產(chǎn)物中氮化物和硫化物等污染成份的含量非常少。因此，多孔介質(zhì)中的預(yù)混燃燒在冶金工業(yè)應(yīng)用中有很大的潛力。
多孔介質(zhì)材料的選擇對(duì)燃燒特性有很大的影響。國(guó)內(nèi)外的許多研究大多用陶瓷作為研究對(duì)象，因?yàn)樘沾删哂心透邷亍⒖寡趸?、易?dǎo)熱等優(yōu)良特性。但是目前多孔介質(zhì)燃燒器的使用仍存在以下缺陷(1)在燃燒低熱值氣體時(shí)，對(duì)多孔介質(zhì)材料耐熱性的要求不是太高，在大多數(shù)研究中采用的多孔介質(zhì)材料陶瓷，盡管具有耐高溫的特性，但是導(dǎo)熱特性不如金屬，且易碎。(2)多孔介質(zhì)孔徑很小，當(dāng)燃料中含灰塵時(shí)非常容易阻塞，所以目前大多數(shù)研究都只燃燒單一純凈的氣體燃料，而實(shí)際生產(chǎn)中同樣需要燃燒灰塵含量較高的氣體燃料(如高爐煤氣或高、焦混合煤氣等)，這給多孔介質(zhì)燃燒器的實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)不便。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有冶金工業(yè)用低熱值氣體多孔介質(zhì)燃燒器的不足之處，本發(fā)明提供一種燃燒低熱值氣體的多孔金屬介質(zhì)燃燒器。
燃燒器由耐火材料套管1、燃燒區(qū)內(nèi)大孔介質(zhì)2、預(yù)熱區(qū)內(nèi)小孔介質(zhì)3、燃燒器外殼4、除塵金屬網(wǎng)或金屬刷5、燃?xì)夤艿?、預(yù)混室7、空氣管道8構(gòu)成。燃燒區(qū)內(nèi)大孔介質(zhì)2、預(yù)熱區(qū)內(nèi)小孔介質(zhì)3的材料可以均采用耐高溫不銹鋼。為了保證二者之間良好的導(dǎo)熱效果，通常將燃燒區(qū)內(nèi)大孔介質(zhì)2、預(yù)熱區(qū)內(nèi)小孔介質(zhì)3設(shè)計(jì)成一個(gè)整體。其中，大孔區(qū)域?qū)儆谌紵齾^(qū)，小孔區(qū)域?yàn)轭A(yù)熱區(qū)，可以有效吸收和儲(chǔ)存燃燒區(qū)產(chǎn)生的熱量。多孔介質(zhì)的材料可以均采用耐高溫不銹鋼，這是由于低熱值煤氣燃燒時(shí)溫度較低，一般不超過(guò)1400℃。另外，氣體在不銹鋼孔內(nèi)流動(dòng)時(shí)的阻力較小，加上不銹鋼良好的導(dǎo)熱性，不易碎，所以是本燃燒器設(shè)計(jì)理想的多孔介質(zhì)材料。燃燒區(qū)金屬的材料平均孔徑為3～5mm，孔隙率為80～85％，孔的排列方式為直通式。預(yù)熱區(qū)金屬材料平均孔徑為0.3～0.5mm，小孔孔徑足夠小到能防止回火，孔隙率為75％～83％，孔的排列方式為直通式。
耐火材料套管材料可以是高鋁質(zhì)耐火材料，燃燒器外殼材料采用耐高溫合金鋼，金屬刷或金屬網(wǎng)材料采用不銹鋼。
使用時(shí)，空氣和燃?xì)夥謩e從空氣管道8和燃?xì)夤艿?進(jìn)入后，在預(yù)混室7內(nèi)混合，經(jīng)過(guò)除塵金屬網(wǎng)或金屬刷5除塵后進(jìn)入預(yù)熱區(qū)內(nèi)小孔介質(zhì)3，預(yù)熱區(qū)內(nèi)小孔介質(zhì)3的溫度較低，所以燃燒器外殼4外面的耐火材料套管1較薄。在燃燒區(qū)內(nèi)大孔介質(zhì)2內(nèi)，由于溫度較高，外圍由較厚的耐火材料套管來(lái)代替燃燒器外殼，以防外殼被燒損。耐火材料套管同時(shí)具有隔熱作用，以防止熱損失。耐火材料在多孔介質(zhì)外延伸，可以起到穩(wěn)定燃燒的作用。
應(yīng)用本發(fā)明燃燒器有關(guān)工藝參數(shù)如下燃燒氣體高爐煤氣等低熱值氣體，燃燒溫度在1400℃以下；空氣流量1500～2500m3/h；燃?xì)饬髁?00～1500m3/h；燃燒效果未燃烴，氮化物和硫化物含量低于10ppm，一氧化碳低于20ppm。
現(xiàn)有冶金企業(yè)燃燒的大多是高、焦混合煤氣，煤氣中一般含有很多灰塵，雖然在進(jìn)入燃燒器之前進(jìn)行過(guò)除塵，但是未除盡的較小顆粒灰塵也有可能將小孔阻塞，為了將本發(fā)明應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，燃燒器的預(yù)混室內(nèi)裝有可拆換的除塵金屬刷或金屬網(wǎng)，以清除混合煤氣中的灰塵，防止小孔被阻塞。
本發(fā)明燃燒器的有關(guān)幾何參數(shù)取值如下h160～80mm；h210～15mm； h350～60mm；h450～60mm；h550～60mm； h650～60mm；h730～40mm；a 3～4mm； b20～30mm；Φ1180～250mm； Φ250～60mm； Φ380～120mm。
燃燒器氣體流動(dòng)和燃燒的軸向截面可以為附圖所示的圓形，也可以為正方形或其它多邊形。
應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)的燃燒器可以燃燒熱值低于1000kcal/m3(4180kJ/m3)的氣體燃料，如經(jīng)常被當(dāng)作廢氣排放的高爐煤氣，可以有效節(jié)約能源，同時(shí)大幅度降低燃燒產(chǎn)物中的氮化物和硫化物含量，減少污染。本發(fā)明燃燒器可廣泛應(yīng)用于冶金、化工等行業(yè)。


圖1是本發(fā)明燃燒器的軸向剖面圖；圖2是圖1的A-A剖視圖。
在圖1、圖2中1耐火材料套管，2燃燒區(qū)內(nèi)大孔介質(zhì)，3預(yù)熱區(qū)內(nèi)小孔介質(zhì)，4燃燒器外殼，5除塵金屬網(wǎng)或金屬刷，6燃?xì)夤艿溃?預(yù)混室，8空氣管道。
φ1-燃燒器內(nèi)徑，φ2-燃?xì)夤艿纼?nèi)徑，φ3-空氣管道內(nèi)徑，a-燃燒器壁厚，b-耐火材料套管壁厚，h1-除塵金屬網(wǎng)或金屬刷底部與燃燒器底部距離，h2-除塵金屬網(wǎng)或金屬刷的高度，h3-預(yù)熱區(qū)內(nèi)小孔介質(zhì)底部與除塵金屬網(wǎng)或金屬刷頂部距離，h4-預(yù)熱區(qū)內(nèi)小孔介質(zhì)高度，h5-燃燒區(qū)內(nèi)大孔介質(zhì)高度，h6-耐火材料套管頂部與燃燒區(qū)內(nèi)大孔介質(zhì)頂部距離，h7-空氣管道底部與燃燒器底部距離。
具體實(shí)施例方式
如圖1、圖2所示，燃燒器主體由1耐火材料套管、2燃燒區(qū)內(nèi)大孔介質(zhì)、3預(yù)熱區(qū)內(nèi)小孔介質(zhì)、4燃燒器外殼、5除塵金屬網(wǎng)或金屬刷、6燃?xì)夤艿馈?預(yù)混室、8空氣管道構(gòu)成，在由燃燒器外殼4和耐火材料套管1構(gòu)成的空腔內(nèi)，由上至下依次設(shè)置燃燒區(qū)內(nèi)大孔介質(zhì)2、預(yù)熱區(qū)內(nèi)小孔介質(zhì)3，燃燒區(qū)內(nèi)大孔介質(zhì)2、預(yù)熱區(qū)內(nèi)小孔介質(zhì)3的材料可以均采用耐高溫不銹鋼。預(yù)熱區(qū)內(nèi)小孔介質(zhì)3的頂部與燃燒器外殼4的頂部平齊，燃燒區(qū)內(nèi)大孔介質(zhì)2與預(yù)熱區(qū)內(nèi)小孔介質(zhì)3可以是一個(gè)整體，最好設(shè)計(jì)成大孔中套若干小孔。從空氣管道上部的燃燒器外殼4外側(cè)開(kāi)始包裹耐火材料套管1，耐火材料套管延伸至燃燒區(qū)2上部的一定距離，燃燒區(qū)2及其以上的部分的燃燒器外壁4用耐火材料套管1代替。在燃燒器外殼4構(gòu)成的空腔內(nèi)部，預(yù)熱區(qū)內(nèi)小孔介質(zhì)3下、燃?xì)夤艿?上方設(shè)置除塵金屬網(wǎng)或金屬刷5，燃燒器外殼4內(nèi)、除塵金屬網(wǎng)或金屬刷5下方空間為預(yù)混室7。在燃燒器底部設(shè)置空氣管道8，側(cè)壁設(shè)置燃?xì)夤艿?。
幾何尺寸可以按下表取值


應(yīng)用本發(fā)明裝置，具體舉例如下向燃燒器內(nèi)通燃?xì)?、空氣，空氣和燃?xì)夥謩e從空氣管道8和燃?xì)夤艿?進(jìn)入后，在預(yù)混室7內(nèi)混合，經(jīng)過(guò)除塵金屬網(wǎng)或金屬刷5除塵后進(jìn)入預(yù)熱區(qū)內(nèi)小孔介質(zhì)3，預(yù)熱區(qū)內(nèi)小孔介質(zhì)3的溫度較低，然后進(jìn)入燃燒區(qū)內(nèi)大孔介質(zhì)2內(nèi)燃燒。
有關(guān)工藝參數(shù)如下燃燒氣體高爐煤氣(或高、焦混合煤氣)，燃燒溫度在1300±30℃；空氣流量2000m3/h；燃?xì)饬髁?000mu/h；燃燒效果空氣或氣體燃料均可不用在進(jìn)入燃燒器前預(yù)熱，未燃烴，氮氧化物含量低于10ppm，一氧化碳低于20ppm。
權(quán)利要求
1.一種燃燒低熱值氣體的多孔金屬介質(zhì)燃燒器，包括燃燒器外殼(4)、燃?xì)夤艿?6)、空氣管道(8)，其特征在于在由燃燒器外殼(4)和耐火材料套管(1)構(gòu)成的空腔內(nèi)，由上至下依次設(shè)置燃燒區(qū)內(nèi)大孔介質(zhì)(2)、預(yù)熱區(qū)內(nèi)小孔介質(zhì)(3)，燃燒區(qū)內(nèi)大孔介質(zhì)(2)、預(yù)熱區(qū)內(nèi)小孔介質(zhì)(3)的材料均采用耐高溫不銹鋼，預(yù)熱區(qū)內(nèi)小孔介質(zhì)(3)的頂部與燃燒器外殼(4)的頂部平齊，燃燒區(qū)內(nèi)大孔介質(zhì)(2)與預(yù)熱區(qū)內(nèi)小孔介質(zhì)(3)加工成一個(gè)整體，從空氣管道(8)上部的燃燒器外壁(4)外側(cè)開(kāi)始包裹耐火材料套管(1)，耐火材料套管(1)延伸至燃燒區(qū)(2)上部的一定距離，燃燒區(qū)內(nèi)大孔介質(zhì)(2)及其以上的部分的燃燒器外殼(4)用耐火材料套管(1)代替，在燃燒器外殼(4)構(gòu)成的空腔內(nèi)部，預(yù)熱區(qū)內(nèi)小孔介質(zhì)(3)下、燃?xì)夤艿?6)上方設(shè)置除塵金屬網(wǎng)或金屬刷(5)，燃燒器外殼(4)內(nèi)、除塵金屬網(wǎng)或金屬刷(5)下方空間為預(yù)混室(7)。
2.按照權(quán)利要求1所述的燃燒低熱值氣體的多孔金屬介質(zhì)燃燒器，其特征在于燃燒區(qū)內(nèi)大孔介質(zhì)(2)、預(yù)熱區(qū)內(nèi)小孔介質(zhì)(3)加工成大孔中套若干小孔結(jié)構(gòu)。
3.按照權(quán)利要求1所述的燃燒低熱值氣體的多孔金屬介質(zhì)燃燒器，其特征在于燃燒區(qū)內(nèi)大孔介質(zhì)(2)平均孔徑為3～5mm，孔隙率為80～85％，孔的排列方式為直通式；預(yù)熱區(qū)內(nèi)小孔介質(zhì)(3)平均孔徑為0.3～0.5mm，孔隙率為75％～83％，孔的排列方式為直通式。
4.按照權(quán)利要求1所述的燃燒低熱值氣體的多孔金屬介質(zhì)燃燒器，其特征在于幾何參數(shù)取值如下h160～80mm；h210～15mm； h350～60mm；h450～60mm；h550～60mm； h650～60mm；h730～40mm；a3～4mm； b20～30mm；Φ1180～250mm； Φ250～60mm； Φ380～120mm。
5.按照權(quán)利要求1所述的燃燒低熱值氣體的多孔金屬介質(zhì)燃燒器，其特征在于耐火材料套管(1)材料采用高鋁質(zhì)耐火材料，燃燒器外殼(4)材料采用耐高溫合金鋼，金屬網(wǎng)或金屬刷(5)材料采用不銹鋼。
6.權(quán)利要求1所述的燃燒低熱值氣體的多孔金屬介質(zhì)燃燒器的應(yīng)用，其特征在于用于燃燒低熱值氣體，包括高爐煤氣，燃燒溫度在1400℃以下；空氣流量1500～2500m3/h；燃?xì)饬髁?00～1500m3/h。
全文摘要
一種燃燒低熱值氣體的多孔金屬介質(zhì)燃燒器，燃燒器由耐火材料套管、燃燒區(qū)內(nèi)大孔介質(zhì)、預(yù)熱區(qū)內(nèi)小孔介質(zhì)、燃燒器外殼、除塵金屬網(wǎng)或金屬刷、燃?xì)夤艿?、預(yù)混室、空氣管道構(gòu)成，燃燒器內(nèi)由上至下依次設(shè)置燃燒區(qū)內(nèi)大孔介質(zhì)、預(yù)熱區(qū)內(nèi)小孔介質(zhì)，均采用耐高溫不銹鋼，并加工成一個(gè)整體，從空氣管道上部的燃燒器外壁外側(cè)開(kāi)始包裹耐火材料套管，耐火材料套管延伸至燃燒區(qū)上部的一定距離，在預(yù)熱區(qū)內(nèi)小孔介質(zhì)下設(shè)置除塵金屬網(wǎng)或金屬刷。應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)的燃燒器可以燃燒熱值低于1000kcal/m
文檔編號(hào)F23D14/66GK1804461SQ20061004568
公開(kāi)日2006年7月19日 申請(qǐng)日期2006年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月20日
發(fā)明者李本文, 劉慧 , 陳海耿, 赫冀成, 趙長(zhǎng)穎, 陶文銓 申請(qǐng)人:東北大學(xué)