專利名稱：一種分段式多孔陶瓷介質(zhì)氣體燃料燃燒器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種燃燒器，具體涉及一種分段式多孔陶瓷介質(zhì)氣體燃料燃燒器。
技術(shù)背景目前，我國工業(yè)生產(chǎn)中氣體燃料的燃燒主要是以自由火焰為特征的空間燃燒，這種燃燒 方式，火焰面附近溫度梯度陡而且分布不均，局部高溫區(qū)的存在造成了大量的NOx生成，燃 燒不完全而熱效率低，燃燒穩(wěn)定性較差?，F(xiàn)在，在燃燒器內(nèi)加入多孔介質(zhì)的技術(shù)現(xiàn)己逐步被人們重視。多孔介質(zhì)中的預混燃燒有很多優(yōu)點較小的貧燃極限、較高的燃燒速率和穩(wěn)定性、 負荷調(diào)節(jié)范圍廣、燃燒強度高、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物 成份的含量非常少，因此，多孔介質(zhì)中的預混燃燒在現(xiàn)實應用中有很大的潛力。在氣體燃料的燃燒中，材料特性方面，多孔介質(zhì)必須具有耐高溫、抗氧化、易導熱等特 性，不銹鋼、合金、玻璃、陶瓷等都曾作為研究對象被國內(nèi)外學者們試用。結(jié)構(gòu)方面，當孔徑相對較大時，輻射作用穿透得較深遠，溫度升高較快；孔徑相對較小時，多孔介質(zhì)相對的 光學厚度較大，具有良好的蓄熱效果。為了有效利用孔徑大小對燃燒的影響特性，人們大多 采用非單一孔徑、單一材料的多孔介質(zhì)。如發(fā)明名稱為"一種金屬纖維——多孔陶瓷介質(zhì)表面 燃燒器"(申請?zhí)枮?00610135085〗，申請R 2006.12.27)的專利申請公開的燃燒器，其構(gòu)成 包括燃燒器外殼、燃燒器管道、空氣管道、外殼構(gòu)成的空腔內(nèi)，由上至下依次設置燃燒區(qū)內(nèi) 金屬纖維介質(zhì)，預熱區(qū)內(nèi)陶瓷介質(zhì)，在預熱區(qū)內(nèi)陶瓷介質(zhì)下，燃氣管道上方空腔內(nèi)設置有除 塵金屬網(wǎng)或金屬刷。這種結(jié)構(gòu)的燃燒器雖然較金屬纖維表面燃燒器，解決了燃燒器在使用過 程中易發(fā)生回火現(xiàn)象，并且燃料與空氣的調(diào)節(jié)范圍小，熱效率低的問題。但是，這種多孔介 質(zhì)燃燒器使用過程仍然存在以下缺陷多孔介質(zhì)孔徑很小，非常容易阻塞，所以目前大多數(shù) 燃燒器只用于單一純凈的氣體燃料，而實際生產(chǎn)中大多數(shù)需要燃燒灰塵含量較高的煤氣或混 合煤氣，這給多孔介質(zhì)燃燒器的實際應用帶來局限性。 發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有氣體燃料多孔介質(zhì)燃燒器的不足之處，本發(fā)明提供一種分段式多孔陶瓷介質(zhì)氣 體燃料燃燒器，該燃燒器可以用于燃燒熱值變化范圍在1000 10000kcal/m3 (4180~41800kJ/m3)，甚至更高的氣體燃料，同時能更有效地防止回火和爆炸。本發(fā)明燃燒器的構(gòu)成包括燃燒器外殼，除塵金屬網(wǎng)或金屬刷，空氣管道，預混室，燃氣 管道，要點是燃燒器外殼構(gòu)成的空腔內(nèi)部設置有大孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)，小孔區(qū)域陶瓷多孔
介質(zhì)，多孔板，除塵金屬網(wǎng)或金屬刷。上述燃燒器的外殼以多孔板為界分上、下兩部。燃燒器外殼上部構(gòu)成的空腔內(nèi)部，由上 至下依次設置有大孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)，大孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)放置在小孔區(qū)域陶瓷多孔介 質(zhì)上面，小孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)放置在多孔板上面，大孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)的上面與燃燒器 外殼頂端面間為空腔；多孔板夾在燃燒器外殼上、下部中間，多孔板外圍延伸至燃燒器外殼 外面空間。除塵金屬網(wǎng)或金屬刷裝配在燃燒器外殼下部的預混室內(nèi)。燃燒器中的大孔區(qū)域?qū)儆谌紵齾^(qū)，使用的多孔介質(zhì)材料是陶瓷，以適用高熱值氣體燃料 (燃燒溫度能達到150(TC，甚至以上)；小孔區(qū)域孔徑較小，可以起到防止回火的作用，同 時小孔區(qū)域為預熱區(qū)，可以有效儲存燃燒區(qū)產(chǎn)生的熱量，這里的溫度一般不超過120(TC,使 用的多孔介質(zhì)材料也是陶瓷。為了保證兩區(qū)域之間良好的導熱效果，設計為二者間處于緊密 接觸狀態(tài)。小孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)放置在多孔板上。多孔板導熱性較強，可以把熱量迅速導 出，可以防止在燃燒過程中，由于操作不當或其他原因引起回火的發(fā)生。上述大孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)的材料，選用氧化釔基氧化鋯、氧化鈣基氧化鋯或碳化硅， 平均孔徑為2.5 5mm，孔隙率為80~85%，孔的排列方式為直通或無序；小孔區(qū)域陶瓷多孔 介質(zhì)的材料，選用剛玉(A1203)、氧化鈣基氧化鋯或碳化硅，平均孔徑為0.25~0.5mm，孔隙 率為75~83%,孔的排列方式為直通或無序;多孔板選用導熱性能良好，能耐一定溫度"600'C ) 的金屬或合金材料。板上的孔徑為2~5mm，孔隙率為80 90%，孔的排列方式為直通式。多 孔板的孔為正交排列方式或圍繞中心成環(huán)形排列。除塵金屬網(wǎng)或金屬刷材料選用不銹鋼。燃 燒器外殼材料選用不銹鋼、鑄鐵或耐高溫不銹鋼。燃燒器外殼軸向截面為圓形、正方形或多邊形。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，最為突出的特點和顯著的效果是由于本發(fā)明在燃燒器結(jié)構(gòu) 中增加了多孔板，由導熱性能良好、能耐一定高溫(<60(TC)的金屬或合金加工而成，而且 多孔板在裝配后，其外圍是延伸在燃燒器外殼外面。當火焰向燃燒器上游傳播時，火焰攜帶 的熱量可以通過導熱性能良好的多孔板迅速的傳遞到燃燒器外面，散失到環(huán)境中。板上的小 孔存在可以更加有效地防回火或爆炸，極大地提高了燃燒器應用的安全系數(shù)。另外，本發(fā)明設計的燃燒區(qū)和預熱區(qū)采用的是陶瓷多孔介質(zhì)，這樣燃燒器燃料熱值范圍 較大，既可以燃燒低熱值氣體或劣質(zhì)氣體燃料，又可以燃燒高熱值氣體，熱值一般可在 1000~10000kcal/m3 (4180~41800kJ/m3)，甚至更高的氣體燃料，如高爐煤氣、焦爐煤或高、 焦混合煤氣、天然氣等燃料，本發(fā)明可廣泛應用于冶金、化工、能源等行業(yè)。


圖1是本發(fā)明燃燒器的軸向剖面視圖；圖2是圖1的A-A向剖視圖的一種形式，孔的排列形式是正交排列；圖3是圖1的A-A向剖視圖的另一種形式，孔的排列形式是環(huán)形排列；圖l、 2、 3中l(wèi)燃燒器外殼，2大孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)，3小孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)，4多孔板，5除塵金屬網(wǎng)或金屬刷，6空氣管道，7預混室，8燃氣管道，9法蘭10螺帽11螺栓12螺孔。
具體實施方式
例l，如圖l、圖2所示，燃燒器由燃燒器外殼、大孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)，小孔區(qū)域陶瓷 多孔介質(zhì)，多孔板，除塵金屬網(wǎng)，空氣管道，預混室，燃氣管道構(gòu)成。燃燒器外殼以多孔板 為界分上、下兩部分，燃燒器外殼上部構(gòu)成的空腔內(nèi)部，由上至下依次設置的是大孔區(qū)域陶 瓷多孔介質(zhì)，大孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)的下面放置在小孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)上面，二者處于緊 密接觸狀態(tài)。小孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)下面放置在多孔板上面，處于緊密接觸狀態(tài)。大孔區(qū)域 陶瓷多孔介質(zhì)的上面與燃燒器外殼頂端面間為空腔。多孔板夾在燃燒器外殼上、下部之間， 通過燃燒器外殼上、下部上的法蘭、螺栓連接。多孔板外圍延伸在燃燒器外殼外面空間中， 多孔板外圍內(nèi)中間部分為帶孔板面。采用不銹鋼制作的除塵金屬網(wǎng)嵌入燃燒器外殼下部內(nèi)壁 面凹槽里，其位置在多孔板以下，空氣管道以上的燃燒器外殼內(nèi)的預混室內(nèi)?？諝夤艿篮冈?燃燒器下部的側(cè)壁上，燃燒器外殼下端口為燃氣進口。上述大孔區(qū)域陶瓷材料選用氧化釔基氧化鋯，平均孔徑為5mm，孔隙率為80%，孔的排 列方式為無序式；小孔區(qū)域陶瓷材料選用剛玉(A1203)，平均直徑為0.5mm，孔隙率為76%， 孔的排列方式為無序式。多孔板材料選用金屬銅，平均孔徑為5mm，孔隙率為82%?？椎呐?列為直通式成正交排列。燃燒器的外殼軸向截面為圓形，其材料選用不銹鋼。應用本發(fā)明燃燒器，將空氣和燃氣分別從空氣管道和燃氣管道進入后，在預混室內(nèi)混合， 經(jīng)過除塵金屬網(wǎng)除塵后，通過多孔板，進入溫度較低的預熱區(qū)內(nèi)小孔介質(zhì)，然后進入燃燒區(qū) 內(nèi)大孔介質(zhì)內(nèi)燃燒。燃燒氣體為高爐煤氣，燃氣流量為1500mVh，空氣流量為220m3/h。燃燒效果是空氣 和氣體燃料均不需要在進入燃燒器預熱；經(jīng)過燃燒后的氣體中，未燃燒的烴、氮化物、硫化 物含量低于50ppm， 一氧化碳低于40ppm。例2:燃燒器的結(jié)構(gòu)與例1相同。不同之處是大孔區(qū)域陶瓷材料選用氧化鈣基氧化鋯，平均 孔徑4mm，孔隙率為85%，孔的排列方式為無序排列；小孔區(qū)域陶瓷材料為氧化鈣基氧化鋯,
平均孔徑為0.4mm，孔隙率為80%,孔的排列為無序排列；多孔板材料選用低碳鋼合金，平 均孔徑為4mm,孔隙率為83°/。?？椎呐帕袨橹蓖ㄊ絿@中心成環(huán)形排列。燃燒器外殼軸向截 面為正方形，其材料選用鑄鐵。預混室內(nèi)裝置的是不銹鋼除塵金屬刷。燃燒器應用燃燒氣體為焦爐煤氣，燃氣流量為800m3/h，空氣流量為1500m3/h。燃燒 后氣體中未燃烴、氮化物、硫化物含量低于50ppm， 一氧化碳低于40ppm。例3:燃燒器結(jié)構(gòu)與例2相同。不同之處是大孔區(qū)域陶瓷材料選用碳化硅，小孔區(qū)域 陶瓷材料用碳化硅，多孔板材料選金屬鋁，平均孔徑3mm，孔隙率為84%。燃燒器外殼軸向 截面為六邊形，其材料選用耐高溫不銹鋼。燃燒器應用燃燒氣體為天然氣、燃氣流量為2000m3/h，空氣流量為3000m3/h。燃燒效 果同例2。例4:燃燒器中大孔區(qū)域陶瓷材料的平均孔徑為3mm，孔隙率84%，小孔區(qū)域陶瓷材料 平均孔徑為0.3mm，孔隙率82%，多孔板平均孔徑2mm，孔隙率86%。燃燒器的其他結(jié)構(gòu)， 構(gòu)件的選材及應用結(jié)果均與例1相同。例5:燃燒器大孔區(qū)域陶瓷材料平均孔徑為2.5mm，孔隙率85%,小孔區(qū)域陶瓷材料選 為氮化鋯，平均孔徑為0.25mm，孔隙率83%。燃燒器的其他結(jié)構(gòu)，構(gòu)件選材，均與例1相同。 應用中燃燒氣體選用液化氣，其他與例l相同。例6:燃燒器中大孔區(qū)域陶瓷材料的平均孔徑為2.5mm，孔隙率85%，小孔區(qū)域陶瓷材 料平均孔徑為0.25mm,孔隙率83%,多孔板平均孔徑2mm，孔隙率86%。燃燒器的其它構(gòu) 成均同實施例1。
權(quán)利要求
1、一種多段式多孔陶瓷介質(zhì)氣體燃料燃燒器，構(gòu)成包括燃燒器外殼、除塵金屬網(wǎng)或金屬刷，空氣管道、預混室、燃氣管道，其特征在于燃燒器外殼構(gòu)成的空腔內(nèi)部，設置有大孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)，小孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)，多孔板，除塵金屬網(wǎng)或金屬刷。
2、 按權(quán)利要求1所述的分段式多孔陶瓷介質(zhì)氣體燃燒器，其特征在于燃燒器外殼以多孔 板為界分上、下兩部分，燃燒器外殼上部構(gòu)成的空腔內(nèi)部，由上至下依次設置有大孔區(qū)域陶 瓷多孔介質(zhì)，大孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)放置在小孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)上面，小孔區(qū)域陶瓷多孔 介質(zhì)放置在多孔板上面，大孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)上面與燃燒器外殼頂端面間為空腔；多孔板 夾在燃燒器外殼上、下部中間，多孔板外圍延伸至燃燒器外殼外面；除塵金屬網(wǎng)或金屬刷裝 配在燃燒器外殼下部預混室內(nèi)。
3、 按權(quán)利要求1或2所述的分段式多孔陶瓷介質(zhì)氣體燃燒器，其特征在于大孔區(qū)域陶瓷 多孔介質(zhì)的材料，選用氧化釔基氧化鋯、氧化鈣基氧化鋯或碳化硅，平均孔徑為2.5~5mm， 孔隙率為80~85%，孔的排列方式為直通或無序；小孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)的材料，選用剛玉(A1203)、氧化鈣基氧化鋯或碳化硅，平均孔徑為0.25~0.5mm，孔隙率為75~83%，孔的排 列方式為直通或無序；多孔板(4)的材料選用金屬或合金，孔徑為2~5mm，孔隙率為80~90%， 孔的排列方式為直通式。
4、 按權(quán)利要求3所述的分段式多孔陶瓷介質(zhì)氣體燃燒器，其特征在于多孔板的孔為正交 排列方式或圍繞中心成環(huán)形排列。
5、 按權(quán)利要求1或2所述的分段式多孔陶瓷介質(zhì)氣體燃燒器，其特征在于所述的燃燒器 外殼軸向截面為圓形、正方形或多邊形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多段式多孔陶瓷介質(zhì)氣體燃料燃燒器，其構(gòu)成包括燃燒器外殼，除塵金屬網(wǎng)或金屬刷，空氣管道，預混室，燃氣管道，要點是燃燒器外殼以多孔板為界分上、下兩部分。燃燒器外殼上部空腔內(nèi)部，由上至下依次設置有大孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)，放置在小孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)上面，小孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)放置在多孔板上面。多孔板下面，燃燒器外殼內(nèi)裝配有除塵金屬網(wǎng)或金屬刷。多孔板夾在燃燒器外殼上、下部中間多孔板外圍延伸至燃燒器外殼外面。本發(fā)明優(yōu)點是陶瓷多孔介質(zhì)燃燒器燃料熱值范圍較大，既可以燃燒低熱值氣體或劣質(zhì)氣體燃料，又可以燃燒高熱值氣體。燃燒器中增加的多孔板起到很好的散熱作用，能更有效地防止回火或爆炸。
文檔編號F23D14/02GK101158469SQ20071015796
公開日2008年4月9日 申請日期2007年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月6日
發(fā)明者慧 劉, 李本文, 帥 董, 饒文濤 申請人:東北大學