專利名稱：一種燃用低熱值氣體燃料的多孔介質(zhì)燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃燒器，尤其涉及一種燃用低熱值氣體燃料的多孔介質(zhì)燃燒器。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)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，采用這種方式燃燒氣體燃料時(shí)，由于氣體導(dǎo)熱性能極差，造成火焰附近溫度梯度陡而且分布不均，因而燃燒穩(wěn)定性較差。特別是鋼鐵企業(yè)煉鐵高爐中產(chǎn)生的高爐煤氣，由于其熱值低、著火點(diǎn)高、著火濃度范圍窄、燃燒穩(wěn)定性差、容易熄火等原因，阻礙了高爐煤氣作為氣體燃料在工業(yè)生產(chǎn)中的高效利用。近幾年，在燃燒器內(nèi)加入多孔介質(zhì)的技術(shù)逐漸被人們重視。多孔介質(zhì)燃燒技術(shù)是利用惰性多孔介質(zhì)材料取代自由空間，利用其相對(duì)于氣體而言強(qiáng)大得多的蓄熱功能和輻射特性實(shí)現(xiàn)熱反饋，從而使燃燒反應(yīng)大大增強(qiáng)的一項(xiàng)技術(shù)。多孔介質(zhì)燃燒技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)燃燒效率高、燃燒穩(wěn)定性好、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣、燃燒強(qiáng)度高、燃燒體積小，而且污染物排放低。 因此利用多孔介質(zhì)燃燒技術(shù)的特點(diǎn)，將它應(yīng)用在低熱值氣體燃料燃燒上，開發(fā)一種高效低污染的燃燒器具有較大的潛力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種燃燒效率高、穩(wěn)定性好、污染物排放低的燃用低熱值氣體燃料的多孔介質(zhì)燃燒器。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是該燃用低熱值氣體燃料的多孔介質(zhì)燃燒器包括中心軸線相重合的富氧導(dǎo)管、點(diǎn)火氣槍、預(yù)混燃燒室、二次風(fēng)管和燃燒器噴口，所述二次風(fēng)管同軸套設(shè)在預(yù)混燃燒室外，二次風(fēng)管、預(yù)混燃燒室分別在各自的管壁上相應(yīng)地設(shè)置有朝周向傾斜的空氣管道、燃?xì)夤艿?；預(yù)混燃燒室內(nèi)沿氣流方向依次設(shè)有混合室、 混合燃?xì)饩鶆蚍峙淦?、小孔介質(zhì)、大孔介質(zhì)，所述小孔介質(zhì)和大孔介質(zhì)的通氣孔均為蜂窩式排列結(jié)構(gòu)；富氧導(dǎo)管同軸套設(shè)在點(diǎn)火氣槍外，富氧導(dǎo)管和點(diǎn)火氣槍的出口端穿過(guò)預(yù)混燃燒室的壁面伸入混合室內(nèi)。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述大孔介質(zhì)的通氣孔的孔徑為3_5mm、孔隙率為80_85%，所述小孔介質(zhì)的通氣孔的孔徑為0. 5-lmm、孔隙率為75_85%。其中，大孔介質(zhì)的材料優(yōu)選氧化釔基氧化鋯、氧化鈣基氧化鋯或碳化硅。小孔介質(zhì)的材料優(yōu)選剛玉(A1203)、氧化鈣基氧化鋯或碳化硅。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述混合燃?xì)饩鶆蚍峙淦鞯耐饪椎目讖綖?_5mm、孔隙率為 80-90%?；旌先?xì)饩鶆蚍峙淦鞯牟牧峡蛇x用耐高溫金屬或合金。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述富氧導(dǎo)管的出口處安裝有旋流葉片。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述二次風(fēng)管的出口處安裝有旋流葉片。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述富氧導(dǎo)管的出口端呈擴(kuò)口狀。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是(1)本發(fā)明采用多孔介質(zhì)燃燒技術(shù)，能顯著提高低熱值氣體燃料燃燒的穩(wěn)定性，增強(qiáng)其燃燒強(qiáng)度，縮小燃燒體積，并能有效降低污染物的排放。(2)本發(fā)明采用分段式多孔介質(zhì)，氣體依次通過(guò)小孔介質(zhì)和大孔介質(zhì)的蜂窩式排列結(jié)構(gòu)的通氣孔。當(dāng)氣體通過(guò)小孔介質(zhì)時(shí)，由于小孔介質(zhì)孔徑和孔隙率相對(duì)較小，預(yù)混的可燃?xì)怏w在其中可進(jìn)行進(jìn)一步地混合，并且小孔介質(zhì)還可起到蓄熱體的作用，使經(jīng)過(guò)的氣體能較好地得到預(yù)熱。而當(dāng)氣體通過(guò)大孔介質(zhì)時(shí)，由于其孔徑相對(duì)較大，輻射作用穿透得較深遠(yuǎn)，溫度升高較快，預(yù)熱后的混合氣體便在大孔介質(zhì)中發(fā)生燃燒。此外，由于預(yù)混的可燃?xì)怏w先前已在小孔介質(zhì)中預(yù)熱，從而使大孔介質(zhì)內(nèi)的氣體燃燒效率得到大大提高。(3) 本發(fā)明采用富氧與低熱值氣體進(jìn)行預(yù)混，而不是傳統(tǒng)的空氣，因而降低了氣體燃料的著火點(diǎn)，促進(jìn)其著火燃燒；并且本發(fā)明在富氧導(dǎo)管的出口端安裝了旋流葉片，使得富氧與低熱值氣體能更好地進(jìn)行混合。(4)本發(fā)明采用了分段式燃燒方式，把氣體燃料燃盡所需的空氣通過(guò)二次風(fēng)旋流方式送入，不僅加強(qiáng)了燃燒后期的擾動(dòng)，提高燃燒效率，而且能降低污染物排放；另一方面，這部分空氣在二次風(fēng)管內(nèi)還受到高溫多孔介質(zhì)的預(yù)熱，從而能有效促進(jìn)燃燒。(5)本發(fā)明可以燃燒低熱值氣體或劣質(zhì)氣體燃料，如高爐煤氣，能廣泛應(yīng)用于冶金、化工、能源行業(yè)，具有較大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1的A向視圖3是圖1中混合燃?xì)饩鶆蚍峙淦鞯腁向示圖中1、燃?xì)夤艿溃?、空氣管道，3、二次風(fēng)管，4、預(yù)混燃燒室，5、二次風(fēng)旋流葉片，6、富氧導(dǎo)管，7、點(diǎn)火氣槍，8、富氧導(dǎo)管旋流葉片，9、混合室，10、混合燃?xì)饩鶆蚍峙淦鳎?1、小孔介質(zhì)，12、大孔介質(zhì)，13、燃燒器噴口，14、混合燃?xì)饩鶆蚍峙淦鞯耐饪住?br> 具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明包括中心軸線相重合的富氧導(dǎo)管6、點(diǎn)火氣槍7、預(yù)混燃燒室4、二次風(fēng)管3和燃燒器噴口 13。其中，二次風(fēng)管3同軸套設(shè)在預(yù)混燃燒室4夕卜。 如圖2所示，二次風(fēng)管3的管壁上設(shè)置有朝周向傾斜的空氣管道2 ；同樣，預(yù)混燃燒室4在自身的管壁上也設(shè)有朝周向傾斜的燃?xì)夤艿?。如圖1所示，預(yù)混燃燒室4呈分段式結(jié)構(gòu)， 即在預(yù)混燃燒室4內(nèi)，沿主氣流方向，從左到右依次設(shè)有混合室9、混合燃?xì)饩鶆蚍峙淦?0、 小孔介質(zhì)11、大孔介質(zhì)12。富氧導(dǎo)管6同軸套設(shè)在點(diǎn)火氣槍7外，富氧導(dǎo)管6和點(diǎn)火氣槍 7的出口端穿過(guò)預(yù)混燃燒室4的壁面伸入混合室9內(nèi)。小孔介質(zhì)11和大孔介質(zhì)12的通氣孔均呈蜂窩式結(jié)構(gòu)。大孔介質(zhì)12的材料優(yōu)選氧化釔基氧化鋯、氧化鈣基氧化鋯或碳化硅， 其通氣孔的孔徑為3-5mm，孔隙率為80_85%。小孔介質(zhì)11的材料優(yōu)選剛玉(A1203)、氧化鈣基氧化鋯或碳化硅，其通氣孔的孔徑為0. 5-lmm，孔隙率為75_85%。混合燃?xì)饩鶆蚍峙淦?0 的材料通常選用耐高溫金屬或合金。作為本發(fā)明的一種簡(jiǎn)單的實(shí)施方式，混合燃?xì)饩鶆蚍峙淦?0可以是一塊多孔板，其上規(guī)則地、均勻地分布有大小一樣的通氣孔14 (參見圖3)， 各通氣孔的孔徑優(yōu)選為3-5mm，孔隙率優(yōu)選為80_90%，各通氣孔沿預(yù)混燃燒室4的軸向貫穿多孔板。作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，富氧導(dǎo)管6、二次風(fēng)管3內(nèi)分別安裝有二次風(fēng)旋流葉片5和富氧導(dǎo)管旋流葉片8，富氧導(dǎo)管6出口端呈擴(kuò)口狀。本發(fā)明的預(yù)混燃燒室4采用分段式多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)，多孔介質(zhì)包括小孔介質(zhì)11和大孔介質(zhì)12。由于小孔介質(zhì)11和大孔介質(zhì)12的通氣孔均呈蜂窩式排列結(jié)構(gòu)，可使氣體經(jīng)過(guò)混合室9、混合燃?xì)饩鶆蚍峙淦?0后，再依次順利地通過(guò)小孔介質(zhì)11和大孔介質(zhì)12。并且， 當(dāng)氣體通過(guò)小孔介質(zhì)11時(shí)，預(yù)混的可燃?xì)怏w在其中可進(jìn)行進(jìn)一步地混合。由于相對(duì)于大孔介質(zhì)12，小孔介質(zhì)11孔徑較小、孔隙率較小，而小孔介質(zhì)11可起到蓄熱體的作用，使得經(jīng)過(guò)的氣體能較好地得到預(yù)熱。而當(dāng)氣體通過(guò)大孔介質(zhì)12時(shí)，由于其孔徑相對(duì)較大，輻射作用穿透得較深遠(yuǎn)，溫度升高較快，預(yù)熱后的混合氣體便在大孔介質(zhì)12中發(fā)生燃燒。此外，預(yù)混的可燃?xì)怏w先前已在小孔介質(zhì)11中經(jīng)過(guò)預(yù)熱，從而使大孔介質(zhì)12內(nèi)的氣體燃燒效率得到大大提高。另一方面，由于大孔介質(zhì)內(nèi)溫度分布均勻，能將最高溫度保持在較低水平，降低了 NOxW生成。本發(fā)明在混合室9處設(shè)置了富氧導(dǎo)管6，采用富氧與低熱值氣體進(jìn)行預(yù)混，而不是傳統(tǒng)的空氣，因而降低了氣體燃料的著火點(diǎn)，促進(jìn)其著火燃燒。并且，本發(fā)明在富氧導(dǎo)管6 的出口端安裝了富氧導(dǎo)管旋流葉片8，使得富氧與低熱值氣體能更好地進(jìn)行混合。本發(fā)明在二次風(fēng)管3處設(shè)置了二次風(fēng)旋流葉片5，把氣體燃料燃盡所需的空氣通過(guò)二次風(fēng)旋流方式送入，不僅加強(qiáng)了燃燒后期的擾動(dòng)，提高燃燒效率，而且能降低NOx排放； 另一方面，這部分空氣在二次風(fēng)管3內(nèi)還受到高溫多孔介質(zhì)的預(yù)熱，從而能有效促進(jìn)燃燒。本發(fā)明的工作過(guò)程如下
燃燒器先用通有焦?fàn)t煤氣的點(diǎn)火氣槍7預(yù)熱，然后相應(yīng)地從混合室9的燃?xì)夤艿?、二次風(fēng)管的空氣管道2和富氧導(dǎo)管6分別通入低熱值燃?xì)?、空氣、富氧。富氧和低熱值燃?xì)庠诨旌鲜?內(nèi)充分混合后，經(jīng)過(guò)混合燃?xì)饩鶆蚍峙淦?0均勻分配后進(jìn)入小孔介質(zhì)11進(jìn)行預(yù)混以達(dá)到預(yù)熱的目的，后進(jìn)入大孔介質(zhì)12內(nèi)燃燒。從空氣管道2進(jìn)入的空氣經(jīng)過(guò)二次風(fēng)旋流葉片5后產(chǎn)生旋流，與經(jīng)大孔介質(zhì)12燃燒后的氣體進(jìn)行混合，從而提供了燃燒后期所需的空氣。燃燒穩(wěn)定后，關(guān)閉點(diǎn)火氣槍7，完全由低熱值氣體燃燒。
權(quán)利要求
1.一種燃用低熱值氣體燃料的多孔介質(zhì)燃燒器，其特征在于包括中心軸線相重合的富氧導(dǎo)管(6)、點(diǎn)火氣槍(7)、預(yù)混燃燒室(4)、二次風(fēng)管(3)和燃燒器噴口(13)，所述二次風(fēng)管(3)同軸套設(shè)在預(yù)混燃燒室(4)外，二次風(fēng)管(3)、預(yù)混燃燒室(4)分別在各自的管壁上相應(yīng)地設(shè)置有朝周向傾斜的空氣管道(2)、燃?xì)夤艿?1)；預(yù)混燃燒室(4)內(nèi)沿氣流方向依次設(shè)有混合室(9)、混合燃?xì)饩鶆蚍峙淦?10)、小孔介質(zhì)(11)、大孔介質(zhì)(12)，所述小孔介質(zhì)(11)和大孔介質(zhì)(12)的通氣孔均為蜂窩式排列結(jié)構(gòu)；富氧導(dǎo)管(6)同軸套設(shè)在點(diǎn)火氣槍 (7)外，富氧導(dǎo)管(6)和點(diǎn)火氣槍(7)的出口端穿過(guò)預(yù)混燃燒室(4)的壁面伸入混合室(9) 內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃用低熱值氣體燃料的多孔介質(zhì)燃燒器，其特征在于 所述大孔介質(zhì)(12)的通氣孔的孔徑為3-5mm、孔隙率為80_85%，所述小孔介質(zhì)(11)的通氣孔的孔徑為0. 5-lmm、孔隙率為75_85%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃用低熱值氣體燃料的多孔介質(zhì)燃燒器，其特征在于 所述混合燃?xì)饩鶆蚍峙淦?10)的通氣孔的孔徑為3-5mm、孔隙率為80_90%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃用低熱值氣體燃料的多孔介質(zhì)燃燒器，其特征在于 所述富氧導(dǎo)管(6)的出口處安裝有旋流葉片。
5..根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃用低熱值氣體燃料的多孔介質(zhì)燃燒器，其特征在于 所述二次風(fēng)管(3)的出口處安裝有旋流葉片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃用低熱值氣體燃料的多孔介質(zhì)燃燒器，其特征在于 所述富氧導(dǎo)管(6)的出口端呈擴(kuò)口狀。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種燃用低熱值氣體燃料的多孔介質(zhì)燃燒器。它包括中心軸相重合的富氧導(dǎo)管、點(diǎn)火氣槍、預(yù)混燃燒室、二次風(fēng)管和燃燒器噴口，所述二次風(fēng)管同軸套設(shè)在預(yù)混燃燒室外，二次風(fēng)管、預(yù)混燃燒室分別在各自的管壁上相應(yīng)地設(shè)置有朝周向傾斜的空氣管道、燃?xì)夤艿?；預(yù)混燃燒室內(nèi)沿氣流方向依次設(shè)有混合室、混合燃?xì)饩鶆蚍峙淦?、小孔介質(zhì)、大孔介質(zhì)，所述小孔介質(zhì)和大孔介質(zhì)的通氣孔均為蜂窩式排列結(jié)構(gòu)；富氧導(dǎo)管同軸套設(shè)在點(diǎn)火氣槍外，富氧導(dǎo)管和點(diǎn)火氣槍的出口端穿過(guò)預(yù)混燃燒室的壁面伸入混合室內(nèi)。本發(fā)明采用分段式多孔介質(zhì)，能顯著提高低熱值氣體燃料燃燒的穩(wěn)定性，增強(qiáng)其燃燒強(qiáng)度，縮小燃燒體積，提高燃燒效率，并能有效降低污染物的排放。
文檔編號(hào)F23D14/70GK102287819SQ20111018384
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月1日
發(fā)明者丁凱, 孫公鋼, 張光學(xué), 曾憲陽(yáng), 池作和, 王進(jìn)卿 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院