專利名稱：往復(fù)式多孔介質(zhì)燃燒高溫空氣發(fā)生系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高溫空氣發(fā)生系統(tǒng)，尤其是涉及往復(fù)式多孔介質(zhì)燃燒高溫空氣發(fā)生系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
高溫空氣燃燒技術(shù)和氣化技術(shù)是在20世紀(jì)90年代興起的集節(jié)能、環(huán)保等多種優(yōu)點(diǎn)的高新技術(shù)，是國(guó)際燃燒界公認(rèn)的燃燒領(lǐng)域中的技術(shù)革命，兩者均采用高于燃料著火點(diǎn)溫度的高溫空氣作為基礎(chǔ)。因此，如何連續(xù)不斷的獲得高溫空氣成為這兩項(xiàng)新技術(shù)應(yīng)用的重要條件。為此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)高溫空氣的產(chǎn)生做了大量的研究，并提出相應(yīng)的高溫空氣產(chǎn)生方法。
在20世紀(jì)80年代初，英國(guó)的一些大型公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)出了一種高速切換型燃燒器，并將此行燃燒器應(yīng)用于小型玻璃熔爐化爐中，節(jié)能效果顯著，隨后這種燃燒器被廣泛的應(yīng)用于英國(guó)和美國(guó)的鋼鐵和鋁工業(yè)中。其中，所采用的蓄熱體主要為陶瓷蓄熱小球，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是蓄熱量小，且由于燃燒是在超高溫和富氧氣氛下的自由空間燃燒，導(dǎo)致大量的NOx等污染物的形成。
在20世紀(jì)90年代，日本一些大型公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)出蜂窩陶瓷蓄熱體代替蓄熱小球，隨后又提出低氧氣氛燃燒方法來(lái)降低NOx等燃燒污染物，出現(xiàn)了真正意義上的高溫低氧空氣燃燒技術(shù)，得到了國(guó)際工業(yè)界和科學(xué)界的廣泛關(guān)注，被公認(rèn)為國(guó)際燃燒界中的一次重要的技術(shù)革命，并迅速得到了廣泛的應(yīng)用。但是，燃燒仍然是在自由空間的擴(kuò)散燃燒方式，并且低氧氣氛是通過(guò)燃料高速噴入引起的吸卷效應(yīng)導(dǎo)致煙氣回流，以及燃料的分級(jí)燃燒等措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這樣就不可避免地增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，且燃料高速噴入需要較高壓頭，嚴(yán)格的噴嘴設(shè)計(jì)，同時(shí)一次燃料的燃燒在富氧條件下，會(huì)導(dǎo)致大量的NOx生成。其次，高溫空氣和燃?xì)馔ㄟ^(guò)擴(kuò)散方式來(lái)實(shí)現(xiàn)充分混合，其燃燒室必須保持足夠大的空間來(lái)使其充分混合，從而難以使其結(jié)構(gòu)難以進(jìn)一步縮小。此外，在設(shè)計(jì)供給通道時(shí)，為降低NOx等污染物，還必須考慮燃料在自由空間中的擴(kuò)散以及與爐氣的混合程度，以及射流角度和深度等問(wèn)題，給實(shí)際設(shè)計(jì)和應(yīng)用帶來(lái)較大困難。
90年代末，日本一些企業(yè)和研究院研制出一種專門(mén)的高溫空氣發(fā)生器，提出把經(jīng)過(guò)蓄熱體預(yù)熱后的高溫空氣分成兩部分，一部分為高溫空氣終端產(chǎn)品，另一部分進(jìn)入燃燒器用于燃燒，提高燃燒室內(nèi)的平均溫度，使燃燒進(jìn)一步強(qiáng)化。但其燃料的燃燒方式以其燃燒機(jī)理仍然屬于自由空間擴(kuò)散燃燒方式。
國(guó)內(nèi)對(duì)高溫空氣燃燒的研究起步比較晚，而高溫空氣氣化技術(shù)的開(kāi)發(fā)和研究還處在萌芽時(shí)期。目前，一些大學(xué)和公司先后對(duì)蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)和高溫空氣發(fā)生器進(jìn)行了研究，并提出了自己相應(yīng)的模式，雖然形式有所不同，但用于產(chǎn)生高溫空氣燃燒室的燃燒機(jī)理和方式并沒(méi)有發(fā)生變化，仍然屬于自由空間擴(kuò)散控制燃燒方式。
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、小型化、節(jié)能和污染物排放更低、負(fù)荷變化范圍更寬、燃?xì)膺m應(yīng)性更強(qiáng)的往復(fù)式多孔介質(zhì)燃燒高溫空氣發(fā)生系統(tǒng)及其方法。
它具有第一多孔介質(zhì)蓄熱室和第二多孔介質(zhì)蓄熱室，第一多孔介質(zhì)蓄熱室上端設(shè)有第一煙氣出口控制閥和第二空氣進(jìn)口控制閥，第二多孔介質(zhì)蓄熱室上端設(shè)有第二煙氣出口控制閥和第一空氣進(jìn)口控制閥，第一多孔介質(zhì)蓄熱室下端設(shè)有第一多孔介質(zhì)燃燒器，第一多孔介質(zhì)燃燒器的進(jìn)口設(shè)有第一預(yù)混燃?xì)饪刂崎y，第二高效多孔介質(zhì)蓄熱室下端設(shè)有第二多孔介質(zhì)燃燒器，第二多孔介質(zhì)燃燒器的進(jìn)口設(shè)有第二預(yù)混燃?xì)饪刂崎y，第一預(yù)混燃?xì)饪刂崎y另一端和第二預(yù)混燃?xì)饪刂崎y另一端分別與預(yù)混燃?xì)饩鶆蚍峙淦飨嘟樱谝欢嗫捉橘|(zhì)燃燒器下部側(cè)向和第二多孔介質(zhì)燃燒器下部側(cè)向分別與高溫空氣分流器相接，采用周期切換裝置控制。
它采用周期切換裝置控制各控制閥，使空氣和燃?xì)獾念A(yù)混氣體在多孔介質(zhì)燃燒器內(nèi)周期性燃燒，高溫?zé)煔夂偷蜏乜諝饨惶媪鹘?jīng)多孔介質(zhì)蓄熱室，使蓄熱體周期性放熱和吸熱，通過(guò)高溫空氣分流器將產(chǎn)生的高溫空氣分流，一部分進(jìn)入多孔介質(zhì)燃燒器助燃，一部分為系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫空氣，從而實(shí)現(xiàn)了多孔介質(zhì)燃燒與多孔介質(zhì)蓄熱相結(jié)合產(chǎn)生高溫空氣的方法。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是直接將多孔介質(zhì)燃燒技術(shù)和多孔介質(zhì)蓄熱技術(shù)相結(jié)合。不僅利用多孔介質(zhì)燃燒技術(shù)實(shí)現(xiàn)預(yù)混氣體在多孔介質(zhì)中的高效低污染燃燒，還利用高效多孔介質(zhì)蓄熱技術(shù)實(shí)現(xiàn)了煙氣余熱的極限回收；同時(shí)，高溫空氣的助燃使多孔介質(zhì)燃燒器具有二次送風(fēng)的特性和高溫空氣多孔介質(zhì)燃燒特性，使燃燒效率更加提高，NOx等污染物排放進(jìn)一步降低，無(wú)需通過(guò)高速射流引起的卷吸作用導(dǎo)致煙氣回流來(lái)實(shí)現(xiàn)低氧氣氛，或者分級(jí)燃燒來(lái)降污染物排放(目前高溫空氣發(fā)生/燃燒技術(shù)的實(shí)現(xiàn)低污染排放的主要方式)，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、小型化、且燃燒負(fù)載變化范圍更大，燃?xì)膺m應(yīng)范圍更廣。


附圖是往復(fù)式多孔介質(zhì)燃燒高溫空氣發(fā)生系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
如附圖所示，往復(fù)式多孔介質(zhì)燃燒高溫空氣發(fā)生系統(tǒng)具有第一多孔介質(zhì)蓄熱室4和第二多孔介質(zhì)蓄熱室10，第一多孔介質(zhì)蓄熱室4上端設(shè)有第一煙氣出口控制閥5和第二空氣進(jìn)口控制閥6，第二多孔介質(zhì)蓄熱室10上端設(shè)有第二煙氣出口控制閥9和第一空氣進(jìn)口控制閥8，第一多孔介質(zhì)蓄熱室4下端設(shè)有第一多孔介質(zhì)燃燒器3，第一多孔介質(zhì)燃燒器3的進(jìn)口設(shè)有第一預(yù)混燃?xì)饪刂崎y2，第二多孔介質(zhì)蓄熱室10下端設(shè)有第二多孔介質(zhì)燃燒器11，第二多孔介質(zhì)燃燒器11的進(jìn)口設(shè)有第二預(yù)混燃?xì)饪刂崎y12，第一預(yù)混燃?xì)饪刂崎y2另一端和第二預(yù)混燃?xì)饪刂崎y12另一端分別與預(yù)混燃?xì)饩鶆蚍峙淦?相接，第一多孔介質(zhì)燃燒器3下部側(cè)向和第二多孔介質(zhì)燃燒器11下部側(cè)向分別與高溫空氣分流器7相接，采用周期切換裝置控制。
所述多孔介質(zhì)蓄熱室的多孔介質(zhì)為蜂窩型陶瓷蓄熱體或陶瓷蓄熱小球或泡沫陶瓷。多孔介質(zhì)燃燒器的多孔介質(zhì)為孔徑、空隙率均勻、或孔徑、空隙是逐漸變化的泡沫陶瓷?？讖骄鶆蚺菽沾傻目讖椒秶鸀?.1mm～5mm。空隙率均勻泡沫陶瓷的空隙率范圍為0.1～0.9。
孔徑漸變泡沫陶瓷的孔徑變化為0.1mm～5mm范圍之內(nèi)，并且是由多孔介質(zhì)燃燒器進(jìn)口開(kāi)始，孔徑單調(diào)增加變化?？障堵蕽u變泡沫陶瓷的空隙率變化為0.1～0.9范圍之內(nèi)，并且是由多孔介質(zhì)燃燒器進(jìn)口開(kāi)始，空隙率單調(diào)增加變化。多孔介質(zhì)燃燒器殼體部分或全部由熱交換面構(gòu)成。
第一煙氣出口控制閥5、第二煙氣出口控制閥9、第一空氣進(jìn)口控制閥8、第二空氣進(jìn)口控制閥6、第一預(yù)混燃?xì)饪刂崎y2、第二預(yù)混燃?xì)饪刂崎y12為電磁閥、電動(dòng)閥或者氣動(dòng)閥。第一煙氣出口控制閥5、第二煙氣出口控制閥9、第一空氣進(jìn)口控制閥8、第二空氣進(jìn)口控制閥6可采用一個(gè)四通換向控制閥。
多孔介質(zhì)燃燒高溫空氣發(fā)生系統(tǒng)工作原理第一工作周期開(kāi)始時(shí)，通過(guò)由時(shí)間繼電器、中間繼電器、交流接觸器等電器元件所組成流體流路周期切換控制裝置，來(lái)控制第一預(yù)混燃?xì)饪刂崎y2、第一煙氣出口控制閥5、第一空氣進(jìn)口控制閥8同時(shí)開(kāi)啟；并同時(shí)關(guān)閉第二預(yù)混燃?xì)饪刂崎y12、第二煙氣出口控制閥9、第二空氣進(jìn)口控制閥6，使在混合燃?xì)饩鶆蚍峙淦?混合后的預(yù)混燃?xì)?，?jīng)過(guò)第一預(yù)混燃?xì)饪刂崎y2，進(jìn)入第一多孔介質(zhì)燃燒器3內(nèi)，在多孔介質(zhì)中燃燒，同時(shí)，常溫空氣由第一空氣進(jìn)口控制閥8進(jìn)入第二多孔介質(zhì)蓄熱室10，經(jīng)過(guò)第二多孔介質(zhì)燃燒器11中上部，吸收熱量成為高溫空氣后，通過(guò)高溫空氣分流器7將產(chǎn)生的高溫空氣分流，一部分進(jìn)入第一多孔介質(zhì)燃燒器3助燃，這使得多孔介質(zhì)燃燒器具有二次送風(fēng)的特性和高溫空氣多孔介質(zhì)燃燒特性，一部分為系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫空氣；產(chǎn)生的高溫?zé)煔庵苯舆M(jìn)入第一多孔介質(zhì)蓄熱室4釋放熱量，變成低溫?zé)煔夂?，由第一煙氣出口控制閥5排出。
同理，在第二工作周期開(kāi)始時(shí)，通過(guò)由時(shí)間繼電器、中間繼電器、交流接觸器等電器元件所組成流體流路周期切換控制裝置，來(lái)控制第二預(yù)混燃?xì)饪刂崎y12、第二煙氣出口控制閥9、第二空氣進(jìn)口控制閥6同時(shí)開(kāi)啟；并同時(shí)關(guān)閉第一預(yù)混燃?xì)饪刂崎y2、第一煙氣出口控制閥5、第一空氣進(jìn)口控制閥8，空氣和燃?xì)獾脑诮?jīng)過(guò)預(yù)混氣體均勻分配器1混合后，經(jīng)過(guò)第二預(yù)混燃?xì)饪刂崎y12進(jìn)入第二多孔介質(zhì)燃燒器11，在多孔介質(zhì)中燃燒，同時(shí)，常溫空氣由第二空氣進(jìn)口控制閥6進(jìn)入第二多孔介質(zhì)蓄熱室4，經(jīng)過(guò)第一多孔介質(zhì)燃燒器3中上部，吸收熱量成為高溫空氣后，通過(guò)高溫空氣分流器7將產(chǎn)生的高溫空氣分流，一部分進(jìn)入第二多孔介質(zhì)燃燒器11助燃，這使得多孔介質(zhì)燃燒器具有二次送風(fēng)的特性和高溫空氣多孔介質(zhì)燃燒特性，一部分為系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫空氣；產(chǎn)生的高溫?zé)煔庵苯舆M(jìn)入第二多孔介質(zhì)蓄熱室10釋放熱量，變成低溫?zé)煔夂螅傻诙煔獬隹诳刂崎y9排出。
這樣，系統(tǒng)周期性的交替進(jìn)行，連續(xù)不斷的產(chǎn)生高溫空氣，從而實(shí)現(xiàn)了多孔介質(zhì)燃燒與多孔介質(zhì)蓄熱相結(jié)合產(chǎn)生高溫空氣。
此外，當(dāng)高溫空氣出口7的高溫空氣流量調(diào)小，甚至關(guān)閉，并調(diào)節(jié)一次空氣和二次空氣(高溫空氣)的比例，在本系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)極稀薄(低熱值)可燃?xì)怏w燃燒。
多孔介質(zhì)燃燒高溫空氣發(fā)生系統(tǒng)，具有多孔介質(zhì)燃燒器的優(yōu)越性，燃燒效率高，污染物排放低，自適應(yīng)能力強(qiáng)，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣，直接與蓄熱技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了煙氣余熱的極限回收，燃燒室體積小、結(jié)構(gòu)緊湊。產(chǎn)生的高溫空氣能廣泛的應(yīng)用于冶金、玻璃、陶瓷等工業(yè)部門(mén)的各種熱工爐窯以及工業(yè)鍋爐，還可應(yīng)用于煤、生物質(zhì)、城市生活垃圾、醫(yī)療垃圾等固體廢棄物的氣化或燃燒領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種往復(fù)式多孔介質(zhì)燃燒高溫空氣發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，它具有第一多孔介質(zhì)蓄熱室(4)和第二多孔介質(zhì)蓄熱室(10)，第一多孔介質(zhì)蓄熱室(4)上端設(shè)有第一煙氣出口控制閥(5)和第二空氣進(jìn)口控制閥(6)，第二多孔介質(zhì)蓄熱室(10)上端設(shè)有第二煙氣出口控制閥(9)和第一空氣進(jìn)口控制閥(8)，第一多孔介質(zhì)蓄熱室(4)下端設(shè)有第一多孔介質(zhì)燃燒器(3)，第一多孔介質(zhì)燃燒器(3)的進(jìn)口設(shè)有第一預(yù)混燃?xì)饪刂崎y(2)，第二多孔介質(zhì)蓄熱室(10)下端設(shè)有第二多孔介質(zhì)燃燒器(11)，第二多孔介質(zhì)燃燒器(11)的進(jìn)口設(shè)有第二預(yù)混燃?xì)饪刂崎y(12)，第一預(yù)混燃?xì)饪刂崎y(2)另一端和第二預(yù)混燃?xì)饪刂崎y(12)另一端分別與預(yù)混燃?xì)饩鶆蚍峙淦?1)相接，第一多孔介質(zhì)燃燒器(3)下部側(cè)向和第二多孔介質(zhì)燃燒器(11)下部側(cè)向分別與高溫空氣分流器(7)相接，采用周期切換裝置對(duì)流體流路進(jìn)行周期性切換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種往復(fù)式多孔介質(zhì)燃燒高溫空氣發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，所述多孔介質(zhì)蓄熱室的多孔介質(zhì)為蜂窩型陶瓷蓄熱體、陶瓷蓄熱小球或泡沫陶瓷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種往復(fù)式多孔介質(zhì)燃燒高溫空氣發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，所述多孔介質(zhì)燃燒器的多孔介質(zhì)為孔徑、空隙率均勻、或孔徑、空隙逐漸變化的泡沫陶瓷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種往復(fù)式多孔介質(zhì)燃燒高溫空氣發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，所述孔徑均勻泡沫陶瓷的孔徑范圍為0.1mm～5mm，空隙率均勻泡沫陶瓷的空隙率范圍為0.1～0.9。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種往復(fù)式多孔介質(zhì)燃燒高溫空氣發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，所述孔徑漸變泡沫陶瓷的孔徑變化為0.1mm～5mm范圍之內(nèi)，并且是由多孔介質(zhì)燃燒器進(jìn)口開(kāi)始，孔徑單調(diào)增加變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種往復(fù)式多孔介質(zhì)燃燒高溫空氣發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，所述空隙率漸變泡沫陶瓷的空隙率變化為0.1～0.9范圍之內(nèi)，并且是由多孔介質(zhì)燃燒器進(jìn)口開(kāi)始，空隙率單調(diào)增加變化。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種往復(fù)式多孔介質(zhì)燃燒高溫空氣發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，所述多孔介質(zhì)燃燒器殼體部分或全部由熱交換面構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種往復(fù)式多孔介質(zhì)燃燒高溫空氣發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一煙氣出口控制閥(5)、第二煙氣出口控制閥(9)、第一空氣進(jìn)口控制閥(8)、第二空氣進(jìn)口控制閥(6)、第一預(yù)混燃?xì)饪刂崎y(2)、第二預(yù)混燃?xì)饪刂崎y(12)為電磁閥、電動(dòng)閥或者氣動(dòng)閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種往復(fù)式多孔介質(zhì)燃燒高溫空氣發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一煙氣出口控制閥(5)、第二煙氣出口控制閥(9)、第一空氣進(jìn)口控制閥(8)、第二空氣進(jìn)口控制閥(6)采用一個(gè)四通換向控制閥。
10.一種使用如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的往復(fù)式多孔介質(zhì)燃燒高溫空氣發(fā)生方法，其特征在于，采用周期切換裝置控制各控制閥，使空氣和燃?xì)獾念A(yù)混氣體在多孔介質(zhì)燃燒器內(nèi)周期性燃燒，高溫?zé)煔夂偷蜏乜諝饨惶媪鹘?jīng)多孔介質(zhì)蓄熱室，使蓄熱體周期性放熱和吸熱，通過(guò)高溫空氣分流器將產(chǎn)生的高溫空氣分流，一部分進(jìn)入多孔介質(zhì)燃燒器助燃，一部分為系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫空氣，從而實(shí)現(xiàn)了多孔介質(zhì)燃燒與多孔介質(zhì)蓄熱相結(jié)合產(chǎn)生高溫空氣的方法。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種往復(fù)式多孔介質(zhì)燃燒高溫空氣發(fā)生系統(tǒng)及其方法。它采用周期切換裝置控制各控制閥，使空氣和燃?xì)獾念A(yù)混氣體在多孔介質(zhì)燃燒器內(nèi)，周期性進(jìn)行燃燒，高溫?zé)煔夂偷蜏乜諝饨惶媪鹘?jīng)多孔介質(zhì)蓄熱室，通過(guò)多孔介質(zhì)蓄熱體周期性放熱和吸熱，將產(chǎn)生的高溫空氣通過(guò)高溫空氣分流器分流，一部分進(jìn)入多孔介質(zhì)燃燒器助燃，一部分為系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫空氣，從而實(shí)現(xiàn)了多孔介質(zhì)燃燒與多孔介質(zhì)蓄熱相結(jié)合產(chǎn)生高溫空氣的方法。本發(fā)明利用多孔介質(zhì)燃燒技術(shù)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化燃燒和低污染物的排放，使用高效多孔介質(zhì)蓄熱技術(shù)實(shí)現(xiàn)了煙氣余熱的極限回收；使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、小型化、且燃燒負(fù)載變化范圍更大、燃?xì)膺m應(yīng)范圍更廣。
文檔編號(hào)F24H3/00GK1740639SQ20051006083
公開(kāi)日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2005年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月21日
發(fā)明者岑可法, 程樂(lè)鳴, 駱仲泱, 方夢(mèng)祥, 高翔, 王樹(shù)榮, 倪明江 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)