專利名稱：往復式多孔介質(zhì)燃燒高溫空氣發(fā)生系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及高溫空氣發(fā)生系統(tǒng)，尤其是涉及往復式多孔介質(zhì)燃燒高溫空氣發(fā)生系統(tǒng)。
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90年代興起的集節(jié)能、環(huán)保等多種優(yōu)點的高新技術(shù)，是國際燃燒界公認的燃燒領(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新技術(shù)應用的重要條件。為此，國內(nèi)外學者對高溫空氣的產(chǎn)生做了大量的研究，并提出相應的高溫空氣產(chǎn)生方法。
在20世紀80年代初，英國的一些大型公司聯(lián)合開發(fā)出了一種高速切換型燃燒器，并將此行燃燒器應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用于英國和美國的鋼鐵和鋁工業(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，導致大量的NOx等污染物的形成。
在20世紀90年代，日本一些大型公司聯(lián)合開發(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)，得到了國際工業(yè)界和科學界的廣泛關(guān)注，被公認為國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用。但是，燃燒仍然是在自由空間的擴散燃燒方式，并且低氧氣氛是通過燃料高速噴入引起的吸卷效應導致煙氣回流，以及燃料的分級燃燒等措施來實現(xiàn)的。這樣就不可避免地增加了系統(tǒng)的復雜性，且燃料高速噴入需要較高壓頭，嚴格的噴嘴設(shè)計，同時一次燃料的燃燒在富氧條件下，會導致大量的NOx生成。其次，高溫空氣和燃氣通過擴散方式來實現(xiàn)充分混合，其燃燒室必須保持足夠大的空間來使其充分混合，從而難以使其結(jié)構(gòu)難以進一步縮小。此外，在設(shè)計供給通道時，為降低NOx等污染物，還必須考慮燃料在自由空間中的擴散以及與爐氣的混合程度，以及射流角度和深度等問題，給實際設(shè)計和應用帶來較大困難。
90年代末，日本一些企業(yè)和研究院研制出一種專門的高溫空氣發(fā)生器，提出把經(jīng)過蓄熱體預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，另一部分進入燃燒器用于燃燒，提高燃燒室內(nèi)的平均溫度，使燃燒進一步強化。但其燃料的燃燒方式以其燃燒機理仍然屬于自由空間擴散燃燒方式。
國內(nèi)對高溫空氣燃燒的研究起步比較晚，而高溫空氣氣化技術(shù)的開發(fā)和研究還處在萌芽時期。目前，一些大學和公司先后對蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)和高溫空氣發(fā)生器進行了研究，并提出了自己相應的模式，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理和方式并沒有發(fā)生變化，仍然屬于自由空間擴散控制燃燒方式。
本實用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)更簡單、小型化、節(jié)能和污染物排放更低、負荷變化范圍更寬、燃氣適應性更強的往復式多孔介質(zhì)燃燒高溫空氣發(fā)生系統(tǒng)。
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)燃燒器的進口設(shè)有第一預混燃氣控制閥，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)燃燒器的進口設(shè)有第二預混燃氣控制閥，第一預混燃氣控制閥另一端和第二預混燃氣控制閥另一端分別與預混燃氣均勻分配器相接，第一多孔介質(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。
本實用新型的優(yōu)點是直接將多孔介質(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)實現(xiàn)預混氣體在多孔介質(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)實現(xiàn)了煙氣余熱的極限回收；同時，高溫空氣的助燃使多孔介質(zhì)燃燒器具有二次送風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等污染物排放進一步降低，無需通過高速射流引起的卷吸作用導致煙氣回流來實現(xiàn)低氧氣氛，或者分級燃燒來降污染物排放(目前高溫空氣發(fā)生/燃燒技術(shù)的實現(xiàn)低污染排放的主要方式)，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、小型化、且燃燒負載變化范圍更大，燃氣適應范圍更廣。


附圖是往復式多孔介質(zhì)燃燒高溫空氣發(fā)生系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
本實用新型采用周期切換裝置控制各控制閥，使空氣和燃氣的預混氣體在多孔介質(zhì)燃燒器內(nèi)周期性燃燒，高溫煙氣和低溫空氣交替流經(jīng)多孔介質(zhì)蓄熱室，使蓄熱體周期性放熱和吸熱，通過高溫空氣分流器將產(chǎn)生的高溫空氣分流，一部分進入多孔介質(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。
如附圖所示，往復式多孔介質(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的進口設(shè)有第一預混燃氣控制閥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的進口設(shè)有第二預混燃氣控制閥12，第一預混燃氣控制閥2另一端和第二預混燃氣控制閥12另一端分別與預混燃氣均勻分配器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)燃燒器進口開始，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)燃燒器進口開始，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、第一空氣進口控制閥8、第二空氣進口控制閥6、第一預混燃氣控制閥2、第二預混燃氣控制閥12為電磁閥、電動閥或者氣動閥。第一煙氣出口控制閥5、第二煙氣出口控制閥9、第一空氣進口控制閥8、第二空氣進口控制閥6可采用一個四通換向控制閥。
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始時，通過由時間繼電器、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，來控制第一預混燃氣控制閥2、第一煙氣出口控制閥5、第一空氣進口控制閥8同時開啟；并同時關(guān)閉第二預混燃氣控制閥12、第二煙氣出口控制閥9、第二空氣進口控制閥6，使在混合燃氣均勻分配器1混合后的預混燃氣，經(jīng)過第一預混燃氣控制閥2，進入第一多孔介質(zhì)燃燒器3內(nèi)，在多孔介質(zhì)中燃燒，同時，常溫空氣由第一空氣進口控制閥8進入第二多孔介質(zhì)蓄熱室10，經(jīng)過第二多孔介質(zhì)燃燒器11中上部，吸收熱量成為高溫空氣后，通過高溫空氣分流器7將產(chǎn)生的高溫空氣分流，一部分進入第一多孔介質(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)生的高溫煙氣直接進入第一多孔介質(zhì)蓄熱室4釋放熱量，變成低溫煙氣后，由第一煙氣出口控制閥5排出。
同理，在第二工作周期開始時，通過由時間繼電器、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，來控制第二預混燃氣控制閥12、第二煙氣出口控制閥9、第二空氣進口控制閥6同時開啟；并同時關(guān)閉第一預混燃氣控制閥2、第一煙氣出口控制閥5、第一空氣進口控制閥8，空氣和燃氣的在經(jīng)過預混氣體均勻分配器1混合后，經(jīng)過第二預混燃氣控制閥12進入第二多孔介質(zhì)燃燒器11，在多孔介質(zhì)中燃燒，同時，常溫空氣由第二空氣進口控制閥6進入第二多孔介質(zhì)蓄熱室4，經(jīng)過第一多孔介質(zhì)燃燒器3中上部，吸收熱量成為高溫空氣后，通過高溫空氣分流器7將產(chǎn)生的高溫空氣分流，一部分進入第二多孔介質(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)生的高溫煙氣直接進入第二多孔介質(zhì)蓄熱室10釋放熱量，變成低溫煙氣后，由第二煙氣出口控制閥9排出。
這樣，系統(tǒng)周期性的交替進行，連續(xù)不斷的產(chǎn)生高溫空氣，從而實現(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)中可以實現(xiàn)極稀薄(低熱值)可燃氣體燃燒。
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，自適應能力強，負荷調(diào)節(jié)范圍廣，直接與蓄熱技術(shù)相結(jié)合，實現(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用于冶金、玻璃、陶瓷等工業(yè)部門的各種熱工爐窯以及工業(yè)鍋爐，還可應用于煤、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)的進口設(shè)有第一預混燃氣控制閥(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)的進口設(shè)有第二預混燃氣控制閥(12)，第一預混燃氣控制閥(2)另一端和第二預混燃氣控制閥(12)另一端分別與預混燃氣均勻分配器(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流體流路進行周期性切換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種往復式多孔介質(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)燃燒器進口開始，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)燃燒器進口開始，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)、第一空氣進口控制閥(8)、第二空氣進口控制閥(6)、第一預混燃氣控制閥(2)、第二預混燃氣控制閥(12)為電磁閥、電動閥或者氣動閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種往復式多孔介質(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)、第一空氣進口控制閥(8)、第二空氣進口控制閥(6)采用一個四通換向控制閥。
專利摘要本實用新型公開了一種往復式多孔介質(zhì)燃燒高溫空氣發(fā)生系統(tǒng)。它采用周期切換裝置控制各控制閥，使空氣和燃氣的預混氣體在多孔介質(zhì)燃燒器內(nèi)，周期性進行燃燒，高溫煙氣和低溫空氣交替流經(jīng)多孔介質(zhì)蓄熱室，通過多孔介質(zhì)蓄熱體周期性放熱和吸熱，將產(chǎn)生的高溫空氣通過高溫空氣分流器分流，一部分進入多孔介質(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。本實用新型利用多孔介質(zhì)燃燒技術(shù)實現(xiàn)強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)實現(xiàn)了煙氣余熱的極限回收；使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、小型化、且燃燒負載變化范圍更大、燃氣適應范圍更廣。
文檔編號F24H3/00GK2849495SQ20052001503
公開日2006年12月20日 申請日期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, 程樂鳴, 駱仲泱, 方夢祥, 高翔, 王樹榮, 倪明江 申請人:浙江大學