CN100404954C

CN100404954C - 一种燃烧低热值气体的多孔金属介质燃烧器

Info

Publication number: CN100404954C
Application number: CNB2006100456876A
Authority: CN
Inventors: 李本文; 刘慧�; 陈海耿; 赫冀成; 赵长颖; 陶文铨
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2026-01-20
Also published as: CN1804461A

Abstract

本发明涉及一种燃烧低热值气体的多孔金属介质燃烧器，燃烧器由耐火材料套管、燃烧区内大孔介质、预热区内小孔介质、燃烧器外壳、除尘金属网或金属刷、燃气管道、预混室、空气管道构成，燃烧器内由上至下依次设置燃烧区内大孔介质、预热区内小孔介质，均采用耐受高温的不锈钢，并加工成一个整体，从空气管道上部的燃烧器外壁外侧开始包裹耐火材料套管，耐火材料套管延伸至燃烧区上部的一定距离，在预热区内小孔介质下设置除尘金属网或金属刷，该燃烧器用于燃烧温度低于1400℃的气体。应用本发明技术的燃烧器可以有效节约能源，同时大幅度降低燃烧产物中的氮化物和硫化物含量，减少污染。本发明燃烧器可广泛应用于冶金、化工等行业。

Description

一种燃烧低热值气体的多孔金属介质燃烧器

技术领域

本发明涉及冶金工业用一种燃烧器，特别涉及一种燃烧低热值气体的多孔金属介质燃烧器。

背景技术

目前，冶金工业生产中热值低于1000大卡的副产煤气，如高炉煤气，CO，H₂，CnHm等可燃成份含量较低，在燃烧器中的燃烧效率不高，造成低热值煤气的大量排放，既浪费能源又污染环境。早在1979年，有学者提出在燃烧器内加入多孔介质的想法，之后许多相关的实验工作也发现，多孔介质中的预混燃烧有很多优点：较小的贫燃极限、较高的燃烧速率和稳定性、负荷调节范围广、燃烧强度高、燃烧器体积小等，而且燃烧产物中氮化物和硫化物等污染成份的含量非常少。因此，多孔介质中的预混燃烧在冶金工业应用中有很大的潜力。

多孔介质材料的选择对燃烧特性有很大的影响。国内外的许多研究大多用陶瓷作为研究对象，因为陶瓷具有耐高温、抗氧化、易导热等优良特性。但是目前多孔介质燃烧器的使用仍存在以下缺陷：(1)在燃烧低热值气体时，对多孔介质材料耐热性的要求不是太高，在大多数研究中采用的多孔介质材料陶瓷，尽管具有耐高温的特性，但是导热特性不如金属，且易碎。(2)多孔介质孔径很小，当燃料中含灰尘时非常容易阻塞，所以目前大多数研究都只燃烧单一纯净的气体燃料，而实际生产中同样需要燃烧灰尘含量较高的气体燃料(如高炉煤气或高、焦混合煤气等)，这给多孔介质燃烧器的实际应用带来不便。

发明内容

针对现有冶金工业用低热值气体多孔介质燃烧器的不足之处，本发明提供一种燃烧低热值气体的多孔金属介质燃烧器。

燃烧器由耐火材料套管1、燃烧区内大孔介质2、预热区内小孔介质3、燃烧器外壳4、除尘金属网或金属刷5、燃气管道6、预混室7、空气管道8构成。燃烧区内大孔介质2、预热区内小孔介质3的材料可以均采用耐高温不锈钢。为了保证二者之间良好的导热效果，通常将燃烧区内大孔介质2、预热区内小孔介质3设计成一个整体。其中，大孔区域属于燃烧区，小孔区域为预热区，可以有效吸收和储存燃烧区产生的热量。多孔介质的材料可以均采用耐高温不锈钢，这是由于低热值煤气燃烧时温度较低，一般不超过1400℃。另外，气体在不锈钢孔内流动时的阻力较小，加上不锈钢良好的导热性，不易碎，所以是本燃烧器设计理想的多孔介质材料。燃烧区金属的材料平均孔径为3～5mm，孔隙率为80～85％，孔的排列方式为直通式。预热区金属材料平均孔径为0.3～0.5mm，小孔孔径足够小到能防止回火，孔隙率为75％～83％，孔的排列方式为直通式。

耐火材料套管材料可以是高铝质耐火材料，燃烧器外壳材料采用耐高温合金钢，金属刷或金属网材料采用不锈钢。

使用时，空气和燃气分别从空气管道8和燃气管道6进入后，在预混室7内混合，经过除尘金属网或金属刷5除尘后进入预热区内小孔介质3，预热区内小孔介质3的温度较低，所以燃烧器外壳4外面的耐火材料套管1较薄。在燃烧区内大孔介质2内，由于温度较高，外围由较厚的耐火材料套管来代替燃烧器外壳，以防外壳被烧损。耐火材料套管同时具有隔热作用，以防止热损失。耐火材料在多孔介质外延伸，可以起到稳定燃烧的作用。

应用本发明燃烧器有关工艺参数如下：

燃烧气体：高炉煤气等低热值气体，燃烧温度在1400℃以下；

空气流量：1500～2500m³/h；

燃气流量：800～1500m³/h；

燃烧效果：未燃烃，氮化物和硫化物含量低于10ppm，一氧化碳低于20ppm。

现有冶金企业燃烧的大多是高、焦混合煤气，煤气中一般含有很多灰尘，虽然在进入燃烧器之前进行过除尘，但是未除尽的较小颗粒灰尘也有可能将小孔阻塞，为了将本发明应用于实际生产，燃烧器的预混室内装有可拆换的除尘金属刷或金属网，以清除混合煤气中的灰尘，防止小孔被阻塞。

本发明燃烧器的有关几何参数取值如下：

h₁ 6～80mm；h₂ 10～15mm；h₃ 50～60mm；

h₄ 50～60mm；h₅ 50～60mm；h₆ 50～60mm；

h₇ 30～40mm；a 3～4mm；b 20～30mm；

Φ₁ 180～250mm；Φ₂ 50～60mm；Φ₃ 80～120mm。

燃烧器气体流动和燃烧的轴向截面可以为附图所示的圆形，也可以为正方形或其它多边形。

应用本发明技术的燃烧器可以燃烧热值低于1000kcal/m³(4180kJ/m³)的气体燃料，如经常被当作废气排放的高炉煤气，可以有效节约能源，同时大幅度降低燃烧产物中的氮化物和硫化物含量，减少污染。本发明燃烧器可广泛应用于冶金、化工等行业。

附图说明

图1是本发明燃烧器的轴向剖面图；

图2是图1的A-A剖视图。

在图1、图2中：1耐火材料套管，2燃烧区内大孔介质，3预热区内小孔介质，4燃烧器外壳，5除尘金属网或金属刷，6燃气管道，7预混室，8空气管道。

φ1-燃烧器内径，φ2-燃气管道内径，φ3-空气管道内径，a-燃烧器壁厚，b-耐火材料套管壁厚，h₁-除尘金属网或金属刷底部与燃烧器底部距离，h₂-除尘金属网或金属刷的高度，h₃-预热区内小孔介质底部与除尘金属网或金属刷顶部距离，h₄-预热区内小孔介质高度，h₅-燃烧区内大孔介质高度，h₆-耐火材料套管顶部与燃烧区内大孔介质顶部距离，h₇-空气管道底部与燃烧器底部距离。

具体实施方式

如图1、图2所示，燃烧器主体由1耐火材料套管、2燃烧区内大孔介质、3预热区内小孔介质、4燃烧器外壳、5除尘金属网或金属刷、6燃气管道、7预混室、8空气管道构成，在由燃烧器外壳4和耐火材料套管1构成的空腔内，由上至下依次设置燃烧区内大孔介质2、预热区内小孔介质3，燃烧区内大孔介质2、预热区内小孔介质3的材料可以均采用耐高温不锈钢。预热区内小孔介质3的顶部与燃烧器外壳4的顶部平齐，燃烧区内大孔介质2与预热区内小孔介质3可以是一个整体，最好设计成大孔中套若干小孔。从空气管道上部的燃烧器外壳4外侧开始包裹耐火材料套管1，耐火材料套管延伸至燃烧区2上部的一定距离，燃烧区2及其以上的部分的燃烧器外壁4用耐火材料套管1代替。在燃烧器外壳4构成的空腔内部，预热区内小孔介质3下、燃气管道6上方设置除尘金属网或金属刷5，燃烧器外壳4内、除尘金属网或金属刷5下方空间为预混室7。在燃烧器底部设置空气管道8，侧壁设置燃气管道6。

几何尺寸可以按下表取值：

组别取值(mm)参数	1	2	3	4	5
组别取值(mm)参数	1	2	3	4	5	h<sub>1</sub>	80	75	70	65	60
h<sub>2</sub>	10	11	12	14	15	h<sub>1</sub>	80	75	70	65	60

h<sub>3</sub>	60	58	55	53	50
h<sub>3</sub>	60	58	55	53	50	h<sub>4</sub>	60	58	56	54	50
h<sub>5</sub>	60	58	56	54	50	h<sub>4</sub>	60	58	56	54	50
h<sub>5</sub>	60	58	56	54	50	h<sub>6</sub>	60	58	56	54	50
h<sub>7</sub>	35	30	40	32	36	h<sub>6</sub>	60	58	56	54	50
h<sub>7</sub>	35	30	40	32	36	a	3.5	3	4	4	3
b	20	22	24	28	30	a	3.5	3	4	4	3
b	20	22	24	28	30	φ1	180	200	210	220	240
φ2	50	53	55	58	60	φ1	180	200	210	220	240
φ2	50	53	55	58	60	φ3	80	90	100	110	120
燃烧区金属材料平均孔径mm	4(直通)	3(直通)	5(直通)	5(直通)	4(直通)	φ3	80	90	100	110	120
燃烧区金属材料平均孔径mm	4(直通)	3(直通)	5(直通)	5(直通)	4(直通)	燃烧区金属材料孔隙率％	82	85	83	80	85
预热区金属材料平均孔径mm	0.4(直通)	0.3(直通)	0.5(直通)	0.4(直通)	0.5(直通)	燃烧区金属材料孔隙率％	82	85	83	80	85
预热区金属材料平均孔径mm	0.4(直通)	0.3(直通)	0.5(直通)	0.4(直通)	0.5(直通)	预热区金属材料孔隙率％	76	83	75	80	78

应用本发明装置，具体举例如下：

向燃烧器内通燃气、空气，空气和燃气分别从空气管道8和燃气管道6进入后，在预混室7内混合，经过除尘金属网或金属刷5除尘后进入预热区内小孔介质3，预热区内小孔介质3的温度较低，然后进入燃烧区内大孔介质2内燃烧。

有关工艺参数如下：

燃烧气体：高炉煤气(或高、焦混合煤气)，燃烧温度在1300±30℃；

空气流量：2000m³/h；

燃气流量：1000m³/h；

燃烧效果：空气或气体燃料均可不用在进入燃烧器前预热，未燃烃，氮氧化物含量低于10ppm，一氧化碳低于20ppm。

Claims

1.一种燃烧低热值气体的多孔金属介质燃烧器，包括燃烧器外壳(4)、燃气管道(6)、空气管道(8)，其特征在于在由燃烧器外壳(4)和耐火材料套管(1)构成的空腔内，由上至下依次设置燃烧区内大孔介质(2)、预热区内小孔介质(3)，燃烧区内大孔介质(2)、预热区内小孔介质(3)的材料均采用耐受高温的不锈钢，预热区内小孔介质(3)的顶部与燃烧器外壳(4)的顶部平齐，燃烧区内大孔介质(2)与预热区内小孔介质(3)加工成一个整体，从空气管道(8)上部的燃烧器外壳(4)外侧开始包裹耐火材料套管(1)，耐火材料套管(1)延伸至燃烧区内大孔介质(2)上部的一定距离，燃烧区内大孔介质(2)及其以上的部分的燃烧器外壳(4)用耐火材料套管(1)代替，在燃烧器外壳(4)构成的空腔内部，预热区内小孔介质(3)下、燃气管道(6)上方设置除尘金属网或金属刷(5)，燃烧器外壳(4)内，除尘金属网或金属刷(5)下方空间为预混室(7)，该燃烧器用于燃烧温度低于1400℃的气体，所述低热值气体是指燃烧热值小于1000大卡的气体。

2.按照权利要求1所述的燃烧低热值气体的多孔金属介质燃烧器，其特征在于燃烧区内大孔介质(2)、预热区内小孔介质(3)加工成大孔中套若干小孔结构。

3.按照权利要求1所述的燃烧低热值气体的多孔金属介质燃烧器，其特征在于燃烧区内大孔介质(2)平均孔径为3～5mm，孔隙率为80～85％，孔的排列方式为直通式；预热区内小孔介质(3)平均孔径为0.3～0.5mm，孔隙率为75％～83％，孔的排列方式为直通式。

4.按照权利要求1所述的燃烧低热值气体的多孔金属介质燃烧器，其特征在于几何参数取值如下：

h₁＝60～80mm； h₂＝10～1 5mm； h₃＝50～60mm；

h₄＝ 50～60mm； h₅＝50～60mm； h₆＝50～60mm；

h₇＝30～40mm； a＝3～4mm； b＝20～30mm

Φ₁＝180～250mm； Φ₂＝50～60mm； Φ₃＝80～120mm；

h₁-除尘金属网或金属刷底部与燃烧器底部距离，h₂-除尘金属网或金属刷的高度，h₃-预热区内小孔介质底部与除尘金属网或金属刷顶部距离，h₄-预热区内小孔介质高度，h₅-燃烧区内大孔介质高度，h₆-耐火材料套管顶部与燃烧区内大孔介质顶部距离，h₇-空气管道底部与燃烧器底部距离，a-燃烧器壁厚，b-耐火材料套管壁厚，Φ₁-燃烧器内径，Φ₂-燃气管道内径，Φ₃-空气管道内径。

5.按照权利要求1所述的燃烧低热值气体的多孔金属介质燃烧器，其特征在于耐火材料套管(1)材料采用高铝质耐火材料，燃烧器外壳(4)材料采用耐高温合金钢，金属网或金属刷(5)材料采用不锈钢。