CN100404954C - 一种燃烧低热值气体的多孔金属介质燃烧器 - Google Patents

一种燃烧低热值气体的多孔金属介质燃烧器 Download PDF

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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
  h<sub>1</sub>   80   75   70   65   60
  h<sub>2</sub>   10   11   12   14   15
  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>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
  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)
  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 (5)

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。
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