CN102287819B - 一种燃用低热值气体燃料的多孔介质燃烧器 - Google Patents

一种燃用低热值气体燃料的多孔介质燃烧器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种燃用低热值气体燃料的多孔介质燃烧器。它包括中心轴相重合的富氧导管、点火气枪、预混燃烧室、二次风管和燃烧器喷口，所述二次风管同轴套设在预混燃烧室外，二次风管、预混燃烧室分别在各自的管壁上相应地设置有朝周向倾斜的空气管道、燃气管道；预混燃烧室内沿气流方向依次设有混合室、混合燃气均匀分配器、小孔介质、大孔介质，所述小孔介质和大孔介质的通气孔均为蜂窝式排列结构；富氧导管同轴套设在点火气枪外，富氧导管和点火气枪的出口端穿过预混燃烧室的壁面伸入混合室内。本发明采用分段式多孔介质，能显著提高低热值气体燃料燃烧的稳定性，增强其燃烧强度，缩小燃烧体积，提高燃烧效率，并能有效降低污染物的排放。

Description

一种燃用低热值气体燃料的多孔介质燃烧器
技术领域
本发明涉及一种燃烧器，尤其涉及一种燃用低热值气体燃料的多孔介质燃烧器。
背景技术
 长期以来，我国工业生产中气体燃料的燃烧主要是以自由火焰为特征的空间燃烧，采用这种方式燃烧气体燃料时，由于气体导热性能极差，造成火焰附近温度梯度陡而且分布不均，因而燃烧稳定性较差。特别是钢铁企业炼铁高炉中产生的高炉煤气，由于其热值低、着火点高、着火浓度范围窄、燃烧稳定性差、容易熄火等原因，阻碍了高炉煤气作为气体燃料在工业生产中的高效利用。
 近几年，在燃烧器内加入多孔介质的技术逐渐被人们重视。多孔介质燃烧技术是利用惰性多孔介质材料取代自由空间，利用其相对于气体而言强大得多的蓄热功能和辐射特性实现热反馈，从而使燃烧反应大大增强的一项技术。多孔介质燃烧技术有很多优点：燃烧效率高、燃烧稳定性好、负荷调节范围广、燃烧强度高、燃烧体积小，而且污染物排放低。因此利用多孔介质燃烧技术的特点，将它应用在低热值气体燃料燃烧上，开发一种高效低污染的燃烧器具有较大的潜力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃烧效率高、稳定性好、污染物排放低的燃用低热值气体燃料的多孔介质燃烧器。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：该燃用低热值气体燃料的多孔介质燃烧器包括中心轴线相重合的富氧导管、点火气枪、预混燃烧室、二次风管和燃烧器喷口，所述二次风管同轴套设在预混燃烧室外，二次风管、预混燃烧室分别在各自的管壁上相应地设置有朝周向倾斜的空气管道、燃气管道；预混燃烧室内沿气流方向依次设有混合室、混合燃气均匀分配器、小孔介质、大孔介质，所述小孔介质和大孔介质的通气孔均为蜂窝式排列结构；富氧导管同轴套设在点火气枪外，富氧导管和点火气枪的出口端穿过预混燃烧室的壁面伸入混合室内。
进一步地，本发明所述大孔介质的通气孔的孔径为3-5mm、孔隙率为80-85%，所述小孔介质的通气孔的孔径为0.5-1mm、孔隙率为75-85%。其中，大孔介质的材料优选氧化钇基氧化锆、氧化钙基氧化锆或碳化硅。小孔介质的材料优选刚玉（Al2O3）、氧化钙基氧化锆或碳化硅。
进一步地，本发明所述混合燃气均匀分配器的通气孔的孔径为3-5mm、孔隙率为80-90%。混合燃气均匀分配器的材料可选用耐高温金属或合金。 
进一步地，本发明所述富氧导管的出口处安装有旋流叶片。
进一步地，本发明所述二次风管的出口处安装有旋流叶片。
进一步地，本发明所述富氧导管的出口端呈扩口状。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：（1）本发明采用多孔介质燃烧技术，能显著提高低热值气体燃料燃烧的稳定性，增强其燃烧强度，缩小燃烧体积，并能有效降低污染物的排放。（2）本发明采用分段式多孔介质，气体依次通过小孔介质和大孔介质的蜂窝式排列结构的通气孔。当气体通过小孔介质时，由于小孔介质孔径和孔隙率相对较小，预混的可燃气体在其中可进行进一步地混合，并且小孔介质还可起到蓄热体的作用，使经过的气体能较好地得到预热。而当气体通过大孔介质时，由于其孔径相对较大，辐射作用穿透得较深远，温度升高较快，预热后的混合气体便在大孔介质中发生燃烧。此外，由于预混的可燃气体先前已在小孔介质中预热，从而使大孔介质内的气体燃烧效率得到大大提高。（3）本发明采用富氧与低热值气体进行预混，而不是传统的空气，因而降低了气体燃料的着火点，促进其着火燃烧；并且本发明在富氧导管的出口端安装了旋流叶片，使得富氧与低热值气体能更好地进行混合。（4）本发明采用了分段式燃烧方式，把气体燃料燃尽所需的空气通过二次风旋流方式送入，不仅加强了燃烧后期的扰动，提高燃烧效率，而且能降低污染物排放；另一方面，这部分空气在二次风管内还受到高温多孔介质的预热，从而能有效促进燃烧。（5）本发明可以燃烧低热值气体或劣质气体燃料，如高炉煤气，能广泛应用于冶金、化工、能源行业，具有较大的社会和经济效益。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的A向视图；
图3是图1中混合燃气均匀分配器的A向示图；
图中：1、燃气管道，2、空气管道，3、二次风管，4、预混燃烧室，5、二次风旋流叶片，6、富氧导管，7、点火气枪，8、富氧导管旋流叶片，9、混合室，10、混合燃气均匀分配器，11、小孔介质，12、大孔介质，13、燃烧器喷口，14、混合燃气均匀分配器的通气孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1、图2、图3所示，本发明包括中心轴线相重合的富氧导管6、点火气枪7、预混燃烧室4、二次风管3和燃烧器喷口13。其中，二次风管3同轴套设在预混燃烧室4外。如图2所示，二次风管3的管壁上设置有朝周向倾斜的空气管道2；同样，预混燃烧室4在自身的管壁上也设有朝周向倾斜的燃气管道1。如图1所示，预混燃烧室4呈分段式结构，即在预混燃烧室4内，沿主气流方向，从左到右依次设有混合室9、混合燃气均匀分配器10、小孔介质11、大孔介质12。富氧导管6同轴套设在点火气枪7外，富氧导管6和点火气枪7的出口端穿过预混燃烧室4的壁面伸入混合室9内。小孔介质11和大孔介质12的通气孔均呈蜂窝式结构。大孔介质12的材料优选氧化钇基氧化锆、氧化钙基氧化锆或碳化硅，其通气孔的孔径为3-5mm，孔隙率为80-85%。小孔介质11的材料优选刚玉（Al2O3）、氧化钙基氧化锆或碳化硅，其通气孔的孔径为0.5-1mm，孔隙率为75-85%。混合燃气均匀分配器10的材料通常选用耐高温金属或合金。作为本发明的一种简单的实施方式，混合燃气均匀分配器10可以是一块多孔板，其上规则地、均匀地分布有大小一样的通气孔14（参见图3），各通气孔的孔径优选为3-5mm，孔隙率优选为80-90%，各通气孔沿预混燃烧室4的轴向贯穿多孔板。作为本发明的优选实施方式，富氧导管6、二次风管3内分别安装有二次风旋流叶片5和富氧导管旋流叶片8，富氧导管6出口端呈扩口状。
本发明的预混燃烧室4采用分段式多孔介质结构，多孔介质包括小孔介质11和大孔介质12。由于小孔介质11和大孔介质12的通气孔均呈蜂窝式排列结构，可使气体经过混合室9、混合燃气均匀分配器10后，再依次顺利地通过小孔介质11和大孔介质12。并且，当气体通过小孔介质11时，预混的可燃气体在其中可进行进一步地混合。由于相对于大孔介质12，小孔介质11孔径较小、孔隙率较小，而小孔介质11可起到蓄热体的作用，使得经过的气体能较好地得到预热。而当气体通过大孔介质12时，由于其孔径相对较大，辐射作用穿透得较深远，温度升高较快，预热后的混合气体便在大孔介质12中发生燃烧。此外，预混的可燃气体先前已在小孔介质11中经过预热，从而使大孔介质12内的气体燃烧效率得到大大提高。另一方面，由于大孔介质内温度分布均匀，能将最高温度保持在较低水平，降低了NOX的生成。
本发明在混合室9处设置了富氧导管6，采用富氧与低热值气体进行预混，而不是传统的空气，因而降低了气体燃料的着火点，促进其着火燃烧。并且，本发明在富氧导管6的出口端安装了富氧导管旋流叶片8，使得富氧与低热值气体能更好地进行混合。
本发明在二次风管3处设置了二次风旋流叶片5，把气体燃料燃尽所需的空气通过二次风旋流方式送入，不仅加强了燃烧后期的扰动，提高燃烧效率，而且能降低NOX排放；另一方面，这部分空气在二次风管3内还受到高温多孔介质的预热，从而能有效促进燃烧。
本发明的工作过程如下：
燃烧器先用通有焦炉煤气的点火气枪7预热，然后相应地从混合室9的燃气管道1、二次风管的空气管道2和富氧导管6分别通入低热值燃气、空气、富氧。富氧和低热值燃气在混合室9内充分混合后，经过混合燃气均匀分配器10均匀分配后进入小孔介质11进行预混以达到预热的目的，后进入大孔介质12内燃烧。从空气管道2进入的空气经过二次风旋流叶片5后产生旋流，与经大孔介质12燃烧后的气体进行混合，从而提供了燃烧后期所需的空气。燃烧稳定后，关闭点火气枪7，完全由低热值气体燃烧。

Claims (6)

1.一种燃用低热值气体燃料的多孔介质燃烧器，其特征在于：包括中心轴线相重合的富氧导管（6）、点火气枪（7）、预混燃烧室（4）、二次风管（3）和燃烧器喷口（13），所述二次风管（3）同轴套设在预混燃烧室（4）外，二次风管（3）、预混燃烧室（4）分别在各自的管壁上相应地设置有朝周向倾斜的空气管道（2）、燃气管道（1）；预混燃烧室（4）内沿气流方向依次设有混合室（9）、混合燃气均匀分配器（10）、小孔介质（11）、大孔介质（12），所述小孔介质（11）和大孔介质（12）的通气孔均为蜂窝式排列结构；富氧导管（6）同轴套设在点火气枪（7）外，富氧导管（6）和点火气枪（7）的出口端穿过预混燃烧室（4）的壁面伸入混合室（9）内。
2.根据权利要求1所述的一种燃用低热值气体燃料的多孔介质燃烧器，其特征在于：所述大孔介质（12）的通气孔的孔径为3-5mm、孔隙率为80-85%，所述小孔介质（11）的通气孔的孔径为0.5-1mm、孔隙率为75-85%。
3.根据权利要求1所述的一种燃用低热值气体燃料的多孔介质燃烧器，其特征在于：所述混合燃气均匀分配器（10）的通气孔的孔径为3-5mm、孔隙率为80-90%。
4.根据权利要求1所述的一种燃用低热值气体燃料的多孔介质燃烧器，其特征在于：所述富氧导管（6）的出口处安装有旋流叶片。
5..根据权利要求1所述的一种燃用低热值气体燃料的多孔介质燃烧器，其特征在于：所述二次风管（3）的出口处安装有旋流叶片。
6.根据权利要求1所述的一种燃用低热值气体燃料的多孔介质燃烧器，其特征在于：所述富氧导管（6）的出口端呈扩口状。
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