CN102563641B - 一种液体燃料蓄热式燃烧器 - Google Patents

Abstract

一种液体燃料蓄热式燃烧器，包括两套结构相同的蓄热燃烧室和空气/烟气四通换向阀。蓄热燃烧室包括空气-燃料预混室、堆积小球蓄热室、燃烧室、点火器、空气供气管和液体燃料供应管。燃烧器设有助燃空气入口和液体燃料入口，助燃空气和液体燃料在混合室混合经过堆积小球蓄热室，在燃烧室内点燃，两个燃烧器周期性轮换燃烧和排烟。蓄热室的堆积小球为内部填充相变温度高于液体燃料沸点的相变材料的陶瓷小球。本燃烧器的特点是液体燃料经过蓄热室汽化，与空气混合更加充分，提高了燃烧温度和燃烧效率。两个燃烧器换向燃烧，消除了燃烧室内局部高温区，使燃烧室内温度分布更均匀，提高了燃烧的热稳定性和燃烧器的寿命。

Description

一种液体燃料蓄热式燃烧器

技术领域

本发明涉及一种燃烧器，具体涉及一种液体燃料蓄热式燃烧器。

背景技术

目前，大多数燃烧器仍以空间燃烧为主要方式，其存在以下缺点：1、低温空气助燃，燃烧室温度较低且分布不均匀，存在局部高温区，影响锅炉的使用寿命。局部温度过高产生NOx和治癌有机物，其易冒黑烟，造成环境污染。2、燃料和空气混合不够均匀，不完全燃烧产生大量的CO且燃烧效率降低。3、排烟温度较高，带走大量的热能，燃烧效率偏低。针对上述问题，国内外学者对燃烧器内加入多孔介质的技术已经做了大量的研究。多孔介质中预混燃烧有很多优点：较高的燃烧效率和稳定性、负荷调节范围广、燃烧器结构紧凑、燃烧极限扩大等，而且燃烧产物中氮氧化物和硫化物等污染物的含量减少。因此，多孔介质中的预混燃烧具有很大的发展前景。

通过在燃烧器空腔内加入耐高温多孔介质，增强燃气的预热效果，提高燃烧器的性能，至今有许多文献和专利进行了研究。专利01226080.0提出了渐变型多孔介质燃烧器，通过设置孔隙率和/或孔径逐渐变化的多孔介质提高燃烧的稳定性和降低污染物排放。专利200610045688.0、200610135085.X分别提出了一种多孔金属-陶瓷介质气体燃料燃烧器和多孔纤维-多孔陶瓷介质气体燃料燃烧器，通过金属多孔介质或者金属纤维良好的导热性有效预热预混气体，提高燃烧稳定性，扩大贫燃极限，降低污染物排放。上述研究都局限于气体燃料的燃烧。

有关液体燃料在多孔介质中的燃烧机理与特性，国外学者(主要有美国Oklahoma大学和泰国King Mongkut理工大学的学者们)在汽化、燃烧、辐射以及污染物的排放等方面进行了一些研究，讨论了多孔介质物性和结构对液体蒸发和燃烧的影响，研究了液体汽化、燃烧一体燃烧器的机理和优点。与传统的燃烧器相比，他们所研究的燃烧器仍采用喷嘴初步汽化液体，适应性和稳定性不够好。

国内关于多孔介质中的预混燃烧机理的研究主要集中在气体的预混燃烧，液体蒸发预混燃烧研究几乎是空白。

发明内容

本发明目的是提供一种液体燃料蓄热式燃烧器，该燃烧器利用相变堆积蓄热小球蓄积烟气余热预热燃烧时所需空气和汽化液体燃料，使之与空气混合更加充分，温度升高，提高了燃烧温度，提高了燃烧效率，消除了燃烧室内局部高温区，使燃烧室内温度分布更均匀，提高了燃烧的热稳定性和燃烧器的寿命。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括两套结构相同的蓄热燃烧室，蓄热燃烧室包括自上而下的空气-燃料预混室和堆积相变蓄热小球的小球蓄热室，两个蓄热室分别与其下端的燃烧室相连通，在两个蓄热室下端的燃烧室内均设置有点火器，两相同的蓄热室上端分别与液体燃料供应管、带有空气入口及烟气出口的空气烟气两位四通阀相连通，且在液体燃料供应管分别设置有电磁阀。

所述的蓄热燃烧室及燃烧室外侧均设置有保温层。

所述的相变蓄热小球内部填充有相变材料，相变材料的相变温度高于液体燃料沸点的20-200℃。

所述的相变蓄热小球采用带有腔体的不锈钢球壳，小球直径为30-200mm，内部填充有相变材料，相变材料的体积为不锈钢球壳容积的2/3-3/4，不锈钢球壳外孔封口处采用涂有耐高温胶的不锈钢塞填入外孔密封。

与传统的液体燃烧器相比，本发明相变蓄热小球堆积多孔介质燃烧器可以省去喷嘴，液体燃料可以注射进入燃烧器，经蓄热室蒸发，进入燃烧室，使得燃烧器结构得以简化。此外，烟气排出时，经过空气/燃料蓄热室进行余热回收，降低了热能损失，提高了燃烧效率；另一方面，常温助燃空气和低温燃料分别经过空气蓄热室和燃料蓄热室预热后混合燃烧，可以提高燃烧温度；第三，两个燃烧器周期性地换向燃烧，消除了燃烧室内局部高温区，使燃烧室内温度分别更均匀。

附图说明

图1是本发明蓄热式燃气锅炉的结构原理图；

图2是封装相变材料的相变蓄热小球的结构示意图；

其中，1烟气出口，2空气烟气两位四通阀，3、16电磁阀，4空气入口，5、15保温层，6、14空气-燃料预混室，7、13堆积小球蓄热室，8、12相变蓄热小球，9、11点火器，10燃烧室、17液体燃料供应管，I-1不锈钢球壳，I-2相变材料，I-3外孔封口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明包括两套结构相同的蓄热燃烧室，蓄热燃烧室包括自上而下的空气-燃料预混室6、14和堆积相变蓄热小球8、12的小球蓄热室7、13，两个蓄热室分别与其下端的燃烧室10相连通，蓄热室及燃烧室10外侧均设置有保温层5、15，在两个蓄热室下端的燃烧室10内均设置有点火器9、11，两相同的蓄热燃烧室上端分别与液体燃料供应管17、带有空气入口4及烟气出口的空气烟气两位四通阀2相连通，且在液体燃料供应管17分别设置有电磁阀3、16。

参见图2，本发明的相变蓄热小球8、12采用带有腔体的不锈钢球壳I-1，小球直径为30-200mm，内部填充有相变材料I-2，相变材料的体积为不锈钢球壳容积的2/3-3/4，相变材料的相变温度高于液体燃料沸点的20-200℃，不锈钢球壳外孔封口I-3处采用涂有耐高温胶的不锈钢塞填入外孔密封。本发明提供一种燃烧温度高、燃烧室内温度分布均匀，燃烧效率高的液体燃料蓄热式燃烧器。燃烧器内设置相变堆积相变蓄热小球蓄积烟气余热预热燃烧时所需空气和汽化液体燃料。燃烧器设有助燃空气入口和液体燃料入口。燃烧开始时，由助燃空气入口通入空气/天然气混合气体，经点火器点燃在燃烧室内燃烧，待蓄热燃烧室相变材料熔化且燃烧稳定时，停止供应气体燃料。此时，打开液体燃料电磁阀，液体燃料进入小球蓄热室蒸发和经小球蓄热室预热的助燃空气充分混合，在燃烧室内燃烧。烟气排出时，经过蓄热燃烧室进行余热回收，降低热能损失，提高了燃烧效率；燃烧器燃烧时，液体燃料经过蓄热室汽化和经蓄热室预热的助燃空气充分混合，可以提高燃烧温度。燃烧过程中，与其中一燃烧器连接的助燃空气入口打开，同时与该燃烧器连接的烟气出口关闭；燃烧器停止燃烧过程中，与该燃烧器连接的烟气出口打开，同时与该燃烧器连接的助燃空气入口关闭，两个燃烧器周期性轮换燃烧和排烟，消除了燃烧室内局部高温区，使温度分布更均匀，提高了炉膛寿命。

Claims (2)

1.一种液体燃料蓄热式燃烧器，其特征在于：包括两套结构相同的蓄热燃烧室，蓄热燃烧室包括自上而下的空气-燃料预混室(6、14)和堆积相变蓄热小球(8、12)的小球蓄热室(7、13)，两个蓄热室分别与其下端的燃烧室(10)相连通，蓄热室及燃烧室(10)外侧均设置有保温层(5)，在两个蓄热室下端的燃烧室(10)内均设置有点火器(9、11)，两相同的蓄热室上端分别与液体燃料供应管(17)、带有空气入口(4)及烟气出口的空气/烟气两位四通阀(2)相连通，且在液体燃料供应管(17)分别设置有电磁阀(3、16)；

所述的相变蓄热小球(8、12)采用带有腔体的不锈钢球壳(I-1)，小球直径为30-200mm,内部填充有相变材料(I-2)，相变材料的体积为陶瓷球壳容积的2/3—3/4,不锈钢球壳外孔封口(I-3)处采用涂有耐高温胶的不锈钢塞填入外孔密封。

2.根据权利要求1所述的液体燃料蓄热式燃烧器，其特征在于：所述的相变蓄热小球(8、12)内部填充有相变材料，相变材料的相变温度高于液体燃料沸点的20-200℃。