CN103499096A - 预混预热式梯密度通孔金属泡沫燃烧器 - Google Patents

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Abstract

一种燃烧器技术领域的预混预热式梯密度通孔金属泡沫燃烧器，包括：金属通孔泡沫和梯密度金属泡沫，其中：梯密度金属泡沫位于金属通孔泡沫的上方，金属通孔泡沫的底部为氧气和可燃气体的入口，两侧为加热部，梯密度金属泡沫的顶部为气体出口，其两侧以及金属通孔泡沫的底部为隔热区。本发明可以通过利用导热系数高的金属泡沫对氧气和燃烧气体进行预混加热，然后在熔点高的梯密度金属泡沫内燃烧，解决了现有多孔介质燃烧器燃烧效率低的问题。

Description

预混预热式梯密度通孔金属泡沫燃烧器
技术领域
本发明涉及的是一种燃烧器技术领域的装置，具体是一种预混预热式梯密度通孔金属泡沫燃烧器。
背景技术
近年来，随着空气质量的下降，国家对节能减排工作日益重视。提高燃烧技术水平成了当务之急。相比于传统的自由火焰燃烧，多孔介质内燃烧可以利用固体骨架良好的导热能力和其对气体的搅拌作用，从而提高燃烧效率。多孔介质内燃烧从上个世纪90年代初开始得到人们的重视，具有燃烧效率高和污染物排放少等优点。在空气污染日益加重的今天，充分发展这种燃烧技术更有现实意义。多孔介质内燃烧可以应用于动力设备和一些暖通系统中。通孔金属泡沫是作为一种新型的多孔材料，它的换热比表面积大（2000-10000m2/m3），相对密度较小（是固体材料的2%-12%），具有良好的换热性能。通孔金属泡沫由金属骨架和蜿蜒的内部连通通道组成。燃烧气体在通孔金属泡沫内部流动时，被金属骨架扰动，又由于其换热比表面积大，气体和金属泡沫的热量交换很充分，所以通孔金属泡沫是一种性能优良的多孔介质。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102444893，公开日2012-05-09，记载了一种适用于气体燃料的气体燃料多孔介质表面燃烧器，采用套管式结构，燃气喷嘴和空气喷嘴同轴设置；燃烧器本体包括多孔区域I和多孔区域II，多孔区域I和多孔区域II分别设有球体I和球体II。但该现有技术采用的多孔介质为泡沫陶瓷，泡沫陶瓷的制造难度大，而且容易破碎。另外，陶瓷的导热系数很低，不利于燃烧热量的扩散和传导，因而燃烧效率偏低。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种预混预热式梯密度通孔金属泡沫燃烧器，可以通过利用导热系数高的金属泡沫对氧气和燃烧气体进行预混加热，然后在熔点高的梯密度金属泡沫内燃烧，解决了现有多孔介质燃烧器燃烧效率低的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：金属通孔泡沫和梯密度金属泡沫，其中：梯密度金属泡沫位于金属通孔泡沫的上方，金属通孔泡沫的底部为氧气和可燃气体的入口，两侧为加热部，梯密度金属泡沫的顶部为气体出口，其两侧以及金属通孔泡沫的底部为隔热区。
所述的梯密度金属泡沫的内部通孔为孔密度渐变结构，即孔隙率相同，孔密度从下往上沿气体流动方向减小。
所述的梯密度金属泡沫的孔密度的变化范围为5PPI～60PPI。
所述的金属通孔泡沫的内部通孔的孔密度大于或等于梯密度金属泡沫的内部通孔的孔密度。
所述的金属通孔泡沫的体积与氧气和可燃气体的总进气量成正比，金属通孔泡沫的孔密度与氧气和可燃气体的总进气量成反比，与加热部的热流密度成反比。
所述的金属通孔泡沫和梯密度金属泡沫中的金属是指：铜或镍。
所述的加热部为加热壁面，隔热区为绝热壁面。加热壁面采用电加热方式加热，热流密度最高可以达到106W·m-2。
在确保可燃气体不闪爆的前提下，调高热流密度，对氧气和可燃气体的混合气体最大程度的预热，以提高燃烧效率。入口处的金属通孔泡沫的孔密度和壁面热流密度成反比，以确保气体预热膨胀后的体积需求。气体出口处的燃烧区梯密度金属泡沫的起始孔密度等于或低于气体入口处的预混区金属通孔泡沫的孔密度，这样就可以使得预热气体以较小阻力进入燃烧区。
本发明通过在加热壁面上烧结导热能力强的金属泡沫对氧气和可燃气体进行预热和预混，通过耐热能力强的梯密度通孔金属泡沫可以可燃气体燃烧的更充分，从而大大提高了燃烧效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，本实施例包括：金属通孔泡沫8和梯密度金属泡沫9，其中：梯密度金属泡沫9位于金属通孔泡沫8的上方，金属通孔泡沫8的底部为氧气的入口1和可燃气体的入口2，两侧为加热部6、7，梯密度金属泡沫9的顶部为气体出口10，其两侧以及金属通孔泡沫8的底部为隔热区3、4、5。
所述的梯密度金属泡沫9的内部通孔为孔密度渐变结构，即孔隙率相同，孔密度从下往上沿气体流动方向减小。
所述的梯密度金属泡沫9的孔密度的变化范围为5PPI～60PPI。
所述的金属通孔泡沫8和梯密度金属泡沫9中的金属是指：铜或镍。
所述的加热部6、7为加热壁面，材质为铜，隔热区3、4、5为绝热壁面，材质为陶瓷耐火纤维。
本实施例中，金属通孔泡沫8的材质为紫铜泡沫，梯密度金属泡沫9的材质为镍泡沫。
根据氧气的入口1和可燃气体的入口2的进气量大小可以调整预混预热区金属通孔泡沫8的体积或孔密度。进气量越大，金属通孔泡沫8的体积越大，也可以将金属通孔泡沫8的孔密度降低，这样能充分把氧气和可燃气体混合均匀。根据气体的燃烧效率的要求，调整预混预热区两侧加热壁面的热流密度，在确保可燃气体在预混区低于闪爆温度的前提下，尽可能高的提高热流密度，以达到混合气体到达燃烧区域后能快速的燃烧，提高综合燃烧效率。梯密度金属泡沫9的孔密度沿气流方向梯度变化，以适应气体燃烧时体积膨胀后对空间的要求。可燃气体的体积膨胀越快，梯密度金属泡沫9的孔密度梯度减小的越快，每种孔密度的镍泡沫的体积越小。
本实施例的燃烧区选择孔密度梯度变化的镍泡沫进行填充。一是因为镍的熔点高（1453℃），低于大多数可燃气体的燃点，以防止气体燃烧时金属泡沫熔化；二是因为镍的导热系数较低（91.4Wm-1K-1），降低燃烧气体的燃烧热量向两侧绝热壁面的传导速度，提高热量的利用效率；三是孔密度高的镍泡沫能起到对氧气和可燃气体进行再一次预混的作用，而孔密度高的镍泡沫能满足混合后的气体燃烧后的体积膨胀要求。绝热壁面4和绝热壁面5能有效地防止燃烧热量的散失，提高可燃气体的热量利用效率。本燃烧装置特有的金属泡沫结构带来的吸热时间短放热时间长的特点正好符合冬天昼短夜长的季节特征，所以更有实际应用价值。

Claims (7)

1.一种预混预热式梯密度通孔金属泡沫燃烧器，其特征在于，包括：金属通孔泡沫和梯密度金属泡沫，其中：梯密度金属泡沫位于金属通孔泡沫的上方，金属通孔泡沫的底部为氧气和可燃气体的入口，两侧为加热部，梯密度金属泡沫的顶部为气体出口，其两侧以及金属通孔泡沫的底部为隔热区。
2.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征是，所述的梯密度金属泡沫的内部通孔为孔密度渐变结构，即孔隙率相同，孔密度从下往上沿气体流动方向减小。
3.根据权利要求2所述的燃烧器，其特征是，所述的梯密度金属泡沫的孔密度的变化范围为5PPI～60PPI。
4.根据权利要求1、2或3所述的燃烧器，其特征是，所述的金属通孔泡沫的体积与氧气和可燃气体的总进气量成正比，金属通孔泡沫的孔密度与氧气和可燃气体的总进气量成反比，与加热部的热流密度成反比。
5.根据权利要求4所述的燃烧器，其特征是，所述的金属通孔泡沫的内部通孔的孔密度大于或等于梯密度金属泡沫的内部通孔的孔密度。
6.根据权利要求4所述的燃烧器，其特征是，所述的金属通孔泡沫和梯密度金属泡沫中的金属是指：铜或镍。
7.根据权利要求4所述的燃烧器，其特征是，所述的加热部为加热壁面，隔热区为绝热壁面。
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