CN104315515A - 双层多孔泡沫陶瓷板纯预混气体燃料燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双层多孔泡沫陶瓷板纯预混气体燃料燃烧器，包括壳体、大孔泡沫陶瓷板、小孔泡沫陶瓷板、顶层布风板以及底层布风板，其中，壳体包括环状结构的冷却腔体以及安装于冷却腔体上的壳底板，冷却腔体设有用于供冷却风通过以对其进行冷却的冷却腔室，冷却腔体的底部设有与冷却腔室连通的冷却风进口，冷却腔体的顶部设有与冷却腔室连通的冷却风出口，在冷却腔体形成的环状中空的框架中，由上至下依次设置大孔泡沫陶瓷板、小孔泡沫陶瓷板、顶层布风板、底层布风板以及壳底板，壳底板上设有供燃料与空气的混合气体进入的混合气进口。本发明提供的燃烧器提高了加热效率，同时提高加热的均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及燃烧器结构技术领域，尤其涉及一种双层多孔泡沫陶瓷板纯预混气体燃料燃烧器。
背景技术
目前，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，这种燃烧方式火焰面附近温度梯度陡而且温度分布不均，局部高温区的存在造成了大量的NOX生成，同时，还存在着燃烧不完全而热效率低，燃烧稳定性较差等问题。对于硅钢、镀锌及其他涂镀产品，表面涂层干燥的质量直接关系到产品的表面质量，而带钢表面质量是产品分档与价格定位的关键因素。传统带钢干燥炉中使用高速烧嘴和平焰烧嘴来满足工艺要求，由于高速烧嘴和平焰烧嘴本身工作原理的限制，在工作的过程中容易造成局部高温，使得带钢表面受热不均匀，从而对涂层的干燥或烧结质量造成影响，且该种燃烧具有明显火焰，火焰会对带钢表面造成质量缺陷，同时该种燃烧方式污染物排放较高，加热效率较低。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种双层多孔泡沫陶瓷板纯预混气体燃料燃烧器，旨在提高加热效率，同时提高加热的均匀性、降低NOX排放。
为实现上述目的，本发明提供一种双层多孔泡沫陶瓷板纯预混气体燃料燃烧器，包括壳体、大孔泡沫陶瓷板、小孔泡沫陶瓷板、顶层布风板以及底层布风板，其中，所述壳体包括环状结构的冷却腔体以及安装于所述冷却腔体上的壳底板，所述冷却腔体设有用于供冷却风通过以对其进行冷却的冷却腔室，所述冷却腔体的底部设有与所述冷却腔室连通的冷却风进口，所述冷却腔体的顶部设有与所述冷却腔室连通的冷却风出口，在所述冷却腔体形成的环状中空的框架中，由上至下依次设置所述大孔泡沫陶瓷板、小孔泡沫陶瓷板、顶层布风板、底层布风板以及壳底板，所述壳底板上设有供燃料与空气的混合气体进入所述框架中的混合气进口，燃料与空气的混合气体经所述混合气进口进入到所述框架中，经底层布风板和顶层布风板使混合气体分布均匀，进入所述小孔泡沫陶瓷板中进一步混合后进入到所述大孔泡沫陶瓷板内燃烧。
优选地，所述大孔泡沫陶瓷板的下表面与所述小孔泡沫陶瓷板的上表面相接触设置；所述底层布风板和所述顶层布风板之间、所述壳底板与所述底层布风板之间、以及所述顶层布风板与所述小孔泡沫陶瓷板之间均设有间隙。
优选地，所述冷却风出口设置有多个，多个所述冷却风出口在所述冷却腔体的顶端均匀分布。
优选地，所述大孔泡沫陶瓷板和小孔泡沫陶瓷板的侧壁与所述冷却腔体相接触的位置均设有耐火纤维层，所述小孔泡沫陶瓷板的底端、所述顶层布风板的底端与所述冷却腔体相接触的位置均设有耐火纤维垫片。
优选地，所述大孔泡沫陶瓷板的孔内壁沉积有用于助燃的催化剂。
优选地，所述底层布风板正对于所述混合气进口处为实心部分，所述实心部分的面积大于或等于所述混合气进口的横截面积，所述底层布风板环绕其实心部分设有多个第一透气孔，多个所述第一透气孔的总面积为所述底层布风板面积的35~36%。
优选地，所述顶层布风板正对于所述底层布风板的区域设有多个第二透气孔，多个所述第二透气孔的总面积为所述底层布风板面积的56~57%。
优选地，双层多孔泡沫陶瓷板纯预混气体燃料燃烧器还包括用于支撑所述小孔泡沫陶瓷板的耐热钢支架，该耐热钢支架焊接在所述冷却腔体相对的两内侧壁上。
优选地，所述底层布风板通过螺钉、弹簧垫片以及平垫圈安装在焊接于所述壳底板的支撑柱上。
优选地，几何参数取值如下：
h1：20~45mm； h2：15~40mm； h3：10~20mm；
h4：30~45mm； h5：12~25mm； L1：104~406mm；
L2：68~368mm； L3：100~400mm； L4：76~376mm；
L6：10~20 mm； L7：1~4mm； t：2~3mm；
a：6~12mm； b：2~4mm； φ1：59~76 mm；
φ2：10.7~17.2mm φ3：3~6mm； φ4：12~18 mm；
其中，h1-大孔泡沫陶瓷板的厚度，h2-小孔泡沫陶瓷板的厚度，h3-耐热钢支架的底端与冷却腔体的凸台之间的距离，h4-冷却腔体的凸台与壳底板的底端之间的距离，h5-支撑柱的高度，L1-顶层布风板的边长，L2-底层布风板的边长，L3-大孔泡沫陶瓷板和小孔泡沫陶瓷板的边长，L4-壳底板的边长，L5-冷却腔体的边长，t-顶层布风板、底层布风板以及耐火纤维垫片的厚度，a-耐热钢支架的长度，b-耐热钢支架的厚度，L6-冷却腔体的厚度，L7-耐火纤维层的厚度，φ1-混合气进口的直径，φ2-冷却风进口的直径，φ3-冷却风出口的直径，φ4-支撑柱的直径。
本发明提出的双层多孔泡沫陶瓷板纯预混气体燃料燃烧器，设置冷却腔体从而避免燃烧器的壳体温度过高，防止壳体变形。另外，设置有顶层布风板和底层布风板，从而提高了燃烧火焰分布的均匀性，从而提高了加热的均匀性。同时，多孔介质预混燃烧与以自由火焰为特征的空间燃烧相比，具有较小的贫燃极限、较高的燃烧速率和稳定性、负荷调节范围广、燃烧强度高、燃烧器体积小等优点，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。
附图说明
图1为本发明双层多孔泡沫陶瓷板纯预混气体燃料燃烧器优选实施例的结构示意图；
图2为图1所示的底层布风板的结构示意图；
图3为图1所示的顶层布风板的结构示意图；
图4为图1所示的冷却腔体的俯视结构示意图；
图5为图1所示的冷却腔体的主视结构示意图；
图6为图1所示的壳底板的俯视结构示意图；
图7为图1所示的壳底板的主视结构示意图。
图中，1-冷却腔体，2-耐火纤维层，3-大孔泡沫陶瓷板，4-小孔泡沫陶瓷板，5-顶层布风板，6-底层布风板，7-螺钉，8-弹簧垫片，9-平垫圈，10-耐热钢支架，11-耐火纤维垫片，12-冷却风进口，13-支撑柱，14-壳底板，15-混合气进口，16-冷却风出口。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
参照图1，图1为本发明双层多孔泡沫陶瓷板纯预混气体燃料燃烧器优选实施例的结构示意图。
本优选实施例中，双层多孔泡沫陶瓷板纯预混气体燃料燃烧器，包括壳体、大孔泡沫陶瓷板3、小孔泡沫陶瓷板4、顶层布风板5以及底层布风板6，其中，壳体包括环状结构的冷却腔体1以及安装于冷却腔体1上的壳底板14，冷却腔体1设有用于供冷却风通过以对其进行冷却的冷却腔室，冷却腔体1的底部设有与冷却腔室连通的冷却风进口12，冷却腔体1的顶部设有与冷却腔室连通的冷却风出口16，在冷却腔体1形成的环状中空的框架中，由上至下依次设置大孔泡沫陶瓷板3、小孔泡沫陶瓷板4、顶层布风板5、底层布风板6以及壳底板14，壳底板14上设有供燃料与空气的混合气体进入框架中的混合气进口15，燃料与空气的混合气体经混合气进口15进入到框架中，经底层布风板6和顶层布风板5使混合气体分布均匀，进入小孔泡沫陶瓷板4中进一步混合后进入到大孔泡沫陶瓷板3内燃烧。
大孔泡沫陶瓷板3和小孔泡沫陶瓷板4采用氧化锆或碳化硅。大孔泡沫陶瓷板3属于燃烧区，使用的多孔介质材料是大孔径的泡沫陶瓷，陶瓷具有良好的耐高温特性和不易烧坏的优点，以适用于高热值气体燃料（如天然气）的燃烧。小孔泡沫陶瓷板4属于预热区，使用的多孔介质材料是小孔径的泡沫陶瓷，一方面可以有效储存燃烧区产生的热量，对燃料混合气进行预热，另一方面由于其孔径小于火焰的焠熄直径，可以防止燃烧过程中由于操作不当或其他原因引起的回火，同时，小孔泡沫陶瓷板4也可以起到均匀混合气体（燃料与空气）的作用，从而达到提高燃烧反应速率的作用。冷却腔体1可采用耐热钢0Cr18Ni9焊接而成，顶层布风板5和底层布风板6的材料也可选用0Cr18Ni9加工而成。根据被加热物料的尺寸，加热面可以由多个方形的燃烧器拼接成一定长度和宽度的多孔介质燃烧器。
具体地，参照图1，大孔泡沫陶瓷板3的下表面与小孔泡沫陶瓷板4的上表面相接触设置；底层布风板6和顶层布风板5之间、壳底板14与底层布风板6之间、以及顶层布风板5与小孔泡沫陶瓷板4之间均设有间隙。参照图5和图6，冷却风出口16设置有多个，多个冷却风出口16在冷却腔体1的顶端均匀分布，从而提高了对冷却腔体1降温的效果。底层布风板6和顶层布风板5之间设有间隙，可使混合气体的分布更加均匀。
具体地，大孔泡沫陶瓷板3的平均孔径为25~35mm，孔隙率为75~85%，孔的排列方式为无序，厚度为20~45mm，孔的排列方式为直通式；小孔泡沫陶瓷板4的平均孔径为0.3~0.5mm，孔隙率为75~85%，孔的排列方式为无序，厚度为15~40mm，孔的排列方式为直通式。
参照图2，底层布风板6正对于混合气进口15处为实心部分，实心部分的面积大于或等于混合气进口15的横截面积，底层布风板6环绕其实心部分设有多个第一透气孔，多个第一透气孔的总面积为底层布风板6面积的35~36%。参照图1和图3，顶层布风板5正对于底层布风板6的区域设有多个第二透气孔，多个第二透气孔的总面积为底层布风板6面积的56~57%。底层布风板6上第一透气孔的孔径为2mm，相邻两第一透气孔圆心之间的间距为4mm，相邻两排第一透气孔的间距为2mm。顶层布风板5上的第二透气孔的孔径为2mm，相邻两第二透气孔圆心之间的间距为12mm，相邻两排第二透气孔的间距为6mm。底层布风板6和顶层布风板5均采用导热性能良好的耐热钢板加工制成。底层布风板6和顶层布风板5上设置的第一透气孔和第二透气孔使得混合气体的气流分布均匀，从而提高了燃烧火焰分布的均匀性。
本双层多孔泡沫陶瓷板纯预混气体燃料燃烧器的工作原理如下：空气和燃气的混合气体经混合气进口15进入到框架中，经底层布风板6和顶层布风板5上设置的第一透气孔和第二透气孔使得气流分布均匀，再进入到小孔泡沫陶瓷板4中，气流在小孔泡沫陶瓷板4中进一步均匀后，进入到大孔泡沫陶瓷板3中进行燃烧，同时，冷却风进入到冷却腔室中对冷却腔体1进行冷却。
本实施例提出的双层多孔泡沫陶瓷板纯预混气体燃料燃烧器，设置冷却腔体1从而避免燃烧器的壳体温度过高，防止壳体变形。另外，设置有顶层布风板5和底层布风板6，从而提高了燃烧火焰分布的均匀性，从而提高了加热的均匀性。同时，多孔介质预混燃烧与以自由火焰为特征的空间燃烧相比，具有较小的贫燃极限、较高的燃烧速率和稳定性、负荷调节范围广、燃烧强度高、燃烧器体积小等优点，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。
进一步地，大孔泡沫陶瓷板3的孔内壁沉积有用于助燃的催化剂，从而对燃烧进行催化，提高了燃烧效率。具体采用化学沉积的方法在孔内壁附着催化剂。
进一步地，参照图1，本双层多孔泡沫陶瓷板纯预混气体燃料燃烧器还包括用于支撑小孔泡沫陶瓷板4的耐热钢支架11，该耐热钢支架11焊接在冷却腔体1的凸台上。耐热钢支架11为方形环状结构。底层布风板6通过螺钉7、弹簧垫片8以及平垫圈9安装在焊接于壳底板14的支撑柱13上。
进一步地，参照图1，大孔泡沫陶瓷板3和小孔泡沫陶瓷板4的侧壁与冷却腔体1相接触的位置均设有耐火纤维层2，小孔泡沫陶瓷板4的底端、顶层布风板5的底端与冷却腔体1相接触的位置均设有耐火纤维垫片11。耐火纤维垫片11为方形环状结构。通过设置耐火纤维垫片11和耐火纤维层2，从而避免冷却腔体1的温度过高。
参照图1至图7，本双层多孔泡沫陶瓷板纯预混气体燃料燃烧器，冷却腔体1形成的环状的框架为方形环状，当然也可以为圆形或其它多边形。具体几何参数取值如下：
h1：20~45mm； h2：15~40mm； h3：10~20mm；
h4：30~45mm； h5：12~25mm； L1：104~406mm；
L2：68~368mm； L3：100~400mm； L4：76~376mm；
L6：10~20 mm； L7：1~4mm； t：2~3mm；
a：6~12mm； b：2~4mm； φ1：59~76 mm；
φ2：10.7~17.2mm φ3：3~6mm； φ4：12~18 mm；
其中，h1-大孔泡沫陶瓷板3的厚度，h2-小孔泡沫陶瓷板4的厚度，h3-耐热钢支架11的底端与冷却腔体1的凸台之间的距离，h4-冷却腔体1的凸台与壳底板14的底端之间的距离，h5-支撑柱13的高度，L1-顶层布风板5的边长，L2-底层布风板6的边长，L3-大孔泡沫陶瓷板3和小孔泡沫陶瓷板4的边长，L4-壳底板14的边长，L5-冷却腔体1的边长，t-顶层布风板5、底层布风板6以及耐火纤维垫片11的厚度，a-耐热钢支架11的长度，b-耐热钢支架11的厚度，L6-冷却腔体1的厚度，L7-耐火纤维层2的厚度，φ1-混合气进口15的直径，φ2-冷却风进口12的直径，φ3-冷却风出口16的直径，φ4-支撑柱13的直径。
采用本双层多孔泡沫陶瓷板纯预混气体燃料燃烧器时，
气体燃料：天然气，高炉煤气，焦炉煤气，液化气，甲烷等；
空气流量（空气为常温，燃料以天然气为例）：2～52m3/h；
燃气流量（燃料以天然气为例）：0.2～5.5m3/h；
燃烧强度：150~330kW/m2；
燃烧效果：未燃烃，氮化物和硫化物含量低于40ppm，一氧化碳低于30ppm。
应用本燃烧器可以燃烧热值变化范围在800~5000kcal/m3（3344~20900kJ/m3）甚至以上的气体燃料。空气当量比可以在适当范围（0.6~1.0）变化，对应空气总量可以按照当量比计算。本发明的燃烧器可广泛应用于冶金、化工、能源等行业。使用本燃烧器后，空气或气体燃料均可不用在进入燃烧器前预热，未燃烃，氮化物和硫化物含量低于40ppm，一氧化碳低于30ppm。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种双层多孔泡沫陶瓷板纯预混气体燃料燃烧器，其特征在于，包括壳体、大孔泡沫陶瓷板、小孔泡沫陶瓷板、顶层布风板以及底层布风板，其中，所述壳体包括环状结构的冷却腔体以及安装于所述冷却腔体上的壳底板，所述冷却腔体设有用于供冷却风通过以对其进行冷却的冷却腔室，所述冷却腔体的底部设有与所述冷却腔室连通的冷却风进口，所述冷却腔体的顶部设有与所述冷却腔室连通的冷却风出口，在所述冷却腔体形成的环状中空的框架中，由上至下依次设置所述大孔泡沫陶瓷板、小孔泡沫陶瓷板、顶层布风板、底层布风板以及壳底板，所述壳底板上设有供燃料与空气的混合气体进入所述框架中的混合气进口，燃料与空气的混合气体经所述混合气进口进入到所述框架中，经底层布风板和顶层布风板使混合气体分布均匀，进入所述小孔泡沫陶瓷板中进一步混合后进入到所述大孔泡沫陶瓷板内燃烧。
2.如权利要求1所述的双层多孔泡沫陶瓷板纯预混气体燃料燃烧器，其特征在于，所述大孔泡沫陶瓷板的下表面与所述小孔泡沫陶瓷板的上表面相接触设置；所述底层布风板和所述顶层布风板之间、所述壳底板与所述底层布风板之间、以及所述顶层布风板与所述小孔泡沫陶瓷板之间均设有间隙。
3.如权利要求1所述的双层多孔泡沫陶瓷板纯预混气体燃料燃烧器，其特征在于，所述冷却风出口设置有多个，多个所述冷却风出口在所述冷却腔体的顶端均匀分布。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的双层多孔泡沫陶瓷板纯预混气体燃料燃烧器，其特征在于，所述大孔泡沫陶瓷板和小孔泡沫陶瓷板的侧壁与所述冷却腔体相接触的位置均设有耐火纤维层，所述小孔泡沫陶瓷板的底端、所述顶层布风板的底端与所述冷却腔体相接触的位置均设有耐火纤维垫片。
5.如权利要求4所述的双层多孔泡沫陶瓷板纯预混气体燃料燃烧器，其特征在于，所述大孔泡沫陶瓷板的孔内壁沉积有用于助燃的催化剂。
6.如权利要求5所述的双层多孔泡沫陶瓷板纯预混气体燃料燃烧器，其特征在于，所述底层布风板正对于所述混合气进口处为实心部分，所述实心部分的面积大于或等于所述混合气进口的横截面积，所述底层布风板环绕其实心部分设有多个第一透气孔，多个所述第一透气孔的总面积为所述底层布风板面积的35~36%。
7.如权利要求6所述的双层多孔泡沫陶瓷板纯预混气体燃料燃烧器，其特征在于，所述顶层布风板正对于所述底层布风板的区域设有多个第二透气孔，多个所述第二透气孔的总面积为所述底层布风板面积的56~57%。
8.如权利要求7所述的双层多孔泡沫陶瓷板纯预混气体燃料燃烧器，其特征在于，还包括用于支撑所述小孔泡沫陶瓷板的耐热钢支架，该耐热钢支架焊接在所述冷却腔体相对的两内侧壁上。
9.如权利要求8所述的双层多孔泡沫陶瓷板纯预混气体燃料燃烧器，其特征在于，所述底层布风板通过螺钉、弹簧垫片以及平垫圈安装在焊接于所述壳底板的支撑柱上。
10.如权利要求9所述的双层多孔泡沫陶瓷板纯预混气体燃料燃烧器，其特征在于，几何参数取值如下：
h1：20~45mm； h2：15~40mm； h3：10~20mm；
h4：30~45mm； h5：12~25mm； L1：104~406mm；
L2：68~368mm； L3：100~400mm； L4：76~376mm；
L6：10~20 mm； L7：1~4mm； t：2~3mm；
a：6~12mm； b：2~4mm； φ1：59~76 mm；
φ2：10.7~17.2mm φ3：3~6mm； φ4：12~18 mm；
其中，h1-大孔泡沫陶瓷板的厚度，h2-小孔泡沫陶瓷板的厚度，h3-耐热钢支架的底端与冷却腔体的凸台之间的距离，h4-冷却腔体的凸台与壳底板的底端之间的距离，h5-支撑柱的高度，L1-顶层布风板的边长，L2-底层布风板的边长，L3-大孔泡沫陶瓷板和小孔泡沫陶瓷板的边长，L4-壳底板的边长，L5-冷却腔体的边长，t-顶层布风板、底层布风板以及耐火纤维垫片的厚度，a-耐热钢支架的长度，b-耐热钢支架的厚度，L6-冷却腔体的厚度，L7-耐火纤维层的厚度，φ1-混合气进口的直径，φ2-冷却风进口的直径，φ3-冷却风出口的直径，φ4-支撑柱的直径。
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