CN105588128A - 一种堆积陶瓷小球多孔介质燃烧器及其使用方法 - Google Patents

一种堆积陶瓷小球多孔介质燃烧器及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于低浓度预混气体燃烧技术领域，涉及一种堆积陶瓷小球多孔介质燃烧器及其使用方法，以浓度低于爆炸极限下限的预混气体作为燃料。本发明的创新点在于：设置稳流段壳体、保温材料、燃烧段壳体、燃烧室、绝热燃尽室、喷口腔；燃烧段壳体内部前端燃烧室装有挡块砖和堆积陶瓷小球多孔介质，低浓度预混气体在堆积陶瓷小球多孔介质内预热并开始燃烧；燃烧段壳体内部中部为绝热燃尽室，为还未完全燃烧的低浓度预混气体提供充分反应的空间；燃烧段壳体后部为喷口腔，完全燃烧后的烟气通过此腔形成高速气流喷出，以提高对受热工件的加热效率。本发明适用于含杂质或粉尘较多的低浓度预混气体，多孔介质材料使用寿命长，燃烧器易于安装、维护。

Description

一种堆积陶瓷小球多孔介质燃烧器及其使用方法
技术领域
本发明属于低浓度预混气体燃烧技术领域，涉及一种堆积陶瓷小球多孔介质燃烧器及其使用方法，以浓度低于爆炸极限下限、热值250Kcal/m3～420Kcal/m3的预混气体作为燃料，通过设置以堆积陶瓷小球作为多孔介质的预热区和燃烧区，保证低浓度、低热值预混气体稳定、完全燃烧。本技术适用于以石油、化工行业的工艺尾气或煤炭行业的抽排瓦斯等各种低浓度、低热值预混气体作为燃料的燃烧装置。
背景技术
石油、煤炭在开采过程中产生大量低浓度、低热值伴生气、煤矿瓦斯；石油、化工、制造、冶金、制药等行业在生产中也会产生大量低浓度、低热值工艺尾气，如炼油厂尾气、油页岩炼油尾气、制备活性炭尾气等。部分伴生气、煤层气或工艺尾气浓度可能在爆炸极限下限以下，低热值通常在250Kcal/m3～420Kcal/m3，在自然条件不能连续、稳定燃烧，因此通常无法利用。如果直接排放，不但浪费能源而且污染环境。目前的利用方法有掺混其它燃料提高热值或高热值气体伴烧等；这些方法在利用低浓度、低热值预混气体的同时要消耗大量优质燃料，限制了低浓度、低热值气体的利用范围，同时利用成本提高、经济效益降低。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种堆积陶瓷小球多孔介质燃烧器及其使用方法，以浓度低于爆炸极限下限、热值250Kcal/m3～420Kcal/m3的预混气体作为燃料，实现低浓度、低热值预混气体稳定、完全燃烧，使燃烧产生热量得到利用。
为了克服现有技术的缺点和不足，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种堆积陶瓷小球多孔介质燃烧器，其特征在于，它包括稳流段壳体、保温材料、燃烧段壳体、燃烧室、绝热燃尽室和喷口腔；
所述稳流段壳体及内部腔体沿气流运动方向设置为渐扩形；所述稳流段壳体与燃烧段壳体通过法兰连接；所述稳流段壳体与所述燃烧段壳体内衬有保温材料；
所述燃烧段壳体内部腔体沿气流运动方向依次设置为所述燃烧室、所述绝热燃尽室和所述喷口腔；所述燃烧室内两端设置两排挡块砖，两排所述挡块砖之间填充堆积陶瓷小球多孔介质，所述堆积陶瓷小球多孔介质是由一个以上的陶瓷小球堆积而成，所述陶瓷小球材质为莫来石或刚玉，所述燃烧室顶部和底部分别设置有装球口和卸球口；所述燃烧段壳体内中部腔体设置为所述绝热燃尽室，所述燃烧段壳体后部渐缩形腔体为所述喷口腔。
进一步地，所述燃烧室内所述堆积陶瓷小球多孔介质长度L1为0.45m～0.8m；所述绝热燃尽室长度L2为0.2m～0.4m，所述堆积陶瓷小球多孔介质与所述绝热燃尽室横截面积相同。
进一步地，所述堆积陶瓷小球多孔介质与所述绝热燃尽室横截面积A的确定依据公式：A＝C1·Q·(1-C2·d2)1/2；其中C1为常数，单位为h/m，取值范围3.58×10-4～8.24×10-4；C2为常数，单位为1/mm2，取值范围1.59×10-4～1.76×10-4；Q为所述蜂窝陶瓷多孔介质或绝热燃尽室内通入的低浓度预混气体的体积流量，单位为m3/h；d为陶瓷小球直径，单位为mm。
进一步地，所述喷口腔的出口直径为D，所述喷口腔的长度为L3，所述喷口腔的长度L3为所述喷口腔的出口直径D的1～2倍。
进一步地，所述保温材料为低水泥浇注料或硅酸铝纤维板。
进一步地，所述陶瓷小球直径d为5mm～25mm。
当低浓度预混气体为含较多杂质或粉尘的气体时，优选地，所述陶瓷小球为光面陶瓷小球，球体直径d为5mm～25mm。
当低浓度预混气体为不含杂质的较清洁气体时，优选地，所述陶瓷小球为带沟槽陶瓷小球，球体直径d为15mm～25mm，所述沟槽宽度为2mm～5mm，所述沟槽深度为2mm～3mm。
一种堆积陶瓷小球多孔介质燃烧器的使用方法，其包括以下步骤：
1)使用前，先通过装球口向燃烧室内填充陶瓷小球并形成堆积陶瓷小球多孔介质，然后使用电热器或燃气将堆积陶瓷小球多孔介质加热至800℃～850℃；
2)将低浓度预混气体通入堆积陶瓷小球多孔介质燃烧器，稳流后进入燃烧室即可在堆积陶瓷小球多孔介质内部形成稳定的火焰，低浓度预混气体连续、稳定燃烧；
3)少量未燃烧低浓度预混气体进入绝热燃尽室燃烧，形成完全燃烧后700℃～930℃的高温烟气；
4)烟气经喷口腔高速喷出，烟气热量可供回收利用。
通入堆积陶瓷小球多孔介质燃烧器的预混气体的热值范围为：250Kcal/m3～420Kcal/m3。
本发明由于采取以上技术方案，具有以下优点：1、堆积陶瓷小球多孔介质燃烧器以自然条件下无法燃烧的低浓度预混气作为燃料，回收、利用大量能源，同时为解决低浓度废气处理、减排问题提供一种技术方案；2、燃烧器壳体内部设置燃烧室、绝热燃尽室和喷口腔，提高了燃烧器的燃烧效率及对后续受热工件的加热效率；3、采用陶瓷小球作为多孔介质材料，装球、卸球方便快速，同时陶瓷小球上所粘附的杂质可通过清洁去除，安装、维护方便，使用寿命长；4、采用陶瓷小球作为多孔介质材料，适用于含杂质或粉尘较多的低浓度预混气体，适应性广。
附图说明
图1是本发明实施例的堆积陶瓷小球多孔介质燃烧器结构图。
图2是本发明光面陶瓷小球单体的结构示意图。
图3是本发明带沟槽陶瓷小球单体的结构示意图。
其中，稳流段壳体(1)、保温材料(2)、燃烧段壳体(3)、燃烧室(4)、装球口(41)、卸球口(42)、绝热燃尽室(5)、喷口腔(6)、挡块砖(7)、堆积陶瓷小球多孔介质(8)、陶瓷小球(9)、光面陶瓷小球(91)、带沟槽陶瓷小球(92)、沟槽(93)。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
图1为本发明的一种实施方式。一种堆积陶瓷小球多孔介质燃烧器，包括：稳流段壳体1、保温材料2、燃烧段壳体3、燃烧室4、绝热燃尽室5和喷口腔6。
稳流段壳体1及内部腔体沿气流运动方向设置为渐扩形，用以降低气流速度、稳定流动方向，稳流段壳体1与燃烧段壳体3通过法兰连接；稳流段壳体1与燃烧段壳体3内衬有保温材料2，保温材料2为低水泥浇注料或硅酸铝纤维板，用于减少多孔介质燃烧器散热损失。
燃烧段壳体3内部腔体沿气流运动方向依次设置为燃烧室4、绝热燃尽室5和喷口腔6三部分，燃烧段壳体3内前端燃烧室4内前后间隔设置两排挡块砖7，两排挡块砖7之间填充堆积陶瓷小球多孔介质8，挡块砖7的设置用于保护堆积陶瓷小球多孔介质8。堆积陶瓷小球多孔介质8是由一个以上的陶瓷小球9堆积而成，陶瓷小球9材质为莫来石或刚玉，燃烧室4顶部设置有装球口41，用于装入堆积陶瓷小球多孔介质8，燃烧室4底部设置有卸球口42，用于快速轻便的卸出堆积陶瓷小球多孔介质8。
燃烧段壳体3中部腔体设置为绝热燃尽室5，为还未完全燃烧的低浓度预混气体提供充分反应的空间。
燃烧段壳体3后部渐缩形腔体为喷口腔6，完全燃烧后的烟气通过此腔形成高速气流喷出，以提高对后续受热工件的加热效率。
上述实施例中，燃烧室4内堆积陶瓷小球多孔介质8长度L1为0.45m～0.8m；绝热燃尽室5长度L2为0.2m～0.4m。堆积陶瓷小球多孔介质8与绝热燃尽室5横截面积均为A(单位m2)，由经验公式A＝C1·Q·(1-C2·d2)1/2确定；其中C1为常数(单位h/m)，取值范围3.58×10-4～8.24×10-4；C2为常数(单位1/mm2)，取值范围1.59×10-4～1.76×10-4；Q为低热值预混气体的体积流量(单位m3/h)；d为陶瓷小球直径(单位mm)。喷口腔6的出口直径为D，喷口腔6的长度为L3，通常喷口腔6的长度L3为喷口腔的出口直径D的1～2倍。
如图2所示，当低浓度预混气体为含较多杂质或粉尘的气体时，优先选用光面陶瓷小球91。光面陶瓷小球91为表面光滑的球体，球体直径d为5mm～25mm。
如图3所示，当低浓度预混气体为不含杂质的较清洁气体时，优先选用带沟槽陶瓷小球92，其传热表面积大、燃烧效率高。带沟槽陶瓷小球92为表面开设沟槽93的球体，球体直径d为15mm～25mm，沟槽93宽度为2mm～5mm，沟槽93深度为2mm～3mm。
一种堆积陶瓷小球多孔介质燃烧器的使用方法，其步骤为：
1)在使用前，先通过装球口42向燃烧室4内填充陶瓷小球9并形成堆积陶瓷小球多孔介质8，然后使用电热器或燃气将堆积陶瓷小球多孔介质8加热至800℃～850℃；
2)将低浓度预混气体通入堆积陶瓷小球多孔介质燃烧器，稳流后进入燃烧室4即可在堆积陶瓷小球多孔介质8内部形成稳定的火焰，低浓度预混气体连续、稳定燃烧；
3)少量未燃烧低浓度预混气体在绝热燃尽室5燃烧，形成完全燃烧后700℃～930℃的高温烟气；
4)烟气经喷口腔6高速喷出，烟气热量可供回收利用。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种堆积陶瓷小球多孔介质燃烧器，其特征在于，它包括稳流段壳体、保温材料、燃烧段壳体、燃烧室、绝热燃尽室和喷口腔；
所述稳流段壳体及内部腔体沿气流运动方向设置为渐扩形；所述稳流段壳体与燃烧段壳体通过法兰连接；所述稳流段壳体与所述燃烧段壳体内衬有保温材料；
所述燃烧段壳体内部腔体沿气流运动方向依次设置为所述燃烧室、所述绝热燃尽室和所述喷口腔；所述燃烧室内两端设置两排挡块砖，两排所述挡块砖之间填充堆积陶瓷小球多孔介质，所述堆积陶瓷小球多孔介质是由一个以上的陶瓷小球堆积而成，所述陶瓷小球材质为莫来石或刚玉，所述燃烧室顶部和底部分别设置有装球口和卸球口；所述燃烧段壳体内中部腔体设置为所述绝热燃尽室，所述燃烧段壳体后部渐缩形腔体为所述喷口腔。
2.如权利要求1所述的一种堆积陶瓷小球多孔介质燃烧器，其特征在于，所述燃烧室内所述堆积陶瓷小球多孔介质长度L1为0.45m～0.8m，所述绝热燃尽室长度L2为0.2m～0.4m，所述堆积陶瓷小球多孔介质与所述绝热燃尽室横截面积相同。
3.如权利要求2所述的一种堆积陶瓷小球多孔介质燃烧器，其特征在于，所述堆积陶瓷小球多孔介质与所述绝热燃尽室横截面积A的确定依据公式：A＝C1·Q·(1-C2·d2)1/2；其中C1为常数，单位为h/m，取值范围3.58×10-4～8.24×10-4；C2为常数，单位为1/mm2，取值范围1.59×10-4～1.76×10-4；Q为所述蜂窝陶瓷多孔介质或绝热燃尽室内通入的低浓度预混气体的体积流量，单位为m3/h；d为陶瓷小球直径，单位为mm。
4.如权利要求3所述的一种堆积陶瓷小球多孔介质燃烧器，其特征在于，所述喷口腔的出口直径为D，所述喷口腔的长度为L3，所述喷口腔的长度L3为所述喷口腔的出口直径D的1～2倍。
5.如权利要求4所述的一种堆积陶瓷小球多孔介质燃烧器，其特征在于，所述保温材料为低水泥浇注料或硅酸铝纤维板。
6.如权利要求5所述的一种堆积陶瓷小球多孔介质燃烧器，其特征在于，所述陶瓷小球球体直径d为5mm～25mm。
7.如权利要求6所述的一种堆积陶瓷小球多孔介质燃烧器，其特征在于，当低浓度预混气体为含较多杂质或粉尘的气体时，所述陶瓷小球为光面陶瓷小球，球体直径d为5mm～25mm。
8.如权利要求6所述的一种堆积陶瓷小球多孔介质燃烧器，其特征在于，当低浓度预混气体为不含杂质的较清洁气体时，所述陶瓷小球为带沟槽陶瓷小球，球体直径d为15mm～25mm，所述沟槽宽度为2mm～5mm，所述沟槽深度为2mm～3mm。
9.如权利要求1-8中任一项所述的一种堆积陶瓷小球多孔介质燃烧器的使用方法，其包括以下步骤：
1)使用前，先通过装球口向燃烧室内填充陶瓷小球并形成堆积陶瓷小球多孔介质，然后使用电热器或燃气将堆积陶瓷小球多孔介质加热至800℃～850℃；
2)将低浓度预混气体通入堆积陶瓷小球多孔介质燃烧器，稳流后进入燃烧室即可在堆积陶瓷小球多孔介质内部形成稳定的火焰，低浓度预混气体连续、稳定燃烧；
3)少量未燃烧低浓度预混气体进入绝热燃尽室燃烧，形成完全燃烧后700℃～930℃的高温烟气；
4)烟气经喷口腔高速喷出，烟气热量可供回收利用。
10.如权利要求9所述的一种堆积陶瓷小球多孔介质燃烧器的使用方法，其特征在于，通入堆积陶瓷小球多孔介质燃烧器的预混气体的热值范围为：250Kcal/m3～420Kcal/m3。
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