CN105588129A - 一种蜂窝陶瓷多孔介质燃烧器及其使用方法 - Google Patents

一种蜂窝陶瓷多孔介质燃烧器及其使用方法 Download PDF

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萧琦
孟杰
王杏坤
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    • F23D14/12—Radiant burners
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Abstract

本发明属于低浓度预混气体燃烧技术领域，涉及一种蜂窝陶瓷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、挡块砖、蜂窝陶瓷多孔介质和绝热燃尽室；燃烧段壳体内部前端装有挡块砖和蜂窝陶瓷多孔介质，低浓度预混气体在蜂窝陶瓷多孔介质内预热并开始燃烧；燃烧段壳体内部后端为绝热燃尽室，为还未完全燃烧的低浓度预混气体提供充分反应的空间。本发明有效解决了低浓度预混气体的减排、利用问题，且具有安全稳定、燃烧效率高和设备成本低等优点。

Description

一种蜂窝陶瓷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，涉及一种蜂窝陶瓷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，通过设置以蜂窝陶瓷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：提供一种蜂窝陶瓷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：一种蜂窝陶瓷多孔介质燃烧器，其特征在于，它包括稳流段壳体、保温材料、燃烧段壳体、挡块砖、蜂窝陶瓷多孔介质、绝热燃尽室；
所述稳流段壳体与所述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，所述稳流段壳体及内部腔体采用渐扩形设置；
所述燃烧段壳体内部前端间隔设置两排所述挡块砖，两排所述挡块砖之间填充所述蜂窝陶瓷多孔介质，所述蜂窝陶瓷多孔介质材质为碳化硅、刚玉或刚玉莫来石，所述燃烧段壳体内部后端设置所述绝热燃尽室；
进一步地，所述燃烧段壳体内部所述蜂窝陶瓷多孔介质长度L1为0.5m～1m，所述绝热燃尽室长度L2为0.3m～0.5m，所述蜂窝陶瓷多孔介质与所述绝热燃尽室横截面积相同，均为A。
进一步地，所述蜂窝陶瓷多孔介质或所述绝热燃尽室横截面积A的确定依据公式：A＝CQ；公式中C为3.26×10-4h/m～7.48×10-4h/m；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m3/h。
进一步地，所述保温材料为低水泥浇注料或硅酸铝纤维。
进一步地，所述蜂窝陶瓷多孔介质包括“井”字形状的陶瓷薄壁和正方形的气流通道，所述正方形的气流通道的内切圆直径a为0.5mm～2.5mm，所述陶瓷薄壁的厚度b为0.3mm～1mm。
进一步地，所述蜂窝陶瓷多孔介质包括蜂窝形状的陶瓷薄壁和六边形的气流通道，所述六边形的气流通道的内切圆直径a为0.5mm～3mm，所述陶瓷薄壁的厚度b为0.3mm～1mm。
一种蜂窝陶瓷多孔介质燃烧器的使用方法，其包括以下步骤：
1)使用电热器或燃气将蜂窝陶瓷多孔介质加热至800℃～850℃；
2)将低浓度预混气体通入蜂窝陶瓷多孔介质燃烧器，低浓度预混气体通过稳流段壳体进入燃烧段壳体内部，先在蜂窝陶瓷多孔介质内部预热并被点燃，形成稳定的火焰，低浓度预混气体连续、稳定燃烧；
3)未完全燃烧的低浓度预混气体再进入后部绝热燃尽室内充分反应，生成700℃～930℃的高温烟气，烟气热量可供回收利用。
通入蜂窝陶瓷多孔介质燃烧器的低浓度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，其具有以下优点：1、蜂窝陶瓷多孔介质燃烧器以自然条件下无法燃烧的低浓度预混气体作为燃料，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、低浓度预混气体在蜂窝陶瓷多孔介质材料内预热的同时开始燃烧，安全性好；3、燃烧器壳体内部设置绝热燃尽室，燃烧器燃烧效率提高；4、采用工业生产中常用的蜂窝陶瓷作为多孔介质材料，燃烧器成本降低。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是本发明正方形气流通道的蜂窝陶瓷单体的结构示意图。
图3是本发明六边形气流通道的蜂窝陶瓷单体的结构示意图。
其中，稳流段壳体(1)、保温材料(2)、燃烧段壳体(3)、挡块砖(4)、蜂窝陶瓷多孔介质(5)、绝热燃尽室(6)、蜂窝陶瓷薄壁(7)、气流通道(8)。
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。燃用低浓度预混气体的蜂窝陶瓷多孔介质燃烧器，包括：稳流段壳体1、保温材料2、燃烧段壳体3、挡块砖4、蜂窝陶瓷多孔介质5、绝热燃尽室6。
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，用于减少多孔介质燃烧器散热损失；稳流段壳体1及内部腔体采用渐扩形设置，用以降低气流速度、稳定流动方向。
燃烧段壳体3内部前端间隔设置两排挡块砖4，两排挡块砖4之间填充蜂窝陶瓷多孔介质5，蜂窝陶瓷多孔介质材质5为碳化硅、刚玉或刚玉莫来石，挡块砖4的设置用于保护蜂窝陶瓷多孔介质5；燃烧段壳体2内部后端空腔为绝热燃尽室6，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内部蜂窝陶瓷多孔介质5长度L1为0.5m～1m；绝热燃尽室6长度L2为0.3m～0.5m，蜂窝陶瓷多孔介质5与绝热燃尽室6横截面积均为A(单位m2)，通常由公式A＝CQ确定；其中C为常数，一般取值为3.26×10-4～7.48×10-4(单位h/m)；Q为低浓度预混气体的体积流量(单位m3/h)。
图2为正方形气流通道的蜂窝陶瓷多孔介质5的结构形式。图2所示为蜂窝陶瓷多孔介质5沿垂直气流流动方向的局部剖面视图。蜂窝陶瓷多孔介质5由陶瓷制成图示“井”字形状的陶瓷薄壁7和正方形的气流通道8。其中，正方形的气流通道8的内切圆直径a为0.5mm～2.5mm；陶瓷薄壁7的厚度b为0.3mm～1mm。
图3为六边形气流通道的蜂窝陶瓷多孔介质5的结构形式。图3所示为蜂窝陶瓷多孔介质5沿垂直气流流动方向的局部剖面视图。蜂窝陶瓷多孔介质5由陶瓷制成图示蜂窝形状的陶瓷薄壁7和六边形的气流通道8。其中，六边形的气流通道8的内切圆直径a为0.5mm～3mm；陶瓷薄壁7的厚度b为0.3mm～1mm。
一种蜂窝陶瓷多孔介质燃烧器的使用方法，其步骤为：
1)首先使用电热器或燃气将蜂窝陶瓷多孔介质5加热至800℃～850℃；
2)然后将低浓度预混气体通入蜂窝陶瓷多孔介质燃烧器，低浓度预混气体通过稳流段壳体1减速、稳流后，进入燃烧段壳体3内部，在蜂窝陶瓷多孔介质5内部预热并被点燃，形成稳定的火焰，低浓度预混气体连续、稳定燃烧；
3)还未完全燃烧的低浓度预混气体再进入后部绝热燃尽室6内充分反应，生成700℃～930℃的高温烟气，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)

1.一种蜂窝陶瓷多孔介质燃烧器，其特征在于，它包括稳流段壳体、保温材料、燃烧段壳体、挡块砖、蜂窝陶瓷多孔介质、绝热燃尽室；
所述稳流段壳体与所述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，所述稳流段壳体及内部腔体采用渐扩形设置；
所述燃烧段壳体内部前端间隔设置两排所述挡块砖，两排所述挡块砖之间填充所述蜂窝陶瓷多孔介质，所述蜂窝陶瓷多孔介质材质为碳化硅、刚玉或刚玉莫来石，所述燃烧段壳体内部后端设置所述绝热燃尽室。
2.如权利要求1所述的一种蜂窝陶瓷多孔介质燃烧器，其特征在于，所述燃烧段壳体内部所述蜂窝陶瓷多孔介质长度L1为0.5m～1m，所述绝热燃尽室长度L2为0.3m～0.5m，所述蜂窝陶瓷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所述的一种蜂窝陶瓷多孔介质燃烧器，其特征在于，所述蜂窝陶瓷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＝CQ；公式中C为3.26×10-4h/m～7.48×10-4h/m；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m3/h。
4.如权利要求3所述的一种蜂窝陶瓷多孔介质燃烧器，其特征在于，所述保温材料为低水泥浇注料或硅酸铝纤维。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种蜂窝陶瓷多孔介质燃烧器，其特征在于，所述蜂窝陶瓷多孔介质包括“井”字形状的陶瓷薄壁和正方形的气流通道，所述正方形的气流通道的内切圆直径a为0.5mm～2.5mm，所述陶瓷薄壁的厚度b为0.3mm～1mm。
6.如权利要求5所述的一种蜂窝陶瓷多孔介质燃烧器，其特征在于，所述蜂窝陶瓷多孔介质包括“井”字形状的陶瓷薄壁和正方形的气流通道，所述正方形的气流通道的内切圆直径a为0.5mm～2.5mm，所述陶瓷薄壁的厚度b为0.3mm～1mm。
7.如权利要求1或2或3或4所述的一种蜂窝陶瓷多孔介质燃烧器，其特征在于，所述蜂窝陶瓷多孔介质包括蜂窝形状的陶瓷薄壁和六边形的气流通道，所述六边形的气流通道的内切圆直径a为0.5mm～3mm，所述陶瓷薄壁的厚度b为0.3mm～1mm。
8.如权利要求7所述的一种蜂窝陶瓷多孔介质燃烧器，其特征在于，所述蜂窝陶瓷多孔介质包括蜂窝形状的陶瓷薄壁和六边形的气流通道，所述六边形的气流通道的内切圆直径a为0.5mm～3mm，所述陶瓷薄壁的厚度b为0.3mm～1mm。
9.如权利要求1或2或3或4或6或8所述的一种蜂窝陶瓷多孔介质燃烧器的使用方法，其包括如下步骤：
1)使用电热器或燃气将蜂窝陶瓷多孔介质加热至800℃～850℃；
2)将低浓度预混气体通入蜂窝陶瓷多孔介质燃烧器，低浓度预混气体通过稳流段壳体进入燃烧段壳体内部，先在蜂窝陶瓷多孔介质内部预热并被点燃，形成稳定的火焰，低浓度预混气体连续、稳定燃烧；
3)未完全燃烧的低浓度预混气体再进入后部绝热燃尽室内充分反应，生成700℃～930℃的高温烟气，烟气热量可供回收利用。
10.如权利要求9所述的一种蜂窝陶瓷多孔介质燃烧器的使用方法，其特征在于，通入蜂窝陶瓷多孔介质燃烧器的低浓度预混气体的热值范围为:250Kcal/m3～420Kcal/m3。
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