CN106907711B - 一种径向分层带相变蓄热的多孔介质燃烧器 - Google Patents

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Abstract

一种径向分层带相变蓄热的多孔介质燃烧器，涉及一种多孔介质燃烧器，所述燃烧器包括保温层、作为燃烧区的小陶瓷球层和大陶瓷球层、泡沫陶瓷层、均流板、燃气入口、空气入口；燃烧器中心设置中心筒，中心筒内填充相变材料层，小陶瓷球层和大陶瓷球层按径向间隔布置；其中心筒顶部开口，中心筒底部封闭。该燃烧器抑制了多孔介质火焰传播不稳定现象，提高燃烧稳定性。该燃烧器可以燃烧石油液化气和天然气等普通燃料，还可以燃烧热值接近于4000kJ/m3的低热值气体燃料。

Description

一种径向分层带相变蓄热的多孔介质燃烧器
技术领域
本发明涉及一种多孔介质燃烧器，特别是涉及一种径向分层带相变蓄热的多孔介质燃烧器。
背景技术
能源供需矛盾突出、环境污染日趋严重和生态遭到持续破坏等是我国经济发展面临的主要问题。因此提高能源利用率，实现能源的洁净利用是解决以上问题的重要方法。
多孔介质燃烧技术，具有适用范围广、可调功率范围大、污染物排放低等的优点，在世界范围内成为一个新兴的研究热点正受到越来越广泛的研究和关注。利用多孔介质燃烧技术还可以实现热值极低的有机或工业废气的稳定燃烧、燃料重整、煤的气化和超绝热发动机的开发等，具有广阔的应用范围和发展前景。研究多孔介质燃烧技术，将有助于我国节约能源、提高用能水平，缓解能源供需的矛盾，同时可以减轻环境污染。
目前市场上多孔介质燃烧技术应用很多，公开号为101929676A的发明专利“一种催化多孔介质燃烧器”，其燃烧室布置泡沫陶瓷和催化金属纤维毡，预混气体通过金属纤维毡催化燃烧，能够降低燃烧温度，减少污染物排放。公开号为101158469的发明专利“一种分段式多孔陶瓷介质气体燃料燃烧器”， 其燃烧器由上至下依次设置大孔多孔介质和小孔多孔介质，预混气体可以在两种孔隙率材料交界面附近燃烧。公开号CN2484481Y的发明专利“渐变型多孔介质燃烧器”，其燃烧器沿轴向依次布置不同孔隙率多孔介质材料，提高了燃烧器的燃烧效率，降低了污染物的排放。
以上多孔介质燃烧技术的应用中，均面临多孔介质中火焰燃烧出现的不稳定问题。由于多孔介质特有的结构不均的问题，导致可燃气体在多孔介质燃烧过程中发生倾斜和破裂，造成燃烧器内部负荷分配不均，燃烧不稳定，污染物排放增加，最终导致熄火，这些不稳定问题严重制约多孔介质燃烧技术的推广。近年来，相变材料以其相变潜热的特点得到了广泛推广，但将高温相变材料应用到多孔介质燃烧技术中，还没有相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种径向分层带相变蓄热的多孔介质燃烧器，该燃烧器通过改变燃烧区多孔介质径向孔隙率分布和增加燃烧器中心筒相变蓄热的方法，解决了现有技术中多孔介质火焰倾斜和破裂的问题，降低了多孔介质燃烧器燃烧效率，降低了污染物排放量。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的优点与效果是：
1.本发明燃烧区径向的多孔介质孔隙率分布，小陶瓷球层孔隙率小于大陶瓷球层，从而增大了大陶瓷球层燃烧区燃烧负荷，降低了小陶瓷球层燃烧区燃烧负荷，进而减少了燃烧器壁面的散热，提高了多孔介质燃烧器的燃烧效率。
2、本发明在燃烧器中心布置了中心筒，内部填充相变材料层，通过相变蓄热强化了燃烧器蓄热能力。当多孔介质燃烧器中火焰锋面发生倾斜和破裂现象时，中心筒内相变材料层能够吸收倾斜或破裂火焰的高温燃烧区热量转化为相变热，同时释放相变热给低温燃烧区，抑制了火焰传播过程中的不稳定现象，降低了污染物排放量，增强了燃烧稳定性。
附图说明
图1为本发明装置的示意图。
其中：1、保温层，2、小陶瓷球层，3、大陶瓷球层，4、中心筒，5、相变材料层，6、泡沫陶瓷层，7、均流板，8、燃气入口，9、空气入口。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。
实施例
根据图1详细说明本发明的具体结构。本发明采用燃气和空气预混燃烧的方式，包括保温层、小陶瓷球层、大陶瓷球层、中心筒、相变材料层、泡沫陶瓷层、均流板、燃气入口和空气入口。燃烧器由壁面向中心依次布置保温层1、小陶瓷球层2、大陶瓷球层3、中心筒4、相变材料层5。燃烧器内小陶瓷球层和大陶瓷球层向下依次布置泡沫陶瓷层6、均流板7、燃气入口8和空气入口9。中心筒4底部封闭，顶部开口。
具体工作原理如下：
大陶瓷球层和小陶瓷球层沿燃烧器径向间隔布置，大陶瓷球在内，小陶瓷球在外，燃烧区多孔介质中孔隙率外小内大，小陶瓷球层气流阻力高于大陶瓷球层气流阻力，燃烧过程中增加了大陶瓷球层燃气流量，减少了小陶瓷球层燃气流量，因此增大了大陶瓷球层燃烧区域燃烧负荷，降低了小陶瓷球燃烧区域燃烧负荷，进而减少了燃烧器外部的散热，提高了燃烧器燃烧效率。中心筒底部封闭，顶部开口，能够适应内部相变材料相变过程中的容积变化。相变材质采用高温相变材料，相变材料通过中心筒壁面进行换热。当燃烧器内多孔介质中火焰锋面发生倾斜或破裂的不稳定现象时，燃烧器内部燃烧负荷分配不均，燃烧区域局部温度高，局部温度低，中心筒内相变材料热吸收高温燃烧区域热量，加热低温燃烧区域，提高燃烧区域负荷分配均匀性，从而提高了燃烧器火焰的稳定性，降低了污染物的排放。
燃气和空气混合后通过均流板及泡沫陶瓷在陶瓷球孔隙间燃烧。布置的大陶瓷球层和小陶瓷球层改变了径向孔隙率分布，增大了大陶瓷球层燃烧负荷；中心筒内相变材料通过相变作用吸收和释放相变潜热，燃烧器内部负荷分配不均时，中心筒内的相变材料吸收高温燃烧区热量，同时加热低温燃烧区。该燃烧器抑制了多孔介质火焰传播不稳定现象，提高燃烧稳定性。该燃烧器可以燃烧石油液化气和天然气等普通燃料，还可以燃烧热值接近于4000kJ/m3的低热值气体燃料。

Claims (1)

1.一种径向分层带相变蓄热的多孔介质燃烧器，其特征在于，所述燃烧器包括保温层（1）、作为燃烧区的小陶瓷球层（2）和大陶瓷球层（3）、泡沫陶瓷层（6）、均流板（7）、燃气入口（8）、空气入口（9）；燃烧器由壁面向中心依次布置保温层（1）、小陶瓷球层（2）、大陶瓷球层（3）、中心筒（4）、相变材料层（5）；燃烧器内小陶瓷球层（2）和大陶瓷球层向下依次布置泡沫陶瓷层（6）、均流板（7）、燃气入口（8）和空气入口（9）；中心筒（4）底部封闭，顶部开口；
所述的小陶瓷球层（2）孔隙率小于大陶瓷球层（3）。
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