CN109185882A - 一种渐扩式多孔介质燃烧器 - Google Patents

Abstract

一种渐扩式多孔介质燃烧器，包括外壳、多孔介质及挡板砖，外壳燃烧端为圆锥结构或四方锥结构，外壳进气端为圆柱结构或四方柱结构；多孔介质填充在外壳的燃烧端壳体内部，挡板砖位于多孔介质与外壳进气端之间；在外壳进气端壳体侧壁上开设有空气进气口，在外壳进气端壳体轴端壁面上开设有燃气进气口，燃气进气口与空气进气口的进气方向相垂直；外壳燃烧端的锥度范围为0～45°；多孔介质具有四种填充方式，分别为均一式填充方式、轴向阶跃式填充方式、径向阶跃式填充方式和轴向渐变式填充方式。本发明的渐扩式多孔介质燃烧器，能够有效解决火焰分布不均和火焰不稳定现象，具有功率调节范围大、燃烧更加充分及燃烧效率更高的特点。

Description

一种渐扩式多孔介质燃烧器

技术领域

本发明属于燃烧器技术领域，特别是涉及一种渐扩式多孔介质燃烧器。

背景技术

随着经济的发展，能源和环境问题越来越成为人们关注的重点，由于化石燃料的不断减少，为了建立可持续发展的经济模式、改善能源结构和能源消费方式及提高能源有效利用率，必须充分利用工业生产及能源生产中的各种低热值燃气，以实现常规能源的高效清洁利用。但是，低热值燃气的可燃成分稀薄，使用常规燃烧技术难以有效利用，而如何实现低热值燃气的有效燃烧并减缓直接排放造成的环境问题一直都是亟待解决的难题。

近年来，寻找更为高效和低排放的燃烧技术的过程一直在持续进行，而在诸多强化燃烧和控制排放的新技术中，多孔介质燃烧器以其独特的优势越来越受到人们的关注。多孔介质本身具有热能积累和反馈效应，其比表面积大，气体和固体之间可进行充分的热交换，同时由于固体本身的比热容远大于气体的比热容，可燃气体燃烧时释放的热量经对流换热存储在固体内，其中的一部分再以热福射的形式反馈到上游，并可用来预热未燃的可燃气体。

现有的多孔介质燃烧器种类已有不少，但基本上都是轴向等宽的圆柱形或长方体形结构的燃烧器，而实践探究中出现，此类结构的燃烧器存在火焰分布不均和火焰不稳定的现象，会造成火焰面附近温度梯度陡、温度分布不均、局部温度过高及燃烧不完全，同时会导致燃烧器的壁面热损失严重，从而降低了燃烧效率，也缩短了燃烧器的使用寿命。

因此，开发一种能够有效解决火焰分布不均和火焰不稳定现象、功率调节范围大、燃烧更加充分、燃烧效率更高的新型多孔介质燃烧器势在必行。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种渐扩式多孔介质燃烧器，能够有效解决火焰分布不均和火焰不稳定现象，具有功率调节范围大、燃烧更加充分及燃烧效率更高的特点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种渐扩式多孔介质燃烧器，包括外壳、多孔介质及挡板砖，所述外壳的燃烧端为圆锥结构或四方锥结构，外壳的进气端为圆柱结构或四方柱结构；所述多孔介质填充在外壳的燃烧端壳体内部，所述挡板砖位于多孔介质与外壳进气端之间；在所述外壳进气端的壳体侧壁上开设有空气进气口，在外壳进气端的壳体轴端壁面上开设有燃气进气口，燃气进气口与空气进气口的进气方向相垂直。

所述外壳燃烧端的锥度范围为0～45°。

所述多孔介质具有四种填充方式，分别为均一式填充方式、轴向阶跃式填充方式、径向阶跃式填充方式和轴向渐变式填充方式。

当所述多孔介质采用均一式填充方式时，多孔介质的孔隙率为50％～90％，多孔介质的孔径为10PPI～60PPI，多孔介质中孔的排列方式为直通或无序。

当所述多孔介质采用轴向阶跃式填充方式时，多孔介质在轴向方向上设为两层，第一层为预热层，第二层为燃烧层，且预热层与挡板砖相邻；所述预热层多孔介质及燃烧层多孔介质的孔隙率均大于80％，预热层多孔介质的孔径为50PPI～60PPI，燃烧层多孔介质的孔径为8PPI～30PPI；所述多孔介质中孔的排列方式为直通或无序。

当所述多孔介质采用径向阶跃式填充方式时，多孔介质在轴向方向上设为两层，第一层为预热层，第二层为燃烧层，且预热层与挡板砖相邻；所述燃烧层多孔介质沿径向方向又分为中心层和若干环层；所述预热层多孔介质及燃烧层多孔介质的孔隙率均大于80％，预热层多孔介质的孔径为50PPI～60PPI，燃烧层多孔介质的孔径为8PPI～30PPI；所述多孔介质中孔的排列方式为直通或无序；所述燃烧层多孔介质的孔径由中心层至环层方向逐级增加或递减。

当所述多孔介质采用轴向渐变式填充方式时，多孔介质在轴向方向上设为至少三层，且分为挡板砖相邻层或若干挡板砖间隔层；所述多孔介质的孔隙率为50％～90％，多孔介质中孔的排列方式为直通或无序；所述多孔介质的孔径由挡板砖相邻层至挡板砖间隔层方向逐级递减。

在所述挡板砖上开设有若干通孔，挡板砖上通孔的平均孔径为2～4mm，挡板砖上通孔的孔隙率为80％～90％，挡板砖的厚度为10～50mm，挡板砖上通孔的排布方式为正交排列方式、环形排布方式或平行外壳轴线方向排布方式。

本发明的有益效果：

本发明的渐扩式多孔介质燃烧器，能够有效解决火焰分布不均和火焰不稳定现象，具有功率调节范围大、燃烧更加充分及燃烧效率更高的特点。

附图说明

图1为本发明的一种渐扩式多孔介质燃烧器(多孔介质采用均一式填充方式)的结构示意图；

图2为图1的俯视图(外壳的燃烧端为圆锥结构)；

图3为图1的俯视图(外壳的燃烧端为四方锥结构)；

图4为本发明的一种渐扩式多孔介质燃烧器(多孔介质采用轴向阶跃式填充方式)的结构示意图；

图5为本发明的一种渐扩式多孔介质燃烧器(多孔介质采用径向阶跃式填充方式且燃烧层多孔介质的孔径由中心层至环层方向逐级增加)的结构示意图；

图6为图5的俯视图(外壳的燃烧端为圆锥结构)；

图7为本发明的一种渐扩式多孔介质燃烧器(多孔介质采用径向阶跃式填充方式且燃烧层多孔介质的孔径由中心层至环层方向逐级递减)的结构示意图；

图8为图7的俯视图(外壳的燃烧端为圆锥结构)；

图9为本发明的一种渐扩式多孔介质燃烧器(多孔介质采用轴向渐变式填充方式)的结构示意图；

图中，1—外壳，2—多孔介质，3—挡板砖，4—空气进气口，5—燃气进气口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～9所示，一种渐扩式多孔介质燃烧器，包括外壳1、多孔介质2及挡板砖3，所述外壳1的燃烧端为圆锥结构或四方锥结构，外壳1的进气端为圆柱结构或四方柱结构；所述多孔介质2填充在外壳1的燃烧端壳体1内部，所述挡板砖3位于多孔介质2与外壳1进气端之间；在所述外壳1进气端的壳体侧壁上开设有空气进气口4，在外壳1进气端的壳体轴端壁面上开设有燃气进气口5，燃气进气口5与空气进气口4的进气方向相垂直。由于挡板砖3与空气进气口4存在一定的距离差，并且燃气进气口5与空气进气口4的进气方向相垂直，能够使低热值燃气和空气在进入挡板砖3之前就进行充分混合，经初步混合后才会经过一段距离再进入挡板砖3内，并可保证气流能够稳定流动。

所述外壳1燃烧端的锥度范围为0～45°。

所述多孔介质2具有四种填充方式，分别为均一式填充方式、轴向阶跃式填充方式、径向阶跃式填充方式和轴向渐变式填充方式。

当所述多孔介质2采用均一式填充方式时，多孔介质2的孔隙率为50％～90％，多孔介质2的孔径为10PPI～60PPI，多孔介质2中孔的排列方式为直通或无序。

当所述多孔介质2采用轴向阶跃式填充方式时，多孔介质2在轴向方向上设为两层，第一层为预热层，第二层为燃烧层，且预热层与挡板砖3相邻；所述预热层多孔介质2及燃烧层多孔介质2的孔隙率均大于80％，预热层多孔介质2的孔径为50PPI～60PPI，燃烧层多孔介质2的孔径为8PPI～30PPI；所述多孔介质2中孔的排列方式为直通或无序。由于预热层多孔介质2的孔径小于燃烧层多孔介质2的孔径，有利于混合气的充分预热，也有利于火焰的驻定。

当所述多孔介质2采用径向阶跃式填充方式时，多孔介质2在轴向方向上设为两层，第一层为预热层，第二层为燃烧层，且预热层与挡板砖3相邻；所述燃烧层多孔介质2沿径向方向又分为中心层和若干环层；所述预热层多孔介质2及燃烧层多孔介质2的孔隙率均大于80％，预热层多孔介质2的孔径为50PPI～60PPI，燃烧层多孔介质2的孔径为8PPI～30PPI；所述多孔介质2中孔的排列方式为直通或无序；所述燃烧层多孔介质2的孔径由中心层至环层方向逐级增加或递减。由于燃烧层多孔介质2在径向方向上的孔径不同，可有效避免火焰面附近温度梯度陡、温度分布不均、局部高温区的存在，可有效解决火焰分布不均和火焰不稳定现象，使燃烧更加充分，大幅度降低了NOx和CO的排放量，同时还可以调节壳体壁面温度，减少壳体壁面热损失，提高燃烧器的燃烧效率，壳体壁面的温度变化更加平稳且热应力更小，从而延长了燃烧器的使用寿命。

当所述多孔介质2采用轴向渐变式填充方式时，多孔介质2在轴向方向上设为至少三层，且分为挡板砖相邻层或若干挡板砖间隔层；所述多孔介质2的孔隙率为50％～90％，多孔介质2中孔的排列方式为直通或无序；所述多孔介质2的孔径由挡板砖相邻层至挡板砖间隔层方向逐级递减。

在所述挡板砖3上开设有若干通孔，挡板砖3上通孔的平均孔径为2～4mm，挡板砖3上通孔的孔隙率为80％～90％，挡板砖3的厚度为10～50mm，挡板砖3上通孔的排布方式为正交排列方式、环形排布方式或平行外壳1轴线方向排布方式。混合气在预热前会在挡板砖3的通孔内进行最后的均混。

下面结合附图说明本发明的使用过程：

本实施例中，多孔介质2采用泡沫陶瓷板，挡板砖3由耐高温800℃～2000℃的铬镍合金制成。

将低热值燃气由燃气进气口5通入外壳1进气端，同时将空气由空气进气口4通入外壳1进气端，由于燃气进气口5与空气进气口4的进气方向相垂直，与传统的平行进气方式相比，保证了低热值燃气和空气的充分混合，而经初步混合后的混合气通过挡板砖3上通孔进入挡板砖3内，并进行进一步混合均匀，因挡板砖3的存在，还可以有效阻止外壳1燃烧端的回火；当混合气经挡板砖3的均匀混合后直接进入多孔介质2，并首先在多孔介质2中完成预热，且预热后再进行燃烧，保证燃烧更加充分，并且燃烧效率更高。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (8)

1.一种渐扩式多孔介质燃烧器，其特征在于：包括外壳、多孔介质及挡板砖，所述外壳的燃烧端为圆锥结构或四方锥结构，外壳的进气端为圆柱结构或四方柱结构；所述多孔介质填充在外壳的燃烧端壳体内部，所述挡板砖位于多孔介质与外壳进气端之间；在所述外壳进气端的壳体侧壁上开设有空气进气口，在外壳进气端的壳体轴端壁面上开设有燃气进气口，燃气进气口与空气进气口的进气方向相垂直。

2.根据权利要求1所述的一种渐扩式多孔介质燃烧器，其特征在于：所述外壳燃烧端的锥度范围为0～45°。

3.根据权利要求1所述的一种渐扩式多孔介质燃烧器，其特征在于：所述多孔介质具有四种填充方式，分别为均一式填充方式、轴向阶跃式填充方式、径向阶跃式填充方式和轴向渐变式填充方式。

4.根据权利要求3所述的一种渐扩式多孔介质燃烧器，其特征在于：当所述多孔介质采用均一式填充方式时，多孔介质的孔隙率为50％～90％，多孔介质的孔径为10PPI～60PPI，多孔介质中孔的排列方式为直通或无序。

5.根据权利要求3所述的一种渐扩式多孔介质燃烧器，其特征在于：当所述多孔介质采用轴向阶跃式填充方式时，多孔介质在轴向方向上设为两层，第一层为预热层，第二层为燃烧层，且预热层与挡板砖相邻；所述预热层多孔介质及燃烧层多孔介质的孔隙率均大于80％，预热层多孔介质的孔径为50PPI～60PPI，燃烧层多孔介质的孔径为8PPI～30PPI；所述多孔介质中孔的排列方式为直通或无序。

6.根据权利要求3所述的一种渐扩式多孔介质燃烧器，其特征在于：当所述多孔介质采用径向阶跃式填充方式时，多孔介质在轴向方向上设为两层，第一层为预热层，第二层为燃烧层，且预热层与挡板砖相邻；所述燃烧层多孔介质沿径向方向又分为中心层和若干环层；所述预热层多孔介质及燃烧层多孔介质的孔隙率均大于80％，预热层多孔介质的孔径为50PPI～60PPI，燃烧层多孔介质的孔径为8PPI～30PPI；所述多孔介质中孔的排列方式为直通或无序；所述燃烧层多孔介质的孔径由中心层至环层方向逐级增加或递减。

7.根据权利要求3所述的一种渐扩式多孔介质燃烧器，其特征在于：当所述多孔介质采用轴向渐变式填充方式时，多孔介质在轴向方向上设为至少三层，且分为挡板砖相邻层或若干挡板砖间隔层；所述多孔介质的孔隙率为50％～90％，多孔介质中孔的排列方式为直通或无序；所述多孔介质的孔径由挡板砖相邻层至挡板砖间隔层方向逐级递减。

8.根据权利要求1所述的一种渐扩式多孔介质燃烧器，其特征在于：在所述挡板砖上开设有若干通孔，挡板砖上通孔的平均孔径为2～4mm，挡板砖上通孔的孔隙率为80％～90％，挡板砖的厚度为10～50mm，挡板砖上通孔的排布方式为正交排列方式、环形排布方式或平行外壳轴线方向排布方式。