CN109237474A - 往复流动的渐扩式多孔介质燃烧器 - Google Patents

往复流动的渐扩式多孔介质燃烧器 Download PDF

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康刘胜
刘慧�
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Abstract

一种往复流动的渐扩式多孔介质燃烧器，包括壳体，壳体呈纺锤形，壳体内腔中央设置有换热器，换热器的左右两侧均设置有多孔介质区和保护区，保护区设置于多孔介质区外侧，壳体的左右两侧分别连通有前室，两个前室均连通有进气管路和排气管路，两个前室的进气管路和排气管路上均设置有球阀。本发明改善了多孔介质燃烧器的外壳形状和多孔介质轴向分布结构，使得气体流经燃烧器的流速变慢，反应燃烧时间更加充分，燃烧更加完全，降低了NOX和CO的排放量，同时本发明可实现周期性循环燃烧，可有效利用生成的热量，并使得燃烧更加充分，温度分布更加均匀，温度梯度降低，功率调节范围及可燃极限范围变大。

Description

往复流动的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，具体涉及一种往复流动的渐扩式多孔介质燃烧器。
背景技术
近年来,随着中国经济的迅猛发展,能源和环境问题越来越成为人们关注的重点。我国目前面临着化石燃料的不断减少，环境污染的不断加剧的困境，,因此要建立可持续发展的经济模式,改善能源结构,改进能源消费方式,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,实现常规能源的高效清洁利用。低热值气体的可燃成分稀薄,使用常规燃烧技术难以有效利用,如何实现该种气体的有效燃烧、减缓直接排放造成的环境问题,一直是燃烧界的难题。
近年来，为了解决上述问题，不得不持续寻找更为高效、低排放的燃烧技术。在诸多强化燃烧和控制排放的新技术中，多孔介质燃烧器作为一种新型的节能环保燃烧器，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。由于多孔介质较大的比表面积，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，用来预热未燃的可燃气体。多孔介质中的预混燃烧有如下优点：提高燃料的燃烧效率,降低污染物排放,而且能够显著拓宽燃烧贫燃极限,同时无需传统的换热设备来进行燃烧余热的回收和传递,在减小设备体积、实现燃烧设备小型化方面具有强大的优势, 为气体、液体、固体等燃料,特别低热值气体燃料高效清洁燃烧提供一条新途径。
传统的周期换向的多孔介质燃烧器基本上都是轴向等宽的圆柱形或者是长方体形燃烧器。在实践探究中出现了火焰分布不均和火焰不稳定现象,造成火焰面附近温度梯度陡,温度分布不均,局部温度过高,燃烧不完全,同时,燃烧器的壁面热损失严重,降低了燃烧效率,缩短了燃烧器的使用寿命等一系列问题。因此，急需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，燃烧效率更高的渐扩式多孔介质燃烧器。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种往复流动的渐扩式多孔介质燃烧器，以解决现有多孔介质燃烧器火焰分布不均和火焰不稳定的问题，并且本发明功率调节范围大，燃烧更加充分，燃烧效率更高，污染物排放低。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种往复流动的渐扩式多孔介质燃烧器，包括壳体，所述壳体呈纺锤形，壳体内腔中央设置有换热器，换热器的左右两侧均设置有多孔介质区和保护区，保护区设置于多孔介质区外侧，壳体的左右两侧分别连通有前室，两个前室均连通有进气管路和排气管路，两个所述前室的进气管路和排气管路上均设置有球阀。
作为一种优选的方案，所述壳体的外壁相对于壳体轴心的倾斜角为θ，且45°＜θ＜90°。
作为一种优选的方案，所述多孔介质区至少设有三层多孔介质，三层多孔介质的孔隙密度沿壳体由外至内依次递减。
作为一种优选的方案，所述多孔介质具体为填充在壳体内部的氧化铝泡沫小球，其孔隙率为50-90％，孔隙密度为10-60PPI，孔的排列方式为直通或者无序。
作为一种优选的方案，定义三层多孔介质由外至内分别为S层、Z层、X层，S层的孔隙密度为20-30PPI，Z层的孔隙密度为10-20PPI，X层的孔隙密度为50-60PPI。
作为一种优选的方案，所述壳体内设置的保护区和多孔介质区以换热器为中心对称设置。
作为一种优选的方案，所述保护区具体为多孔陶瓷板。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
与传统的多孔介质燃烧器相比，本发明改善了多孔介质燃烧器的外壳形状和多孔介质轴向分布结构，使得气体流经燃烧器的流速变慢，反应燃烧时间更加充分，燃烧更加完全，大大降低了NOX和CO的排放量，低排效果显著，同时本发明通过壳体的左右两侧分别连通有前室，两个前室均连通有进气管路和排气管路，可使本发明实现周期性循环燃烧，可有效利用生成的热量，并使得燃烧更加充分，温度分布更加均匀，温度梯度降低，功率调节范围及可燃极限范围变大。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的多孔介质区分层示意图；
图3为本发明的多孔介质区侧视示意图。
其中：壳体1；换热器2；多孔介质区3；保护区4；前室5；进气管路6；排气管路7。
具体实施方式
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
为了解决现有技术存在的问题，如图1至图3所示，本发明提供了一种往复流动的渐扩式多孔介质燃烧器，包括壳体1，壳体1呈纺锤形，自壳体1的中部至壳体1左右两侧，直径渐渐变小，在本实施例中，壳体1分为左侧壳体和右侧壳体两部分，左侧壳体与右侧壳体形状相同，均为无底无盖的圆台形，左侧壳体和右侧壳体底面相对固定在一起。
壳体1内腔中央设置有换热器2，设置换热器2的目的在于回收高温烟气的余热，换热器2的左右两侧均设置有多孔介质区3和保护区4，多孔介质区3作为预混燃气的燃烧区域，保护区4设置于多孔介质区3外侧，保护区4具体为多孔陶瓷板，设置保护区4的目的在于防止燃烧器回火，壳体1的左右两侧分别连通有前室5，两个前室5均连通有进气管路6和排气管路7，两个前室5的进气管路6和排气管路7上均设置有球阀。
通过多孔介质区3在换热器2两侧的分布可以在周期内有效利用生成的热量，并避免火焰面附近温度梯度骤变，避免出现局部高温区，减少热力NOx的生成。
具体而言，壳体1的外壁相对于壳体1轴心的倾斜角为θ，且45°＜θ＜90°，可进一步拓宽温度梯度且不易脱火。
具体而言，多孔介质区3至少设有三层多孔介质，三层多孔介质的孔隙密度沿壳体1由外至内依次递减，可使火焰稳定在Z层中进行燃烧，进一步使温度分布更加均匀，温度梯度降低。
具体而言，多孔介质具体为填充在壳体1内部的氧化铝泡沫小球，其孔隙率为50-90％，孔隙密度为10-60PPI，孔的排列方式为直通或者无序。
具体而言，定义三层多孔介质由外至内分别为S层、Z层、X层，S层的孔隙密度为20-30PPI，Z层的孔隙密度为10-20PPI，X层的孔隙密度为50-60PPI。
具体而言，壳体1内设置的保护区4和多孔介质区3以换热器2为中心对称设置，有利于预混燃气的充分燃尽，大大扩展了可贫燃极限及功率调节范围。
定义左侧前室5进气管路6上的球阀为A，右侧前室5进气管路6上的球阀为B，左侧前室5排气管路7上的球阀为C，右侧前室5排气管路7上的球阀为D，为了进气和排气方便，在本实施例中，将左侧前室5的进气管路6和右侧前室5的进气管路6同时连通在预混燃气进口上，将左侧前室5的排气管路7和右侧前室5的排气管路7同时连通在预混燃气的出口上。
本发明的工作过程如下：
首先关闭B、C两个球阀，由预混燃气进口向进气管路6通入预混燃气至壳体1内，预混燃气依次经过左侧的保护区4、多孔介质区3，在左侧的多孔介质区3内稳定燃烧，形成高温烟气，生成的高温烟气进入换热器2，多余的高温烟气从换热器2依次进入右侧的多孔介质区3和保护区4，这是本发明的前半个周期；关闭球阀A、D，预混气体经管道2进入壳体 1内，与前半个周期内回收的高温烟气相混合，混合后的气体依次经过右侧的保护区4、多孔介质区3，在右侧的多孔介质区3内稳定燃烧，形成高温烟气，生成的高温烟气进入换热器2，多余的烟气从换热器2依次进入左侧的多孔介质区3、保护区4，最后由排气管路7排出，这是本发明的后半个周期；以上两步综合视为本发明的一个周期。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种往复流动的渐扩式多孔介质燃烧器，其特征在于，包括壳体，所述壳体呈纺锤形，壳体内腔中央设置有换热器，换热器的左右两侧均设置有多孔介质区和保护区，保护区设置于多孔介质区外侧，壳体的左右两侧分别连通有前室，两个前室均连通有进气管路和排气管路，两个所述前室的进气管路和排气管路上均设置有球阀。
2.根据权利要求1所述的一种往复流动的渐扩式多孔介质燃烧器，其特征在于，所述壳体外壁相对于壳体轴心的倾斜角为θ，且45°＜θ＜90°。
3.根据权利要求2所述的一种往复流动的渐扩式多孔介质燃烧器，其特征在于，所述多孔介质区至少设有三层多孔介质，三层多孔介质的孔隙密度沿壳体由外至内依次递减。
4.根据权利要求3所述的一种往复流动的渐扩式多孔介质燃烧器，其特征在于，所述多孔介质具体为填充在壳体内部的氧化铝泡沫小球，其孔隙率为50-90％，孔隙密度为10-60PPI，孔的排列方式为直通或者无序。
5.根据权利要求4所述的一种往复流动的渐扩式多孔介质燃烧器，其特征在于，定义三层多孔介质由外至内分别为S层、Z层、X层，S层的孔隙密度为20-30PPI，Z层的孔隙密度为10-20PPI，X层的孔隙密度为50-60PPI。
6.根据权利要求5所述的一种往复流动的渐扩式多孔介质燃烧器，其特征在于，所述壳体内设置的保护区和多孔介质区以换热器为中心对称设置。
7.根据权利要求6所述的一种往复流动的渐扩式多孔介质燃烧器，其特征在于，所述保护区具体为多孔陶瓷板。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114935146A (zh) * 2022-04-11 2022-08-23 西安交通大学 一种均流式多孔介质燃烧器及其工作方法

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