CN109611838A - 柱式侧壁辐射式低热值气体多孔介质燃烧器 - Google Patents
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Abstract
一种柱式侧壁辐射式多孔介质燃烧器，包括燃气管、渐缩口空气引流管、燃烧段、电子点火装置等。空气进入通过引射作用进去与燃气进行混合，然后在燃烧管段侧壁均匀布气进入多孔介质燃烧区。多孔介质燃烧区包括小孔区和大孔区，大小孔区材料均为耐高温刚玉材料，小孔区起到燃烧防回火功能，兼有对预混气体预热作用，将燃烧控制在大孔区内。燃烧段气流导管壁面上均匀布置气体均流微孔，使预混气流均匀分布，保证燃烧均匀。双层多孔介质套筒两端使用同心金属圆盘加衬耐高温保温棉进行固定，同时在燃烧进气端上部加装电子点火装置。本发明的侧壁辐射式多孔介质燃烧器与传统表面式燃烧器相比，燃烧区加大，辐射传热强度增加，达到高效、均匀传热的效果。该种燃烧器可以燃烧煤矿瓦斯、高炉煤气、生物质气等低热值气体，可被应用于食品加工、造纸、木材加工、牧草加工、供热等方面。
Description
技术领域
本发明为一种表面辐射式多孔介质燃烧器，属于燃烧技术、低品位能源利用、强化传热领域。
背景技术
我国经济的飞速发展、工业化进程的不断加快，我们赖以生存的环境遭到严重污染、生态系统不断恶化，应用高效、经济与环境友好型的能源利用技术与策略正日趋变得更加重要。为了改变我国能源利用现状、优化能源利用结构、缓解环境保护压力，国家大力倡导发展低热值气体燃烧技术。目前虽有常规技术(包括直接燃烧、热力燃烧、催化燃烧等)在使用，但仍存在利用效率较低、利用量不高、浪费量巨大、污染环境严重等问题。多孔介质燃烧作为一种可行的燃烧方式之一，从技术、经济前景视角很大程度上被证实具有显著优势来解决上述问题。
多孔介质燃烧技术具有较宽的动力负荷范围、高燃烧效率、极贫燃料/空气当量比极限、低CO、NOx污染物排放等优点，可被广泛应用于石油、采矿、冶金、化工、汽车等行业。对于辐射式多孔介质燃烧器利用红外加热原理，可被广泛应用于工业生产加工烘干或供热过程中。红外加热器的传热率主要由热源温度和被加热物料的吸收率决定的，由于辐射热流量正比于温度四次方，热源温度决定着设备的运行效率。红外加热器的另外一个优点就是其传热速率比对流传热快数倍。这些优点应用于工业生产中可以缩小燃烧器尺寸、提高生产效率。
目前，多孔介质燃烧技术开发应用比较广泛，公开号为CN102287819B的“一种燃用低热值气体燃料的多孔介质燃烧器”发明专利，该发明为匀分配器、小孔多孔介质段、大孔多孔介质段三段式结构，多孔介质为蜂窝状介质，燃烧器外侧设置同轴二次风管，燃烧传热属于圆柱形断面式对流辐射传热，传热面积比较有限，传热速率有受到一定限制。公开号为CN103528060B的“多引射切圆预混多孔介质燃气灶的燃烧辐射器及燃烧方法” 发明专利，该燃烧器燃烧区的多孔介质结构与CN102287819B发明专利比较类似，采用多段式多孔介质结构，而气体预混室结构有所不同，CN103528060B专利进气结构采用柱状切圆式结构，空气通过引射作用进去预混室，然而，该发明燃气管段较短，存在回火的安全隐患。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种燃烧效率高、辐射强度大、燃烧低热值气体的侧壁辐射式多孔介质燃烧器。
本发明的侧壁辐射式多孔介质燃烧器主要原理与传统表面式燃烧器相比，燃烧区加大，辐射传热强度增加，达到快速高效、均匀传热的效果。
本发明的主要构思方案为：该燃烧器包括燃气管、渐缩口空气引流管、均气管段，同心圆小孔、大孔多孔介质套筒、电子点火装置等。燃料通过燃气管进入均气管段，同时将空气进入通过引射进入均气管段与燃气预混，然后通过燃烧管段的上均气孔进入泡沫陶瓷套筒多孔介质区。多孔介质区包括小孔区和大孔区，大、小孔区材料选用耐高温氧化钇基氧化锆、碳化硅、或耐高温氧化铝材料，其几何形式为泡沫状结构，孔隙空间四通八达。小孔区起到燃烧防回火功能，兼有对预混气体预热作用，将燃烧控制在大孔区内。燃烧段气流导管壁面上均匀布置气流均匀分布微孔，使预混气流均匀分布，保证燃烧均匀。双层多孔介质套筒两端使用金属加衬耐高温保温棉进行固定，同时在燃烧进气端上部加装电子点火装置。
进一步地，本发明所述的小孔、大孔多孔介质同心套筒材料可选用氧化铝、碳化硅、氧化钇基氧化锆等耐高温惰性材料，小孔多孔介质套筒厚度10~15mm，其孔隙率0.65左右，大孔多孔介质套筒厚度20~30mm，其孔隙率0.85左右。
进一步地，本发明所述的管道均为耐高温金属管，在均气管段的均气孔尺寸φ1~2mm，均匀排列在管壁上，排列间距5-10mm。
进一步地，本发明所述的燃气管与空气管同心设计安装，空气管入口为渐缩喇叭口，喇叭口扩口水平夹角为30~45°。
进一步地，本发明所述的多孔介质套筒两侧固定金属板为螺纹安装，金属板与多孔介质套筒之间加衬耐高温纤维棉。
进一步地，本发明所述的燃烧器点火器为高压脉冲电子点火装置。
本发明为柱状侧壁辐射式低热值气体多孔介质燃烧器，燃烧器为小孔、大孔双层套筒式多孔介质结构，该结构将燃烧区在圆柱侧壁面上，不但加大燃烧区面积，增加辐射传热面积，而且燃烧火焰浸没在大孔多孔介质内部燃烧，提高了辐射传热效率，辐射传热更迅速、传热效率更高。均气管段上设置均匀分布的均气孔，该均气结构可以使预混气体在燃烧区管段气流分布更为均匀，避免燃烧不均匀现象发生，而且燃气进入均气管段的长度较长，空气被引射进入均气管段进行快速预混，回火安全隐患大大减小。此外，将多孔介质套筒的固定板之间加衬耐高温保温棉材料，该措施可以克服燃烧对多孔介质材料的热应力问题。由于多孔介质燃烧的预热热回流作用，该种燃烧器可以燃烧煤矿瓦斯、高炉煤气、生物质气等低热值气体。该种燃烧器可应用于食品加工、造纸、木材加工、牧草加工、供热等方面。
综上所述，柱状侧壁辐射式低热值气体多孔介质燃烧器是多孔介质燃烧技术、低品位能源利用、强化传热领域的一种新技术。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明燃烧段同轴心结构断面图。
图3为本发明燃烧段均气管均气孔示意图。
图中，1. 燃气管；2. 渐缩口空气管；3. 高压脉冲电子点火装置；4. 丝扣式金属固定挡板；5. 大孔多孔介质陶瓷套筒；6. 小孔多孔介质陶瓷套筒；7.气体预混燃烧段；8.燃烧段金属管上均气孔；9. 燃烧段端部封头；10. 耐高温纤维棉圈。
具体实施方式
下面结合图1、图2、图3对本发明作进一步详细说明。
如图1、图2、图3所示，本发明主要结构包括燃气管段1、渐缩口空气入口管段2、电子点火装置3、固定挡板4、大孔多孔介质陶瓷套筒5、小孔多孔介质陶瓷套筒6、以及气体预混燃烧段7。其中，燃气管段1和空气管段2进行同心布置，燃气管段1出口深入到预混燃烧管段7的始端，燃气以一定入口速度，将空气以文丘里引射原理引入气体预混燃烧段7内，并进行快速预混。空气引射段2渐缩喇叭口缩角为30~45°范围。预混燃烧段7为耐高温的碳钢或其它合金，预混燃烧段7长度可根据燃烧器功率负荷大小进行设计确定，燃烧段管壁上分布着预混气体均气孔8，均气孔均匀对称分布，均气孔尺寸为Φ1~2mm，均气孔间距为5~10mm左右。燃烧段7外侧的耐高温多孔介质陶瓷套筒5、6进行同轴心布置，最外层大孔多孔介质陶瓷套筒厚度20~30mm，其孔隙率为0.8~0.9左右，燃烧器运行时，燃烧状态为浸没式燃烧，从而提高燃烧器辐射热流量，强化辐射传热。小孔多孔介质陶瓷套筒6与大孔多孔介质陶瓷套筒5进行直接接触组装布置。小孔多孔介质陶瓷套筒厚度10~15mm，其孔隙率为0.65左右，其功能起到均气阻火的作用，将燃烧区控制在大孔区，并且预热来流预混气体。大小多孔介质沫陶瓷套筒的有效组合可使燃烧达到超绝热燃烧态，降低CO和NOx污染物排放。此外，安装小孔多孔介质陶瓷套筒6时，将预混燃烧段7壁外侧加衬耐高温纤维棉薄层，缓解泡沫陶瓷材料热震性影响。大、小多孔介质陶瓷套筒5、6均可选用耐高温氧化钇基氧化锆、碳化硅、或耐高温刚玉材料。
本发明多孔介质陶瓷套筒两端均使用耐高温金属同心圆固定板4进行固定，固定板4安装为丝扣安装，直接安装在预混燃烧段7两端，在固定板4与多孔介质陶瓷套筒5、6之间加衬耐高温保温棉圈10，起到绝热和缓冲多孔介质陶瓷套筒所受的热应力的作用。燃烧段7末端采用封头9进行封盖。
本发明点火装置9采用高压脉冲电子点式点火，在固定板4开孔，开孔尺寸与点火器外形相当，以便于点火器固定安装。此外，在空气管外侧焊装点火器9的金属导线管，可将点火器导线穿过导线管引出，从而保护点火器导线安全。
本发明的工作过程如下：
燃烧器点火前，低热值气体以一定的速度进入预混燃烧段，空气通过文丘里引射效应引入到预混燃烧管段内与燃气进行部分预混，预混后通过燃烧管段上均气孔进入小孔多孔介质陶瓷套筒内，由于泡沫陶瓷套筒具有四通八达的相通的孔隙，燃气与空气进一步进行预混和均匀化流动分布，进入大孔多孔介质陶瓷套筒内。高压脉冲电子点火装置通电发出电火花进行点式点火。预混气体在一点点着之后，快速传播到整个燃烧器。然后调节燃气和空气的比例，使燃烧火焰进去大孔多孔介质陶瓷套筒内，使燃烧状态处于浸没式燃烧态，从而提高燃烧器辐射传热效率，降低污染物排放。本发明燃烧器可以燃烧煤矿瓦斯、高炉煤气、生物质气等低热值气体，应用于食品加工、造纸、木材加工、牧草加工、供热等方面。
Claims (6)
1.一种柱式侧壁辐射式多孔介质燃烧器，其主要包括燃气管段、渐缩口空气引流管段、均气管段、耐高温小孔隙率泡沫陶瓷套筒、大孔隙率泡沫陶瓷套筒、电子点火装置、固定板等，燃气进入均气管段，通过渐缩管把空气引入均气管段，与燃气进行预混，预混气体在均气管段，通过均匀分布管壁上的均气孔进入泡沫陶瓷套筒内，电子点火装置点火，点燃预混气体，使之在大孔区内均匀高效燃烧，其特征在于：所述的均气管段上开有均匀分布的均气微孔，使预混气体均匀进入多孔介质套筒区，所述的小孔隙率柱式耐高温泡沫陶瓷套筒在燃烧过程中起到防回火的功能，将燃烧火焰控制在大孔泡沫陶瓷套筒与小孔泡沫陶瓷套筒交界附近。
2.根据权利要求1所述的柱式侧壁辐射式多孔介质燃烧器，其特征在于：所述的燃气管与空气管为同心圆管，空气管入口为渐缩式喇叭口，喇叭口水平夹角为30~45°，起到将空气均匀引流到均气管段的功能，燃气射流进入均气管段，空气通过喇叭口被燃气射流产生的负压吸入均气管段与燃气进行预混。
3.根据权利要求1所述的柱式侧壁辐射式多孔介质燃烧器，其特征在于：均气管段管内径尺寸为10-30mm，管壁厚2-5mm，长度为200-1000mm，燃气与空气均气管段快速预混，通过均气管段上的均气微孔将预混气体均匀送入多孔介质区，均气管段上微孔间距3-5mm，微孔尺寸为φ1~2mm，均气管段末端采用金属圆板封头封装。
4.根据权利要求1所述的柱式侧壁辐射式多孔介质燃烧器，其特征在于：所述的小孔隙率和大孔隙套筒为同心多孔介质套筒，孔隙率分别为0.65和0.85左右，小孔隙率套筒厚度为10-15mm，大孔隙率套筒厚度为15-20mm，保证预混气体在大孔区内燃烧充分，多孔介质材料均为耐高温泡沫陶瓷材料，小孔泡沫陶瓷套筒与大孔泡沫陶瓷套筒接触紧密无缝隙。
5.根据权利要求1所述的柱式侧壁辐射式多孔介质燃烧器，其特征在于：预混气体在大孔泡沫陶瓷套筒内燃烧，燃烧火焰面控制在大孔泡沫陶瓷套筒与小孔泡沫陶瓷套筒接触面附近，大孔泡沫陶瓷套筒被加热，大大提高燃烧器向外界环境的辐射热流率，同时，对来流预混气体进行高效预热。
6.根据权利要求1所述的柱式侧壁辐射式多孔介质燃烧器，其特征在于：燃烧器点火采用高压脉冲电火花点火，泡沫陶瓷套筒两端采用丝扣式金属固定板进行固定，固定板内衬一层耐高温保温棉，起到缓冲泡沫陶瓷套筒受热膨胀的热应力作用。
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