CN110186043A - 阵列多孔表面火焰燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阵列多孔表面火焰燃烧器，通过在燃烧器头部阵列布置多孔预混气分配器，燃料空气混合气在多孔介质表面均匀流出，由于多孔材料本身具有稳燃作用，可以控制燃料/空气总的配比，实现贫燃条件下的稳定燃烧，从而降低火焰整体温度，对抑制NOx的生成有着明显的效果。燃料空气混合气被点燃后，在每个多孔介质表面包络形成均匀、大比表面积的火焰面，实现低温燃烧，提高了燃烧火焰稳定性并降低了NOx的排放，可广泛应用于钢铁、冶金、陶瓷、水泥、印染和食品烘干等行业。

Description

阵列多孔表面火焰燃烧器
技术领域
本发明涉及清洁能源技术领域，特别是涉及一种阵列多孔表面火焰燃烧器。
背景技术
提供热源的工业燃气燃烧器是实现化石能源清洁高效利用的关键设备，广泛应用于冶金、陶瓷、水泥和印染等行业。工业燃烧器基本使用化石燃料，高效清洁燃烧是燃烧器技术发展持续追求的目标，在国家和地方日益严格的环境保护法规要求下，越来越多的工业加热工艺和生产环节中燃烧相对清洁的燃料如天然气、液化气等，可以有效降低不完全燃烧产物和炭烟排放，然而，这些高热值清洁燃料的燃烧过程由于释热迅速，且火焰整体温度高，导致NOx污染物排放容易超标。
为抑制工业燃气燃烧器燃烧中NOx的生成，已经研发了各种低NOx燃烧器技术，并形成各种烧嘴或燃烧器成套装备。控制燃烧过程温度和燃烧场气氛是降低NOx排放的有效途径。例如，烟气再循环燃烧技术现已成为一种常用的方法，通过将部分烟气与空气混合供给，可有效降低燃烧过程NOx生成；或者利用燃烧器自身的旋流燃烧方式，可以在燃烧器出口轴线附近实现高温烟气的卷吸，从而降低NOx排放。其次，采用浓淡燃烧或分层燃烧技术，通过控制燃料和空气进口位置与配比，在燃烧器出口火焰面附近形成局部高燃料当量比(低过量空气系数)富燃料气氛，或低当量比的贫燃料区间，让燃料先在低温下的富燃料(还原气氛)状况下燃烧，然后再在富氧化剂气氛下快速燃烧，从而抑制NOx的生成。对于工业燃烧装置来说，燃烧温度的控制是抑制NOx生成的关键，当火焰温度低于1800K时，热力型NOx生成很少，由于烟气再循环和分层燃烧技术均能够降低火焰面温度，因此，这两种方法兼备低温燃烧降低NOx排放的优点。采用超贫燃烧技术也是降低NOx的有效途径之一，其原理也是利用低温燃烧来降低NOx的，但会带来火焰不稳定导致燃烧器工作不稳定的缺点。除了稀释和低当量比降低混合气热值降低燃烧温度外，通过扩大火焰面也是降低燃烧温度的一种有效方法，如先进的均质压燃HCCI发动机就是利用低温燃烧来有效控制燃烧器NOx生成的，但是目前该技术原理装置在工业燃烧系统罕见。
发明内容
基于此，有必要提供一种阵列多孔燃烧器，以降低NOx的生成，实现燃烧器高热负荷、低火焰面燃烧温度。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下。
一种阵列多孔表面火焰燃烧器，包括燃料进口管1、空气进口管2、空气旋流器3、燃料空气预混腔4、多孔隔板5、气体分配板6和燃烧器套筒8，
在气体分配板6上阵列布置若干个烧结多孔预混气分配器7，该烧结多孔预混气分配器7为一端开口、一端封闭、中心具有通孔的桶状圆柱体，该桶装圆柱体由粉末状金属或陶瓷颗粒烧结而成，烧结材料粉末颗粒粒径小于燃料空气混合气火焰的熄火间距；
燃料空气混合气通过多孔隔板5进入气体分配板6上的各个烧结多孔预混气分配器7，在烧结多孔预混气分配器7内，燃料空气混合气流过通孔后再穿过壁面和端面，在烧结材料孔隙的作用下，点火后形成的火焰无法退回通孔内，而是稳定在壁面和端面，形成一个包裹外表面的完整火焰面。
本发明通过在燃烧器头部阵列布置多孔预混气分配器，燃料空气混合气在多孔介质表面均匀流出，点火后形成的火焰面相比较传统旋流或射流喷嘴显著增大，因此，在相同的热负荷条件下，可以有效降低火焰面温度。同时，多孔壁面表面形成的火焰面整体较薄，可以缩短火焰长度，相对常规射流或者旋转射流火焰来说，降低了燃料氧化反应整体时间，在NOx生成上可以起到抑制作用。此外，由于多孔材料本身具有稳燃作用，可以控制燃料/空气总的配比，实现贫燃条件下的稳定燃烧，从而降低火焰整体温度，对抑制NOx的生成有着明显的效果。
附图说明
图1为本发明阵列多孔表面火焰燃烧器的剖面示意图；
图2为烧结多孔预混气分配器的剖面示意图；
图3为气体分配板上环形阵列布置若干烧结多孔预混气分配器的示意图；
图4为气体分配板上矩形交叉阵列布置若干烧结多孔预混气分配器的示意图；
附图标记说明：燃料进口管1，空气进口管2，空气旋流器3，燃料空气预混腔4，多孔隔板5，气体分配板6，烧结多孔预混气分配器7，燃烧器套筒8。
具体实施方式
本发明提出的燃烧器燃烧反应形成的火焰面是由多个阵列布置的烧结多孔预混气分配器来实现的，如图2所示，烧结多孔预混气分配器为一端开口，一端封闭，中心具有一定直径通孔的桶状圆柱体，为了便于安装和固定，在开口端设有两个凸肩。烧结多孔预混气分配器由粉末状金属或陶瓷颗粒等材料烧结而成，烧结材料粉末颗粒粒径要小于燃料/空气火焰的熄火间距。通过控制多孔材料和孔隙特征，使得火焰不能退回在多孔材料内燃烧，保证燃烧器的安全。同时，多孔圆柱具有一定的长度/外径比，保持合适的比表面积。
如图3、4所示，烧结多孔预混气分配器按交错圆环型或者交错矩阵的方式均匀布置在气体分配板上，通过开口端与燃料空气预混腔连接，预混腔里面的燃料和空气混合是通过空气旋流带动实现，在燃烧器前端，分别布置有燃料进口管，该管的端面为环状小孔，使得燃料以一定角度喷入混合腔。在燃料进口管外围，是带旋流器的空气进口，旋转空气进人预混腔与燃料混合，最终分配给烧结多孔预混气分配器。
本发明通过在燃烧器头部阵列布置多孔圆柱预混气分配器，燃料空气混合气在多孔介质表面均匀流出，被点燃后，在每个多孔介质表面包络形成均匀、大比表面积的火焰面，实现低温燃烧，从而提高燃烧火焰稳定性并降低NOx排放。本发明可实现常规碳氢气体燃料的低温高效燃烧，可广泛应用于钢铁、冶金、陶瓷、水泥、印染和食品烘干等行业，实现清洁气体燃料燃烧。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种阵列多孔表面火焰燃烧器，包括燃料进口管(1)、空气进口管(2)、空气旋流器(3)、燃料空气预混腔(4)、多孔隔板(5)、气体分配板(6)和燃烧器套筒(8)，其特征在于：
在气体分配板(6)上阵列布置若干个烧结多孔预混气分配器(7)，该烧结多孔预混气分配器(7)为一端开口、一端封闭、中心具有通孔的桶状圆柱体，该桶装圆柱体由粉末状金属或陶瓷颗粒烧结而成，烧结材料粉末颗粒粒径小于燃料空气混合气火焰的熄火间距；
燃料空气混合气通过多孔隔板(5)进入气体分配板(6)上的各个烧结多孔预混气分配器(7)，在烧结多孔预混气分配器(7)内，燃料空气混合气流过通孔后再穿过壁面和端面，在烧结材料孔隙的作用下，点火后形成的火焰无法退回通孔内，而是稳定在壁面和端面，形成一个包裹外表面的完整火焰面。
2.根据权利要求1所述的阵列多孔表面火焰燃烧器，其特征在于：
烧结多孔预混气分配器(7)呈交错圆环型或者交错矩阵的方式布置于气体分配板(6)上。
3.根据权利要求2所述的阵列多孔表面火焰燃烧器，其特征在于：
烧结多孔预混气分配器(7)长度/外径比2～5，保持合适的比表面积，且中心通孔直径在2～20毫米。
4.根据权利要求3所述的阵列多孔表面火焰燃烧器，其特征在于：
燃料进口管(1)的端面设有环状小孔，使燃料以45～60°角度喷入燃料空气预混腔(4)。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111458217A (zh) * 2020-05-14 2020-07-28 孙得川 一种温度和剪切力可调的燃气加热试验方法及装置
CN113108283A (zh) * 2021-04-30 2021-07-13 清华大学山西清洁能源研究院 气体燃料部分预混低氮燃烧器

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0886413A (ja) * 1994-09-16 1996-04-02 Samuson:Kk 予混合燃焼バーナ
JPH09145051A (ja) * 1995-11-22 1997-06-06 Samson Co Ltd 火炎監視装置を設けた表面燃焼バーナ
CN2484481Y (zh) * 2001-06-06 2002-04-03 浙江大学 渐变型多孔介质燃烧器
CN202132947U (zh) * 2011-07-01 2012-02-01 中国计量学院 燃用低热值气体燃料的多孔介质燃烧器
CN104197329A (zh) * 2014-08-22 2014-12-10 中国科学院广州能源研究所 一种产生曲面均匀温度场的微火焰阵列燃烧器
CN206771387U (zh) * 2017-06-08 2017-12-19 山东大学 一种处理有机废气的非均匀式多孔介质燃烧器
CN208205003U (zh) * 2018-05-15 2018-12-07 武汉科技大学 一种扩散式多孔介质燃烧器

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0886413A (ja) * 1994-09-16 1996-04-02 Samuson:Kk 予混合燃焼バーナ
JPH09145051A (ja) * 1995-11-22 1997-06-06 Samson Co Ltd 火炎監視装置を設けた表面燃焼バーナ
CN2484481Y (zh) * 2001-06-06 2002-04-03 浙江大学 渐变型多孔介质燃烧器
CN202132947U (zh) * 2011-07-01 2012-02-01 中国计量学院 燃用低热值气体燃料的多孔介质燃烧器
CN104197329A (zh) * 2014-08-22 2014-12-10 中国科学院广州能源研究所 一种产生曲面均匀温度场的微火焰阵列燃烧器
CN206771387U (zh) * 2017-06-08 2017-12-19 山东大学 一种处理有机废气的非均匀式多孔介质燃烧器
CN208205003U (zh) * 2018-05-15 2018-12-07 武汉科技大学 一种扩散式多孔介质燃烧器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111458217A (zh) * 2020-05-14 2020-07-28 孙得川 一种温度和剪切力可调的燃气加热试验方法及装置
CN113108283A (zh) * 2021-04-30 2021-07-13 清华大学山西清洁能源研究院 气体燃料部分预混低氮燃烧器

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