CN111396873A - 一种蓄热预混生物质气燃气燃烧器及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蓄热预混生物质气燃气燃烧器及使用方法，包括多孔介质蓄热预混管道、内助燃空气管道、外燃气管道、外助燃空气管道、第一套筒、内助燃空气旋流调节拉杆、第二套筒、外燃气旋流调节拉杆、若干内助燃空气轴向旋流叶片及若干外燃气轴向旋流叶片；多孔介质蓄热预混管道、内助燃空气管道、外燃气管道及外助燃空气管道由内到外依次分布，多孔介质蓄热预混管道的出口内填充有陶瓷泡沫型多孔介质，多孔介质蓄热预混管道的入口同轴连通有中心燃气管道及中心助燃空气管道，该燃烧器及使用方法能够达到生物质气高效、低污染燃烧的目的。
Description
技术领域
本发明属于燃烧设备技术领域，涉及一种蓄热预混生物质气燃气燃烧器及使用方法。
背景技术
能源是关系国计民生的基础产业，随着我国经济发展进入新常态，能源消费增速逐渐减缓，能源利用效率和发展质量问题日益突出，能源结构多元化发展，建设清洁低碳，安全高效的现代能源体系，是能源发展改革的重大历史使命。因此，节约能源，扩大能源可利用范围，对我国经济建设极其重要。低热值燃料如生物质气的应用可在提高能源综合利用效率的同时，解决生活生产垃圾及废弃物的处理问题，有利于环境净化及控制污染物排放，是近年来能源产业的研究热点。
低热值燃气，通常指发热量小于6.28MJ/m3的气体燃料，生物质热解过程中主要产生CO、CH4、C2H2等可燃气体，其热值一般约为4～6MJ/m3，属于一种常规低热值燃气。传统直接燃烧方式下低热值燃气难以点燃和控制，燃烧过程中可能出现回火、吹熄等现象，无法稳定控制其燃烧，若将其作为废气直接排空，不仅造成能源的严重浪费，进一步会造成环境污染并导致温室效应，因此有必要开发一种清洁高效的新型生物质气燃气燃烧器，提高其利用效率，扩大能源利用范围。
近年来，燃烧领域的学者们不断探索与研究，开发了一系列气体燃料的高效清洁燃烧技术如脉动、催化、富氧、高温预热、多孔介质燃烧技术，在此基础上产生了一些不同类型的燃气燃烧器如高速、富氧、高温空气燃烧、辐射管燃烧器等。多孔介质燃烧技术作为一种新型燃烧方式，可兼顾高效燃烧与低污染物排放，受到各国燃烧领域学者们的青睐。由于多孔介质特有的物理结构，多孔介质燃烧技术具有燃烧速率、燃烧强度高，燃烧区域宽且热负荷分布均匀，燃烧效率高且污染物排放低，设备体积小且结构紧凑等优点，多孔介质燃烧技术为低热值生物质气的燃烧利用提供了一种新思路，但是现有文献中，没有公开类似的燃烧器。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种蓄热预混生物质气燃气燃烧器及使用方法，该燃烧器及使用方法能够达到生物质气高效、低污染燃烧的目的。
为达到上述目的，本发明所述的蓄热预混生物质气燃气燃烧器包括多孔介质蓄热预混管道、内助燃空气管道、外燃气管道、外助燃空气管道、第一套筒、内助燃空气旋流调节拉杆、第二套筒、外燃气旋流调节拉杆、若干内助燃空气轴向旋流叶片及若干外燃气轴向旋流叶片；
多孔介质蓄热预混管道、内助燃空气管道、外燃气管道及外助燃空气管道由内到外依次分布，多孔介质蓄热预混管道的出口内填充有陶瓷泡沫型多孔介质，多孔介质蓄热预混管道的入口同轴连通有中心燃气管道及中心助燃空气管道；
各内助燃空气轴向旋流叶片沿周向设置于内助燃空气管道与多孔介质蓄热预混管道之间的环形通道内，第一套筒的一端与各内助燃空气轴向旋流叶片相连接，第一套筒的另一端与内助燃空气旋流调节拉杆的一端相连接，内助燃空气旋流调节拉杆的另一端穿出内助燃空气管道与多孔介质蓄热预混管道之间的环形通道；
各外燃气轴向旋流叶片位于内助燃空气管道与外燃气管道之间的环形通道内，第二套筒的一端与各外燃气轴向旋流叶片相连接，第二套筒的另一端与外燃气旋流调节拉杆的一端相连接，外燃气旋流调节拉杆的另一端穿出内助燃空气管道与外燃气管道之间的环形通道。
第一套筒与内助燃空气旋流调节拉杆之间通过第一耳板相连接；
第二套筒与外燃气旋流调节拉杆之间通过第二耳板相连接。
第一套筒、第二套筒及多孔介质蓄热预混管道同轴布置。
陶瓷泡沫型多孔介质的材质为氧化铝、碳化硅或氧化锆。
本发明所述蓄热预混生物质气燃气燃烧器的使用方法包括以下步骤：
通过中心燃气管道及中心助燃空气管道分别将预热后的直流生物质气与助燃空气送入多孔介质蓄热预混管道的入口处进行初步预混合，然后经多孔介质蓄热预混管道出口处的陶瓷泡沫型多孔介质充分混合，其中，预混气体在陶瓷泡沫型多孔介质内部的孔隙中产生混合扰动，燃烧后通过多孔介质骨架导热及强烈的热辐射，形成热量回流，预热上游的预混气体，并扩大燃烧反应区，减少预混气体不完全燃烧的热损失，同时吸收部分燃烧热量而蓄热，以强化多孔介质蓄热预混管道内部的辐射换热，降低燃烧初期的着火热，外燃气管道为轴向旋流进气，生物质气通过外燃气轴向旋流叶片产生旋转，以提高生物质气的湍流强度，其中，旋流强度通过外燃气旋流调节拉杆调节外燃气轴向旋流叶片的前后位置来调节；其余助燃空气通过内助燃空气管道与外助燃空气管道分级送入，内助燃空气及外助燃空气分别为轴向、切向旋流进风的双调风结构，该双调风结构在燃烧器喷口形成稳定的回流区，回流高温烟气加热上游生物质气，其中，内助燃空气及外助燃空气的旋流强度分别由内助燃空气轴向旋流叶片的位置和外助燃空气切向旋流叶片的开度调节。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的蓄热预混生物质气燃气燃烧器及使用方法在具体操作时，采用多孔介质蓄热预混燃烧方式与燃料分级及空气分级双调风旋流燃烧方式有机结合，耦合多种高效低污染燃烧方式。具体的，用于初期燃烧并形成火焰核心的低热值生物质气燃气与助燃空气通过中心燃气管道与中心助燃空气管道分别送入多孔介质蓄热预混管道内充分混合，多孔介质蓄热预混管道内填充有陶瓷泡沫型多孔介质，预混气体在多孔介质内的燃烧过程中，由于多孔介质特殊的物理结构，预混气体在多孔介质内部孔隙中产生强烈的混合扰动，初期燃烧后通过多孔介质骨架导热及强烈的热辐射，形成热量回流，以预热上游预混气体，并迅速扩大燃烧反应区，减少预混气体不完全燃烧热损失，多孔介质由于其本身比热容较高，吸收部分燃烧热量而蓄热，从而强化内部辐射换热，降低燃烧初期的着火热，因此在多孔介质蓄热预混管道的喷口处形成稳定的火焰核心；外燃气管道为轴向旋流进气，以提高燃气的湍动度，有利于生物质气与高温烟气的混合及燃烧；其余助燃空气通过内、外助燃空气管道分级送入，内助燃空气管道及外助燃空气管道分别为轴向、切向旋流进风的双调风结构，该结构可在燃烧器喷口形成稳定的回流区，回流高温烟气加热上游生物质气，以提高燃烧效率；另外，多孔介质良好的热交换特性，使燃烧区域温度梯度较平缓，燃烧区域的平均温度相对较低，同时分级送风可使燃烧初期空气过量系数降低，燃烧器喷口形成还原性气氛，较低的燃烧温度与还原性气氛的共同作用下抑制NOx的生成，达到生物质气高效低污染燃烧的目的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的截面图。
其中，1为多孔介质蓄热预混管道、2为中心燃气管道、3为中心助燃空气管道、4为内助燃空气管道、5为外燃气管道、6为外助燃空气管道、7为内助燃空气轴向旋流叶片、8为外燃气轴向旋流叶片、9为外助燃空气切向旋流叶片、10为内助燃空气旋流调节拉杆、11为外燃气旋流调节拉杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1及图2，本发明所述的蓄热预混生物质气燃气燃烧器包括多孔介质蓄热预混管道1、内助燃空气管道4、外燃气管道5、外助燃空气管道6、第一套筒、内助燃空气旋流调节拉杆10、第二套筒、外燃气旋流调节拉杆11、若干内助燃空气轴向旋流叶片7及若干外燃气轴向旋流叶片8；多孔介质蓄热预混管道1、内助燃空气管道4、外燃气管道5及外助燃空气管道6由内到外依次分布，多孔介质蓄热预混管道1的出口内填充有陶瓷泡沫型多孔介质，多孔介质蓄热预混管道1的入口同轴连通有中心燃气管道2及中心助燃空气管道3；各内助燃空气轴向旋流叶片7沿周向设置于内助燃空气管道4与多孔介质蓄热预混管道1之间的环形通道内，第一套筒的一端与各内助燃空气轴向旋流叶片7相连接，第一套筒的另一端与内助燃空气旋流调节拉杆10的一端相连接，内助燃空气旋流调节拉杆10的另一端穿出内助燃空气管道4与多孔介质蓄热预混管道1之间的环形通道；各外燃气轴向旋流叶片8位于内助燃空气管道4与外燃气管道5之间的环形通道内，第二套筒的一端与各外燃气轴向旋流叶片8相连接，第二套筒的另一端与外燃气旋流调节拉杆11的一端相连接，外燃气旋流调节拉杆11的另一端穿出内助燃空气管道4与外燃气管道5之间的环形通道。
第一套筒与内助燃空气旋流调节拉杆10之间通过第一耳板相连接；第二套筒与外燃气旋流调节拉杆11之间通过第二耳板相连接；第一套筒、第二套筒及多孔介质蓄热预混管道1同轴布置；陶瓷泡沫型多孔介质的材质为氧化铝、碳化硅或氧化锆。
本发明所述蓄热预混生物质气燃气燃烧器的使用方法包括以下步骤：
通过中心燃气管道2及中心助燃空气管道3分别将预热后的直流生物质气与助燃空气送入多孔介质蓄热预混管道1的入口处进行初步预混合，然后经多孔介质蓄热预混管道1出口处的陶瓷泡沫型多孔介质充分混合，其中，预混气体在陶瓷泡沫型多孔介质内部的孔隙中产生强烈的混合扰动，燃烧后通过多孔介质骨架导热及强烈的热辐射，形成热量回流，预热上游的预混气体，并迅速扩大燃烧反应区，减少预混气体不完全燃烧的热损失，陶瓷泡沫型多孔介质由于其自身比热容较高，吸收部分燃烧热量而蓄热，强化了多孔介质蓄热预混管道1内部的辐射换热，降低了燃烧初期的着火热，有利于在燃烧器喷口处形成稳定的火焰核心；外燃气管道5为轴向旋流进气，生物质气通过外燃气轴向旋流叶片8产生旋转，以提高生物质气的湍流强度，有利于生物质气与高温烟气的混合及燃烧，旋流强度可通过外燃气旋流调节拉杆11调节外燃气轴向旋流叶片8的前后位置来调节；其余助燃空气通过内助燃空气管道4与外助燃空气管道6分级送入，内助燃空气及外助燃空气分别为轴向、切向旋流进风的双调风结构，该双调风结构可在燃烧器喷口形成稳定的回流区，回流高温烟气加热上游生物质气，以提高燃烧效率，旋流强度分别由内助燃空气轴向旋流叶片7的位置和外助燃空气切向旋流叶片9的开度调节；陶瓷泡沫型多孔介质良好的热交换特性使得燃烧区域温度梯度较平缓，燃烧区域的平均温度相对较低，同时分级送风可使燃烧初期空气过量系数降低，燃烧器喷口形成并维持还原性气氛，二者共同作用可降低NOx的生成；通过陶瓷泡沫型多孔介质的蓄热预混燃烧方式与燃料分级、空气分级双调风旋流燃烧方式有机结合，达到生物质气高效低污染的目的。
本发明针对传统燃烧方式下低热值生物质气难以燃烧、污染物排放高的缺点，该燃烧器能够达到生物质气高效低污染燃烧的目的，多孔介质蓄热预混管道1内部的陶瓷泡沫型多孔介质为低热值生物质气的初期混合扰动并为燃烧提供良好的条件，陶瓷泡沫型多孔介质良好的传热特性能够达到蓄热的目的，大幅提高辐射传热的强度，燃料分级、空气分级双调风旋流燃烧的方式可在燃烧器喷口形成并维持稳定的回流区及还原性气氛，有利于高温烟气的回流并抑制NOx的生成，本发明对实现低热值生物质气的稳定高效低污染燃烧，扩大能源利用范围具有重要意义。
Claims (6)
1.一种蓄热预混生物质气燃气燃烧器，其特征在于，包括多孔介质蓄热预混管道(1)、内助燃空气管道(4)、外燃气管道(5)、外助燃空气管道(6)、第一套筒、内助燃空气旋流调节拉杆(10)、第二套筒、外燃气旋流调节拉杆(11)、若干内助燃空气轴向旋流叶片(7)及若干外燃气轴向旋流叶片(8)；
多孔介质蓄热预混管道(1)、内助燃空气管道(4)、外燃气管道(5)及外助燃空气管道(6)由内到外依次分布，多孔介质蓄热预混管道(1)的出口内填充有陶瓷泡沫型多孔介质，多孔介质蓄热预混管道(1)的入口同轴连通有中心燃气管道(2)及中心助燃空气管道(3)；
各内助燃空气轴向旋流叶片(7)沿周向设置于内助燃空气管道(4)与多孔介质蓄热预混管道(1)之间的环形通道内，第一套筒的一端与各内助燃空气轴向旋流叶片(7)相连接，第一套筒的另一端与内助燃空气旋流调节拉杆(10)的一端相连接，内助燃空气旋流调节拉杆(10)的另一端穿出内助燃空气管道(4)与多孔介质蓄热预混管道(1)之间的环形通道；
各外燃气轴向旋流叶片(8)位于内助燃空气管道(4)与外燃气管道(5)之间的环形通道内，第二套筒的一端与各外燃气轴向旋流叶片(8)相连接，第二套筒的另一端与外燃气旋流调节拉杆(11)的一端相连接，外燃气旋流调节拉杆(11)的另一端穿出内助燃空气管道(4)与外燃气管道(5)之间的环形通道。
2.根据权利要求1所述的蓄热预混生物质气燃气燃烧器，其特征在于，第一套筒与内助燃空气旋流调节拉杆(10)之间通过第一耳板相连接。
3.根据权利要求2所述的蓄热预混生物质气燃气燃烧器，其特征在于，第二套筒与外燃气旋流调节拉杆(11)之间通过第二耳板相连接。
4.根据权利要求1所述的蓄热预混生物质气燃气燃烧器，其特征在于，第一套筒、第二套筒及多孔介质蓄热预混管道(1)同轴布置。
5.根据权利要求1所述的蓄热预混生物质气燃气燃烧器，其特征在于，陶瓷泡沫型多孔介质的材质为氧化铝、碳化硅或氧化锆。
6.一种权利要求1所述蓄热预混生物质气燃气燃烧器的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过中心燃气管道(2)及中心助燃空气管道(3)分别将预热后的直流生物质气与助燃空气送入多孔介质蓄热预混管道(1)的入口处进行初步预混合，然后经多孔介质蓄热预混管道(1)出口处的陶瓷泡沫型多孔介质充分混合，其中，预混气体在陶瓷泡沫型多孔介质内部的孔隙中产生混合扰动，燃烧后通过多孔介质骨架导热及强烈的热辐射，形成热量回流，预热上游的预混气体，并扩大燃烧反应区，减少预混气体不完全燃烧的热损失，同时吸收部分燃烧热量而蓄热，以强化多孔介质蓄热预混管道(1)内部的辐射换热，降低燃烧初期的着火热，外燃气管道(5)为轴向旋流进气，生物质气通过外燃气轴向旋流叶片(8)产生旋转，以提高生物质气的湍流强度，其中，旋流强度通过外燃气旋流调节拉杆(11)调节外燃气轴向旋流叶片(8)的前后位置来调节；其余助燃空气通过内助燃空气管道(4)与外助燃空气管道(6)分级送入，内助燃空气及外助燃空气分别为轴向、切向旋流进风的双调风结构，该双调风结构在燃烧器喷口形成稳定的回流区，回流高温烟气加热上游生物质气，其中，内助燃空气及外助燃空气的旋流强度分别由内助燃空气轴向旋流叶片(7)的位置和外助燃空气切向旋流叶片(9)的开度调节。
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