CN114234190A - 一种多孔介质燃烧器及燃烧方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种多孔介质燃烧器及燃烧方法，涉及燃烧器技术领域。多孔介质燃烧器包括第一壳体和第二壳体。第二壳体设置于第一壳体内部，第二壳体限定出其内部的第一腔体，第一壳体和第二壳体限定出两者之间的第二腔体，第一腔体和第二腔体在第一壳体内部不连通，第一腔体具有第一进气口和位于第二端的第一出气口，第二腔体具有第二进气口和位于第二端的至少一个第二出气口，由第二出气口喷出的气流朝向第一出气口。第一腔体内设置有用于发生燃烧反应的多孔介质。本申请的多孔介质燃烧器可通过控制进入第一腔体的混合气体中的燃气和助燃气的配比，使得多孔介质内的燃烧范围为还原性气氛，可以保护多孔介质在高温环境中不被氧化，保护多孔介质。

Description

一种多孔介质燃烧器及燃烧方法

技术领域

本申请涉及燃烧器技术领域，具体而言，涉及一种多孔介质燃烧器及燃烧方法。

背景技术

常规预混多孔介质燃烧器主要工作方式为：空气与燃气的混合气体通过混合气入口进入燃烧器内，混合气通过布气板后在燃烧器布气腔内达到基本均匀分布，混合气通过布气腔后被输送到多孔隔热板，混合气经过多孔隔热板后被输送到多孔介质中进行燃烧，并在多孔介质中燃尽，燃气燃尽后的高温烟气由燃烧器出口喷出，此时多孔介质处于红赤状态，对外进行高强度辐射换热。

当燃气于多孔介质内燃烧，燃烧器中多孔介质需要承受极高温度，以燃气为天然气为例，当多孔介质内燃烧面功率为2MW时，多孔介质外表面温度约为1350℃。当多孔介质内燃烧气氛为氧化气氛时，对于高温状态下易氧化的多孔介质来说，易发生多孔介质氧化变性而对燃烧的稳定性产生危害。该种形式的多孔介质燃烧器在面功率超过1MW、过量空气系数为1.2时，多孔介质外表面温度约为1300℃，多孔介质内部温度约为1450摄氏度，导致NO_x排放量将大大提升。该种形式的多孔介质燃烧器由于仅由一层多孔隔热板作为防回火措施，回火风险交大。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种多孔介质燃烧器及燃烧方法，其能够改善多孔介质容易氧化变性的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供一种多孔介质燃烧器，其包括：第一壳体和第二壳体。

第一壳体由第一端向第二端延伸。

第二壳体设置于第一壳体内部，第二壳体限定出其内部的第一腔体，第一壳体和第二壳体限定出两者之间的第二腔体，第一腔体和第二腔体在第一壳体内部不连通，第一腔体具有至少一个第一进气口和位于第二端的第一出气口，第二腔体具有至少一个第二进气口和位于第二端的至少一个第二出气口，由至少一个第二出气口喷出的气流朝向第一出气口。

第一腔体内设置有用于发生燃烧反应的多孔介质。

在上述实现过程中，燃气和助燃气的混合气体由至少一个第一进气口进入到第一腔体内，并于第一腔体内的多孔介质中发生第一次燃烧反应，生成还原性气体，另一股助燃气由在至少一个第二进气口进入到第二腔体内，在到达至少一个第二出气口的过程中，能够与第二壳体发生热交换，吸收部分热量，还原性气体由第一出气口排出，并在第一出气口与由至少一个第二出气口排出的另一股助燃气相遇发生第二次燃烧反应，使燃烧充分。

本申请的多孔介质燃烧器可通过控制进入第一腔体的混合气体中的燃气和助燃气的配比，使得多孔介质内的燃烧范围为还原性气氛，可以保护多孔介质在高温环境中不被氧化，并且，多孔介质中的燃烧温度相较于燃气完全燃烧的温度更低，防止多孔介质超过使用温度，进一步保护多孔介质。

在一种可能的实施方案中，第二腔体具有多个第二出气口，多个第二出气口均连接有弯管，弯管套设有隔热套管。

在上述实现过程中，设置于多个第二出气口的多个弯管能够引导第二腔体内的气流向第一腔体内的气流喷出的方向喷出，使从第一腔体和第二腔体内出来的气流混合并发生第二次燃烧反应，并燃烧充分。且由于从第一腔体和第二腔体内出来的气流会在第一出气口和第二出气口的位置发生第二次燃烧反应，弯管需要承受较高的温度，隔热套管能够保护弯管，防止弯管由于高温损坏。

在一种可能的实施方案中，弯管倾斜布置，每个弯管的喷射角度与其到第一出气口中心的连线的夹角为30～90°，且所有弯管均顺时针倾斜或均逆时针倾斜。

在上述实现过程中，从弯管喷射出的助燃气气流能够对还原性气氛进行搅拌混合，使助燃气和还原性气氛充分混合。

在一种可能的实施方案中，弯管的喷射角度与多孔介质的出口面的夹角为15～80°。

在上述实现过程中，弯管能够将由第二腔体出来的气流引导朝向第一出气口。

在一种可能的实施方案中，第一腔体包括由第一端向第二端依次延伸的第一布气室、隔热室和燃烧室，多孔介质设置于燃烧室内。

在上述实现过程中，第一布气室用于使燃气和助燃气的混合气体均匀的进入到隔热室中。

在一种可能的实施方案中，第一布气室内设置有第一布气板，至少一个第一进气口沿进气方向的正投影位于第一布气板上，第一布气板和第二壳体之间具有间隙。

在上述实现过程中，进入第一腔体内的气流经过第一布气板改变气流流向后能够从间隙进入到隔热室中。

在一种可能的实施方案中，第二壳体内部还设置有与第二腔体连通的气流通道，以及位于第二端且与气流通道连通的第三出气口，气流通道在第二壳体内不与第一腔体连通，气流通道被第一腔体环绕，第三出气口被第一出气口环绕。

在上述实现过程中，在第二壳体中部增设气流通道，第二腔体的部分气流能够经气流通道由第三出气口排出，使得还原性气氛和助燃气能够进一步在第一出气口、第二出气口和第三出气口的位置进一步混合均匀，并发生第二次燃烧反应。

在一种可能的实施方案中，第二腔体内靠近至少一个第二进气口的一端设置有第二布气板，至少一个第二进气口沿进气方向的正投影位于第二布气板上，第二布气板和第一壳体之间具有间隙。

在上述实现过程中，进入第二腔体的气流经过第二布气板改变气流流向后能够从间隙流向至少一个第二出气口和气流通道。

第二方面，本申请实施例提供一种利用上述的多孔介质燃烧器的燃烧方法，其包括：将一次风和二次风分别通过至少一个第一进气口和至少一个第二进气口通入到第一腔体和第二腔体内，一次风在第一腔体内发生燃烧反应使得第一腔体内的燃烧氛围为还原性气氛，还原性气氛在第一出气口与由至少一个第二出气口排出的二次风发生燃烧反应。

在上述实现过程中，在本申请的燃烧方法中，可通过控制进入第一腔体的混合气体中的燃气和助燃气的配比，使得多孔介质内的燃烧范围为还原性气氛，可以保护多孔介质在高温环境中不被氧化，并且，多孔介质中的燃烧温度相较于燃气完全燃烧的温度更低，防止多孔介质超过使用温度，进一步保护多孔介质。

同时，由于多孔介质的燃烧氛围为还原性氛围，且温度降低，可抑制NO_x的生成，在二次风与还原性气氛相遇后，二次风可降低烟气温度，进一步抑制NO_x的生成。

在一种可能的实施方案中，一次风为燃气和助燃气的混合物，二次风为助燃气。

一次风的空气过量系数为0.6～0.95。

一次风和二次风的总空气过量系数为1～1.95。

在上述实现过程中，一次风的空气过量系数为0.6～0.95，一次风在第一腔体的多孔介质内发生不完全燃烧生成还原性气体；一次风和二次风的总空气过量系数为1～1.95，还原性气体和二次风在第一出气口相遇发生完全燃烧反应。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请一种实施例的多孔介质燃烧器的第一视角的结构示意图；

图2为本申请一种实施例的多孔介质燃烧器的第二视角的结构示意图；

图3为本申请一种实施例的多孔介质燃烧器的俯视图；

图4为本申请一种实施例的多孔介质燃烧器的第一视角的剖视图；

图5为本申请一种实施例的多孔介质燃烧器的第二视角的剖视图；

图6为本申请另一种实施例的多孔介质燃烧器的剖视图。

图标：10-多孔介质燃烧器；100-第一壳体；101-第二腔体；102-第二进气口；103-气流通道；104-第三出气口；200-第二壳体；201-第一腔体；202-第一进气口；203-第一出气口；310-第一管道；320-第二管道；330-第三管道；340-连接法兰；410-第一布气板；510-多孔隔热材料；520-多孔介质；530-氧化铝隔热材料；540-隔热棉；550-压块；610-弯管；620-隔热套管；710-第二布气板。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

请参阅图1～5，本申请实施例提供一种多孔介质燃烧器10，其包括由第一端向第二端延伸的第一壳体100，以及设置于第一壳体100内的第二壳体200。

其中，第一端为多孔介质燃烧器10的上端，第二端为多孔介质燃烧器10的下端。

第二壳体200限定出第一腔体201，第一腔体201具有位于第一端的至少一个第一进气口202和位于第二端的第一出气口203。

第一壳体100和第二壳体200限定出两者之间的第二腔体101，第二腔体101靠近第二端的部分环绕第一腔体201布置，第二腔体101具有位于第一端的至少一个第一进气口202和位于第二端的至少一个第二出气口，由至少一个第二出气口喷出的气流朝向第一出气口203。

多孔介质燃烧器10还包括至少一个第一管道310和至少一个第二管道320，至少一个第一管道310的一端一一对应连接于至少一个第一进气口202，至少一个第一管道310的另一端连接于混合气体的进气装置，混合气包括燃气和助燃气；至少一个第二管道320的一端一一对应连接于至少一个第二进气口102，至少一个第一管道310的另一端可以连接于助燃气的进气装置，或直接连通于大气。

在如图1、2、4和5所示的实施例中，多孔介质燃烧器10还包括第三管道330，第二腔体101具有位于第一端的一个第二进气口102，并配置有一个第二管道320，第二管道320设置于第一壳体100的顶板的中部，第二管道320的一端连接于第二进气口102，另一端向上伸出，连通于大气；第一腔体201具有位于第一端的两个第一进气口202，并配置有两个第一管道310，两个第一管道310以第二管道320为中心对称分布，两个第一管道310的一端一一对应连接于两个第一进气口202，两个第一管道310的另一端分别连接于第三管道330的侧壁，第三管道330的端部设置有连接法兰340，第三管道330用于将混合气分别引导至两个第一管道310，混合气再有两个第一管道310进入到第一腔体201内。

在本申请的其他一些实施方式中，第一腔体201和第二腔体101可以分别只有一个第一进气口202和一个第二进气口102；或第一腔体201和第二腔体101可以分别有多个第一进气口202和多个第二进气口102；或第一腔体201有一个第一进气口202，第二腔体101有多个第二进气口102。

需要说明的是，由于第二壳体200在第一壳体100的内部，第一腔体201也在第一壳体100的内部，第一管道310需要伸入到第一壳体100内并穿过部分第二腔体101连接于第二壳体200形成的第一进气口202。

请参阅图4和5，第一腔体201包括由第一端向第二端依次延伸的第一布气室、隔热室和燃烧室。

第一布气室中设置有第一布气板410，第一布气板410设置于第一进气口202的下侧，至少一个第一进气口202沿进气方向的正投影位于第一布气板410上，以防止从第一进气口202进来的混合气直接冲入到隔热室中，第一布气板410能够改变由第一进气口202进来的混合气的流动方向，混合气进入到第一布气室后，受到第一布气板410的阻挡后，会沿着第一布气板410和第二壳体200之间的间隙进入到隔热室中，从而使混合气在进入到燃烧室时分布得更加均匀，便于燃烧。

隔热室中设置有多孔隔热材料510，燃烧室中设置有多孔介质520，多孔介质520的下端即为第一腔体201的第一出气口203。混合气在第一布气室完成布气后先进入到多孔隔热材料510孔隙中，然后到达多孔介质520的孔隙中，在多孔介质520中发生第一次燃烧反应，生成还原性气氛，还原性气氛由第一出气口203排出。

还原性气氛是指各种还原性气体和气体混合物。

第一腔体201还包括环绕隔热室和燃烧室布置的保温室，保温室中设置有氧化铝隔热材料530和隔热棉540，其中，氧化铝隔热材料530环绕多孔隔热材料510和多孔介质520布置，隔热棉540设置于氧化铝隔热材料530与第二壳体200顶内壁之间。

多孔介质燃烧器10还包括压块550，压块550设置于第二壳体200的底部，用于阻挡氧化铝隔热材料530，防止氧化铝隔热材料530脱离第一腔体201。

隔热棉540可达到防回火的作用，对燃烧器内部易高温部位进行隔热，防止混合气接触局部高温点而产生回火。

第二腔体101包括由第一端向第二端依次延伸的第二布气室和环绕室，环绕室环绕第一腔体201布置，环绕室的下端即为第二腔体101的第二出气口。

助燃气由第二进气口102进入到第二布气室后，助燃气能够均匀流动至环绕室，由第二出气口排出。

助燃气在在环绕室中流动时，可以与第二壳体200发生热交换，吸收部分热量，从而保护第二壳体200不会因为保温而产生形变，并且能够降低隔热室的温度，起到防回火的作用。

助燃气和经第一次燃烧反应生成的还原性气氛在第一出气口203和第二出气口的位置相遇，并发生第二次燃烧反应，使燃烧充分。

本申请的多孔介质燃烧器10可通过控制进入第一腔体201的混合气体中的燃气和助燃气的配比，使得多孔介质520内的燃烧范围为还原性气氛，可以保护多孔介质520在高温环境中不被氧化。并且，不完全燃烧的燃烧温度相较于燃气完全燃烧温度更低，防止多孔介质520超过使用温度，进一步保护多孔介质520。同时，由于多孔介质520燃烧范围为还原性气氛，且温度较低，可抑制第一次燃烧反应的NO_x的产生，由第二出气口排出的温度较低的助燃气和由第一出气口203排出的还原性气氛混合后，可迅速降低还原性气氛的温度，抑制第二次燃烧反应的NO_x的产生。

第一腔体201和第二腔体101在第一壳体100内部不连通，保证第二腔体101内的助燃气和第一腔体201内经第一次燃烧反应得到的还原性气氛只在第一出气口203和第二出气口的位置相遇并发生第二次燃烧反应。

请参阅图1～5，本申请的多孔介质燃烧器10包括多个弯管610，第二腔体101具有多个第二出气口，多个弯管610设置于多个第二出气口，多个弯管610间隔环绕第一出气口203布置，且多个弯管610的出气口均朝向第一出气口203。

多个弯管610能够引导第二腔体101内的气流向第一腔体201内的气流喷出的方向喷出，使从第一腔体201和第二腔体101内出来的气流混合并发生第二次燃烧反应，并燃烧充分。

可选地，每个弯管610的喷射角度与多孔介质520的出口面的夹角为15～80°。

在如图1～5所示的实施例中，弯管610的喷射角度与多孔介质520的出口面的夹角为45°。在本申请的其他一些实施例中，弯管610的喷射角度与多孔介质520的出口面的夹角还可以为15°、20°、25°、30°、35°、40°、50°、55°、60°、65°、70°、75°或80°。

可选地，弯管610均倾斜布置，每个弯管610的喷射角度与其到第一出气口203中心的连线的夹角为30～90°，且所有弯管610均顺时针倾斜或均逆时针倾斜。

弯管610相较于其到第一出气口203中心的连线倾斜布置，从弯管610喷射出的助燃气气流能够对还原性气氛进行搅拌混合，使助燃气和还原性气氛充分混合。

在如图3所示的实施例中，弯管610的喷射角度与其到第一出气口203中心的连线的夹角为30°。在本申请的其他一些实施例中，弯管610的喷射角度与多孔介质520的出口面的夹角还可以为35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°、85°或90°。

可选地，弯管610套设有隔热套管620。

由于从第一腔体201和第二腔体101内出来的气流会在第一出气口203和第二出气口的位置发生第二次燃烧反应，使得弯管610需要承受较高的温度，隔热套管620能够保护弯管610，防止弯管610由于高温损坏。

可选地，隔热套管620的材质为氧化铝。

请参阅图6，本申请还提供另一种多孔介质燃烧器10，第二壳体200内部还设置有与第二腔体101连通的气流通道103，以及位于第二端且与气流通道103连通的第三出气口104，气流通道103在第二壳体200内不与第一腔体201连通，气流通道103被第一腔体201环绕，第三出气口104被第一出气口203环绕。

在第二壳体200中部增设气流通道103，第二腔体101的部分气流能够经气流通道103由第三出气口104排出，提高助燃气的流速，并配合由环绕室内的助燃气，使得还原性气氛和助燃气能够在第一出气口203、第二出气口和第三出气口104的位置混合均匀，并发生第二次燃烧反应。

可选地，气流通道103设置于第二壳体200的中部。

第二腔体101的第二布气室中设置有第二布气板710，第二布气板710设置于气流通道103的上侧，至少一个第二进气口102沿进气方向的正投影位于第二布气板710上，以防止从第二进气口102进来的混合气直接冲入到气流通道103中，第二布气板710能够改变由第二进气口102进来的助燃气的流动方向，助燃气进入到第二布气室后，受到第二布气板710的阻挡后，会沿着第二布气板710和第一壳体100之间的间隙流向气流通道103和环绕室，从而使助燃气分布得更加均匀。

本申请还提供一种利用上述的多孔介质燃烧器10的燃烧方法，其包括：将一次风和二次风分别通过至少一个第一进气口202和至少一个第二进气口102通入到第一腔体201和第二腔体101内，一次风在第一腔体201内发生燃烧反应使得第一腔体201内的燃烧氛围为还原性气氛，还原性气氛在第一出气口203与由至少一个第二出气口排出的二次风发生燃烧反应。

其中，一次风为燃气和助燃气的混合物，二次风为助燃气。

可选地，一次风的空气过量系数为0.6～0.95。

可选地，一次风和二次风的总空气过量系数为1～1.95。

可选地，一次风和二次风的总空气过量系数为1～1.3。

当多孔介质520的孔径≤150mm时，选用图1～5所示的多孔介质燃烧器10；当多孔介质520的孔径＞150mm时，选用图6所示的多孔介质燃烧器10。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多孔介质燃烧器，其特征在于，所述多孔介质燃烧器包括：

由第一端向第二端延伸的第一壳体；

第二壳体，所述第二壳体设置于所述第一壳体内部，所述第二壳体限定出其内部的第一腔体，所述第一壳体和所述第二壳体限定出两者之间的第二腔体，所述第一腔体和所述第二腔体在所述第一壳体内部不连通，所述第一腔体具有至少一个第一进气口和位于所述第二端的第一出气口，所述第二腔体具有至少一个第二进气口和位于所述第二端的至少一个第二出气口，由所述至少一个第二出气口喷出的气流朝向所述第一出气口；

所述第一腔体内设置有用于发生燃烧反应的多孔介质。

2.根据权利要求1所述的多孔介质燃烧器，其特征在于，所述第二腔体具有多个所述第二出气口，多个所述第二出气口均连接有弯管，所述弯管套设有隔热套管。

3.根据权利要求2所述的多孔介质燃烧器，其特征在于，所述弯管倾斜布置，每个所述弯管的喷射角度与其到所述第一出气口中心的连线的夹角为30～90°，且所有所述弯管均顺时针倾斜或均逆时针倾斜。

4.根据权利要求2所述的多孔介质燃烧器，其特征在于，所述弯管的喷射角度与所述多孔介质的出口面的夹角为15～80°。

5.根据权利要求1～4任一项所述的多孔介质燃烧器，其特征在于，所述第一腔体包括由所述第一端向所述第二端依次延伸的第一布气室、隔热室和燃烧室，所述多孔介质设置于所述燃烧室内。

6.根据权利要求5所述的多孔介质燃烧器，其特征在于，所述第一布气室内设置有第一布气板，所述至少一个第一进气口沿进气方向的正投影位于所述第一布气板上，所述第一布气板和所述第二壳体之间具有间隙。

7.根据权利要求1～4任一项所述的多孔介质燃烧器，其特征在于，所述第二壳体内部还设置有与所述第二腔体连通的气流通道，以及位于所述第二端且与所述气流通道连通的第三出气口，所述气流通道在所述第二壳体内不与所述第一腔体连通，所述气流通道被所述第一腔体环绕，所述第三出气口被所述第一出气口环绕。

8.根据权利要求7所述的多孔介质燃烧器，其特征在于，所述第二腔体内靠近所述至少一个第二进气口的一端设置有第二布气板，所述至少一个第二进气口沿进气方向的正投影位于所述第二布气板上，所述第二布气板和所述第一壳体之间具有间隙。

9.一种利用权利要求1～8任一项所述的多孔介质燃烧器的燃烧方法，其特征在于，所述燃烧方法包括：将一次风和二次风分别通过所述至少一个第一进气口和所述至少一个第二进气口通入到所述第一腔体和所述第二腔体内，所述一次风在所述第一腔体内发生燃烧反应使得所述第一腔体内的燃烧氛围为还原性气氛，所述还原性气氛在所述第一出气口与由所述至少一个第二出气口排出的所述二次风发生燃烧反应。

10.根据权利要求9所述的燃烧方法，其特征在于，所述一次风为燃气和助燃气的混合物，所述二次风为助燃气；

所述一次风的空气过量系数为0.6～0.95；

所述一次风和所述二次风的总空气过量系数为1～1.95。

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