CN116241884B - 一种混合燃料燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合燃料燃烧器，包括外筒、预热管、燃料输送管，预热管的一端连接燃料供应装置；外筒的一端设有风机，外筒的另一端设有尾喷管；外筒的中央设有多级催化喷射装置；尾喷管中设有催化室，预热管的另一端与催化室相连；燃料输送管的一端与催化室相连；多级催化喷射装置包括若干级催化喷射部件，催化喷射部件内设有催化剂腔，催化剂腔中设有中心蓄热体；催化剂腔中装有第二催化剂；中心蓄热体的侧面与催化剂腔的内壁之间形成环缝；相邻两级催化喷射部件之间设有支撑连接管；相邻两级催化喷射部件之间的支撑连接管的外围设有热催化罩。本发明能够促进混合燃料汽化和裂解，提高混合燃料燃烧效率，并节省混合燃料的使用量。

Description

一种混合燃料燃烧器

技术领域

本发明涉及燃烧器技术领域，特别涉及一种混合燃料燃烧器。

背景技术

随着科技的进步，人类对能源的需求也越来越大。在甲醇中加入一定比例的水，形成甲醇和水的混合燃料，该混合燃料属于水性燃料，该混合燃料的推广使用，可以缓解当前对传统化石能源过度依赖的问题，并能够缓解当前能源紧张的问题，且由于甲醇在燃烧后只产生水和二氧化碳，不产生含硫化合物或者含氮化合物等，对环境较为友好。

然而，现有的燃烧器在通过混合燃料进行燃烧工作时，由于甲醇和水的混合燃料属于水性燃料，呈液态，不易汽化，该混合燃料在燃烧过程中，其中部分甲醇由于无法充分汽化和高温裂解，影响甲醇的燃烧反应，导致甲醇燃烧不彻底，单位体积混合燃料燃烧时产生的热量较低，燃烧效率低下。

故亟需提供一种能够充分促进混合燃料汽化和高温裂解、提高混合燃料燃烧效率的燃烧器，从而提高混合燃料燃烧产生热量，并节省混合燃料的使用量。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的不足之处，提供一种混合燃料燃烧器，能够充分促进混合燃料汽化和裂解，提高混合燃料燃烧效率的燃烧器，并节省混合燃料的使用量。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种混合燃料燃烧器，包括外筒、预热管、燃料输送管，预热管以多层环绕的方式设置在外筒的内侧，预热管的一端连接燃料供应装置，燃料供应装置为预热管提供甲醇与水的混合燃料；外筒的一端设有风机，外筒的另一端设有尾喷管；外筒的中央设有多级催化喷射装置；

尾喷管中设有催化室，预热管的另一端与催化室相连，催化室中装有第一催化剂；燃料输送管的一端与催化室相连；

所述多级催化喷射装置包括若干级催化喷射部件，催化喷射部件内设有催化剂腔，催化剂腔中设有中心蓄热体；催化剂腔中装有第二催化剂；中心蓄热体的侧面与催化剂腔的内壁之间形成环缝；相邻两级催化喷射部件之间设有支撑连接管，支撑连接管将相邻两级催化喷射部件中的催化剂腔连通；相邻两级催化喷射部件之间的支撑连接管的外围设有热催化罩，热催化罩上设有通孔；第一级催化喷射部件的环缝前方设有耐高温点火器，最后一级催化喷射部件上设有若干个支撑柱，支撑柱的外围设有热催化罩；燃料输送管的另一端与第一级催化喷射部件中的催化剂腔连通。

作为优选，所述风机为轴流风机。

作为优选，外筒的外侧设有保温层。

作为优选，所述保温层的外侧设有水冷管，水冷管以螺旋环绕的方式设置在保温层的外侧。

作为优选，所述热催化罩由钛制成。

作为优选，所述燃料供应装置包括第一燃料箱、第二燃料箱、燃料泵，第一燃料箱和第二燃料箱上分别设有第一燃料管和第二燃料管，第一燃料管和第二燃料管的一端均与燃料泵的输入口相连；预热管的一端连接燃料泵的输出口，第一燃料管和第二燃料管上分别设有第一调节阀和第二调节阀；第一燃料箱和第二燃料箱中分别装有甲醇和水。

作为优选，所述尾喷管中设有环形空腔和补燃空气通道，环形空腔位于催化室和外筒之间；补燃空气通道的一端与环形空腔连通，补燃空气通道通过补燃空气管与补燃风机相连；环形空腔的内侧设有补燃空气孔。

作为优选，所述中心蓄热体的侧面设有若干个凹槽，凹槽中设有热弯片，热弯片由第一金属层和第二金属层组成，第一金属层位于第二金属层远离凹槽底面的一侧；第一金属层的热膨胀系数大于第二金属层的热膨胀系数；热弯片的一端固定在凹槽的底面上，热弯片的另一端设有锯齿结构；当混合燃料燃烧器不燃烧时，热弯片处于室温状态，热弯片呈弯曲状，热弯片上设有锯齿结构的一端伸入环缝中；当混合燃料燃烧器处于稳定燃烧状态时，热弯片受热并处于高温状态，热弯片呈平直状且完全隐藏于凹槽中。

作为优选，混合燃料燃烧器在使用时，先通过燃料供应装置向预热管提供由甲醇和水混合而成的第一混合燃料，第一混合燃料中水的质量比控制在20％以下；第一混合燃料依次通过预热管、催化室、燃料输送管后到达多级催化喷射装置，第一混合燃料先从进入第一级催化喷射部件中的催化剂腔中，一部分第一混合燃料通过第二催化剂腔中的第二催化剂后从第一级催化喷射部件上的环缝中喷出，喷出的第一混合燃料被耐高温点火器点燃形成喷射火焰，喷射火焰从热催化罩上的通孔喷出；另一部分第一混合燃料通过催化剂腔中的第二催化剂后顺着支撑连接管进入第二级催化喷射部件中的第二催化剂腔中，进入第二级催化喷射部件中的第一混合燃料一部分从第二级催化喷射部件上的环缝中喷出，另一部分通过支撑连接管进入下一级催化喷射部件中的催化剂腔中；通过上述方式，使得第一混合燃料从各级催化喷射部件上的环缝中喷出，从第一级催化喷射部件上喷出的喷射火焰将后面几级催化喷射部件上喷出的第一混合燃料点燃；通过风机向外筒中吹入空气；

待第一混合燃料燃烧5-10分钟后，通过燃料供应装置向预热管提供第二混合燃料，第二混合燃料中甲醇的质量比控制在百分之40％-60％；同时，补燃风机启动，补燃风机将补燃空气吸入，补燃空气依次通过补燃空气管、补燃空气通道、环形空腔和补燃空气孔后与尾喷管中的尾喷火焰接触，为尾喷火焰补充氧气，促进尾喷火焰的燃烧。

本发明的有益效果是：本发明中，当混合燃料燃烧器处于稳定燃烧状态时，第一催化剂和第二催化剂均被加热至较高的温度状态；混合燃料在经过预热管时，预热管中的混合燃料被初步预热，部分混合燃料受热汽化；然后混合燃料进入催化室中，并与催化室中高温的第一催化剂接触，使得混合燃料得到二次加热，混合燃料得到进一步汽化；接着混合燃料进入催化喷射部件中的催化剂腔中并与催化剂腔中高温的第二催化剂接触，使得混合燃料再次得到加热，并使混合燃料充分汽化，并加速混合燃料的裂解，混合燃料中的甲醇和水充分转变为气态，部分混合燃料经过多级催化喷射部件后，得到多级加热和汽化，被汽化后的混合燃料最终从各个催化喷射部件上的环缝喷出，混合燃料喷出后被火焰点燃并发生燃烧；燃烧的混合燃料在喷出过程中会与炽热的热催化罩接触，在炽热的催化罩的作用下，使得燃烧中的甲醇得到充分汽化和裂解，使得燃烧反应充分进行，大大提升了混合燃料的燃烧效率，提高了单位体积混合燃料的燃烧时产生的热量，从而起到节省燃料的作用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2为多级催化喷射装置的结构示意图。

图3为多级催化喷射装置的剖视图。

图4为图1中A部放大图。

图5为中心蓄热体其中一个方向的结构示意图。

图6为中心蓄热体另一个方向的结构示意图。

图7为图6中B部放大图。

图8为中心蓄热体在室温状态下时的剖视图。

图9为图8中D部放大图。

图10为中心蓄热体在高温环境下时的示意图。

图中：1、外筒，2、预热管，3、风机，4、进风锥罩，5、保温层，6、水冷管，7、第一燃料箱，8、第二燃料箱，9、第一燃料管，10、第二燃料管，11、燃料泵，12、尾喷管，13、第一催化剂，14、补燃空气管，15、补燃风机，16、燃料输送管，17、多级催化喷射装置，18、第一调节阀，19、第二调节阀，20、催化喷射部件，21、燃料接口，22、支撑连接管，23、热催化罩，24、通孔，25、中心蓄热体，26、第二催化剂，27、环缝，28、耐高温点火器，29、支撑柱，30、补燃空气通道，31、环形空腔，32、补燃空气孔，33、凹槽，36、热弯片，37、凸块，38、锯齿结构，40、第一金属层，41、第二金属层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，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，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

如图1-10所示，一种混合燃料燃烧器，包括外筒1、预热管2、燃料输送管16，外筒1呈圆筒状。外筒1由不锈钢制成。外筒2的外侧设有保温层5。保温层5可根据实际需要设置多层，本发明中，外筒2的外侧设置有两层保温层5。保温层5的外侧设有水冷管6，水冷管6以螺旋环绕的方式设置在保温层5的外侧。水冷管6的两端连接冷却水循环装置，通过冷却水循环装置向水冷管6中循环通入冷却水，从而为外筒2的外壁降温。

预热管2以多层环绕的方式设置在外筒1的内侧，预热管2的一端连接燃料供应装置，燃料供应装置为预热管提供甲醇与水混合而成的混合燃料。

外筒2的一端设有风机3，风机3与外筒2之间设有进风锥罩4。本发明中，风机2为轴流风机。外筒2的另一端设有尾喷管12。外筒2的中央设有多级催化喷射装置17。

尾喷管12中设有催化室，预热管2的另一端与催化室相连，催化室中装有第一催化剂13。燃料输送管16的一端与催化室相连。

多级催化喷射装置17包括若干级催化喷射部件20，催化喷射部件20内设有催化剂腔，催化剂腔中设有中心蓄热体25。中心蓄热体25为实心结构，中心蓄热体25由金属材料制成，能够贮存热量。中心蓄热体25的一侧设有凸块37，凸块37与催化剂腔的内壁固连。催化剂腔中装有第二催化剂26。第一催化剂13和第二催化剂26均为颗粒状。中心蓄热体25的侧面与催化剂腔的内壁之间形成环缝27。环缝27的缝宽小于第二催化剂26的颗粒直径。第一级催化喷射部件20的环缝27前方设有耐高温点火器28。耐高温点火器28能够产生电弧，用于点燃混合燃料。

相邻两级催化喷射部件20之间设有支撑连接管22，支撑连接管22将相邻两级催化喷射部件中的催化剂腔连通。相邻两级催化喷射部件之间的支撑连接管22的外围设有热催化罩23，热催化罩23上设有通孔24。热催化罩23呈圆筒状。本发明中，热催化罩23由钛制成。最后一级催化喷射部件上设有若干个支撑柱29，支撑柱29的外围设有热催化罩23。燃料输送管16的另一端与第一级催化喷射部件20中的催化剂腔连通。其中，第一级催化喷射部件20上设有与催化剂腔连通的燃料接口21，燃料输送管16与燃料接口21相连。本发明中，多级催化喷射装置17上总共设有三级催化喷射部件20。

燃料供应装置包括第一燃料箱7、第二燃料箱8、燃料泵11，第一燃料箱7和第二燃料箱8上分别设有第一燃料管9和第二燃料管10，第一燃料管9和第二燃料管10的一端均与燃料泵11的输入口相连；预热管2的一端连接燃料泵11的输出口。第一燃料管9和第二燃料管10上分别设有第一调节阀18和第二调节阀19。第一燃料箱7和第二燃料箱8中分别装有甲醇和水。本发明中，通过燃料泵11向预热管2中泵送甲醇和水混合而成的混合燃料，通过第一调节阀18和第二调节阀19调节第一燃料管9和第二燃料管10中的液体流量，从而控制混合燃料中甲醇和水的比例。

尾喷管12中设有环形空腔31和补燃空气通道30，环形空腔31位于催化室和外筒2之间。补燃空气通道30的一端与环形空腔31连通，补燃空气通道30通过补燃空气管14与补燃风机15相连。环形空腔31的内侧设有补燃空气孔32。

本发明的混合燃料燃烧器在使用时，先通过燃料供应装置向预热管提供由甲醇和水混合而成的第一混合燃料，第一混合燃料中水的质量比控制在20％以下；第一混合燃料依次通过预热管、催化室、燃料输送管后到达多级催化喷射装置，第一混合燃料先从进入第一级催化喷射部件中的催化剂腔中，一部分第一混合燃料通过第二催化剂腔中的第二催化剂后从第一级催化喷射部件上的环缝中喷出，喷出的第一混合燃料被耐高温点火器点燃形成喷射火焰，喷射火焰从热催化罩上的通孔喷出；另一部分第一混合燃料通过催化剂腔中的第二催化剂后顺着支撑连接管进入第二级催化喷射部件中的第二催化剂腔中，进入第二级催化喷射部件中的第一混合燃料一部分从第二级催化喷射部件上的环缝中喷出，另一部分通过支撑连接管进入下一级催化喷射部件中的催化剂腔中；通过上述方式，使得第一混合燃料从各级催化喷射部件上的环缝中喷出，从第一级催化喷射部件上喷出的喷射火焰将后面几级催化喷射部件上喷出的第一混合燃料点燃；通过风机向外筒中吹入空气；

待第一混合燃料燃烧5-10分钟后，通过燃料供应装置向预热管提供第二混合燃料，第二混合燃料中甲醇的质量比控制在百分之40％-60％；同时，补燃风机启动，补燃风机将补燃空气吸入，补燃空气依次通过补燃空气管、补燃空气通道、环形空腔和补燃空气孔后与尾喷管中的尾喷火焰接触，为尾喷火焰补充氧气，进一步促进尾喷火焰的燃烧，并提高尾喷火焰的温度。

第一催化剂和第二催化剂均为金属催化颗粒。优选的，第一催化剂和第二催化剂为金属锰颗粒。

本发明中，当混合燃料燃烧器处于稳定燃烧状态时，第一催化剂和第二催化剂均被加热至较高的温度状态；混合燃料在经过预热管时，预热管中的混合燃料被初步预热，部分混合燃料受热汽化；然后混合燃料进入催化室中，并与催化室中高温的第一催化剂接触，使得混合燃料得到二次加热，混合燃料得到进一步汽化；接着混合燃料进入催化喷射部件中的催化剂腔中并与催化剂腔中高温的第二催化剂接触，使得混合燃料再次得到加热，并使混合燃料充分汽化，混合燃料中的甲醇和水充分转变为气态，部分混合燃料经过多级催化喷射部件后，得到多级加热和汽化，被汽化后的混合燃料最终从各个催化喷射部件上的环缝喷出，混合燃料喷出后被火焰点燃并发生燃烧；燃烧的混合燃料在喷出过程中会与炽热的热催化罩接触，在炽热的催化罩的作用下，使得燃烧中的甲醇得到充分汽化和裂解，使得燃烧反应充分进行，大大提升了混合燃料的燃烧效率，提高了单位体积混合燃料的燃烧时产生的热量，从而起到节省燃料的作用。设置在尾喷管上的补燃空气通道、环形空腔、补燃空气孔能够为尾喷火焰补充氧气，进一步促进尾喷火焰的燃烧反应，提高燃烧温度。本发明中，催化剂腔中设有中心蓄热体，中心蓄热体具有积蓄热量的作用，当混合燃料燃烧器在进行间歇燃烧时，在燃烧间隔期间，中心蓄热体能够使释放自身所储存的热量，使得第二催化剂的温度保持在较为稳定的状态，保证了对混合燃料起到稳定的汽化效果。

进一步的，中心蓄热体25的侧面设有若干个凹槽33，凹槽33以圆形阵列的方式设置在中心蓄热体25的侧面上。凹槽33中设有热弯片36，热弯片36由第一金属层40和第二金属层41组成，第一金属层40位于第二金属层41远离凹槽底面的一侧；第一金属层40的热膨胀系数大于第二金属层41的热膨胀系数。热弯片36的一端固定在凹槽33的底面上，热弯片36的另一端设有锯齿结构38。当混合燃料燃烧器不燃烧时，热弯片36处于室温状态，热弯片36呈弯曲状，热弯片上设有锯齿结构38的一端伸入环缝27中；当混合燃料燃烧器处于稳定燃烧状态时，热弯片36受热并处于高温状态，热弯片36呈平直状且完全隐藏于凹槽33中。

由于混合燃料燃烧器在点火初期，由于整个混合燃料燃烧器均处于室温状态，温度较低，且混合燃料呈液态，此时喷出的混合燃料是不容易被耐高温点火器产生的电弧点燃的；本发明为了解决液态混合燃料点火困难的问题，在中心蓄热体的侧面设置热弯片，并在热弯片的端部设置锯齿结构，在点火初期，热弯片设有锯齿结构的一端伸入环缝中，当液态的混合燃料在通过环缝时，由于热弯片的存在，混合燃料会喷到热弯片上，通过热弯片上的锯齿结构能够将混合燃料打散，使得混合燃料形成大量的微小液滴，并促进混合燃料的雾化，雾化后的混合燃料在接触到耐高温点火器产生的电弧后，能够被轻松地点燃，从而解决了混合燃料点燃困难的问题；当混合燃料燃烧器在燃烧一定的时间后，热弯片的温度上升；由于热弯片上的第一金属层的热膨胀系数大于第二金属层的热膨胀系数，故热弯片温度上升后，热弯片上的第一金属层的热膨胀量大于第二金属层的热膨胀量，使得热弯片会从弯曲状态变为平直状态，并使热弯片完全隐藏至凹槽中，这样能够减小混合燃料从环缝喷出时的阻力，同时也能避免热弯片长时间被混合燃料冲刷，降低热弯片的摩擦损耗，提高热弯片的使用寿命。

本发明的混合燃料燃烧器能够用于锅炉、冶炼炉、窑炉等场景下的燃烧加热。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种混合燃料燃烧器，其特征在于，包括外筒、预热管、燃料输送管，预热管以多层环绕的方式设置在外筒的内侧，预热管的一端连接燃料供应装置，燃料供应装置为预热管提供甲醇与水混合而成的混合燃料；外筒的一端设有风机，外筒的另一端设有尾喷管；外筒的中央设有多级催化喷射装置；

尾喷管中设有催化室，预热管的另一端与催化室相连，催化室中装有第一催化剂；燃料输送管的一端与催化室相连；

所述多级催化喷射装置包括若干级催化喷射部件，催化喷射部件内设有催化剂腔，催化剂腔中设有中心蓄热体；催化剂腔中装有第二催化剂；中心蓄热体的侧面与催化剂腔的内壁之间形成环缝；相邻两级催化喷射部件之间设有支撑连接管，支撑连接管将相邻两级催化喷射部件中的催化剂腔连通；相邻两级催化喷射部件之间的支撑连接管的外围设有热催化罩，热催化罩上设有通孔；第一级催化喷射部件的环缝前方设有耐高温点火器，最后一级催化喷射部件上设有若干个支撑柱，支撑柱的外围设有热催化罩；燃料输送管的另一端与第一级催化喷射部件中的催化剂腔连通。

2.根据权利要求1所述的一种混合燃料燃烧器，其特征在于，所述风机为轴流风机。

3.根据权利要求1所述的一种混合燃料燃烧器，其特征在于，外筒的外侧设有保温层。

4.根据权利要求3所述的一种混合燃料燃烧器，其特征在于，所述保温层的外侧设有水冷管，水冷管以螺旋环绕的方式设置在保温层的外侧。

5.根据权利要求1所述的一种混合燃料燃烧器，其特征在于，所述热催化罩由钛制成。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种混合燃料燃烧器，其特征在于，所述燃料供应装置包括第一燃料箱、第二燃料箱、燃料泵，第一燃料箱和第二燃料箱上分别设有第一燃料管和第二燃料管，第一燃料管和第二燃料管的一端均与燃料泵的输入口相连；预热管的一端连接燃料泵的输出口，第一燃料管和第二燃料管上分别设有第一调节阀和第二调节阀；第一燃料箱和第二燃料箱中分别装有甲醇和水。

7.根据权利要求6所述的一种混合燃料燃烧器，其特征在于，所述尾喷管中设有环形空腔和补燃空气通道，环形空腔位于催化室和外筒之间；补燃空气通道的一端与环形空腔连通，补燃空气通道通过补燃空气管与补燃风机相连；环形空腔的内侧设有补燃空气孔。

8.根据权利要求1所述的一种混合燃料燃烧器，其特征在于，所述中心蓄热体的侧面设有若干个凹槽，凹槽中设有热弯片，热弯片由第一金属层和第二金属层组成，第一金属层位于第二金属层远离凹槽底面的一侧；第一金属层的热膨胀系数大于第二金属层的热膨胀系数；热弯片的一端固定在凹槽的底面上，热弯片的另一端设有锯齿结构；当混合燃料燃烧器不燃烧时，热弯片处于室温状态，热弯片呈弯曲状，热弯片上设有锯齿结构的一端伸入环缝中；当混合燃料燃烧器处于稳定燃烧状态时，热弯片受热并处于高温状态，热弯片呈平直状且完全隐藏于凹槽中。

9.根据权利要求7所述的一种混合燃料燃烧器，其特征在于，混合燃料燃烧器在使用时，先通过燃料供应装置向预热管提供由甲醇和水混合而成的第一混合燃料，第一混合燃料中水的质量比控制在20％以下；第一混合燃料依次通过预热管、催化室、燃料输送管后到达多级催化喷射装置，第一混合燃料先从进入第一级催化喷射部件中的催化剂腔中，一部分第一混合燃料通过第二催化剂腔中的第二催化剂后从第一级催化喷射部件上的环缝中喷出，喷出的第一混合燃料被耐高温点火器点燃形成喷射火焰，喷射火焰从热催化罩上的通孔喷出；另一部分第一混合燃料通过催化剂腔中的第二催化剂后顺着支撑连接管进入第二级催化喷射部件中的第二催化剂腔中，进入第二级催化喷射部件中的第一混合燃料一部分从第二级催化喷射部件上的环缝中喷出，另一部分通过支撑连接管进入下一级催化喷射部件中的催化剂腔中；通过上述方式，使得第一混合燃料从各级催化喷射部件上的环缝中喷出，从第一级催化喷射部件上喷出的喷射火焰将后面几级催化喷射部件上喷出的第一混合燃料点燃；通过风机向外筒中吹入空气；

待第一混合燃料燃烧5-10分钟后，通过燃料供应装置向预热管提供第二混合燃料，第二混合燃料中甲醇的质量比控制在百分之40％-60％；同时，补燃风机启动，补燃风机将补燃空气吸入，补燃空气依次通过补燃空气管、补燃空气通道、环形空腔和补燃空气孔后与尾喷管中的尾喷火焰接触，为尾喷火焰补充氧气，促进尾喷火焰的充分燃烧。