CN1995814A - 一种金属纤维－多孔陶瓷介质表面燃烧器 - Google Patents

一种金属纤维－多孔陶瓷介质表面燃烧器 Download PDF

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Abstract

一种金属纤维－多孔陶瓷介质表面燃烧器，属于热能工程技术领域，该燃烧器包括燃烧器外壳、燃气管道、空气管道，在由燃烧器外壳构成的空腔内，由上至下依次设置燃烧区内金属纤维介质、预热区内陶瓷介质，两种介质紧贴在一起。燃烧区内金属纤维介质的材料采用铁铬铝合金，预热区内陶瓷介质的材料采用氧化锆或碳化硅。本发明的燃烧器与普通表面燃烧器相比，可以有效防止回火，提高燃料与空气的调节范围，还可以在一定范围内提高燃烧温度，从而提高热效率。应用本发明技术的燃烧器可以燃烧天然气、石油液化气、混合煤气等普通燃料，还可以燃烧热值接近于1000kcal/m3的低热值气体燃料。

Description

一种金属纤维-多孔陶瓷介质表面燃烧器
技术领域
本发明属于热能工程技术领域，涉及生产和生活用一种燃烧器，特别涉及一种金属纤维-多孔陶瓷介质表面燃烧器。
背景技术
目前，工业生产中热值低于1000大卡的副产煤气，如高炉煤气，其中CO，H2，CnHm等可燃成份含量较低，在燃烧器中的燃烧效率不高，造成低热值煤气的大量排放，既浪费能源又污染环境。早在1979年，有学者提出在燃烧器内加入多孔介质的想法，之后许多相关的实验工作也发现，多孔介质中的预混燃烧有很多优点：较大的贫燃极限、较高的燃烧速率和稳定性、负荷调节范围广、燃烧强度高、燃烧器体积小等，而且燃烧产物中氮化物和硫化物等污染成份的含量非常少。因此，多孔介质中的预混燃烧在工业应用中有很大的潜力。
金属纤维表面燃烧器是多孔介质燃烧器的一种，它有较高的辐射换热量，火焰附着在金属表面燃烧，大多为红色、桔红色火焰。除了具有多孔介质燃烧器的大部分优点之外，金属纤维表面燃烧器体积更为小巧，形状灵活，可以更广泛地用于生产和生活。但现有燃烧器在使用过程中易发生回火现象，并且燃料与空气的调节范围小，热效率低。
发明内容
针对现有的金属纤维表面燃烧器存在的问题，本发明提供一种金属纤维-多孔陶瓷介质表面燃烧器。
本发明所涉及的这种金属纤维-多孔陶瓷介质表面燃烧器，是在表面燃烧器的设计基础上再加一层陶瓷多孔介质。
燃烧器由燃烧区内金属纤维介质、预热区内陶瓷介质、燃烧器外壳、除尘金属网或金属刷、燃气管道、预混室、空气管道构成。燃烧区内金属纤维介质的材料可以采用铁铬铝合金，预热区内陶瓷介质的材料采用氧化锆或碳化硅。燃烧区内金属纤维的顶部与燃烧器外壳的顶部平齐，为了保证二者之间良好的导热效果，通常将燃烧区内金属纤维介质、预热区内陶瓷介质两种介质紧贴在一起，设计成一个整体。其中，金属纤维区域属于燃烧区，陶瓷区域为预热区，可以有效吸收和储存燃烧区产生的热量。燃烧区内金属纤维介质加工成网状或纤维结构，材料平均丝径为20～50μm，燃烧区内金属纤维介质平均孔径为25～45μm，孔隙率为80～90％，孔的排列方式为有序直通式。预热区陶瓷材料平均孔径为0.29～0.31mm，陶瓷孔径足够小到能防止回火，孔隙率为75％～83％，孔的排列方式为无序或有序直通式。
燃烧器外壳材料可以采用耐高温合金钢，金属刷或金属网材料采用不锈钢。
使用时，空气和燃气分别从空气管道和燃气管道进入后，在预混室内混合，经过除尘金属网或金属刷除尘后进入预热区内陶瓷介质，由于燃烧时燃烧区金属纤维通过传导、辐射等作用对预热区内陶瓷介质进行加热，加热后的陶瓷介质通过对流、辐射作用对燃料和空气的混合气体进行加热，加热后的气体进入燃烧区金属纤维部分进行燃烧。
应用本发明燃烧器有关工艺参数如下：
燃烧气体：天然气、石油液化气、混合煤气等普通燃料，以及热值接近于1000kcal/m3的气体燃料，如高炉煤气等低热值气体，燃烧温度在1200℃以下；
空气流量：1000～2000m3/h；
燃气流量：500～1200m3/h；
燃烧效果：未燃烃，氮化物和硫化物含量低于100ppm，一氧化碳低于40ppm。
现有工业企业燃烧的大多气体燃料是高、焦混合煤气，煤气中一般含有灰尘，虽然在进入燃烧器之前进行过除尘，但是未除尽的较小颗粒灰尘也有可能将陶瓷小孔阻塞，为了将本发明应用于实际生产，燃烧器的预混室内装有可拆换的除尘金属刷或金属网，以清除混合煤气中的灰尘，防止陶瓷小孔被阻塞。
本发明燃烧器的有关几何参数取值如下：
h1  60～80mm；    h2  2～4mm；    h3  20～30mm；
h4  20～30mm；    h5  2～4mm；    h6  25～30mm；
a   5～10mm；     b   5～10mm；
φ1 100～250mm；  φ2 15～20mm；  φ3 15～20mm。
燃烧器的金属纤维介质横截面方向可以加工成圆形或矩形，竖直截面方向可以加工成矩形、锥形或圆弧形等等形状。
本发明的金属纤维表面燃烧器与普通表面燃烧器相比，可以有效防止回火，提高燃料与空气的调节范围，还可以在一定范围内提高燃烧温度，从而提高热效率。应用本发明技术的燃烧器可以燃烧天然气、石油液化气、混合煤气等普通燃料，还可以燃烧热值接近于1000kcal/m3的低热值气体燃料，如经常被当作废气排放的高炉煤气，可以有效节约能源，同时大幅度降低燃烧产物中的氮化物和硫化物含量，减少污染。本发明燃烧器可广泛应用于冶金、化工等行业，也可以广泛应用于生活。
附图说明
图1是本发明燃烧器的轴向剖面图；
图2、图3是图1的两种横截面形状的A-A剖视图。
在图1、2、3中：1燃烧区内金属纤维介质，2预热区内陶瓷介质，3燃烧器外壳，4除尘金属网或金属刷，5燃气管道，6预混室，7空气管道。
φ1-预混室内径，φ2-燃气管道内径，φ3-空气管道内径，a-燃烧器壁厚，b-管道壁厚，h1-除尘金属网或金属刷底部与燃烧器底部距离，h2-除尘金属网或金属刷的厚度，h3-预热区内陶瓷介质底部与除尘金属网或金属刷顶部距离，h4-预热区内陶瓷介质高度，h5-燃烧区内金属纤维介质高度，h6-燃料管道底部与预混室内底部距离。
具体实施方式
如图1、图2所示，燃烧器主体由：1燃烧区内金属纤维介质，2预热区内陶瓷介质，3燃烧器外壳，4除尘金属网或金属刷，5燃气管道，6预混室，7空气管道构成，在由燃烧器外壳3构成的空腔内，由上至下依次设置燃烧区内金属纤维介质1、预热区内陶瓷介质2，燃烧区内金属纤维介质1的材料可以采用铁铬铝合金，预热区内陶瓷介质2的材料采用氧化锆或碳化硅。燃烧区内金属纤维1的顶部与燃烧器外壳3的顶部平齐，燃烧区内金属纤维介质1与预热区内陶瓷介质2可以是一个整体。在燃烧器外壳3构成的空腔内部，预热区内陶瓷介质2下、燃气管道5上方设置除尘金属网或金属刷4，燃烧器外壳3内、除尘金属网或金属刷4下方空间为预混室6，在燃烧器底部设置空气管道7，侧壁设置燃气管道5。
几何尺寸可以按下表取值：
 组别取值(mm)参数  1  2  3  4  5
 h1  80  75  70  65  60
 h2  4  3.5  3  2.5  2
 h3  30  28  25  23  20
 h4  30  28  25  23  20
 h5  4  3  2.5  2.3  2
 h6 30  28  27  26  25
 a 10  8  7  6  5
 b 10  8  7  6  5
φ1 250  220  200  180  100
φ2 20  19  18  16  15
φ3 20  19  18  16  15
燃烧区金属材料平均丝径μm 50  40  35  30  20
燃烧区金属材料平均孔径μm 45  40  35  30  25
燃烧区金属材料孔隙率％ 90  88  85  83  80
预热区陶瓷材料平均孔径mm 0.29(无序或有序)  0.30(无序或有序)  0.30(无序或有序)  0.31(无序或有序)  0.29(无序或有序)
预热区金属材料孔隙率％ 83  80  78  76  75
应用本发明装置，具体举例如下：
向燃烧器内通燃气、空气，空气和燃气分别从空气管道7和燃气管道5进入后，在预混室6内混合，经过除尘金属网或金属刷4除尘后进入预热区内陶瓷介质2，预热区内陶瓷介质2的温度较低，然后进入燃烧区内金属纤维介质1内燃烧。
有关工艺参数如下：
燃烧气体：高炉煤气(或高、焦混合煤气)，或天然气、石油液化气、混合煤气等，燃烧温度在600～1200℃；
空气流量：1000～2000m3/h；
燃气流量：500～1000m3/h；
功率：100～700kw/m2
调节比：10∶1；
燃烧效果：空气或气体燃料均可不用在进入燃烧器前预热，未燃烃，氮氧化物含量低于100ppm，一氧化碳低于40ppm。

Claims (8)

1、一种金属纤维-多孔陶瓷介质表面燃烧器，包括燃烧器外壳(3)、燃气管道(5)、空气管道(7)，其特征在于在由燃烧器外壳(3)构成的空腔内，由上至下依次设置燃烧区内金属纤维介质(1)、预热区内陶瓷介质(2)，燃烧区内金属纤维介质(1)的顶部与燃烧器外壳(3)的顶部平齐，燃烧区内金属纤维介质(1)与预热区内陶瓷介质(2)紧贴在一起，在燃烧器外壳(3)构成的空腔内部，预热区内陶瓷介质(2)下、燃气管道(5)上方设置除尘金属网或金属刷(4)；燃烧器外壳(3)内、除尘金属网或金属刷(4)下方空间为预混室(6)。
2、按照权利要求1所述的金属纤维-多孔陶瓷介质表面燃烧器，其特征在于燃烧区内金属纤维介质(1)的材料采用铁铬铝合金，预热区内陶瓷介质(2)的材料采用氧化锆或碳化硅。
3、按照权利要求1所述的金属纤维-多孔陶瓷介质表面燃烧器，其特征在于燃烧区内金属纤维介质(1)材料的平均丝径为20～50μm，燃烧区内金属纤维介质(1)为网状或纤维结构，平均孔径为25～45μm，孔隙率为80～90％，孔的排列方式为有序直通式；预热区内陶瓷介质(2)平均孔径为0.29～0.31mm，孔隙率为75％～83％，孔的排列方式为无序或有序直通式。
4、按照权利要求1所述的金属纤维-多孔陶瓷介质表面燃烧器，其特征在于燃烧区内金属纤维介质(1)横截面方向为圆形或矩形，竖直截面方向为矩形、锥形或圆弧形。
5、按照权利要求1所述的金属纤维-多孔陶瓷介质表面燃烧器，其特征在于几何参数取值如下：
h1  60～80mm；    h2  2～4mm；   h3 20～30mm；
h4  20～30mm；    h5  2～4mm；   h6 25～30mm；
a   5～10mm；     b   5～10mm；
Φ1 100～250mm；  Φ2 15～20mm； Φ3 15～20mm。
6、按照权利要求1所述的金属纤维-多孔陶瓷介质表面燃烧器，其特征在于燃烧器外壳(3)材料采用耐高温合金钢，除尘金属网或金属刷(4)材料采用不锈钢。
7、权利要求1所述的金属纤维-多孔陶瓷介质表面燃烧器的应用，其特征在于用于燃烧天然气、石油液化气或混合煤气，或用于燃烧低热值气体燃料，包括高炉煤气。
8、采用权利要求1所述的金属纤维-多孔陶瓷介质表面燃烧器燃烧气体燃料的方法，其特征在于燃烧温度在1200℃以下；空气流量1000～2000m3/h；燃气流量500～1200m3/h，未燃烃和氮氧化物含量低于100ppm，一氧化碳低于40ppm。
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