醇基燃料清潔氣化燃燒灶具的製作方法

2023-05-31 01:08:06

專利名稱：醇基燃料清潔氣化燃燒灶具的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種灶具，特別是一種適合於民用的醇基燃料灶具。本實用新型的醇基燃料灶具可以實現燃料的完全氣化燃燒。
背景技術：
隨著我國經濟發展和人民生活質量的提高，社會對清潔能源的需求越來越大，新型清潔燃料的開發利用已迫在眉捷，醇基液體燃料是這方面極有前景的一種。醇基燃料是一種廉價、環保的清潔能源，由於燃料本身含氧，燃燒時需氧較少，燃料燃燒充分，呈藍色火焰，煙氣中不含有碳粒，主要為二氧化碳和水；醇基燃料含硫量極低，燃燒後煙氣中硫氧化物生成濃度也極低，是僅次於氫氣的最清潔燃料之一。醇基燃料可以煤炭、重油、天然氣或生物質等為原料生產，原料來源廣，生產工藝簡單，技術成熟。全國有上千家小化肥廠，多數廠有條件用聯醇法生產甲醇，無疑給聯醇法生產醇基燃料提供了可靠的原料供應渠道；生產醇基燃料又是煤炭液化技術和生物質生產再生能源技術的重要組成部分，規模生產醇基燃料的成本遠低於液化石油氣、天然氣、人工煤氣等其他燃料，具有極強的市場競爭力。中國是個「富煤、缺油、少氣」的國家，煤炭資源轉化醇基燃料適合中國的國情，如果這一燃料得到普及，將在很大程度上彌補我國石油資源的短缺，並可在一定範圍內實現清潔燃料的本土化生產和供應，對保障我國能源安全具有極其重要的戰略意義。目前，可用於醇基燃料的灶具根據氣化器的特點可以歸納為五類:第一類液面直燃式這是最早的醇基液體燃燒器，與簡易乙醇爐相近，即將一定數量的醇基燃料直接注入爐灶的小型容器中，燃燒和氣化在液面同時進行。這種燃燒器的主要缺點是:燃燒溫度低，醇基燃料燃燒不完全，熱效率低，並產生大量的有害氣體，汙染環境，浪費能源。第二類打氣加壓式採用盤管橫式氣化器，高壓供液橫管氣化。主要特點是要打氣加壓，有位差式加壓、鋼瓶打氣式、灶上打氣式等。存在的問題:1)結構複雜、操作煩復。有減壓閥、增壓閥、氣閥、壓力顯示錶等，管道接頭多，有時會造成洩漏，隱患多，不安全，維修不方便。2)橫管氣化。整個氣化器處在過熱狀態下，易引起汽液混流，在氣化器燃料中的分子還來不及燃燒就游離出來，在噴嘴口、管道中形成結炭堵塞。第三類氣體燃料加壓式採用豎管氣化器，不打氣加壓，低壓供液。氣化器裡氣液不混流，靜態氣化，但由於低壓供液，火力逐漸增強，若氣化不足，燃燒不穩定，有喘氣現象。第四類自增壓式這種燃燒器沒有設立專門的氣化器，利用燃燒器與燃料箱形成的腔體，在燃燒時通過被加熱的腔體加熱燃料，燃料在燃料箱中氣化產生壓力，供燃燒器燃燒。這種燃燒器燃料箱溫度高，壓力大，並始終處于波動之中，在某種情況下有可能導致燃料箱內壓力急劇升高，有引起燃料箱爆炸的可能，存在較大安全隱患。第五類多級氣化燃燒器由燃料箱、燃料控制、預熱空氣、主燃燒氣化器、多級氣化器、輔助氣化燃燒器等部分組成。液體燃料在多級氣化器內經逐級加熱完全氣化，成為120 500°C的燃氣，進入輔助氣化燃燒器，與高溫空氣混合燃燒。該燃燒裝置結構之複雜較之打氣加壓式更甚，較難適合普通民用爐灶輕便簡單的要求。目前國內對醇基燃料的製備研究開展較多，許多成本適合、性能穩定的新型燃料不斷問世，而與之配套的燃燒器開發研究進展不大，真正既能使燃料高效燃燒、節能環保，又簡單實用、可供普通民用市場規模化推廣實施的灶具還沒有。正是由於目前醇基燃料燃燒技術研究和灶具設計製造水平落後，制約了醇基燃料這一新型清潔能源的廣泛推廣。
發明內容本實用新型的目的是提供一種醇基燃料清潔氣化燃燒灶具，以適合醇基燃料的普通民用需要。液體燃料的燃燒一般可以有兩種方式，即液態燃燒和氣態燃燒。液態燃燒時,霧化程度、液滴與空氣混合的均勻度將決定燃料的燃燒是否完全。為使燃料充分霧化，與空氣均勻混合，需要高壓噴嘴與液體高速噴射等技術條件，以及一定的爐膛空間。普通民用灶具由於條件所限，燃燒過程難以保證液滴充分霧化與空氣混合均勻，是導致醇基燃料燃燒不完全、火力弱、液滴飛濺、煙氣難聞嗆眼等的主要原因。通過對醇基燃料燃燒過程的相關研究發現，燃料氣態燃燒方式取代液體燃燒方式是未來醇燃料燃燒器設計的方向。本實用新型的醇基燃料清潔氣化燃燒灶具由灶體、氣化器、二次氣化器、旋孔空氣分配器和輸油管構成，所述灶體為一圓柱體形的腔體，灶體底部中央設有一環狀的圍堰，在灶體底部圍成一環狀的預燃室；所述圍堰的中央為進空氣口，輸油管從進空氣口通入灶體中，與位於灶體中部的扁圓形氣化器連接，在所述氣化器的四周呈放射狀徑向設置有多個燃料噴嘴；一個圓盤狀旋孔空氣分配器固定安裝在氣化器與進空氣口之間的輸油管上，在旋孔空氣分配器的外周呈環形設置有若干圈風洞；氣化器上方固定有一個環形的二次氣化器，將灶體分隔成上部的氣化燃燒室和下部的混合燃燒室，所述氣化燃燒室與混合燃燒室通過二次氣化器中間的風孔連通。其中，所述的氣化器安裝在輸油管上，呈扁圓形。圓柱形的燃料噴嘴與氣化器徑向整體連接，頂端封閉，噴孔位於燃料噴嘴的側壁上，開口方向朝向側上方，且噴孔開口方向一致，形成一螺旋。這種結構可以保證氣化的燃料旋流狀向上噴向灶體燃燒室的內壁，而不是垂直向上噴射，以強化氣化燃料與空氣的混合程度。同時，所述的旋孔空氣分配器為有一定厚度的圓盤，旋孔空氣分配器上散布的風洞開口方向同樣不垂直於圓盤，而是順時針向前側傾，形成導流螺旋，以使吸入的空氣呈旋流狀態盤繞上升進入混合燃燒室。旋流的空氣與同樣旋流噴射的燃料可以充分混合均勻，有利於燃燒充分徹底。這樣，燃燒所需空氣由灶體底部中央吸入，經由旋孔空氣分配器螺旋狀進入混合燃燒室，與燃料在混合燃燒室充分擾動混合，大部分燃料在此氣化燃燒。進而，旋孔空氣分配器的直徑大於進空氣口的直徑，同時旋孔空氣分配器的中心位置為實心結構，不設置風洞。這樣可以確保吸入的空氣能經由旋孔空氣分配器導流螺旋進入燃燒室，同時減少吸入的空氣直接吹向氣化器的底部。環狀的二次氣化器固定在灶體的中上方，在環狀二次氣化器上散布有密集的火孔，少量未氣化燃燒的霧狀燃料與其接觸再次受熱氣化，進入氣化燃燒室中實現完全氣化燃燒，進一步提高燃燒效率。灶具的輸油管系由硬質不鏽鋼管制作，並由若干條徑向拉筋與灶體連接，被固定在灶體上。在輸油管上設置有油泵和針形閥，以控制燃料的供給。本實用新型的醇基燃料清潔氣化燃燒灶具具有燃料氣化和燃燒一體化結構，實現無鼓風完全氣化燃燒。使用初始，液體燃料經油泵、針形閥、氣化器，由燃料噴嘴流入預燃室中，點燃預燃室內燃料，加熱氣化器及燃料噴嘴，使氣化器內液態燃料迅速氣化增壓，由噴嘴噴射進入混合燃燒室，氣化燃料與旋流的空氣在混合燃燒室充分混合燃燒；位於灶體上部的二次氣化器將微量霧狀燃料再次加熱氣化，使其在氣化燃燒室實現真正氣化完全燃燒。隨著燃燒的進行，高溫狀態的氣化器及燃料噴嘴使進入的液態燃料瞬時氣化噴射，預燃室不再有液態燃料燃燒。區別於傳統燃燒方式，本實用新型的醇基燃料清潔氣化燃燒灶具使液態燃料在著火前以氣體形式與空氣均勻混合，減少了著火後燃料汽化所需的汽化潛熱，其火焰溫度比液態時高，燃燒速度為氣體化學反應的動力速度；燃料以氣態燃燒，燃燒過程不存在液核，實現了均相反應，保證了燃燒充分、完全、徹底，減少了有害氣體排放。本實用新型醇基燃料清潔氣化燃燒灶具的燃燒過程包括燃料供應、燃料氣化、燃料噴射、空氣導流、混合燃燒、二次氣化、氣化燃燒幾部分，其主要特點體現為以下幾個方面。I)燃燒過程不需要鼓風機，既減少了設備投資，又減少了電力消耗。2)燃料燃燒需要適宜的空燃比，而市場上常見的灶具都帶有鼓風機，燃燒所需空氣量要靠手動調節風門大小隨意調整，很難準確控制，空氣量多了消耗熱量，少了燃燒不完全。本實用新型灶具燃料噴射與火焰燃燒時在燃燒室下方產生一定的真空度，空氣由底部自然吸入，火力越猛，真空度越大，吸入空氣量就多，只需要通過針形閥控制燃料的大小，火焰大小隨著改變，空氣吸入量自然隨之變化，空燃比保持在適宜的範圍內。3)燃料全部進入氣化器，受熱蒸發氣化後由噴嘴噴射，進一步避免了燃料以液態或汽液混合方式燃燒。4)氣化器與噴嘴整體連接，減少了燃料洩漏和阻力，維持燃料以一定速度噴射。5)燃料噴嘴上的噴孔位於噴嘴側面向上，而不是垂直向上，一方面可使燃料以螺旋狀噴向燃燒室，便於與空氣混合充分，另一方面減少了燃料未燃直接噴出灶體外的損失。6) 二次氣化器可使少量未燃燃料再次氣化，實現真正完全氣化燃燒；另一方面，二次氣化器還具有均勻分布火焰的作用。7)灶具下方設置了旋孔空氣分配器，由於其上散布的風洞呈順時針向前側傾，使自然吸入的空氣通過風洞變向形成旋流，以一定速度進入燃燒室，利於與燃料充分混合燃
Jyti ο8) 二次氣化器上方有氣化燃燒室，在這裡燃料完全以氣態形式充分燃燒，比液態或汽液混合燃燒效率更高。[0037]由於上述特點，本實用新型的醇基燃料清潔氣化燃燒灶具燃燒穩定充分，火力大，熱效率高，不出現火刺，無火焰回卷、黑煙、火焰幹擾等不良燃燒現象，煙氣排放有害物質大大降低，大部分指標低於石油液化氣，清潔衛生，適合於醇基燃料、醇輕烴混合燃料等多種液體燃料，應用範圍廣。本實用新型的醇基燃料清潔氣化燃燒灶具構造簡單、組件緊湊、操作簡便，生產成本低，便於製造推廣。

圖1是本實用新型醇基燃料清潔氣化燃燒灶具的結構示意圖。圖2是圖1中氣化器的俯視結構示意圖。圖3是圖1中旋孔空氣分配器的俯視結構示意圖。圖4是圖1中二次氣化器的俯視結構示意圖。
具體實施方式
醇基燃料清潔氣化燃燒灶具的結構如圖1所示，由灶體3、氣化器8、二次氣化器4、旋孔空氣分配器10和輸油管11組成。其灶體3為一圓柱體形的腔體，在灶體3的底部設有一環狀的圍堰1，圍堰I中央開口作為進空氣口 2，外圍構成一環狀的預燃室13。預燃室13以上的腔體部分又由二次氣化器4分隔成上部的氣化燃燒室6和混合燃燒室7兩部分。輸油管11系硬質不鏽鋼管，從進空氣口 2通入灶體3混合燃燒室7內，由三條徑向拉筋12固定在灶體3上，在灶體3外的輸油管11上設置有針型閥14和油泵15。氣化器8位於灶體3中部的混合燃燒室7內，與輸油管11連接。氣化器8的結構如圖2，呈扁圓形狀，在氣化器8的四周呈放射狀徑向設置有多個與氣化器8整體連接的圓柱形燃料噴嘴9，燃料噴嘴9的頂端封閉，噴孔16位於燃料噴嘴9的側壁上，開口方向朝向側上方，形成一螺旋，以保證氣化的燃料旋流狀向上噴向混合燃燒室的內壁，而不是垂直向上噴射，強化其與空氣的混合程度。旋孔空氣分配器10安裝在氣化器8的下方，固定在輸油管11上，其結構如圖3，呈圓盤形狀，有一定的厚度，直徑略大於進空氣口 2。在旋孔空氣分配器10的外周呈環形設置有若干圈風洞17，風洞17的開口方向不垂直於圓盤，而是順時針向前傾斜，形成導流螺旋，可以使吸入的空氣呈旋流狀態螺旋上升進入混合燃燒室，與噴射的燃料充分混合均勻，有利於燃燒充分徹底。分配器中心為實心結構，不設置風洞，可以減少吸入的空氣直接吹向氣化器8底部。二次氣化器4的結構如圖4所示，為環形結構，中部設有風孔5，固定在灶體3中上方，將灶體3分隔成上部的氣化燃燒室6和下部的混合燃燒室7，氣化燃燒室6與混合燃燒室7通過二次氣化器4中間的風孔5連通。在二次氣化器4上散布有密集的火孔18，微量的未氣化霧狀燃料與二次氣化器4接觸，再次受熱氣化，進入氣化燃燒室中完全氣化燃燒，提高燃燒效率。本實用新型醇基燃料清潔氣化燃燒灶具的使用方法如下:開啟油泵、針形閥，少量液態燃料經由氣化器燃料噴嘴流入預燃室中。關閉針形閥，停止供油，點燃預燃室內的液態燃料。待燃料噴嘴有氣體噴出時，逐漸開啟針形閥。燃燒所需空氣由灶體底部進空氣口吸入，經由旋孔空氣分配器螺旋狀進入混合燃燒室與燃料混合。隨著燃燒進行，氣化器溫度升高，進入的燃料瞬時氣化，噴嘴幾乎不再有液體噴出，氣態燃料與空氣在燃燒室混合燃燒。燃燒室溫度越高，燃料氣化速度越快，同時底部真空度漸強，吸入的空氣量加大，火力越來越強。熄火時，先關閉油泵，再關閉針形閥，火焰熄滅，吸入的空氣也逐漸減小。
權利要求1.一種醇基燃料清潔氣化燃燒灶具，由灶體、氣化器、二次氣化器、旋孔空氣分配器和輸油管構成，其特徵在於，所述灶體為一圓柱體形的腔體，灶體底部中央設有一環狀的圍堰，在灶體底部圍成一環狀的預燃室；所述圍堰的中央為進空氣口，輸油管從進空氣口通入灶體中，與位於灶體中部的扁圓形氣化器連接，在所述氣化器的四周呈放射狀徑向設置有多個燃料噴嘴；一個圓盤狀旋孔空氣分配器固定安裝在氣化器與進空氣口之間的輸油管上，在旋孔空氣分配器的外周呈環形設置有若干圈風洞；氣化器上方固定有一個環形的二次氣化器，將灶體分隔成上部的氣化燃燒室和下部的混合燃燒室，所述氣化燃燒室與混合燃燒室通過二次氣化器中間的風孔連通。
2.根據權利要求1所述的灶具，其特徵在於所述燃料噴嘴上的噴孔位於燃料噴嘴的側壁上，開口方向朝向側上方。
3.根據權利要求2所述的灶具，其特徵在於所述燃料噴嘴上的噴孔開口方向一致，形成一螺旋。
4.根據權利要求1所述的灶具，其特徵在於所述任一圈風洞的開口方向均順時針向前傾斜，形成導流螺旋。
5.根據權利要求1或4所述的灶具，其特徵在於所述旋孔空氣分配器的中心位置為實心結構，不設置風洞。
6.根據權利要求1或4所述的灶具，其特徵在於所述旋孔空氣分配器的直徑大於進空氣口的直徑。
7.根據權利要求1所述的灶具，其特徵在於在所述環狀二次氣化器上散布有密集的火孔。
8.根據權利要求1所述的灶具，其特徵在於所述輸油管通過若干條徑向拉筋固定在灶體上。
專利摘要本實用新型公開了一種醇基燃料清潔氣化燃燒灶具，由灶體、氣化器、二次氣化器、旋孔空氣分配器和輸油管構成，灶體底部中央設有一圍堰，在灶體底部圍成一預燃室；圍堰中央為進空氣口，輸油管從進空氣口通入灶體中，與灶體中部的氣化器連接，在氣化器四周呈放射狀徑向設置有多個燃料噴嘴；旋孔空氣分配器固定在氣化器與進空氣口之間的輸油管上，旋孔空氣分配器外周呈環形設置有風洞；二次氣化器固定在氣化器上方，將灶體分隔成上部的氣化燃燒室和下部的混合燃燒室，氣化燃燒室與混合燃燒室通過二次氣化器中間的風孔連通。
文檔編號F24C5/02GK203024196SQ20122069779
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月17日 優先權日2012年12月17日
發明者郭四虎, 常永龍, 龐爾國, 吳躍曲, 郭芬 申請人:山西華頓實業有限公司