一種火焰長度可調金屬－陶瓷多孔介質氣體燃料燃燒器的製作方法

2023-08-01 19:32:06

專利名稱：一種火焰長度可調金屬－陶瓷多孔介質氣體燃料燃燒器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種燃燒器，特別涉及一種火焰長度可調金屬—陶瓷多孔介質氣體燃料燃燒器。
背景技術：
目前，我國工業生產中氣體燃料的燃燒主要是以自由火焰為特徵的空間燃燒，這種燃燒方式，火焰面附近溫度梯度陡而且分布不均，局部高溫區的存在造成了大量的NOx生成，熱效率低，燃燒穩定性較差。現在，在燃燒器內加入多孔介質的技術現已逐步被人們重視。多孔介質中的燃燒有很多優點較小的貧燃極限、較高的燃燒速率和穩定性、負荷調節範圍廣、燃燒強度高、燃燒器體積小等，而且燃燒產物中氮化物和硫化物等汙染成份的含量非常低，因此，多孔介質中的燃燒在現實應用中有很大的潛力。
在高熱值氣體燃料的燃燒中，材料特性方面，多孔介質必須具有耐高溫、抗氧化、易導熱等特性，不鏽鋼、合金、玻璃、陶瓷等都曾作為研究對象被國內外學者們試用。為了有效利用孔徑大小對燃燒的影響特性，人們大多採用非單一孔徑、單一材料的多孔介質。但是目前的多孔介質燃燒器的使用仍存在以下缺陷(1)目前研究的多孔介質燃燒器大都採用預混燃燒，火焰長度較短且很難調節，而在實際生產中的燃燒器的火焰長度要根據需要進行調節，目前研究的多孔介質燃燒器大都達不到這種要求。(2)多孔介質孔徑很小，非常容易阻塞，所以目前大多數研究都只燃燒單一純淨的氣體燃料，而實際生產中大多需要燃燒灰塵含量較高的煤氣或混合煤氣，這給多孔介質燃燒器的實際應用帶來不便。(3)在大多數研究中採用的多孔介質材料為陶瓷，儘管具有耐高溫的特性，但是導熱特性不如金屬，燃氣在陶瓷中流動時的阻力比在金屬中流動時的阻力大，且陶瓷易碎；而金屬儘管導熱特性良好，但是耐高溫和抗氧化方面不如陶瓷。

發明內容
針對現有高熱值氣體燃料多孔介質燃燒器的不足之處，本發明提供一種火焰長度可調金屬—陶瓷多孔介質氣體燃料燃燒器。
燃燒器由1耐火材料套管、2大孔區域陶瓷多孔介質、3小孔區域金屬多孔介質、4外層環形空氣管道、5帶導向片的內層環形空氣管道、6導向片、7分流閥門、8除塵金屬刷或金屬網、9燃氣入口、10空氣入口構成。其中，大孔區域屬於燃燒區，使用的多孔介質材料是陶瓷，以適用於高熱值氣體燃料(燃燒溫度能達到1900℃甚至以上)。這是因為陶瓷具有良好的耐高溫特性，不易燒壞；小孔區域為預熱區，可以有效吸收大孔介質燃燒區產生的熱量，這裡的溫度一般不超過1400℃，使用的多孔介質材料是耐高溫鋼。另外，氣體在耐高溫鋼孔內流動時的阻力較小，加上耐高溫鋼良好的導熱性，所以是預熱區理想的多孔介質材料。本發明可以通過閥門調節氧化劑(空氣)進入內層或外層環形管道。當氧化劑(空氣)進入帶有導向片的內層管道後，形成旋轉氣流，迅速在燃燒區與燃料混合，從而縮短火焰長度；通過閥門調節使氧化劑(空氣)進入外層管道時，不能在燃燒區形成旋轉氣流，與燃料的混合速度減慢，可以使火焰長度加長。當閥門調節調節到中間某個位置時，氧化劑(空氣)部分從內層、部分從外層環形管道進入燃燒區，從而真正作到對火焰長度的任意調節。
燃燒區陶瓷的材料可以用氧化釔基氧化鋯或氮化矽(採用氮化矽時，燃燒溫度不超過1500℃時)，平均孔徑為3～5mm，孔隙率為80～85％，孔的排列方式無序連通。預熱區金屬的材料可以是耐高溫鋼，平均孔徑為0.3～0.5mm，孔隙率為75％～83％，孔的排列方式為直通。耐火材料套管材料可以是高鋁質耐火材料，燃燒器外殼材料採用耐高溫合金鋼，金屬網或金屬刷材料採用不鏽鋼。
導向片傾角(弦切角)30～50°，數量15～20個，厚度2～3mm本發明燃燒器的有關幾何參數取值如下h150～60mm； h250～60mm； h350～60mm；h430～40mm； h550～60mm； h610～15mm；h7110～140mm； a20～30mm； b 3～5mm；c3～5mm； d3～5mm；Φ1 180～250mm；Φ2 120～190mm； Φ3 50～60mm； Φ4 80～120mm。
應用本發明燃燒器有關工藝參數如下燃燒氣體焦爐煤氣，天然氣，液化氣等高熱值氣體。
空氣流量1500～3000m3/h煤氣流量800～2000m3/h燃燒效果空氣或氣體燃料均可不用在進入燃燒器前預熱，未燃烴、氮化物和硫化物含量低於10ppm，一氧化碳低於20ppm。
應用本發明技術的燃燒器可以燃燒熱值變化範圍在1000～4000kcal/m3(4180～16720kJ/m3)甚至以上的高爐煤氣、焦爐煤氣、混合煤氣、天然氣、液化氣等。本發明的燃燒器可以廣泛應用地應用於冶金、化工等行業。


圖1是本發明燃燒器的軸向剖面圖；圖2是本發明燃燒器圖1的A-A視圖。
圖1、2中1耐火材料套管，2大孔區域陶瓷多孔介質，3小孔區域金屬多孔介質，4外層環形空氣管道，5帶導向片的內層環形空氣管道，6導向片，7分流閥門，8除塵金屬刷或金屬網，9燃氣入口，10空氣入口，11燃燒器外壁，12燃燒器內壁，13水平隔板，14環形隔板構成。
h1耐火材料套管1頂部與大孔區域陶瓷多孔介質2頂部距離h2大孔區域陶瓷多孔介質2的高度h3小孔區域金屬多孔介質3的高度h4耐火材料套管1和燃燒器外壁11結合部分高度h5小孔區域金屬多孔介質3底部與除塵金屬刷或金屬網8頂部距離h6除塵金屬刷或金屬網8的高度h7耐火材料套管1頂部與空氣入口10頂部的距離a耐火材料套管1的厚度b11的厚度c燃燒器內壁12的厚度d圓形隔板14的厚度Φ1耐火材料套管1內徑Φ2圓形隔板14內徑Φ3燃燒器內壁12內徑Φ4空氣入口10內徑α導向片弦切角具體實施方式
燃燒器主體由1耐火材料套管、2大孔區域陶瓷多孔介質、3小孔區域金屬多孔介質、4外層環形空氣管道、5帶導向片的內層環形空氣管道、6導向片、7分流閥門、8除塵金屬刷或金屬網、9燃氣入口、10空氣入口、11燃燒器外壁、12燃燒器內壁、13水平隔板、14環形隔板構成。燃燒器外壁11、燃燒器內壁12、環形隔板14頂部平齊，在燃燒器內壁12內設置小孔區域金屬多孔介質3，並使小孔區域金屬多孔介質3頂部與燃燒器內壁頂部平齊，從空氣管道上部的燃燒器外壁11外側開始包裹耐火材料套管1，耐火材料套管延伸至大孔區域陶瓷多孔介質2上部的一定距離，大孔區域陶瓷多孔介質2及其以上的部分的燃燒器外壁11用耐火材料套管1代替。在耐火材料套管1內部設置大孔區域陶瓷多孔介質2，並使大孔區域陶瓷多孔介質2的下表面與小孔區域金屬多孔介質3的上表面緊密接觸，在燃燒器內壁12內、小孔區域金屬多孔介質3下方一定距離處設置除塵金屬網或金屬刷8，燃燒器內壁12向下延伸形成燃氣入口9，在燃燒器外壁11的一側設置空氣入口10，在空氣入口10中心水平方向設置水平隔板13，在燃燒器外壁11、燃燒器內壁12之間設置環形隔板14，環形隔板14將燃燒器外壁11、燃燒器內壁12圍成的空間分成外層環形空氣管道4和帶導向片的內層環形空氣管道5。水平隔板13與環形隔板14焊接為一體。在燃燒器內壁12、環形隔板14之間設置導向片6，在空氣入口10內安裝分流閥門7。
燃燒區陶瓷的材料採用氧化釔基氧化鋯或氮化矽(燃燒溫度不超過1500℃時)，孔的排列方式無序連通。預熱區金屬的材料採用耐高溫鋼，孔的排列方式為直通。耐火材料套管材料採用高鋁質耐火材料，燃燒器外殼材料採用耐高溫合金鋼，除塵金屬網或金屬刷材料採用不鏽鋼。
幾何尺寸可以按下表取值


應用本發明裝置，具體舉例如下向燃燒器內通燃氣、空氣，空氣和燃氣分別從空氣管道10和燃氣管道9進入燃燒器，空氣經外層環形管道4或內層導向環形管道5直接進入大孔介質2，煤氣經過除塵金屬網或金屬刷8除塵後進入預熱區內小孔介質3，預熱區內小孔介質3的溫度較低，然後進入燃燒區內大孔介質2內和空氣邊混合邊燃燒。
有關工藝參數如下燃燒氣體焦爐煤氣或天然氣或液化氣，燃燒溫度在1700±50℃；空氣流量2200m3/h；燃氣流量1500m3/h；燃燒效果火焰長度可調，空氣或氣體燃料均可不用在進入燃燒器前預熱，未燃烴，氮化物、硫化物含量低於10ppm，一氧化碳低於20ppm。
權利要求
1.一種火焰長度可調金屬—陶瓷多孔介質氣體燃料燃燒器，包括燃燒器外壁(11)、燃燒器內壁(12)、燃氣入口(9)、空氣入口(10)，其特徵在於在燃燒器內壁(12)內設置小孔區域金屬多孔介質(3)，從空氣管道上部的燃燒器外壁(11)外側開始包裹耐火材料套管(1)，耐火材料套管(1)延伸至大孔區域陶瓷多孔介質(2)上部的一定距離，大孔區域陶瓷多孔介質(2)及其以上的部分的燃燒器外壁(11)用耐火材料套管(1)代替，在耐火材料套管(1)內部設置大孔區域陶瓷多孔介質(2)，並使大孔區域陶瓷多孔介質(2)的下表面與小孔區域金屬多孔介質(3)的上表面緊密接觸，在燃燒器內壁(12)內、小孔區域金屬多孔介質(3)下方一定距離處設置除塵金屬網或金屬刷(8)，燃燒器內壁(12)向下延伸形成燃氣入口(9)，在燃燒器外壁(11)的一側設置空氣入口(10)，在空氣入口(10)中心水平方向設置水平隔板(13)，在燃燒器外壁(11)、燃燒器內壁(12)之間設置環形隔板(14)，環形隔板(14)將燃燒器外壁(11)、燃燒器內壁(12)圍成的空間分成外層環形空氣管道(4)和帶導向片的內層環形空氣管道(5)，水平隔板(13)與環形隔板(14)焊接為一體，在燃燒器內壁(12)、環形隔板(14)之間設置導向片(6)，在空氣入口(10)內安裝分流閥門(7)。
2.按照權利要求1所述的火焰長度可調金屬—陶瓷多孔介質氣體燃料燃燒器，其特徵在於小孔區域金屬多孔介質(3)頂部與燃燒器內壁(12)頂部平齊；燃燒器外壁(11)、燃燒器內壁(12)、環形隔板(14)頂部平齊。
3.按照權利要求1所述的火焰長度可調金屬—陶瓷多孔介質氣體燃料燃燒器，其特徵在於大孔區域陶瓷多孔介質(2)的材料採用氧化釔基氧化鋯或氮化矽，平均孔徑為3～5mm，孔隙率為80～85％，孔的排列方式無序連通；小孔區域金屬多孔介質(3)的材料採用耐高溫鋼，平均孔徑為0.3～0.5mm，孔隙率為75％～83％，孔的排列方式為直通。
4.按照權利要求1所述的火焰長度可調金屬—陶瓷多孔介質氣體燃料燃燒器，其特徵在於耐火材料套管材料是高鋁質耐火材料，燃燒器外殼材料採用耐高溫合金鋼，金屬網或金屬刷材料採用不鏽鋼。
5.按照權利要求1所述的火焰長度可調金屬—陶瓷多孔介質氣體燃料燃燒器，其特徵在於幾何參數取值如下h150～60mm；h250～60mm；h350～60mm；h430～40mm；h550～60mm；h610～15mmh7110～140mm；a20～30mm； b3～5mm；c3～5mm；d3～5mm； Φ1 180～250mm；Φ2 120～190mm；Φ3 50～60mm； Φ4 80～120mm；導向片傾角30～50°，數量15～20個，厚度2～3mm。
6.權利要求1所述的火焰長度可調金屬—陶瓷多孔介質氣體燃料燃燒器的應用，其特徵在於用於燃燒高熱值氣體，包括焦爐煤氣，天然氣，液化氣；空氣流量1500～3000m3/h煤氣流量800～2000m3/h。
全文摘要
一種火焰長度可調金屬一陶瓷多孔介質氣體燃料燃燒器，在燃燒器內壁內設置小孔區域金屬多孔介質，在耐火材料套管內部設置大孔區域陶瓷多孔介質，並使兩種表面緊密接觸，在小孔區域金屬多孔介質下方設置除塵金屬網或金屬刷，在燃燒器外壁的一側設置空氣入口，在空氣入口中心水平方向設置水平隔板，在燃燒器外壁、燃燒器內壁之間設置環形隔板，在燃燒器內壁、環形隔板之間設置導向片，在空氣入口內安裝分流閥門。通過調整空氣走向調節火焰長度。應用本發明技術的燃燒器可以燃燒熱值變化範圍在1000～4000kcal/m
文檔編號F23D14/02GK1804462SQ200610045689
公開日2006年7月19日 申請日期2006年1月20日 優先權日2006年1月20日
發明者李本文, 劉慧 , 趙玉榮, 陳海耿, 赫冀成 申請人:東北大學