燃燒液體燃料的方法和裝置的製作方法

2023-05-23 15:28:36 2

專利名稱：燃燒液體燃料的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及燃燒液體燃料，尤其燃燒油的方法和裝置。
從DE4322109A1中已知一種以煤氣/空氣混合物為燃料而工作的燃燒器。在此燃燒器中，採用所謂孔隙燃燒器技術。該技術不同於所有普通燃燒方法，其中，煤氣/空氣混合物在惰性多孔材料的空腔中燃燒。
由於多孔材料的可靠傳熱性能，這種燃燒器具有低汙染物排放和很大範圍過量空氣值及輸出功率(高達1∶20)的特點。此外，廢氣可通過埋入多孔材料的熱交換器很有效地冷卻，從而確保很高的效率和改進的燃料利用程度。這種燃燒器/熱交換器組合僅需要已知系統安裝容積的1/10。
然而，已知燃燒器不能以油之類的液體燃料工作。
EP0524736A2公開了一種在多孔基體中完成控制反應的方法和裝置。其中，煤氣或氣化物自一空間被導入以管形垂直向上延伸的多孔媒介體中。在多孔媒介體中進行燃燒。燃燒產生的熱主要流向下遊併到達另一空間，此方法不適於燃燒液體燃料。在多孔體中火焰前沿的位置不穩定。為使此位置穩定，需要一個與溫度測量裝置相配合的裝置來控制容積流量。在該已知工藝過程中產生的熱量通過與周圍媒介體對流而不完全傳遞。沒有為提高效率而對燃燒混合物進行預熱。在此過程中斷後，留在空間的煤氣或氣化物剩餘物可能以不利的方式促使自行點火。
US4133632公開了一種氣化型燃油器。在此燃油器中，在氣化殼體的底部設置一多孔板，油通過毛細作用的力在板的一側被吸入並在另一側進入氣化殼體而氣化。被氣化的油與空氣混合，最後將混合物供給一燃燒空間，在那裡混合物利用敞口火焰燃燒。
已知的氣化器有多方面的缺陷。因為僅在油氣化後才與空氣混合，要形成均勻的空氣/油混合物需要長的距離。由於油被吸入多孔板取決於毛細作用的力。故多孔板必須具有很細的孔隙結構。然而，這會由於油中所含雜質而被堵塞，因此必須經常清除。為能得到足夠量油的氣化物，多孔板必須具有相當大的表面，整個表面與一個油箱相接觸。這違反了已知燃油器設計緊湊的要求。加之，形成油氣化物需一定時間，故不可能立即使與氣化器相連的燃燒器工作。燃燒器關閉後，油氣化物/空氣混合物滯留在氣化器中，這可能導致無意的燃燒。
本發明的目的就是避免先有技術的這些缺點。尤其，其目的是提供一種燃燒液體燃料、尤其是油的簡單工藝方法，此方法儘可能的有效，並具有儘可能低的汙染級別。此外，其目的是提供一種設計上儘可能簡單和緊湊，製造上廉價的燃燒液體燃料的裝置。
此目的由權利要求1和24的特點實現。其它實用的實施例遵循權利要求2至23和25至46的特點。
按本發明的方法，製造一種裝置，使液體燃料由分配裝置分配，並送入配置於下遊的一個裝有連通孔隙的多孔媒介體的反應器中，此多孔媒介體的peclet數允許火焰在多孔媒介體內擴展。按本發明的方法允許所用液體燃料特別有效的和低汙染的燃燒。
業已發現最好選擇多孔媒介體的Peclet數大於65。此Peclet數可由以下公式計算Pe=(SLdmCpρ)/λ，式中，SL為層流火焰速度，dm為多孔材料平均孔隙的當量直徑，Cp為氣體混合物的比熱，ρ為氣體混合物的密度，以及λ為氣體混合物的熱傳導係數。該公式表示火焰擴展的條件主要取決於多孔材料的平均孔隙的當量直徑dm或取決於多孔材料的平均孔隙直徑。此時，在進口，即在混合物入口端區域內存在多孔媒介體的條件下，相對於一種特定的氧化劑/液體燃料混合物必須選定諸如SL,Cp,ρ和λ等與方法有關的參數，它們尤其被液體燃料和氧化劑的型式及其混合比所限定。按本發明所述的方法具有值得注意的優點，即沒有必要必須將進入多孔媒介體時氧化劑/液體燃料混合物的熱傳導係數λ和溫度選擇得低於爆炸極限。
在本發明所述的另一結構中，一種氣態氧化劑，尤其是空氣，被供應給分配裝置和/或多孔媒介體，以形成由液體燃料和氧化劑組成的混合物。在這種配置中，分配裝置可具有供液體燃料霧化的裝置。例如，該霧化裝置周圍可有氣態氧化劑流。最好，該霧化裝置有一個在壓力下供以液體燃料噴咀。該霧化裝置也可有一個在壓力下供以液體燃料和氧化劑的雙元噴咀。藉助該裝置，形成由氧化劑液體燃料組成的第一混合物，該混合物可富有其它氧化劑。
最好，該霧化裝置配置在多孔媒介體附近。它可往復地相對多孔媒介體移動。在園柱形結構的多孔媒介體的情況下，霧化裝置最好配置在園柱體的軸線上。
按另一個實施例，可在多孔媒介體的混合物入口端設置一個具有連通孔隙的多孔元件。此多孔元件最好由不允許火焰擴展的Peclet數限定，此Peclet數一般小於65。
按照特別優越的特點，可提供一個最好包含一個具有有連通孔隙的多孔體的混合物氣化裝置。該多孔體的平均孔隙直徑可大於多孔元件的平均孔隙直徑。這有利於分配，混合和液體液料的氣化。氣化裝置一般配置在多孔媒介體的上遊及分配裝置的下遊。
在另一個實施例中，多孔媒介體與多孔元件相接觸。多孔元件通常可在其上遊端與多孔體接觸。在多孔媒介體的混合物入口端，該多孔元件形成一火焰檔板，防止混合物逆質量流方向而向後燃燒，尤其防止進入作為氣化裝置的多孔體中。由於多孔體與多孔元件之間及多孔元件和多孔媒介體之間直接接觸，因燃燒而在多孔媒介體中產生的熱不僅以熱輻射的形式而且也以熱傳導的方式傳給了多孔元件和多孔體。這確保混合物在進入多孔媒介體前完全氣化。
分配裝置最好有一個用以產生液體射流的裝置，可以使後者和/或霧化裝置伸入在多孔元件或多孔體中設置的凹槽。這可使設計特別緊湊。
為能特別有效的進行過程控制，可用加熱裝置對氧化劑和/或液體燃料和/或氣化裝置進行加熱。加熱裝置所需的熱量最好由熱燃氣傳遞。而且，用摻和在熱燃氣中的方法加熱氧化劑也是可能的。
混合物可用設置在多孔媒介體或蒸發裝置中或在分配裝置附近的點火裝置點火。在點火裝置設置於分配裝置附近的情況下，最好，最初點燃由分配裝置引出的混合物，並允許敞開燃燒以加熱多孔媒介體，然後，中斷液體燃料供應，並由此而中斷敞開燃燒。當再供應液體燃料時，形成的混合物在預熱過的多孔媒介體中即自動點火，不再進行敞開燃燒。
在又一實施例中，反應器有一個容納多孔媒介體的殼體，可使此殼體包圍多孔元件和氣化裝置。最好，多孔媒介體被熱交換器包圍。
按照又一實施例的特點，多孔媒介體配置於分配裝置下方，以便在燃燒時形成與質量流反向的逆流。這樣便可使由質量流供應的混合物預熱。此外，此逆流阻止質量流。從而使火焰前沿的位置保持穩定。
按本發明所述的又一措施，提供一種燃燒液體燃料，尤其燃燒油的裝置，液體燃料由分配裝置分配，並被送入配置於下遊的一個裝有連通孔隙的多孔媒介體的反應器中，此多孔媒介體的Peclet數允許火焰在多孔媒介體中擴展。按本發明所述的裝置可製成結構緊湊，並且價格低廉。它可使液體燃料進行低汙染燃燒。按本發明所述的該裝置尤其具有大功率範圍和調節能力，寬範圍的空氣/燃料比和高比功率密度等特點。
適於製造多孔媒介體和多孔元件的材料為金屬，金屬氧化物，陶瓷或塗陶瓷的金屬。像球等單個元件的鬆散材料和粒料也可被使用。選擇材料的一般原則是形狀的穩定性，耐溫變性，化學和熱穩定性和傳熱性能，例如熱傳導或熱輻射係數。
下面利用附圖對本發明的方法和裝置的有利實施例進行說明。
其中

圖1表示說明本發明方法的原理的略圖；圖2表示本發明裝置的第一實施例的示意剖面圖；圖3表示本發明裝置的第二實施例的示意剖面圖；圖4表示本發明裝置的第三實施例的示意剖面圖；圖5a表示液體燃料噴咀的剖面圖；圖5b表示雙元噴咀的剖面圖；圖6a表示分配器的示意剖面圖；和圖6b表示圖6a分配器的平面圖。
圖1表示說明本發明方法的一個實施例變型的原理略圖。液體燃產，如果需要加熱的話，被分配與多孔體相互作用，以便增加液體燃料的表面積。同時，供應空氣給該多孔體，並使其與所分配的液體燃料均勻混合。由空氣和液體燃料組成的混合物以質量流經過多孔體向多孔媒介體方向流動，在此混合物入口端，有一個作為火焰擋板的多孔元件。由於在多孔媒介體中發生燃燒，熱便傳遞給多孔元件，它最好與多孔媒介體直接接觸，並從那裡將熱傳遞給多孔體。因此，流經多孔體和多孔元件的該混合物被進一步加熱而氣化或轉變為氣相。在此方法中，在多孔體中的該混合物完全均勻化。尤其，該多孔體可另外被加以助於氣化。最後，已氣化的混合物到達多孔媒介體，並在那裡燃燒。
為實現本發明的方法，業已發現本發明的多個裝置實施例特別有利。
本發明裝置的第一實施例示於圖2。其中，一個總的由序號1所指的分配裝置主要由分配器2組成。分配器2伸入在多孔體3上所設置的凹槽4中。該多孔體3與Peclet數小於65的多孔元件5直接接觸。此多孔元件5又與多孔媒介體6直接接觸。形成燃燒器的該多孔媒介體6中配有一點火裝置7。
其中，多孔體3具有多個不同孔隙率和平均孔隙直徑的區域或層8,9和10。
按由圖3可見的第二實施例結構形式，分配裝置1由配置於上遊和多孔體3上方的液體燃料噴咀11組成。一個埋在大孔隙元件13中的熱交換器12被配置於多孔媒介體6的下遊。多孔體3，多孔元件5，多孔媒介體6和大孔隙元件13均容納在殼體14中，這裡，此殼體做成為管狀結構。
圖4表示結構特簡單的第三實施例。其中，多孔媒介體6延伸於殼體14的基本部分，這裡，多孔媒介體6的混合物入口端15直接與由液體燃料噴咀11噴射出的液體燃料相遇。
圖2和圖3所示的裝置的功能如下從分配裝置1噴射出的空氣/液體燃料混合物或液體燃料進入多孔體3中，並在那裡按徑向分配於整個橫截面。同時，此混合物或液體燃料與進入多孔體3的空氣混合併均勻化。在進一步轉移過程中，此混合物更加均勻且分布更加細密。最好，在由多孔媒介體6傳來的熱的作用下，此混合物被氣化。氣化物或氣化的混合物通過作為火焰擋板的多孔元件5，並最後到達在其中燃燒的多孔媒介體6。燃燒氣體於多孔媒介體6的出口端16引出並由熱交換器12導向。
在圖4所示的裝置中，混合物的混合，均勻化和氣化均發生在多孔體入口端15的附近。
在圖2至4所示的裝置中，在每個裝置中，質量流均垂直向下。由於燃燒，在多孔媒介體中發生逆流並垂直向上。此逆流阻止質量流。由此，使多孔媒介體中的火焰前沿的位置保持穩定。
圖5a和5b表示液體燃料噴咀11和雙元噴咀17的剖面圖。雙元噴咀17由被空氣噴咀18圍繞的液體燃料噴咀11組成。空氣噴咀18配有導入空氣用的通孔19。空氣/液體燃料混合物通過設置在空氣噴咀18中的一個開口20噴出。
圖6a表示分配器2的剖面圖。它主要由圓筒21組成，其內腔通過徑向配置的噴咀22與周圍相通。由圖6b可特別清楚地看到噴咀22的配置。
標號表1.分配裝置2.分配器3.多孔體4.凹槽5.多孔元件6.多孔媒介體7.點火裝置8、9、10.區域11液體燃料噴咀12熱交換器13大孔隙元件14殼體15混合物入口端16出口端17雙元噴咀18空氣噴咀19通孔20開口21園筒22噴咀A質量流方向F液體燃料L空氣
權利要求
1.燃燒液體燃料(F)、尤其燃燒油的方法，其中，液體燃料(F)由分配裝置(1)分配並被輸入配置於下遊的一個裝有有連通孔隙的多孔媒介體(6)的反應器中，此多孔媒介體的Peclet數允許在多孔媒介體(6)內火焰擴展及使液體燃料(F)完全燃燒。
2.按權利要求1所述的方法，其特徵在於，該多孔媒介體(6)的Peclet數大於65。
3.按權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，氣體氧化劑(L)，尤其空氣，被供給分配裝置(1)和/或多孔媒介體(6)，以形成由液體燃料(F)和氧化劑(L)組成的混合物。
4.按權利要求1至3之一所述的方法，其特徵在於，分配裝置(1)有一個用以使液體燃料(F)霧化的裝置。
5.按權利要求4所述的方法，其特徵在於，霧化裝置有一個在壓力下被供以液體燃料(F)的噴咀(11)。
6.按權利要求4或5所述的方法，其特徵在於霧化裝置有一個在壓力下被供以液體燃料(F)和氧化劑(L)的雙元噴咀(17)。
7.按權利要求4至6之一所述的方法，其特徵在於，霧化裝置被配置在多孔媒介體(6)的附近。
8.按上述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，在多孔媒介體(6)的混合物入口端(15)，設置一個具有連通孔隙的多孔元件(5)。
9.按權利要求8所述的方法，其特徵在於，多孔元件(5)的孔隙具有不允許火焰擴展的Peclet。
10.按權利要求9所述的方法，其特徵在於，多孔元件(5)的Peclet小於65。
11.按上述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，設置一個氣化混合物的裝置。
12.按權利要求11所述的方法，其特徵在於，氣化裝置包含一個具有連通孔隙的多孔體(3)，此多孔體(3)的平均孔隙直徑大於多孔元件(5)的平均孔隙直徑。
13.按上述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，多孔媒介體(6)與多孔元件(5)相接觸。
14.按上述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，多孔元件(5)與多孔體(3)相接觸。
15.按上述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，分配裝置(1)具有用以產生液體射流的設備(2)。
16.按上述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，霧化裝置(11)和/或用以產生液體射流(2)的裝置伸入在多孔元件(5)或多孔體(3)中所設置的凹槽(4)。
17.按上述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，氧化劑(L)和/或液體燃料(F)和/或氣化裝置用加熱裝置加熱。
18.按權利要求17所述的方法，其特徵在於，加熱裝置從燃燒氣體的焓中獲得熱能。
19.按上述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，混合物利用在多孔媒介體(6)中或在氣化裝置中或在分配裝置(1)附近設置的點火裝置點火。
20.按上述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，反應器具有一個容納多孔媒介體(6)的殼體(14)。
21.按權利要求20所述的方法，其特徵在於，殼體(14)包圍多孔元件(5)和氣化裝置。
22.按上述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，一個埋入熱交換器(12)的大孔隙元件(13)設置在多孔媒介體(6)的下遊。
23.按上述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，多孔媒介體(6)被配置在分配裝置(1)下方，從而在燃燒時形成與質量流反向的逆流。
24.用以燃燒液體燃料，尤其燃燒油的裝置，其中，液體燃料(F)可由分配裝置(1)分配並可被輸入配置在下遊的一個裝有有連通孔隙的多孔媒介體(6)的分應器中，此多孔媒介體的Peclet數允許在多孔媒介體(6)內火焰擴展及使液體燃料(F)完全燃燒。
25.按權利要求24所述的裝置，其特徵在於，多孔媒介體(6)的Peclet數大於65。
26.按權利要求24或25所述的裝置，其特徵在於，分配裝置(1)和/或多孔媒介體(6)具有氣體氧化劑(L)尤其是空氣的供給設施，從而形成由液體燃料(F)和氧化劑(L)組成的混合物。
27.按權利要求24至25之一所述的裝置，其特徵在於，分配裝置(1)有一個使液體燃料(F)霧化的裝置。
28.按權利要求24至26之一所述的裝置，其特徵在於，霧化裝置有一個在壓力下被供以液體燃料(F)的噴咀(11)。
29.按上述權利要求27或28所述的裝置，其特徵在於，霧化裝置有一個在壓力下被供以液體燃料(F)和氧化劑(L)的雙元噴咀(17)。
30.按權利要求27至29之一所述的裝置，其特徵在於，霧化裝置被配置在多孔媒介體(6)的附近。
31.按上述權利要求24至30之一所述的裝置，其特徵在於，在多孔媒介體(6)的混合物入口端(15)設置一個具有連通孔隙的多孔元件(5)。
32.按權利要求31所述的裝置，其特徵在於多孔元件(5)的孔隙的Peclet數不允許火焰擴展。
33.按權利要求32所述的裝置，其特徵在於多孔元件(5)的Peclet數小於65。
34.按權利要求24至33之一的裝置，其特徵在於設置一個供混合物氣化的裝置。
35.按權利要求34所述的裝置，其特徵在於氣化裝置包含一個具有連通孔隙的多孔體(6)，多孔體(6)的平均孔隙直徑大於多孔元件(7)的平均孔隙直徑。
36.按權利要求24至35之一的裝置，其特徵在於，多孔媒介體(6)與多孔元件(5)接觸。
37.按權利要求24至36之一的裝置，其特徵在於多孔元件(5)與多孔體(6)接觸。
38.按權利要求24至37之一的裝置，其特徵在於分配裝置(1)具有供產生液體射流(2)的裝置。
39.按權利要求24至38之一的裝置，其特徵在於霧化裝置(11)和/或產生液體射流(2)的裝置凸入在多孔元件(5)或多孔體(3)中形成的凹槽。
40.按權利要求24至39之一的裝置，其特徵在於設置一加熱裝置，以加熱氧化劑(L)和/或液體燃料(F)和/或氣化裝置。
41.按權利要求40所述的裝置，其特徵在於加熱裝置能被燃氣的焓加熱。
42.按權利要求24至41之一的裝置，其特徵在於在多孔媒介體(6)或氣化裝置中或在分配裝置(1)的附近設置供點燃混合物的點火裝置(7)。
43.按權利要求23至42之一的裝置，其特徵在於該反應器有一容納多孔媒媒介體(6)的殼體(14)。
44.按權利要求43所述的裝置，其特徵在於殼體(14)包圍多孔元件(5)和氣化裝置。
45.按權利要求24至44之一的裝置，其特徵在於在多孔媒介體(6)的下遊設置一大孔元件(13)其內埋置一熱交換器。
46.按權利要求24至45之一的裝置，其特徵在於在分配裝置(1)的下面設置多孔媒介體(6)，這樣，在燃燒時產生的逆流對準質量流。
全文摘要
本發明涉及一種燃燒液體燃料(F),尤其燃料油的方法,其中,液體燃料(F)用分配裝置(1)分配,並射向裝有有連通孔隙的多孔裝置(6)的下遊反應器,其Peclect數允許在多孔裝置(6)內火焰擴展,並使液體燃料(F)完全燃燒。
文檔編號F23C99/00GK1237239SQ97199693
公開日1999年12月1日 申請日期1997年11月10日 優先權日1996年11月13日
發明者F·杜爾斯特, M·克普勒爾, M·維克拉斯 申請人:因文特新技術開發股份有限公司