專利名稱：一種多孔金屬－陶瓷介質(zhì)氣體燃料燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃燒器，特別涉及一種多孔金屬-陶瓷介質(zhì)氣體燃料燃燒器。
背景技術(shù)：
目前，我國工業(yè)生產(chǎn)中氣體燃料的燃燒主要是以自由火焰為特征的空間燃燒，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(qū)的存在造成了大量的NOx生成，燃燒不完全而熱效率低，燃燒穩(wěn)定性較差?，F(xiàn)在，在燃燒器內(nèi)加入多孔介質(zhì)的技術(shù)現(xiàn)已逐步被人們重視。多孔介質(zhì)中的預(yù)混燃燒有很多優(yōu)點較小的貧燃極限、較高的燃燒速率和穩(wěn)定性、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣、燃燒強度高、燃燒器體積小等，而且燃燒產(chǎn)物中氮化物和硫化物等污染成份的含量非常少，因此，多孔介質(zhì)中的預(yù)混燃燒在現(xiàn)實應(yīng)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(zhì)必須具有耐高溫、抗氧化、易導(dǎo)熱等特性，不銹鋼、合金、玻璃、陶瓷等都曾作為研究對象被國內(nèi)外學(xué)者們試用。結(jié)構(gòu)方面，當(dāng)孔徑相對較大時，輻射作用穿透得較深遠(yuǎn)，溫度升高較快；孔徑相對較小時，多孔介質(zhì)相對的光學(xué)厚度較大，可以屏蔽輻射并有良好的蓄熱效果。為了有效利用孔徑大小對燃燒的影響特性，人們大多采用非單一孔徑、單一材料的多孔介質(zhì)。但是目前的多孔介質(zhì)燃燒器的使用仍存在以下缺陷(1)在大多數(shù)研究中采用的多孔介質(zhì)材料是陶瓷，盡管具有耐高溫的特性，但是導(dǎo)熱特性不如金屬，燃?xì)庠谔沾芍辛鲃訒r的阻力比在金屬中流動時的阻力大，且陶瓷易碎；而不銹鋼盡管導(dǎo)熱特性良好，但是耐高溫和抗氧化方面不如陶瓷。(2)多孔介質(zhì)孔徑很小，非常容易阻塞，所以目前大多數(shù)研究都只燃燒單一純凈的氣體燃料，而實際生產(chǎn)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(zhì)燃燒器的實際應(yīng)用帶來不便。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有高熱值氣體燃料多孔介質(zhì)燃燒器的不足之處，本發(fā)明提供一種多孔金屬-陶瓷介質(zhì)氣體燃料燃燒器。
燃燒器由1耐火材料套管、2大孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)、3小孔區(qū)域金屬多孔介質(zhì)、4燃燒器外殼、5除塵金屬網(wǎng)或金屬刷、6燃?xì)夤艿馈?預(yù)混室、8空氣管道構(gòu)成。其中，大孔區(qū)域?qū)儆谌紵齾^(qū)，使用的多孔介質(zhì)材料是陶瓷，以適用于高熱值氣體燃料(燃燒溫度能達(dá)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(qū)域為預(yù)熱區(qū)，可以有效儲存燃燒區(qū)產(chǎn)生的熱量，這里的溫度一般不超過1400℃，使用的多孔介質(zhì)材料是耐高溫鋼。另外，氣體在耐高溫鋼孔內(nèi)流動時的阻力很小，加上耐高溫鋼良好的導(dǎo)熱性，所以是理想的多孔介質(zhì)材料。為了保證大孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)2、小孔區(qū)域金屬多孔介質(zhì)3之間良好的導(dǎo)熱效果，通常設(shè)計時使二者緊密接觸。
燃燒區(qū)陶瓷的材料可以用氧化釔基氧化鋯或氮化硅(燃燒溫度不超過1500℃時)，平均孔徑為3～5mm，孔隙率為80～85％，孔的排列方式為直通。預(yù)熱區(qū)金屬的材料可以用不銹鋼，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(zhì)耐火材料，燃燒器外殼材料采用耐高溫合金鋼，金屬網(wǎng)或金屬刷材料采用不銹鋼。
本發(fā)明燃燒器的有關(guān)幾何參數(shù)取值如下h160～80mm；h210～15mm；h350～60mm；h450～60mm；h550～60mm；h650～60mm；h730～40mm；a 3～4mm； b 20～30mm；Φ1180～250mm；Φ250～60mm；Φ380～120mm。
燃燒器氣體流動和燃燒的軸向截面可以為附圖所示的圓形，也可以為正方形或其它多邊形。
應(yīng)用本發(fā)明燃燒器有關(guān)工藝參數(shù)如下燃燒氣體焦?fàn)t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；燃燒效果未燃烴，氮化物和硫化物含量低于10ppm，一氧化碳低于20ppm。
應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)的燃燒器可以燃燒熱值變化范圍在1000～4000kcal/m3(4180～16720kJ/m3)甚至以上的氣體燃料，如高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣或高、焦混合煤氣，天然氣等氣體燃料。本發(fā)明燃燒器可廣泛應(yīng)用于冶金、化工等行業(yè)。


圖1是本發(fā)明燃燒器的軸向剖面視圖；圖2是圖1的A-A向剖視圖。
圖1、2中1耐火材料套管，2大孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)，3小孔區(qū)域金屬多孔介質(zhì)，4燃燒器外殼，5除塵金屬網(wǎng)或金屬刷，6燃?xì)夤艿溃?預(yù)混室，8空氣管道。
φ1-燃燒器內(nèi)徑，φ2-燃?xì)夤艿纼?nèi)徑，φ3-空氣管道內(nèi)徑，a-燃燒器壁厚，b-耐火材料套管壁厚，h1-除塵金屬網(wǎng)或金屬刷底部與燃燒器底部距離，h2-除塵金屬網(wǎng)或金屬刷的高度，h3-小孔區(qū)域金屬多孔介質(zhì)底部與除塵金屬網(wǎng)或金屬刷頂部距離，h4-小孔區(qū)域金屬多孔介質(zhì)高度，h5-大孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)高度，h6-耐火材料套管頂部與大孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)頂部距離，h7-空氣管道底部與燃燒器底部距離。
具體實施例方式
如圖1、圖2所示，燃燒器主體由1耐火材料套管、2大孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)、3小孔區(qū)域金屬多孔介質(zhì)、4燃燒器外殼、5除塵金屬網(wǎng)或金屬刷、6燃?xì)夤艿馈?預(yù)混室、8空氣管道構(gòu)成，在由燃燒器外殼4和耐火材料套管1構(gòu)成的空腔內(nèi)，由上至下依次設(shè)置大孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)2、小孔區(qū)域金屬多孔介質(zhì)3，大孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)2的材料可以是氧化釔基氧化鋯或氮化硅(燃燒溫度不超過1500℃時)，預(yù)熱區(qū)內(nèi)小孔金屬材料可以是不銹鋼。預(yù)熱區(qū)內(nèi)小孔介質(zhì)3的頂部與燃燒器外殼4的頂部平齊，大孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)2下表面與小孔區(qū)域金屬多孔介質(zhì)3上表面接觸，最好設(shè)計成大孔中套若干小孔。從空氣管道上部的燃燒器外壁4外側(cè)開始包裹耐火材料套管1，耐火材料套管延伸至燃燒區(qū)2上部的一定距離，燃燒區(qū)2及其以上的部分的燃燒器外壁4用耐火材料套管1代替。在燃燒器外殼4構(gòu)成的空腔內(nèi)部，小孔區(qū)域金屬多孔介質(zhì)3下、燃?xì)夤艿?上方設(shè)置除塵金屬網(wǎng)或金屬刷5，在燃燒器底部設(shè)置空氣管道8，側(cè)壁設(shè)置燃?xì)夤艿?。
幾何尺寸可以按下表取值


應(yīng)用本發(fā)明裝置，具體舉例如下向燃燒器內(nèi)通燃?xì)狻⒖諝?，空氣和燃?xì)夥謩e從空氣管道8和燃?xì)夤艿?進(jìn)入后，在預(yù)混室7內(nèi)混合，經(jīng)過除塵金屬網(wǎng)或金屬刷5除塵后進(jìn)入預(yù)熱區(qū)內(nèi)小孔介質(zhì)3，預(yù)熱區(qū)內(nèi)小孔介質(zhì)3的溫度較低，然后進(jìn)入燃燒區(qū)內(nèi)大孔介質(zhì)2內(nèi)燃燒。
有關(guān)工藝參數(shù)如下燃燒氣體焦?fàn)t煤氣或天然氣或液化氣，燃燒溫度在1700±50℃；空氣流量2200m3/h；燃?xì)饬髁?500m3/h；燃燒效果空氣或氣體燃料均可不用在進(jìn)入燃燒器前預(yù)熱，未燃烴，氮化物、硫化物含量低于10ppm，一氧化碳低于20ppm。
權(quán)利要求
1.一種多孔金屬—陶瓷介質(zhì)氣體燃料燃燒器，包括燃燒器外殼(4)、燃?xì)夤艿?6)、空氣管道(8)，其特征在于在由燃燒器外殼(4)和耐火材料套管(1)構(gòu)成的空腔內(nèi)，由上至下依次設(shè)置大孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)(2)、小孔區(qū)域金屬多孔介質(zhì)(3)，大孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)(2)的材料是氧化釔基氧化鋯，小孔區(qū)域金屬多孔介質(zhì)(3)材料是不銹鋼，小孔區(qū)域金屬多孔介質(zhì)(3)的頂部與燃燒器外殼(4)的頂部平齊，大孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)(2)下表面與小孔區(qū)域金屬多孔介質(zhì)(3)上表面緊密接觸，從空氣管道(8)上部的燃燒器外殼(4)外側(cè)開始包裹耐火材料套管(1)，耐火材料套管(1)延伸至大孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)(2)上部的一定距離，大孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)(2)及其以上的部分的燃燒器外殼(4)用耐火材料套管(1)代替，在燃燒器外殼(4)構(gòu)成的空腔內(nèi)部，小孔區(qū)域金屬多孔介質(zhì)(3)下、燃?xì)夤艿?6)上方設(shè)置除塵金屬網(wǎng)或金屬刷(5)，燃燒器外殼(4)內(nèi)、除塵金屬網(wǎng)或金屬刷(5)下方空間為預(yù)混室(7)。
2.按照權(quán)利要求1所述的多孔金屬—陶瓷介質(zhì)氣體燃料燃燒器，其特征在于大孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)(2)平均孔徑為3～5mm，孔隙率為80～85％，孔的排列方式直通或無序；小孔區(qū)域金屬多孔介質(zhì)(3)平均孔徑為0.3～0.5mm，孔隙率為75％～83％，孔的排列方式為直通。
3.按照權(quán)利要求1所述的多孔金屬-陶瓷介質(zhì)氣體燃料燃燒器，其特征在于耐火材料套管(1)材料是蜂窩陶瓷，燃燒器外殼(4)材料采用耐高溫合金鋼，金屬網(wǎng)或金屬刷(5)材料采用不銹鋼。
4.按照權(quán)利要求1所述的多孔金屬-陶瓷介質(zhì)氣體燃料燃燒器，其特征在于幾何參數(shù)取值如下h1100～120mm； h210～15mm； h330～40mm；h450～60mm； h550～60mm； h630～40mm；h730～40mm； a 3～4mm；b15～20mm；Φ1100～150mm；Φ250～60mm； Φ380～120mm。
5.按照權(quán)利要求1所述的多孔金屬-陶瓷介質(zhì)氣體燃料燃燒器的應(yīng)用，其特征在于用于燃燒高熱值氣體，包括焦?fàn)t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
一種多孔金屬－陶瓷介質(zhì)氣體燃料燃燒器，由耐火材料套管、大孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)、小孔區(qū)域金屬多孔介質(zhì)、燃燒器外殼、除塵金屬網(wǎng)或金屬刷、燃?xì)夤艿馈㈩A(yù)混室、空氣管道構(gòu)成。燃燒器內(nèi)，由上至下依次設(shè)置大孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)、小孔區(qū)域金屬多孔介質(zhì)，大孔區(qū)域陶瓷多孔介質(zhì)的材料是氧化釔基氧化鋯，小孔區(qū)域金屬多孔介質(zhì)材料是不銹鋼，表面緊密接觸，從空氣管道上部的燃燒器外殼外側(cè)開始包裹耐火材料套管，在小孔區(qū)域金屬多孔介質(zhì)下設(shè)置除塵金屬網(wǎng)或金屬刷。本發(fā)明燃燒器可以燃燒熱值變化范圍在1000～4000kcal/m
文檔編號F23D14/02GK1821657SQ200610045688
公開日2006年8月23日 申請日期2006年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月20日
發(fā)明者李本文, 劉慧 , 趙玉榮, 陳海耿, 赫冀成 申請人:東北大學(xué)