专利名称：一种火焰长度可调金属－陶瓷多孔介质气体燃料燃烧器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃烧器，特别涉及一种火焰长度可调金属—陶瓷多孔介质气体燃料燃烧器。
背景技术：
目前，我国工业生产中气体燃料的燃烧主要是以自由火焰为特征的空间燃烧，这种燃烧方式，火焰面附近温度梯度陡而且分布不均，局部高温区的存在造成了大量的NOx生成，热效率低，燃烧稳定性较差。现在，在燃烧器内加入多孔介质的技术现已逐步被人们重视。多孔介质中的燃烧有很多优点较小的贫燃极限、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低，因此，多孔介质中的燃烧在现实应用中有很大的潜力。
在高热值气体燃料的燃烧中，材料特性方面，多孔介质必须具有耐高温、抗氧化、易导热等特性，不锈钢、合金、玻璃、陶瓷等都曾作为研究对象被国内外学者们试用。为了有效利用孔径大小对燃烧的影响特性，人们大多采用非单一孔径、单一材料的多孔介质。但是目前的多孔介质燃烧器的使用仍存在以下缺陷(1)目前研究的多孔介质燃烧器大都采用预混燃烧，火焰长度较短且很难调节，而在实际生产中的燃烧器的火焰长度要根据需要进行调节，目前研究的多孔介质燃烧器大都达不到这种要求。(2)多孔介质孔径很小，非常容易阻塞，所以目前大多数研究都只燃烧单一纯净的气体燃料，而实际生产中大多需要燃烧灰尘含量较高的煤气或混合煤气，这给多孔介质燃烧器的实际应用带来不便。(3)在大多数研究中采用的多孔介质材料为陶瓷，尽管具有耐高温的特性，但是导热特性不如金属，燃气在陶瓷中流动时的阻力比在金属中流动时的阻力大，且陶瓷易碎；而金属尽管导热特性良好，但是耐高温和抗氧化方面不如陶瓷。
发明内容
针对现有高热值气体燃料多孔介质燃烧器的不足之处，本发明提供一种火焰长度可调金属—陶瓷多孔介质气体燃料燃烧器。
燃烧器由1耐火材料套管、2大孔区域陶瓷多孔介质、3小孔区域金属多孔介质、4外层环形空气管道、5带导向片的内层环形空气管道、6导向片、7分流阀门、8除尘金属刷或金属网、9燃气入口、10空气入口构成。其中，大孔区域属于燃烧区，使用的多孔介质材料是陶瓷，以适用于高热值气体燃料(燃烧温度能达到1900℃甚至以上)。这是因为陶瓷具有良好的耐高温特性，不易烧坏；小孔区域为预热区，可以有效吸收大孔介质燃烧区产生的热量，这里的温度一般不超过1400℃，使用的多孔介质材料是耐高温钢。另外，气体在耐高温钢孔内流动时的阻力较小，加上耐高温钢良好的导热性，所以是预热区理想的多孔介质材料。本发明可以通过阀门调节氧化剂(空气)进入内层或外层环形管道。当氧化剂(空气)进入带有导向片的内层管道后，形成旋转气流，迅速在燃烧区与燃料混合，从而缩短火焰长度；通过阀门调节使氧化剂(空气)进入外层管道时，不能在燃烧区形成旋转气流，与燃料的混合速度减慢，可以使火焰长度加长。当阀门调节调节到中间某个位置时，氧化剂(空气)部分从内层、部分从外层环形管道进入燃烧区，从而真正作到对火焰长度的任意调节。
燃烧区陶瓷的材料可以用氧化钇基氧化锆或氮化硅(采用氮化硅时，燃烧温度不超过1500℃时)，平均孔径为3～5mm，孔隙率为80～85％，孔的排列方式无序连通。预热区金属的材料可以是耐高温钢，平均孔径为0.3～0.5mm，孔隙率为75％～83％，孔的排列方式为直通。耐火材料套管材料可以是高铝质耐火材料，燃烧器外壳材料采用耐高温合金钢，金属网或金属刷材料采用不锈钢。
导向片倾角(弦切角)30～50°，数量15～20个，厚度2～3mm本发明燃烧器的有关几何参数取值如下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。
应用本发明燃烧器有关工艺参数如下燃烧气体焦炉煤气，天然气，液化气等高热值气体。
空气流量1500～3000m3/h煤气流量800～2000m3/h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、氮化物和硫化物含量低于10ppm，一氧化碳低于20ppm。
应用本发明技术的燃烧器可以燃烧热值变化范围在1000～4000kcal/m3(4180～16720kJ/m3)甚至以上的高炉煤气、焦炉煤气、混合煤气、天然气、液化气等。本发明的燃烧器可以广泛应用地应用于冶金、化工等行业。
图1是本发明燃烧器的轴向剖面图；图2是本发明燃烧器图1的A-A视图。
图1、2中1耐火材料套管，2大孔区域陶瓷多孔介质，3小孔区域金属多孔介质，4外层环形空气管道，5带导向片的内层环形空气管道，6导向片，7分流阀门，8除尘金属刷或金属网，9燃气入口，10空气入口，11燃烧器外壁，12燃烧器内壁，13水平隔板，14环形隔板构成。
h1耐火材料套管1顶部与大孔区域陶瓷多孔介质2顶部距离h2大孔区域陶瓷多孔介质2的高度h3小孔区域金属多孔介质3的高度h4耐火材料套管1和燃烧器外壁11结合部分高度h5小孔区域金属多孔介质3底部与除尘金属刷或金属网8顶部距离h6除尘金属刷或金属网8的高度h7耐火材料套管1顶部与空气入口10顶部的距离a耐火材料套管1的厚度b11的厚度c燃烧器内壁12的厚度d圆形隔板14的厚度Φ1耐火材料套管1内径Φ2圆形隔板14内径Φ3燃烧器内壁12内径Φ4空气入口10内径α导向片弦切角具体实施方式
燃烧器主体由1耐火材料套管、2大孔区域陶瓷多孔介质、3小孔区域金属多孔介质、4外层环形空气管道、5带导向片的内层环形空气管道、6导向片、7分流阀门、8除尘金属刷或金属网、9燃气入口、10空气入口、11燃烧器外壁、12燃烧器内壁、13水平隔板、14环形隔板构成。燃烧器外壁11、燃烧器内壁12、环形隔板14顶部平齐，在燃烧器内壁12内设置小孔区域金属多孔介质3，并使小孔区域金属多孔介质3顶部与燃烧器内壁顶部平齐，从空气管道上部的燃烧器外壁11外侧开始包裹耐火材料套管1，耐火材料套管延伸至大孔区域陶瓷多孔介质2上部的一定距离，大孔区域陶瓷多孔介质2及其以上的部分的燃烧器外壁11用耐火材料套管1代替。在耐火材料套管1内部设置大孔区域陶瓷多孔介质2，并使大孔区域陶瓷多孔介质2的下表面与小孔区域金属多孔介质3的上表面紧密接触，在燃烧器内壁12内、小孔区域金属多孔介质3下方一定距离处设置除尘金属网或金属刷8，燃烧器内壁12向下延伸形成燃气入口9，在燃烧器外壁11的一侧设置空气入口10，在空气入口10中心水平方向设置水平隔板13，在燃烧器外壁11、燃烧器内壁12之间设置环形隔板14，环形隔板14将燃烧器外壁11、燃烧器内壁12围成的空间分成外层环形空气管道4和带导向片的内层环形空气管道5。水平隔板13与环形隔板14焊接为一体。在燃烧器内壁12、环形隔板14之间设置导向片6，在空气入口10内安装分流阀门7。
燃烧区陶瓷的材料采用氧化钇基氧化锆或氮化硅(燃烧温度不超过1500℃时)，孔的排列方式无序连通。预热区金属的材料采用耐高温钢，孔的排列方式为直通。耐火材料套管材料采用高铝质耐火材料，燃烧器外壳材料采用耐高温合金钢，除尘金属网或金属刷材料采用不锈钢。
几何尺寸可以按下表取值
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10和燃气管道9进入燃烧器，空气经外层环形管道4或内层导向环形管道5直接进入大孔介质2，煤气经过除尘金属网或金属刷8除尘后进入预热区内小孔介质3，预热区内小孔介质3的温度较低，然后进入燃烧区内大孔介质2内和空气边混合边燃烧。
有关工艺参数如下燃烧气体焦炉煤气或天然气或液化气，燃烧温度在1700±50℃；空气流量2200m3/h；燃气流量1500m3/h；燃烧效果火焰长度可调，空气或气体燃料均可不用在进入燃烧器前预热，未燃烃，氮化物、硫化物含量低于10ppm，一氧化碳低于20ppm。
权利要求
1.一种火焰长度可调金属—陶瓷多孔介质气体燃料燃烧器，包括燃烧器外壁(11)、燃烧器内壁(12)、燃气入口(9)、空气入口(10)，其特征在于在燃烧器内壁(12)内设置小孔区域金属多孔介质(3)，从空气管道上部的燃烧器外壁(11)外侧开始包裹耐火材料套管(1)，耐火材料套管(1)延伸至大孔区域陶瓷多孔介质(2)上部的一定距离，大孔区域陶瓷多孔介质(2)及其以上的部分的燃烧器外壁(11)用耐火材料套管(1)代替，在耐火材料套管(1)内部设置大孔区域陶瓷多孔介质(2)，并使大孔区域陶瓷多孔介质(2)的下表面与小孔区域金属多孔介质(3)的上表面紧密接触，在燃烧器内壁(12)内、小孔区域金属多孔介质(3)下方一定距离处设置除尘金属网或金属刷(8)，燃烧器内壁(12)向下延伸形成燃气入口(9)，在燃烧器外壁(11)的一侧设置空气入口(10)，在空气入口(10)中心水平方向设置水平隔板(13)，在燃烧器外壁(11)、燃烧器内壁(12)之间设置环形隔板(14)，环形隔板(14)将燃烧器外壁(11)、燃烧器内壁(12)围成的空间分成外层环形空气管道(4)和带导向片的内层环形空气管道(5)，水平隔板(13)与环形隔板(14)焊接为一体，在燃烧器内壁(12)、环形隔板(14)之间设置导向片(6)，在空气入口(10)内安装分流阀门(7)。
2.按照权利要求1所述的火焰长度可调金属—陶瓷多孔介质气体燃料燃烧器，其特征在于小孔区域金属多孔介质(3)顶部与燃烧器内壁(12)顶部平齐；燃烧器外壁(11)、燃烧器内壁(12)、环形隔板(14)顶部平齐。
3.按照权利要求1所述的火焰长度可调金属—陶瓷多孔介质气体燃料燃烧器，其特征在于大孔区域陶瓷多孔介质(2)的材料采用氧化钇基氧化锆或氮化硅，平均孔径为3～5mm，孔隙率为80～85％，孔的排列方式无序连通；小孔区域金属多孔介质(3)的材料采用耐高温钢，平均孔径为0.3～0.5mm，孔隙率为75％～83％，孔的排列方式为直通。
4.按照权利要求1所述的火焰长度可调金属—陶瓷多孔介质气体燃料燃烧器，其特征在于耐火材料套管材料是高铝质耐火材料，燃烧器外壳材料采用耐高温合金钢，金属网或金属刷材料采用不锈钢。
5.按照权利要求1所述的火焰长度可调金属—陶瓷多孔介质气体燃料燃烧器，其特征在于几何参数取值如下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；导向片倾角30～50°，数量15～20个，厚度2～3mm。
6.权利要求1所述的火焰长度可调金属—陶瓷多孔介质气体燃料燃烧器的应用，其特征在于用于燃烧高热值气体，包括焦炉煤气，天然气，液化气；空气流量1500～3000m3/h煤气流量800～2000m3/h。
全文摘要
一种火焰长度可调金属一陶瓷多孔介质气体燃料燃烧器，在燃烧器内壁内设置小孔区域金属多孔介质，在耐火材料套管内部设置大孔区域陶瓷多孔介质，并使两种表面紧密接触，在小孔区域金属多孔介质下方设置除尘金属网或金属刷，在燃烧器外壁的一侧设置空气入口，在空气入口中心水平方向设置水平隔板，在燃烧器外壁、燃烧器内壁之间设置环形隔板，在燃烧器内壁、环形隔板之间设置导向片，在空气入口内安装分流阀门。通过调整空气走向调节火焰长度。应用本发明技术的燃烧器可以燃烧热值变化范围在1000～4000kcal/m
文档编号F23D14/02GK1804462SQ200610045689
公开日2006年7月19日 申请日期2006年1月20日 优先权日2006年1月20日
发明者李本文, 刘慧 , 赵玉荣, 陈海耿, 赫冀成 申请人:东北大学