一种多孔介质燃烧头及多孔介质燃烧器的制作方法

本申请涉及燃气燃烧技术领域，具体而言，涉及一种多孔介质燃烧头及多孔介质燃烧器。

背景技术：

常见的燃气燃烧器是通过自由火焰燃烧而提供高温烟气的对流加热和辐射加热，这种燃气燃烧方式使得火焰面附近的温度梯度大，温度分布极不均匀，燃烧不稳定，导致局部高温且燃烧不充分，而局部高温又造成大量热力氮氧化物的生成，燃烧不充分造成大量一氧化碳的生成，进而导致污染物排放不能达标。

同时，为了实现绝氧环境下加热工件，普遍采用辐射管的方式进行加热。将燃气的燃烧过程置于辐射管内，通过辐射管的高温辐射方式加热工件。但辐射管加热技术中所使用的辐射管的费用高，增加了制造成本。

针对自由火焰燃烧存在上述问题，所以，采用多孔介质燃烧的方式，可以使火焰稳定性增强，燃烧速率增大，燃烧区温度分布均匀，燃烧污染物排放降低。

但是，多孔介质燃烧使产生的烟气会向加热区排放，不能实现对待加热工件进行绝氧加热。

技术实现要素：

本申请的目的在于提供一种多孔介质燃烧头及多孔介质燃烧器，可以避免烟气进入加热区，以实现待加热物体的绝氧加热。

第一方面，本申请实施例提供一种多孔介质燃烧头，包括壳体、导热致密板和尾气管。壳体上设置有进气口，壳体具有贯通的腔室，腔室包括沿进气方向依次连通的预混区、防回火区、反应区和辐射区，辐射区位于远离进气口的一侧。导热致密板位于辐射区内，导热致密板与壳体密封连接，用于密封辐射区的远离反应区的端部。尾气管与反应区外的壳体连接，且尾气管与反应区连通。

燃气和含氧气体在预混区进行混合以后，进入防回火区，然后进入反应区进行燃烧，热量通过辐射区中的导热致密板辐射进入加热区内对待加热物体进行加热。由于导热致密板与壳体连接以后，可以将辐射区的远离反应区的端部密封，且反应区外的壳体上连接有尾气管，反应区处产生的尾气可以从尾气管处排出，可以避免尾气穿过辐射区进入加热区，以避免尾气与待加热物体接触，以实现待加热物体的绝氧加热。

在一种可能的实施方式中，导热致密板的辐射率不小于0.7，导热致密板的厚度为10-50mm。

通过限定导热致密板的辐射率以及导热致密板的厚度，可以使反应区产生的热量能够穿过辐射区内的导热致密板，使热量进入到辐射区的远离反应区一侧的加热区内，以便对加热区的待加热物体进行加热，并能够实现均匀加热。

在一种可能的实施方式中，导热致密板为氧化铝陶瓷板、氧化锆陶瓷板或碳化硅陶瓷板。

使用上述材料进行导热致密板的制备，可以使导热致密板的辐射效果更好，且避免尾气进入加热区。

在一种可能的实施方式中，导热致密板大致正对进气口。

气体垂直进入反应区后进行燃烧反应，且燃烧反应以后，由于后续的气体继续进入反应区内进行反应，可以将先前反应产生的热量朝向辐射区推送，使更多的热量穿过导热致密板进入加热区内，热量利用率更高。

在一种可能的实施方式中，尾气管包括四根，四根尾气管均连接于壳体且沿壳体的周向间隔排布。

气体进入反应区进行燃烧以后，尾气向四周扩散，可以使反应区中均充满气体，反应区的燃烧更加均匀，从而使辐射区的远离反应区的表面的温度较为均匀，能够均匀对待加热物体进行加热。

在一种可能的实施方式中，多孔介质燃烧头还包括多孔板，多孔板位于反应区内，多孔板与壳体连接；多孔板与致密板贴合或多孔板与致密板之间具有间隙。

在多孔板的孔洞处进行燃烧，可以使反应区的燃烧更加均匀，火焰更加稳定。如果多孔板与导热致密板贴合，则燃烧后产生的热量可以直接通过导热致密板传导出去，热量利用率更高。如果多孔板与导热致密板之间具有间隙，则反应区燃烧后产生的热量会随着尾气的流通而均匀分布在多孔板与导热致密板之间的间隙处，然后通过导热致密板传导出去，热量的分布更加均匀。

在一种可能的实施方式中，多孔板包括第一孔板和第二孔板，第一孔板和第二孔板均位于反应区内，第一孔板和第二孔板均与壳体连接，第一孔板的孔径小于第二孔板的孔径，第一孔板位于第二孔板的背离导热致密板的一侧，尾气管与第二孔板外的壳体连接。第二孔板与导热致密板贴合或第二孔板与导热致密板之间具有间隙。

第一孔板的孔径小，第二孔板的孔径大，第二孔板靠近辐射区，第一孔板靠近防回火区，气体穿过第一孔板后，在孔径较大的第二孔板处燃烧，燃烧更加充分，燃烧后的火焰不易穿过孔径较小的第一孔板，具有一定的回火作用，使燃烧大部分在第二孔板内进行，少部分在第一孔板内进行，燃烧更加充分。

在一种可能的实施方式中，第一孔板中的小孔的孔径为0.2mm-3mm，第二孔板中大孔的孔径为3mm-7mm；第一孔板和第二孔板的孔隙率为10％-80％。

限定第一孔板和第二孔板的孔径，以便燃气在第二孔板的孔洞内燃烧，并在一定程度上减少火焰通过第一孔板的可能，具有一定的回火效果。

在一种可能的实施方式中，燃烧头还包括防回火盘和均布盘，防回火盘位于防回火区内，防回火盘与壳体连接，均布盘位于预混区内，均布盘与壳体连接。

通过防回火盘的设置，可以有效避免火焰进入到预混区，避免从进气口进入的燃气在预混区内燃烧，提高多孔介质燃烧头的使用安全性。均布盘的设置，可以使混合气体均匀进入到反应区内进行燃烧。

第二方面，本申请实施例提供一种多孔介质燃烧器，包括点火电极、测温电极、火焰检测电极和上述多孔介质燃烧头，点火电极、测温电极和火焰检测电极均设置于反应区。

通过点火电极，使反应区内的燃气燃烧，然后通过测温电极，可以检测到反应区内的温度，通过火焰检测电极，可以检测反应区的燃烧是否进行。同时，通过上述多孔介质燃烧头的设置，可以避免尾气与待加热物体接触，以实现待加热物体的绝氧加热。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图也属于本申请的保护范围。

图1为本申请实施例提供的多孔介质燃烧头的第一结构示意图；

图2为本申请实施例提供的多孔介质燃烧头的第二结构示意图；

图3为本申请实施例提供的多孔介质燃烧头的第三结构示意图；

图4为本申请实施例提供的多孔介质燃烧头的第四结构示意图。

图标：10-多孔介质燃烧头；11-壳体；111-进气口；112-预混区；113-防回火区；114-反应区；115-辐射区；116-加热区；12-气体导向盘；13-导热致密板；14-多孔板；15-防回火盘；16-均布盘；141-第一孔板；142-第二孔板；17-尾气管。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

多孔介质燃烧器包括点火电极、测温电极、火焰检测电极和多孔介质燃烧头10。图1为本申请实施例提供的多孔介质燃烧头10的第一结构示意图；图2为本申请实施例提供的多孔介质燃烧头10的第二结构示意图；图3为本申请实施例提供的多孔介质燃烧头10的第三结构示意图；图4为本申请实施例提供的多孔介质燃烧头10的第四结构示意图。请参阅图1-图4，其中，多孔介质燃烧头10包括壳体11。

壳体11采用耐热合金钢材料制成，壳体11上设置有进气口111，壳体11具有贯通的腔室，腔室包括沿进气方向依次连通的预混区112、防回火区113、反应区114和辐射区115，辐射区115位于远离进气口111的一侧，预混区112位于靠近进气口111的一侧。

可选地，壳体11为回转体结构，壳体11的两端均为开口结构，一端开口可以作为进气口111进行使用，可以使预混气体从进气口111通入壳体11内的腔室中。其中，预混气体包括燃气和空气，燃气和空气混合以后，可以进行燃烧。

本申请实施例中，请继续参阅图1和图2，壳体11为一个类似圆柱型结构，圆柱型的一端部(下端部)为进气口111，壳体11内的腔室也为圆柱型，预混气体通过进气口111进入到腔室内。

在另一实施例中，请继续参阅图3和图4，壳体11为一个类似圆柱型结构，壳体11的下端部逐渐收缩，形成口径较小的进气口111。进气口111的口径较小，则预混气体通入到腔室的预混区112时，可能不能够均匀地分布在预混区112内，会使燃气在后续不能够均匀燃烧。所以，在进气口111处设置气体导向盘12。

请继续参阅图3，气体导向盘12的周壁连接壳体11的内壁，气体导向盘12上均匀分布有通孔。沿气体导向盘12的周向方向，通孔的孔径从外向内逐渐减小。或者沿气体导向盘12的周向方向，通孔的设置从外向内数量逐渐减少。以便从进气口111进入的预混气体可以经过气体导向盘12以后进入预混区112，且预混区112的靠近壳体11的部分也能够充满气体。

在其他实施例中，请继续参阅图4，气体导向盘12与壳体11间隔设置，并通过多根连接件(图未示，四根、两根或者六根)使气体导向盘12与壳体11连接，气体导向盘12上没有设置通孔，预混气体从进气口111进入以后，从气体导向盘12的周围与壳体11的间隙之间通过进入到预混区112内，可以使预混区112的靠近壳体11的部分也能够充满气体。

本申请实施例中，多孔介质燃烧头10还包括导热致密板13、多孔板14、防回火盘15和均布盘16。其中，导热致密板13、多孔板14、防回火盘15和均布盘16是层层设置，且均与壳体11的内壁连接，相邻两个板状结构之间可以有间隙，也可以紧贴。

本申请实施例中，壳体11的结构不一定为回转体，壳体11的截面还可以是方形，椭圆形等，本申请实施例不做限定。相应地，导热致密板13、多孔板14、防回火盘15和均布盘16的形状也会随着壳体11的结构变化而变化，以便使导热致密板13、多孔板14、防回火盘15和均布盘16连接在壳体11内。

进一步地，导热致密板13设置在腔室的辐射区115，多孔板14设置在腔室的反应区114，防回火盘15设置在腔室的防回火区113，均布盘16设置在腔室的预混区112。为了对导热致密板13、多孔板14、防回火盘15和均布盘16进行安装，在壳体11的内壁设置有耐火隔热保温层(耐火隔热保温层由耐火隔热保温材料制成，例如：市面上可以购买的耐火隔热纤维制品—耐火隔热保温棉)，然后在耐火隔热保温层上设置有耐高温的密封胶(市面上可以购买到的耐高温的密封胶)，在连接导热致密板13、多孔板14、防回火盘15和均布盘16时，分别在导热致密板13、多孔板14、防回火盘15和均布盘16与壳体11之间设置有耐高温的密封胶进行密封连接。

从进气口111进入的预混气体，经过均布盘16以后，可以均匀分布在预混区112内，以便后续气体进行均匀燃烧。可选地，均布盘16上均匀设置有多个通孔，均布盘16上的通孔的孔径大概为1-5mm之间，由于进气口111的孔径较大，大量的预混气体通过进气口111进入到预混区112的前端(还没有经过均布盘16)以后，由于均布盘16的通孔结构，预混气体穿过均布盘16的速度相对较慢，可以使预混区112的前端形成一定的气压，使预混气体充满在预混区112的前端，然后再均匀通过均布盘16进入预混区112的后端，以便后续预混气体进行燃烧。

本申请实施例中，预混气体在反应区114内进行燃烧，多孔板14位于反应区114内，多孔板14与壳体11密封连接。预混气体在多孔板14的孔洞处进行燃烧，可以使反应区114的燃烧更加均匀，火焰更加稳定。

可选地，多孔板14包括第一孔板141和第二孔板142，第一孔板141和第二孔板142均位于反应区114内，第一孔板141和第二孔板142贴合，第一孔板141和第二孔板142均与壳体11连接，第一孔板141的孔径小于第二孔板142的孔径，第一孔板141位于第二孔板142的背离导热致密板13的一侧，尾气管17与第二孔板142外的壳体11连接。

其中，第一孔板141和第二孔板142的结构包括但不限于泡沫状、蜂窝状、阵列状、纤维缠绕状等。第一孔板141中的孔径小，第二孔板142的孔径大。第二孔板142靠近辐射区115，第一孔板141靠近防回火区113，气体穿过第一孔板141后，在孔径较大的第二孔板142处燃烧，燃烧更加充分，燃烧后的火焰不易穿过孔径较小的第一孔板141，具有一定的回火作用，使燃烧大部分在第二孔板142内进行，少部分在第一孔板141内进行，燃烧更加充分。

可选地，第一孔板141中的小孔的孔径为0.2mm-3mm，例如：第一孔板141中的孔洞的孔径为0.2mm、0.5mm、1mm、2mm或3mm。第二孔板142中大孔的孔径为3mm-7mm，例如：第二孔板142中的孔洞的孔径为3mm、4mm、5mm、6mm或7mm。第一孔板141和第二孔板142的孔隙率为10％-80％，例如：第一孔板141和第二孔板142的孔隙率为10％、30％、50％、70％或80％。以便燃气在第二孔板142的孔洞内燃烧，并在一定程度上减少火焰通过第一孔板141的可能，具有一定的回火效果。

进一步地，第一孔板141和第二孔板142的材质包括但不限于氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、碳化硅陶瓷、铁铬铝合金、铬镍合金、钨合金等耐高温材料。

本申请实施例中，防回火盘15可以进一步减小燃烧头中火焰的回火率。防回火盘15与壳体11连接，通过防回火盘15的设置，可以有效避免火焰进入到预混区112，避免从进气口111进入的燃气在预混区112内燃烧，提高多孔介质燃烧头10的使用安全性。

防回火盘15上均匀设置于多个通孔，防回火盘15上的通孔的孔径大概为0.2-1mm之间，防回火盘15的孔径小于均布盘16的孔径，能够起到防止回火的效果。

本申请实施例中，导热致密板13位于辐射区115内，导热致密板13与壳体11密封连接，用于密封辐射区115的远离反应区114的端部。可以避免尾气穿过辐射区115进入加热区116(请参阅图1-图4，辐射区115上为加热区116)，以实现待加热物体的绝氧加热。

同时，需要进行尾气管17的设置，以便将尾气排出。尾气管17与反应区114外的壳体11连接，且尾气管17与反应区114连通。反应区114处产生的尾气可以从尾气管17处排出，以避免尾气与待加热物体接触，以实现待加热物体的绝氧加热。

本申请实施例中，导热致密板13的辐射率不小于0.7，导热致密板13的厚度为10-50mm。例如：导热致密板13的辐射率为0.70、0.71、0.72、0.75或0.8。导热致密板13的厚度为10mm、20mm、30mm、40mm或50mm。

通过限定导热致密板13的辐射率以及导热致密板13的厚度，可以使反应区114产生的热量能够穿过辐射区115的导热致密板13进入到加热区116内，以便对加热区116的待加热物体进行加热，并能够实现均匀加热。

可选地，导热致密板13为氧化铝陶瓷板、氧化锆陶瓷板或碳化硅陶瓷板。使用上述材料进行导热致密板13的制备，可以使导热致密板13的辐射效果更好，且避免尾气进入加热区116。

进一步地，多孔板14与致密板贴合(请参阅图1和图3)，也就是说：第二孔板142与导热致密板13贴合。则燃烧后产生的热量可以直接通过导热致密板13传导出去，热量利用率更高。

在其他实施例中，多孔板14与致密板之间具有间隙(请参阅图2和图4)也就是说：第二孔板142与导热致密板13之间具有间隙。则反应区114燃烧后产生的热量会随着尾气的流通而均匀分布在第二孔板142与导热致密板13之间的间隙处，然后通过导热致密板13传导出去，热量的分布更加均匀。

本申请实施例中，导热致密板13大致正对进气口111。气体垂直进入反应区114后进行燃烧反应，且燃烧反应以后，由于后续的气体继续进入反应区114内进行反应，可以将先前反应产生的热量朝向辐射区115推送，使更多的热量穿过导热致密板13进入加热区116内，热量利用率更高。

本申请实施例中，尾气管17包括四根，四根尾气管17均连接于反应区114外的壳体11(可选为第二孔板142外周的壳体11)且沿壳体11的周向间隔排布。气体进入反应区114进行燃烧以后，尾气向四周扩散，可以使反应区114中均充满气体，反应区114的燃烧更加均匀，从而使辐射区115的远离反应区114的表面的温度较为均匀，能够均匀对待加热物体进行加热。

在其他实施例中，尾气管17也可以有两根或六根，以便排出反应区114产生的尾气。为了对尾气进行进一步利用，本申请实施例中，可以将尾气与预混气体进行热交换，以便对尾气中的热量进行利用，并利于预混气体后续的燃烧。

可选地，尾气管17的延伸方向大概与进气口111的进气方向垂直，预混气体在第二孔板142处燃烧以后，尾气向周围扩散，水平方向设置的尾气管17可以直接将尾气排出，以便后续在第二孔板142的燃烧顺利进行。本申请实施例中，导热致密板13、第二孔板142、第一孔板141、防回火盘15、均布盘16均大致平行设置。导热致密板13、第二孔板142、第一孔板141、防回火盘15、均布盘16与预混气体的进口方向基本垂直，以便预混气体进入预混区112以后，均匀穿过均布盘16和防回火盘15，进入第一孔板141和第二孔板142，并在第二孔板142内进行燃烧，反应区114产生的热量可以均匀地穿过导热致密板13，对加热区116的待加热物体进行加热。

本申请实施例中，为了使预混气体在反应区114内进行燃烧，将点火电极、测温电极和火焰检测电极均设置于反应区114。通过点火电极，使反应区114内的燃气燃烧，然后通过测温电极，可以检测到反应区114内的温度，通过火焰检测电极，可以检测反应区114的燃烧是否进行。

上述多孔介质燃烧器可以用在气氛保护炉中或者电极焙烧炉中等，以便对待加热工件进行加热，避免待加热工件与烟气直接接触，避免产生氧化损坏。

本申请实施例提供的多孔介质燃烧器的工作原理是：

预混气体通过进气口111进入预混区112，穿过均布盘16和防回火盘15，然后进入第一孔板141和第二孔板142内，点燃点火电极，通过火焰检测电极检测到反应区114中产生有火焰，通过测温电极检测反应区114中的温度，温度较高，则可以减小进气口111进入预混气体的量，温度较低，则可以增加进气口111进入预混气体的量。反应区114产生的热量通过导热致密板13的作用，产生稳定的红外辐射对加热区116的待加热工件进行红外辐射加热，并且可以避免烟气进入加热区116，烟气从尾气管17排出。

本申请实施例提供的多孔介质燃烧器的有益效果包括：

(1)、与自由火焰燃烧技术相比，本申请提供的多孔介质燃烧技术，具有热利用率高、污染物排放少(氮氧化物、一氧化碳超低排放)、负荷调节比大等优点。

(2)、与传统自由火焰燃烧技术相比，本申请提供的多孔介质燃烧器，可以避免待加热工件与燃烧产生的尾气接触，能够实现待加热工件的红外辐射加热，避免待加热工件产生氧化损坏。

(3)、与传统的辐射管加热技术相比，本申请提供的多孔介质燃烧器结构简单，且无需高价的耐热合金辐射管，消除了辐射管对工件加热技术的制约影响，成本下降。

(4)、本申请提供的多孔介质燃烧器可以将燃烧产生的高温尾气引出回用，实现能量的高效利用。

(5)、本申请提供的多孔介质燃烧器的结构配置简单、可操作性强、安全性高、设备投资成本低。

以上所述仅为本申请的一部分实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。