专利名称:一种金属纤维－多孔陶瓷介质表面燃烧器的制作方法
技术领域：
本发明属于热能工程技术领域：
，涉及生产和生活用一种燃烧器，特别涉及一种金属纤维-多孔陶瓷介质表面燃烧器。
背景技术：
目前，工业生产中热值低于1000大卡的副产煤气，如高炉煤气，其中CO，H2，CnHm等可燃成份含量较低，在燃烧器中的燃烧效率不高，造成低热值煤气的大量排放，既浪费能源又污染环境。早在1979年，有学者提出在燃烧器内加入多孔介质的想法，之后许多相关的实验工作也发现，多孔介质中的预混燃烧有很多优点较大的贫燃极限、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少。因此，多孔介质中的预混燃烧在工业应用中有很大的潜力。
金属纤维表面燃烧器是多孔介质燃烧器的一种，它有较高的辐射换热量，火焰附着在金属表面燃烧，大多为红色、桔红色火焰。除了具有多孔介质燃烧器的大部分优点之外，金属纤维表面燃烧器体积更为小巧，形状灵活，可以更广泛地用于生产和生活。但现有燃烧器在使用过程中易发生回火现象，并且燃料与空气的调节范围小，热效率低。
发明内容针对现有的金属纤维表面燃烧器存在的问题，本发明提供一种金属纤维-多孔陶瓷介质表面燃烧器。
本发明所涉及的这种金属纤维-多孔陶瓷介质表面燃烧器，是在表面燃烧器的设计基础上再加一层陶瓷多孔介质。
燃烧器由燃烧区内金属纤维介质、预热区内陶瓷介质、燃烧器外壳、除尘金属网或金属刷、燃气管道、预混室、空气管道构成。燃烧区内金属纤维介质的材料可以采用铁铬铝合金，预热区内陶瓷介质的材料采用氧化锆或碳化硅。燃烧区内金属纤维的顶部与燃烧器外壳的顶部平齐，为了保证二者之间良好的导热效果，通常将燃烧区内金属纤维介质、预热区内陶瓷介质两种介质紧贴在一起，设计成一个整体。其中，金属纤维区域属于燃烧区，陶瓷区域为预热区，可以有效吸收和储存燃烧区产生的热量。燃烧区内金属纤维介质加工成网状或纤维结构，材料平均丝径为20～50μm，燃烧区内金属纤维介质平均孔径为25～45μm，孔隙率为80～90％，孔的排列方式为有序直通式。预热区陶瓷材料平均孔径为0.29～0.31mm，陶瓷孔径足够小到能防止回火，孔隙率为75％～83％，孔的排列方式为无序或有序直通式。
燃烧器外壳材料可以采用耐高温合金钢，金属刷或金属网材料采用不锈钢。
使用时，空气和燃气分别从空气管道和燃气管道进入后，在预混室内混合，经过除尘金属网或金属刷除尘后进入预热区内陶瓷介质，由于燃烧时燃烧区金属纤维通过传导、辐射等作用对预热区内陶瓷介质进行加热，加热后的陶瓷介质通过对流、辐射作用对燃料和空气的混合气体进行加热，加热后的气体进入燃烧区金属纤维部分进行燃烧。
应用本发明燃烧器有关工艺参数如下燃烧气体天然气、石油液化气、混合煤气等普通燃料，以及热值接近于1000kcal/m3的气体燃料，如高炉煤气等低热值气体，燃烧温度在1200℃以下；空气流量1000～2000m3/h；燃气流量500～1200m3/h；燃烧效果未燃烃，氮化物和硫化物含量低于100ppm，一氧化碳低于40ppm。
现有工业企业燃烧的大多气体燃料是高、焦混合煤气，煤气中一般含有灰尘，虽然在进入燃烧器之前进行过除尘，但是未除尽的较小颗粒灰尘也有可能将陶瓷小孔阻塞，为了将本发明应用于实际生产，燃烧器的预混室内装有可拆换的除尘金属刷或金属网，以清除混合煤气中的灰尘，防止陶瓷小孔被阻塞。
本发明燃烧器的有关几何参数取值如下h160～80mm； h22～4mm； h320～30mm；h420～30mm； h52～4mm； h625～30mm；a 5～10mm； b 5～10mm；φ1100～250mm； φ215～20mm； φ315～20mm。
燃烧器的金属纤维介质横截面方向可以加工成圆形或矩形，竖直截面方向可以加工成矩形、锥形或圆弧形等等形状。
本发明的金属纤维表面燃烧器与普通表面燃烧器相比，可以有效防止回火，提高燃料与空气的调节范围，还可以在一定范围内提高燃烧温度，从而提高热效率。应用本发明技术的燃烧器可以燃烧天然气、石油液化气、混合煤气等普通燃料，还可以燃烧热值接近于1000kcal/m3的低热值气体燃料，如经常被当作废气排放的高炉煤气，可以有效节约能源，同时大幅度降低燃烧产物中的氮化物和硫化物含量，减少污染。本发明燃烧器可广泛应用于冶金、化工等行业，也可以广泛应用于生活。
图1是本发明燃烧器的轴向剖面图；图2、图3是图1的两种横截面形状的A-A剖视图。
在图1、2、3中1燃烧区内金属纤维介质，2预热区内陶瓷介质，3燃烧器外壳，4除尘金属网或金属刷，5燃气管道，6预混室，7空气管道。
φ1-预混室内径，φ2-燃气管道内径，φ3-空气管道内径，a-燃烧器壁厚，b-管道壁厚，h1-除尘金属网或金属刷底部与燃烧器底部距离，h2-除尘金属网或金属刷的厚度，h3-预热区内陶瓷介质底部与除尘金属网或金属刷顶部距离，h4-预热区内陶瓷介质高度，h5-燃烧区内金属纤维介质高度，h6-燃料管道底部与预混室内底部距离。
具体实施方式如图1、图2所示，燃烧器主体由1燃烧区内金属纤维介质，2预热区内陶瓷介质，3燃烧器外壳，4除尘金属网或金属刷，5燃气管道，6预混室，7空气管道构成，在由燃烧器外壳3构成的空腔内，由上至下依次设置燃烧区内金属纤维介质1、预热区内陶瓷介质2，燃烧区内金属纤维介质1的材料可以采用铁铬铝合金，预热区内陶瓷介质2的材料采用氧化锆或碳化硅。燃烧区内金属纤维1的顶部与燃烧器外壳3的顶部平齐，燃烧区内金属纤维介质1与预热区内陶瓷介质2可以是一个整体。在燃烧器外壳3构成的空腔内部，预热区内陶瓷介质2下、燃气管道5上方设置除尘金属网或金属刷4，燃烧器外壳3内、除尘金属网或金属刷4下方空间为预混室6，在燃烧器底部设置空气管道7，侧壁设置燃气管道5。
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7和燃气管道5进入后，在预混室6内混合，经过除尘金属网或金属刷4除尘后进入预热区内陶瓷介质2，预热区内陶瓷介质2的温度较低，然后进入燃烧区内金属纤维介质1内燃烧。
有关工艺参数如下燃烧气体高炉煤气(或高、焦混合煤气)，或天然气、石油液化气、混合煤气等，燃烧温度在600～1200℃；空气流量1000～2000m3/h；燃气流量500～1000m3/h；功率100～700kw/m2调节比10∶1；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，氮氧化物含量低于100ppm，一氧化碳低于40ppm。
权利要求
1.一种金属纤维-多孔陶瓷介质表面燃烧器，包括燃烧器外壳(3)、燃气管道(5)、空气管道(7)，其特征在于在由燃烧器外壳(3)构成的空腔内，由上至下依次设置燃烧区内金属纤维介质(1)、预热区内陶瓷介质(2)，燃烧区内金属纤维介质(1)的顶部与燃烧器外壳(3)的顶部平齐，燃烧区内金属纤维介质(1)与预热区内陶瓷介质(2)紧贴在一起，在燃烧器外壳(3)构成的空腔内部，预热区内陶瓷介质(2)下、燃气管道(5)上方设置除尘金属网或金属刷(4)；燃烧器外壳(3)内、除尘金属网或金属刷(4)下方空间为预混室(6)。
2.按照权利要求
1所述的金属纤维-多孔陶瓷介质表面燃烧器，其特征在于燃烧区内金属纤维介质(1)的材料采用铁铬铝合金，预热区内陶瓷介质(2)的材料采用氧化锆或碳化硅。
3.按照权利要求
1所述的金属纤维-多孔陶瓷介质表面燃烧器，其特征在于燃烧区内金属纤维介质(1)材料的平均丝径为20～50μm，燃烧区内金属纤维介质(1)为网状或纤维结构，平均孔径为25～45μm，孔隙率为80～90％，孔的排列方式为有序直通式；预热区内陶瓷介质(2)平均孔径为0.29～0.31mm，孔隙率为75％～83％，孔的排列方式为无序或有序直通式。
4.按照权利要求
1所述的金属纤维-多孔陶瓷介质表面燃烧器，其特征在于燃烧区内金属纤维介质(1)横截面方向为圆形或矩形，竖直截面方向为矩形、锥形或圆弧形。
5.按照权利要求
1所述的金属纤维-多孔陶瓷介质表面燃烧器，其特征在于几何参数取值如下h160～80mm； h22～4mm； h320～30mm；h420～30mm； h52～4mm； h625～30mm；a 5～10mm； b 5～10mm；Φ1100～250mm； Φ215～20mm； Φ315～20mm。
6.按照权利要求
1所述的金属纤维-多孔陶瓷介质表面燃烧器，其特征在于燃烧器外壳(3)材料采用耐高温合金钢，除尘金属网或金属刷(4)材料采用不锈钢。
7.权利要求
1所述的金属纤维-多孔陶瓷介质表面燃烧器的应用，其特征在于用于燃烧天然气、石油液化气或混合煤气，或用于燃烧低热值气体燃料，包括高炉煤气。
8.采用权利要求
1所述的金属纤维-多孔陶瓷介质表面燃烧器燃烧气体燃料的方法，其特征在于燃烧温度在1200℃以下；空气流量1000～2000m3/h；燃气流量500～1200m3/h，未燃烃和氮氧化物含量低于100ppm，一氧化碳低于40ppm。
专利摘要
一种金属纤维－多孔陶瓷介质表面燃烧器，属于热能工程技术领域：
，该燃烧器包括燃烧器外壳、燃气管道、空气管道，在由燃烧器外壳构成的空腔内，由上至下依次设置燃烧区内金属纤维介质、预热区内陶瓷介质，两种介质紧贴在一起。燃烧区内金属纤维介质的材料采用铁铬铝合金，预热区内陶瓷介质的材料采用氧化锆或碳化硅。本发明的燃烧器与普通表面燃烧器相比，可以有效防止回火，提高燃料与空气的调节范围，还可以在一定范围内提高燃烧温度，从而提高热效率。应用本发明技术的燃烧器可以燃烧天然气、石油液化气、混合煤气等普通燃料，还可以燃烧热值接近于1000kcal/m
文档编号F23D14/46GK1995814SQ200610135085
公开日2007年7月11日 申请日期2006年12月27日
发明者李本文, 刘慧 , 董帅, 陈海耿, 饶文涛 申请人:东北大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan