专利名称：燃烧液体燃料的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃烧液体燃料，尤其燃烧油的方法和装置。
从DE4322109A1中已知一种以煤气/空气混合物为燃料而工作的燃烧器。在此燃烧器中，采用所谓孔隙燃烧器技术。该技术不同于所有普通燃烧方法，其中，煤气/空气混合物在惰性多孔材料的空腔中燃烧。
由于多孔材料的可靠传热性能，这种燃烧器具有低污染物排放和很大范围过量空气值及输出功率(高达1∶20)的特点。此外，废气可通过埋入多孔材料的热交换器很有效地冷却，从而确保很高的效率和改进的燃料利用程度。这种燃烧器/热交换器组合仅需要已知系统安装容积的1/10。
然而，已知燃烧器不能以油之类的液体燃料工作。
EP0524736A2公开了一种在多孔基体中完成控制反应的方法和装置。其中，煤气或气化物自一空间被导入以管形垂直向上延伸的多孔媒介体中。在多孔媒介体中进行燃烧。燃烧产生的热主要流向下游并到达另一空间，此方法不适于燃烧液体燃料。在多孔体中火焰前沿的位置不稳定。为使此位置稳定，需要一个与温度测量装置相配合的装置来控制容积流量。在该已知工艺过程中产生的热量通过与周围媒介体对流而不完全传递。没有为提高效率而对燃烧混合物进行预热。在此过程中断后，留在空间的煤气或气化物剩余物可能以不利的方式促使自行点火。
US4133632公开了一种气化型燃油器。在此燃油器中，在气化壳体的底部设置一多孔板，油通过毛细作用的力在板的一侧被吸入并在另一侧进入气化壳体而气化。被气化的油与空气混合，最后将混合物供给一燃烧空间，在那里混合物利用敞口火焰燃烧。
已知的气化器有多方面的缺陷。因为仅在油气化后才与空气混合，要形成均匀的空气/油混合物需要长的距离。由于油被吸入多孔板取决于毛细作用的力。故多孔板必须具有很细的孔隙结构。然而，这会由于油中所含杂质而被堵塞，因此必须经常清除。为能得到足够量油的气化物，多孔板必须具有相当大的表面，整个表面与一个油箱相接触。这违反了已知燃油器设计紧凑的要求。加之，形成油气化物需一定时间，故不可能立即使与气化器相连的燃烧器工作。燃烧器关闭后，油气化物/空气混合物滞留在气化器中，这可能导致无意的燃烧。
本发明的目的就是避免先有技术的这些缺点。尤其，其目的是提供一种燃烧液体燃料、尤其是油的简单工艺方法，此方法尽可能的有效，并具有尽可能低的污染级别。此外，其目的是提供一种设计上尽可能简单和紧凑，制造上廉价的燃烧液体燃料的装置。
此目的由权利要求1和24的特点实现。其它实用的实施例遵循权利要求2至23和25至46的特点。
按本发明的方法，制造一种装置，使液体燃料由分配装置分配，并送入配置于下游的一个装有连通孔隙的多孔媒介体的反应器中，此多孔媒介体的peclet数允许火焰在多孔媒介体内扩展。按本发明的方法允许所用液体燃料特别有效的和低污染的燃烧。
业已发现最好选择多孔媒介体的Peclet数大于65。此Peclet数可由以下公式计算Pe=(SLdmCpρ)/λ，式中，SL为层流火焰速度，dm为多孔材料平均孔隙的当量直径，Cp为气体混合物的比热，ρ为气体混合物的密度，以及λ为气体混合物的热传导系数。该公式表示火焰扩展的条件主要取决于多孔材料的平均孔隙的当量直径dm或取决于多孔材料的平均孔隙直径。此时，在进口，即在混合物入口端区域内存在多孔媒介体的条件下，相对于一种特定的氧化剂/液体燃料混合物必须选定诸如SL,Cp,ρ和λ等与方法有关的参数，它们尤其被液体燃料和氧化剂的型式及其混合比所限定。按本发明所述的方法具有值得注意的优点，即没有必要必须将进入多孔媒介体时氧化剂/液体燃料混合物的热传导系数λ和温度选择得低于爆炸极限。
在本发明所述的另一结构中，一种气态氧化剂，尤其是空气，被供应给分配装置和/或多孔媒介体，以形成由液体燃料和氧化剂组成的混合物。在这种配置中，分配装置可具有供液体燃料雾化的装置。例如，该雾化装置周围可有气态氧化剂流。最好，该雾化装置有一个在压力下供以液体燃料喷咀。该雾化装置也可有一个在压力下供以液体燃料和氧化剂的双元喷咀。借助该装置，形成由氧化剂液体燃料组成的第一混合物，该混合物可富有其它氧化剂。
最好，该雾化装置配置在多孔媒介体附近。它可往复地相对多孔媒介体移动。在园柱形结构的多孔媒介体的情况下，雾化装置最好配置在园柱体的轴线上。
按另一个实施例，可在多孔媒介体的混合物入口端设置一个具有连通孔隙的多孔元件。此多孔元件最好由不允许火焰扩展的Peclet数限定，此Peclet数一般小于65。
按照特别优越的特点，可提供一个最好包含一个具有有连通孔隙的多孔体的混合物气化装置。该多孔体的平均孔隙直径可大于多孔元件的平均孔隙直径。这有利于分配，混合和液体液料的气化。气化装置一般配置在多孔媒介体的上游及分配装置的下游。
在另一个实施例中，多孔媒介体与多孔元件相接触。多孔元件通常可在其上游端与多孔体接触。在多孔媒介体的混合物入口端，该多孔元件形成一火焰档板，防止混合物逆质量流方向而向后燃烧，尤其防止进入作为气化装置的多孔体中。由于多孔体与多孔元件之间及多孔元件和多孔媒介体之间直接接触，因燃烧而在多孔媒介体中产生的热不仅以热辐射的形式而且也以热传导的方式传给了多孔元件和多孔体。这确保混合物在进入多孔媒介体前完全气化。
分配装置最好有一个用以产生液体射流的装置，可以使后者和/或雾化装置伸入在多孔元件或多孔体中设置的凹槽。这可使设计特别紧凑。
为能特别有效的进行过程控制，可用加热装置对氧化剂和/或液体燃料和/或气化装置进行加热。加热装置所需的热量最好由热燃气传递。而且，用掺和在热燃气中的方法加热氧化剂也是可能的。
混合物可用设置在多孔媒介体或蒸发装置中或在分配装置附近的点火装置点火。在点火装置设置于分配装置附近的情况下，最好，最初点燃由分配装置引出的混合物，并允许敞开燃烧以加热多孔媒介体，然后，中断液体燃料供应，并由此而中断敞开燃烧。当再供应液体燃料时，形成的混合物在预热过的多孔媒介体中即自动点火，不再进行敞开燃烧。
在又一实施例中，反应器有一个容纳多孔媒介体的壳体，可使此壳体包围多孔元件和气化装置。最好，多孔媒介体被热交换器包围。
按照又一实施例的特点，多孔媒介体配置于分配装置下方，以便在燃烧时形成与质量流反向的逆流。这样便可使由质量流供应的混合物预热。此外，此逆流阻止质量流。从而使火焰前沿的位置保持稳定。
按本发明所述的又一措施，提供一种燃烧液体燃料，尤其燃烧油的装置，液体燃料由分配装置分配，并被送入配置于下游的一个装有连通孔隙的多孔媒介体的反应器中，此多孔媒介体的Peclet数允许火焰在多孔媒介体中扩展。按本发明所述的装置可制成结构紧凑，并且价格低廉。它可使液体燃料进行低污染燃烧。按本发明所述的该装置尤其具有大功率范围和调节能力，宽范围的空气/燃料比和高比功率密度等特点。
适于制造多孔媒介体和多孔元件的材料为金属，金属氧化物，陶瓷或涂陶瓷的金属。像球等单个元件的松散材料和粒料也可被使用。选择材料的一般原则是形状的稳定性，耐温变性，化学和热稳定性和传热性能，例如热传导或热辐射系数。
下面利用附图对本发明的方法和装置的有利实施例进行说明。
其中
图1表示说明本发明方法的原理的略图；图2表示本发明装置的第一实施例的示意剖面图；图3表示本发明装置的第二实施例的示意剖面图；图4表示本发明装置的第三实施例的示意剖面图；图5a表示液体燃料喷咀的剖面图；图5b表示双元喷咀的剖面图；图6a表示分配器的示意剖面图；和图6b表示图6a分配器的平面图。
图1表示说明本发明方法的一个实施例变型的原理略图。液体燃产，如果需要加热的话，被分配与多孔体相互作用，以便增加液体燃料的表面积。同时，供应空气给该多孔体，并使其与所分配的液体燃料均匀混合。由空气和液体燃料组成的混合物以质量流经过多孔体向多孔媒介体方向流动，在此混合物入口端，有一个作为火焰挡板的多孔元件。由于在多孔媒介体中发生燃烧，热便传递给多孔元件，它最好与多孔媒介体直接接触，并从那里将热传递给多孔体。因此，流经多孔体和多孔元件的该混合物被进一步加热而气化或转变为气相。在此方法中，在多孔体中的该混合物完全均匀化。尤其，该多孔体可另外被加以助于气化。最后，已气化的混合物到达多孔媒介体，并在那里燃烧。
为实现本发明的方法，业已发现本发明的多个装置实施例特别有利。
本发明装置的第一实施例示于图2。其中，一个总的由序号1所指的分配装置主要由分配器2组成。分配器2伸入在多孔体3上所设置的凹槽4中。该多孔体3与Peclet数小于65的多孔元件5直接接触。此多孔元件5又与多孔媒介体6直接接触。形成燃烧器的该多孔媒介体6中配有一点火装置7。
其中，多孔体3具有多个不同孔隙率和平均孔隙直径的区域或层8,9和10。
按由图3可见的第二实施例结构形式，分配装置1由配置于上游和多孔体3上方的液体燃料喷咀11组成。一个埋在大孔隙元件13中的热交换器12被配置于多孔媒介体6的下游。多孔体3，多孔元件5，多孔媒介体6和大孔隙元件13均容纳在壳体14中，这里，此壳体做成为管状结构。
图4表示结构特简单的第三实施例。其中，多孔媒介体6延伸于壳体14的基本部分，这里，多孔媒介体6的混合物入口端15直接与由液体燃料喷咀11喷射出的液体燃料相遇。
图2和图3所示的装置的功能如下从分配装置1喷射出的空气/液体燃料混合物或液体燃料进入多孔体3中，并在那里按径向分配于整个横截面。同时，此混合物或液体燃料与进入多孔体3的空气混合并均匀化。在进一步转移过程中，此混合物更加均匀且分布更加细密。最好，在由多孔媒介体6传来的热的作用下，此混合物被气化。气化物或气化的混合物通过作为火焰挡板的多孔元件5，并最后到达在其中燃烧的多孔媒介体6。燃烧气体于多孔媒介体6的出口端16引出并由热交换器12导向。
在图4所示的装置中，混合物的混合，均匀化和气化均发生在多孔体入口端15的附近。
在图2至4所示的装置中，在每个装置中，质量流均垂直向下。由于燃烧，在多孔媒介体中发生逆流并垂直向上。此逆流阻止质量流。由此，使多孔媒介体中的火焰前沿的位置保持稳定。
图5a和5b表示液体燃料喷咀11和双元喷咀17的剖面图。双元喷咀17由被空气喷咀18围绕的液体燃料喷咀11组成。空气喷咀18配有导入空气用的通孔19。空气/液体燃料混合物通过设置在空气喷咀18中的一个开口20喷出。
图6a表示分配器2的剖面图。它主要由圆筒21组成，其内腔通过径向配置的喷咀22与周围相通。由图6b可特别清楚地看到喷咀22的配置。
标号表1.分配装置2.分配器3.多孔体4.凹槽5.多孔元件6.多孔媒介体7.点火装置8、9、10.区域11液体燃料喷咀12热交换器13大孔隙元件14壳体15混合物入口端16出口端17双元喷咀18空气喷咀19通孔20开口21园筒22喷咀A质量流方向F液体燃料L空气
权利要求
1.燃烧液体燃料(F)、尤其燃烧油的方法，其中，液体燃料(F)由分配装置(1)分配并被输入配置于下游的一个装有有连通孔隙的多孔媒介体(6)的反应器中，此多孔媒介体的Peclet数允许在多孔媒介体(6)内火焰扩展及使液体燃料(F)完全燃烧。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，该多孔媒介体(6)的Peclet数大于65。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，气体氧化剂(L)，尤其空气，被供给分配装置(1)和/或多孔媒介体(6)，以形成由液体燃料(F)和氧化剂(L)组成的混合物。
4.按权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，分配装置(1)有一个用以使液体燃料(F)雾化的装置。
5.按权利要求4所述的方法，其特征在于，雾化装置有一个在压力下被供以液体燃料(F)的喷咀(11)。
6.按权利要求4或5所述的方法，其特征在于雾化装置有一个在压力下被供以液体燃料(F)和氧化剂(L)的双元喷咀(17)。
7.按权利要求4至6之一所述的方法，其特征在于，雾化装置被配置在多孔媒介体(6)的附近。
8.按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在多孔媒介体(6)的混合物入口端(15)，设置一个具有连通孔隙的多孔元件(5)。
9.按权利要求8所述的方法，其特征在于，多孔元件(5)的孔隙具有不允许火焰扩展的Peclet。
10.按权利要求9所述的方法，其特征在于，多孔元件(5)的Peclet小于65。
11.按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，设置一个气化混合物的装置。
12.按权利要求11所述的方法，其特征在于，气化装置包含一个具有连通孔隙的多孔体(3)，此多孔体(3)的平均孔隙直径大于多孔元件(5)的平均孔隙直径。
13.按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，多孔媒介体(6)与多孔元件(5)相接触。
14.按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，多孔元件(5)与多孔体(3)相接触。
15.按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，分配装置(1)具有用以产生液体射流的设备(2)。
16.按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，雾化装置(11)和/或用以产生液体射流(2)的装置伸入在多孔元件(5)或多孔体(3)中所设置的凹槽(4)。
17.按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，氧化剂(L)和/或液体燃料(F)和/或气化装置用加热装置加热。
18.按权利要求17所述的方法，其特征在于，加热装置从燃烧气体的焓中获得热能。
19.按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，混合物利用在多孔媒介体(6)中或在气化装置中或在分配装置(1)附近设置的点火装置点火。
20.按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，反应器具有一个容纳多孔媒介体(6)的壳体(14)。
21.按权利要求20所述的方法，其特征在于，壳体(14)包围多孔元件(5)和气化装置。
22.按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，一个埋入热交换器(12)的大孔隙元件(13)设置在多孔媒介体(6)的下游。
23.按上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，多孔媒介体(6)被配置在分配装置(1)下方，从而在燃烧时形成与质量流反向的逆流。
24.用以燃烧液体燃料，尤其燃烧油的装置，其中，液体燃料(F)可由分配装置(1)分配并可被输入配置在下游的一个装有有连通孔隙的多孔媒介体(6)的分应器中，此多孔媒介体的Peclet数允许在多孔媒介体(6)内火焰扩展及使液体燃料(F)完全燃烧。
25.按权利要求24所述的装置，其特征在于，多孔媒介体(6)的Peclet数大于65。
26.按权利要求24或25所述的装置，其特征在于，分配装置(1)和/或多孔媒介体(6)具有气体氧化剂(L)尤其是空气的供给设施，从而形成由液体燃料(F)和氧化剂(L)组成的混合物。
27.按权利要求24至25之一所述的装置，其特征在于，分配装置(1)有一个使液体燃料(F)雾化的装置。
28.按权利要求24至26之一所述的装置，其特征在于，雾化装置有一个在压力下被供以液体燃料(F)的喷咀(11)。
29.按上述权利要求27或28所述的装置，其特征在于，雾化装置有一个在压力下被供以液体燃料(F)和氧化剂(L)的双元喷咀(17)。
30.按权利要求27至29之一所述的装置，其特征在于，雾化装置被配置在多孔媒介体(6)的附近。
31.按上述权利要求24至30之一所述的装置，其特征在于，在多孔媒介体(6)的混合物入口端(15)设置一个具有连通孔隙的多孔元件(5)。
32.按权利要求31所述的装置，其特征在于多孔元件(5)的孔隙的Peclet数不允许火焰扩展。
33.按权利要求32所述的装置，其特征在于多孔元件(5)的Peclet数小于65。
34.按权利要求24至33之一的装置，其特征在于设置一个供混合物气化的装置。
35.按权利要求34所述的装置，其特征在于气化装置包含一个具有连通孔隙的多孔体(6)，多孔体(6)的平均孔隙直径大于多孔元件(7)的平均孔隙直径。
36.按权利要求24至35之一的装置，其特征在于，多孔媒介体(6)与多孔元件(5)接触。
37.按权利要求24至36之一的装置，其特征在于多孔元件(5)与多孔体(6)接触。
38.按权利要求24至37之一的装置，其特征在于分配装置(1)具有供产生液体射流(2)的装置。
39.按权利要求24至38之一的装置，其特征在于雾化装置(11)和/或产生液体射流(2)的装置凸入在多孔元件(5)或多孔体(3)中形成的凹槽。
40.按权利要求24至39之一的装置，其特征在于设置一加热装置，以加热氧化剂(L)和/或液体燃料(F)和/或气化装置。
41.按权利要求40所述的装置，其特征在于加热装置能被燃气的焓加热。
42.按权利要求24至41之一的装置，其特征在于在多孔媒介体(6)或气化装置中或在分配装置(1)的附近设置供点燃混合物的点火装置(7)。
43.按权利要求23至42之一的装置，其特征在于该反应器有一容纳多孔媒媒介体(6)的壳体(14)。
44.按权利要求43所述的装置，其特征在于壳体(14)包围多孔元件(5)和气化装置。
45.按权利要求24至44之一的装置，其特征在于在多孔媒介体(6)的下游设置一大孔元件(13)其内埋置一热交换器。
46.按权利要求24至45之一的装置，其特征在于在分配装置(1)的下面设置多孔媒介体(6)，这样，在燃烧时产生的逆流对准质量流。
全文摘要
本发明涉及一种燃烧液体燃料(F),尤其燃料油的方法,其中,液体燃料(F)用分配装置(1)分配,并射向装有有连通孔隙的多孔装置(6)的下游反应器,其Peclect数允许在多孔装置(6)内火焰扩展,并使液体燃料(F)完全燃烧。
文档编号F23C99/00GK1237239SQ97199693
公开日1999年12月1日 申请日期1997年11月10日 优先权日1996年11月13日
发明者F·杜尔斯特, M·克普勒尔, M·维克拉斯 申请人:因文特新技术开发股份有限公司