专利名称：一种分段式多孔陶瓷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，具体涉及一种分段式多孔陶瓷介质气体燃料燃烧器。
技术背景目前，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，燃 烧不完全而热效率低，燃烧稳定性较差。现在，在燃烧器内加入多孔介质的技术现己逐步被人们重视。多孔介质中的预混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物 成份的含量非常少，因此，多孔介质中的预混燃烧在现实应用中有很大的潜力。在气体燃料的燃烧中，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。结构方面，当孔径相对较大时，辐射作用穿透得较深远，温度升高较快；孔径相对较小时，多孔介质相对的 光学厚度较大，具有良好的蓄热效果。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。如发明名称为"一种金属纤维——多孔陶瓷介质表面 燃烧器"(申请号为200610135085〗，申请R 2006.12.27)的专利申请公开的燃烧器，其构成 包括燃烧器外壳、燃烧器管道、空气管道、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，在预热区内陶瓷介质下，燃气管道上方空腔内设置有除 尘金属网或金属刷。这种结构的燃烧器虽然较金属纤维表面燃烧器，解决了燃烧器在使用过 程中易发生回火现象，并且燃料与空气的调节范围小，热效率低的问题。但是，这种多孔介 质燃烧器使用过程仍然存在以下缺陷多孔介质孔径很小，非常容易阻塞，所以目前大多数 燃烧器只用于单一纯净的气体燃料，而实际生产中大多数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局限性。 发明内容针对现有气体燃料多孔介质燃烧器的不足之处，本发明提供一种分段式多孔陶瓷介质气 体燃料燃烧器，该燃烧器可以用于燃烧热值变化范围在1000 10000kcal/m3 (4180~41800kJ/m3)，甚至更高的气体燃料，同时能更有效地防止回火和爆炸。本发明燃烧器的构成包括燃烧器外壳，除尘金属网或金属刷，空气管道，预混室，燃气 管道，要点是燃烧器外壳构成的空腔内部设置有大孔区域陶瓷多孔介质，小孔区域陶瓷多孔
介质，多孔板，除尘金属网或金属刷。上述燃烧器的外壳以多孔板为界分上、下两部。燃烧器外壳上部构成的空腔内部，由上 至下依次设置有大孔区域陶瓷多孔介质，大孔区域陶瓷多孔介质放置在小孔区域陶瓷多孔介 质上面，小孔区域陶瓷多孔介质放置在多孔板上面，大孔区域陶瓷多孔介质的上面与燃烧器 外壳顶端面间为空腔；多孔板夹在燃烧器外壳上、下部中间，多孔板外围延伸至燃烧器外壳 外面空间。除尘金属网或金属刷装配在燃烧器外壳下部的预混室内。燃烧器中的大孔区域属于燃烧区，使用的多孔介质材料是陶瓷，以适用高热值气体燃料 (燃烧温度能达到150(TC，甚至以上)；小孔区域孔径较小，可以起到防止回火的作用，同 时小孔区域为预热区，可以有效储存燃烧区产生的热量，这里的温度一般不超过120(TC,使 用的多孔介质材料也是陶瓷。为了保证两区域之间良好的导热效果，设计为二者间处于紧密 接触状态。小孔区域陶瓷多孔介质放置在多孔板上。多孔板导热性较强，可以把热量迅速导 出，可以防止在燃烧过程中，由于操作不当或其他原因引起回火的发生。上述大孔区域陶瓷多孔介质的材料，选用氧化钇基氧化锆、氧化钙基氧化锆或碳化硅， 平均孔径为2.5 5mm，孔隙率为80~85%，孔的排列方式为直通或无序；小孔区域陶瓷多孔 介质的材料，选用刚玉(A1203)、氧化钙基氧化锆或碳化硅，平均孔径为0.25~0.5mm，孔隙 率为75~83%,孔的排列方式为直通或无序;多孔板选用导热性能良好，能耐一定温度"600'C ) 的金属或合金材料。板上的孔径为2~5mm，孔隙率为80 90%，孔的排列方式为直通式。多 孔板的孔为正交排列方式或围绕中心成环形排列。除尘金属网或金属刷材料选用不锈钢。燃 烧器外壳材料选用不锈钢、铸铁或耐高温不锈钢。燃烧器外壳轴向截面为圆形、正方形或多边形。本发明与现有技术相比较，最为突出的特点和显著的效果是由于本发明在燃烧器结构 中增加了多孔板，由导热性能良好、能耐一定高温(<60(TC)的金属或合金加工而成，而且 多孔板在装配后，其外围是延伸在燃烧器外壳外面。当火焰向燃烧器上游传播时，火焰携带 的热量可以通过导热性能良好的多孔板迅速的传递到燃烧器外面，散失到环境中。板上的小 孔存在可以更加有效地防回火或爆炸，极大地提高了燃烧器应用的安全系数。另外，本发明设计的燃烧区和预热区采用的是陶瓷多孔介质，这样燃烧器燃料热值范围 较大，既可以燃烧低热值气体或劣质气体燃料，又可以燃烧高热值气体，热值一般可在 1000~10000kcal/m3 (4180~41800kJ/m3)，甚至更高的气体燃料，如高炉煤气、焦炉煤或高、 焦混合煤气、天然气等燃料，本发明可广泛应用于冶金、化工、能源等行业。
图1是本发明燃烧器的轴向剖面视图；图2是图1的A-A向剖视图的一种形式，孔的排列形式是正交排列；图3是图1的A-A向剖视图的另一种形式，孔的排列形式是环形排列；图l、 2、 3中l燃烧器外壳，2大孔区域陶瓷多孔介质，3小孔区域陶瓷多孔介质，4多孔板，5除尘金属网或金属刷，6空气管道，7预混室，8燃气管道，9法兰10螺帽11螺栓12螺孔。
具体实施方式
例l，如图l、图2所示，燃烧器由燃烧器外壳、大孔区域陶瓷多孔介质，小孔区域陶瓷 多孔介质，多孔板，除尘金属网，空气管道，预混室，燃气管道构成。燃烧器外壳以多孔板 为界分上、下两部分，燃烧器外壳上部构成的空腔内部，由上至下依次设置的是大孔区域陶 瓷多孔介质，大孔区域陶瓷多孔介质的下面放置在小孔区域陶瓷多孔介质上面，二者处于紧 密接触状态。小孔区域陶瓷多孔介质下面放置在多孔板上面，处于紧密接触状态。大孔区域 陶瓷多孔介质的上面与燃烧器外壳顶端面间为空腔。多孔板夹在燃烧器外壳上、下部之间， 通过燃烧器外壳上、下部上的法兰、螺栓连接。多孔板外围延伸在燃烧器外壳外面空间中， 多孔板外围内中间部分为带孔板面。采用不锈钢制作的除尘金属网嵌入燃烧器外壳下部内壁 面凹槽里，其位置在多孔板以下，空气管道以上的燃烧器外壳内的预混室内。空气管道焊在 燃烧器下部的侧壁上，燃烧器外壳下端口为燃气进口。上述大孔区域陶瓷材料选用氧化钇基氧化锆，平均孔径为5mm，孔隙率为80%，孔的排 列方式为无序式；小孔区域陶瓷材料选用刚玉(A1203)，平均直径为0.5mm，孔隙率为76%， 孔的排列方式为无序式。多孔板材料选用金属铜，平均孔径为5mm，孔隙率为82%。孔的排 列为直通式成正交排列。燃烧器的外壳轴向截面为圆形，其材料选用不锈钢。应用本发明燃烧器，将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， 经过除尘金属网除尘后，通过多孔板，进入温度较低的预热区内小孔介质，然后进入燃烧区 内大孔介质内燃烧。燃烧气体为高炉煤气，燃气流量为1500mVh，空气流量为220m3/h。燃烧效果是空气 和气体燃料均不需要在进入燃烧器预热；经过燃烧后的气体中，未燃烧的烃、氮化物、硫化 物含量低于50ppm， 一氧化碳低于40ppm。例2:燃烧器的结构与例1相同。不同之处是大孔区域陶瓷材料选用氧化钙基氧化锆，平均 孔径4mm，孔隙率为85%，孔的排列方式为无序排列；小孔区域陶瓷材料为氧化钙基氧化锆,
平均孔径为0.4mm，孔隙率为80%,孔的排列为无序排列；多孔板材料选用低碳钢合金，平 均孔径为4mm,孔隙率为83°/。。孔的排列为直通式围绕中心成环形排列。燃烧器外壳轴向截 面为正方形，其材料选用铸铁。预混室内装置的是不锈钢除尘金属刷。燃烧器应用燃烧气体为焦炉煤气，燃气流量为800m3/h，空气流量为1500m3/h。燃烧 后气体中未燃烃、氮化物、硫化物含量低于50ppm， 一氧化碳低于40ppm。例3:燃烧器结构与例2相同。不同之处是大孔区域陶瓷材料选用碳化硅，小孔区域 陶瓷材料用碳化硅，多孔板材料选金属铝，平均孔径3mm，孔隙率为84%。燃烧器外壳轴向 截面为六边形，其材料选用耐高温不锈钢。燃烧器应用燃烧气体为天然气、燃气流量为2000m3/h，空气流量为3000m3/h。燃烧效 果同例2。例4:燃烧器中大孔区域陶瓷材料的平均孔径为3mm，孔隙率84%，小孔区域陶瓷材料 平均孔径为0.3mm，孔隙率82%，多孔板平均孔径2mm，孔隙率86%。燃烧器的其他结构， 构件的选材及应用结果均与例1相同。例5:燃烧器大孔区域陶瓷材料平均孔径为2.5mm，孔隙率85%,小孔区域陶瓷材料选 为氮化锆，平均孔径为0.25mm，孔隙率83%。燃烧器的其他结构，构件选材，均与例1相同。 应用中燃烧气体选用液化气，其他与例l相同。例6:燃烧器中大孔区域陶瓷材料的平均孔径为2.5mm，孔隙率85%，小孔区域陶瓷材 料平均孔径为0.25mm,孔隙率83%,多孔板平均孔径2mm，孔隙率86%。燃烧器的其它构 成均同实施例1。
权利要求
1、一种多段式多孔陶瓷介质气体燃料燃烧器，构成包括燃烧器外壳、除尘金属网或金属刷，空气管道、预混室、燃气管道，其特征在于燃烧器外壳构成的空腔内部，设置有大孔区域陶瓷多孔介质，小孔区域陶瓷多孔介质，多孔板，除尘金属网或金属刷。
2、 按权利要求1所述的分段式多孔陶瓷介质气体燃烧器，其特征在于燃烧器外壳以多孔 板为界分上、下两部分，燃烧器外壳上部构成的空腔内部，由上至下依次设置有大孔区域陶 瓷多孔介质，大孔区域陶瓷多孔介质放置在小孔区域陶瓷多孔介质上面，小孔区域陶瓷多孔 介质放置在多孔板上面，大孔区域陶瓷多孔介质上面与燃烧器外壳顶端面间为空腔；多孔板 夹在燃烧器外壳上、下部中间，多孔板外围延伸至燃烧器外壳外面；除尘金属网或金属刷装 配在燃烧器外壳下部预混室内。
3、 按权利要求1或2所述的分段式多孔陶瓷介质气体燃烧器，其特征在于大孔区域陶瓷 多孔介质的材料，选用氧化钇基氧化锆、氧化钙基氧化锆或碳化硅，平均孔径为2.5~5mm， 孔隙率为80~85%，孔的排列方式为直通或无序；小孔区域陶瓷多孔介质的材料，选用刚玉(A1203)、氧化钙基氧化锆或碳化硅，平均孔径为0.25~0.5mm，孔隙率为75~83%，孔的排 列方式为直通或无序；多孔板(4)的材料选用金属或合金，孔径为2~5mm，孔隙率为80~90%， 孔的排列方式为直通式。
4、 按权利要求3所述的分段式多孔陶瓷介质气体燃烧器，其特征在于多孔板的孔为正交 排列方式或围绕中心成环形排列。
5、 按权利要求1或2所述的分段式多孔陶瓷介质气体燃烧器，其特征在于所述的燃烧器 外壳轴向截面为圆形、正方形或多边形。
全文摘要
本发明涉及一种多段式多孔陶瓷介质气体燃料燃烧器，其构成包括燃烧器外壳，除尘金属网或金属刷，空气管道，预混室，燃气管道，要点是燃烧器外壳以多孔板为界分上、下两部分。燃烧器外壳上部空腔内部，由上至下依次设置有大孔区域陶瓷多孔介质，放置在小孔区域陶瓷多孔介质上面，小孔区域陶瓷多孔介质放置在多孔板上面。多孔板下面，燃烧器外壳内装配有除尘金属网或金属刷。多孔板夹在燃烧器外壳上、下部中间多孔板外围延伸至燃烧器外壳外面。本发明优点是陶瓷多孔介质燃烧器燃料热值范围较大，既可以燃烧低热值气体或劣质气体燃料，又可以燃烧高热值气体。燃烧器中增加的多孔板起到很好的散热作用，能更有效地防止回火或爆炸。
文档编号F23D14/02GK101158469SQ20071015796
公开日2008年4月9日 申请日期2007年11月6日 优先权日2007年11月6日
发明者慧 刘, 李本文, 帅 董, 饶文涛 申请人:东北大学