專利名稱：一種金屬纖維－多孔陶瓷介質(zhì)表面燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱能工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及生產(chǎn)和生活用一種燃燒器，特別涉及一種金屬纖維-多孔陶瓷介質(zhì)表面燃燒器。
背景技術(shù)：
目前，工業(yè)生產(chǎn)中熱值低于1000大卡的副產(chǎn)煤氣，如高爐煤氣，其中CO，H2，CnHm等可燃成份含量較低，在燃燒器中的燃燒效率不高，造成低熱值煤氣的大量排放，既浪費(fèi)能源又污染環(huán)境。早在1979年，有學(xué)者提出在燃燒器內(nèi)加入多孔介質(zhì)的想法，之后許多相關(guān)的實(shí)驗(yàn)工作也發(fā)現(xiàn)，多孔介質(zhì)中的預(yù)混燃燒有很多優(yōu)點(diǎn)較大的貧燃極限、較高的燃燒速率和穩(wěn)定性、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣、燃燒強(qiáng)度高、燃燒器體積小等，而且燃燒產(chǎn)物中氮化物和硫化物等污染成份的含量非常少。因此，多孔介質(zhì)中的預(yù)混燃燒在工業(yè)應(yīng)用中有很大的潛力。
金屬纖維表面燃燒器是多孔介質(zhì)燃燒器的一種，它有較高的輻射換熱量，火焰附著在金屬表面燃燒，大多為紅色、桔紅色火焰。除了具有多孔介質(zhì)燃燒器的大部分優(yōu)點(diǎn)之外，金屬纖維表面燃燒器體積更為小巧，形狀靈活，可以更廣泛地用于生產(chǎn)和生活。但現(xiàn)有燃燒器在使用過(guò)程中易發(fā)生回火現(xiàn)象，并且燃料與空氣的調(diào)節(jié)范圍小，熱效率低。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有的金屬纖維表面燃燒器存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種金屬纖維-多孔陶瓷介質(zhì)表面燃燒器。
本發(fā)明所涉及的這種金屬纖維-多孔陶瓷介質(zhì)表面燃燒器，是在表面燃燒器的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上再加一層陶瓷多孔介質(zhì)。
燃燒器由燃燒區(qū)內(nèi)金屬纖維介質(zhì)、預(yù)熱區(qū)內(nèi)陶瓷介質(zhì)、燃燒器外殼、除塵金屬網(wǎng)或金屬刷、燃?xì)夤艿?、預(yù)混室、空氣管道構(gòu)成。燃燒區(qū)內(nèi)金屬纖維介質(zhì)的材料可以采用鐵鉻鋁合金，預(yù)熱區(qū)內(nèi)陶瓷介質(zhì)的材料采用氧化鋯或碳化硅。燃燒區(qū)內(nèi)金屬纖維的頂部與燃燒器外殼的頂部平齊，為了保證二者之間良好的導(dǎo)熱效果，通常將燃燒區(qū)內(nèi)金屬纖維介質(zhì)、預(yù)熱區(qū)內(nèi)陶瓷介質(zhì)兩種介質(zhì)緊貼在一起，設(shè)計(jì)成一個(gè)整體。其中，金屬纖維區(qū)域?qū)儆谌紵齾^(qū)，陶瓷區(qū)域?yàn)轭A(yù)熱區(qū)，可以有效吸收和儲(chǔ)存燃燒區(qū)產(chǎn)生的熱量。燃燒區(qū)內(nèi)金屬纖維介質(zhì)加工成網(wǎng)狀或纖維結(jié)構(gòu)，材料平均絲徑為20～50μm，燃燒區(qū)內(nèi)金屬纖維介質(zhì)平均孔徑為25～45μm，孔隙率為80～90％，孔的排列方式為有序直通式。預(yù)熱區(qū)陶瓷材料平均孔徑為0.29～0.31mm，陶瓷孔徑足夠小到能防止回火，孔隙率為75％～83％，孔的排列方式為無(wú)序或有序直通式。
燃燒器外殼材料可以采用耐高溫合金鋼，金屬刷或金屬網(wǎng)材料采用不銹鋼。
使用時(shí)，空氣和燃?xì)夥謩e從空氣管道和燃?xì)夤艿肋M(jìn)入后，在預(yù)混室內(nèi)混合，經(jīng)過(guò)除塵金屬網(wǎng)或金屬刷除塵后進(jìn)入預(yù)熱區(qū)內(nèi)陶瓷介質(zhì)，由于燃燒時(shí)燃燒區(qū)金屬纖維通過(guò)傳導(dǎo)、輻射等作用對(duì)預(yù)熱區(qū)內(nèi)陶瓷介質(zhì)進(jìn)行加熱，加熱后的陶瓷介質(zhì)通過(guò)對(duì)流、輻射作用對(duì)燃料和空氣的混合氣體進(jìn)行加熱，加熱后的氣體進(jìn)入燃燒區(qū)金屬纖維部分進(jìn)行燃燒。
應(yīng)用本發(fā)明燃燒器有關(guān)工藝參數(shù)如下燃燒氣體天然氣、石油液化氣、混合煤氣等普通燃料，以及熱值接近于1000kcal/m3的氣體燃料，如高爐煤氣等低熱值氣體，燃燒溫度在1200℃以下；空氣流量1000～2000m3/h；燃?xì)饬髁?00～1200m3/h；燃燒效果未燃烴，氮化物和硫化物含量低于100ppm，一氧化碳低于40ppm。
現(xiàn)有工業(yè)企業(yè)燃燒的大多氣體燃料是高、焦混合煤氣，煤氣中一般含有灰塵，雖然在進(jìn)入燃燒器之前進(jìn)行過(guò)除塵，但是未除盡的較小顆粒灰塵也有可能將陶瓷小孔阻塞，為了將本發(fā)明應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，燃燒器的預(yù)混室內(nèi)裝有可拆換的除塵金屬刷或金屬網(wǎng)，以清除混合煤氣中的灰塵，防止陶瓷小孔被阻塞。
本發(fā)明燃燒器的有關(guān)幾何參數(shù)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。
燃燒器的金屬纖維介質(zhì)橫截面方向可以加工成圓形或矩形，豎直截面方向可以加工成矩形、錐形或圓弧形等等形狀。
本發(fā)明的金屬纖維表面燃燒器與普通表面燃燒器相比，可以有效防止回火，提高燃料與空氣的調(diào)節(jié)范圍，還可以在一定范圍內(nèi)提高燃燒溫度，從而提高熱效率。應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)的燃燒器可以燃燒天然氣、石油液化氣、混合煤氣等普通燃料，還可以燃燒熱值接近于1000kcal/m3的低熱值氣體燃料，如經(jīng)常被當(dāng)作廢氣排放的高爐煤氣，可以有效節(jié)約能源，同時(shí)大幅度降低燃燒產(chǎn)物中的氮化物和硫化物含量，減少污染。本發(fā)明燃燒器可廣泛應(yīng)用于冶金、化工等行業(yè)，也可以廣泛應(yīng)用于生活。


圖1是本發(fā)明燃燒器的軸向剖面圖；圖2、圖3是圖1的兩種橫截面形狀的A-A剖視圖。
在圖1、2、3中1燃燒區(qū)內(nèi)金屬纖維介質(zhì)，2預(yù)熱區(qū)內(nèi)陶瓷介質(zhì)，3燃燒器外殼，4除塵金屬網(wǎng)或金屬刷，5燃?xì)夤艿溃?預(yù)混室，7空氣管道。
φ1-預(yù)混室內(nèi)徑，φ2-燃?xì)夤艿纼?nèi)徑，φ3-空氣管道內(nèi)徑，a-燃燒器壁厚，b-管道壁厚，h1-除塵金屬網(wǎng)或金屬刷底部與燃燒器底部距離，h2-除塵金屬網(wǎng)或金屬刷的厚度，h3-預(yù)熱區(qū)內(nèi)陶瓷介質(zhì)底部與除塵金屬網(wǎng)或金屬刷頂部距離，h4-預(yù)熱區(qū)內(nèi)陶瓷介質(zhì)高度，h5-燃燒區(qū)內(nèi)金屬纖維介質(zhì)高度，h6-燃料管道底部與預(yù)混室內(nèi)底部距離。
具體實(shí)施例方式
如圖1、圖2所示，燃燒器主體由1燃燒區(qū)內(nèi)金屬纖維介質(zhì)，2預(yù)熱區(qū)內(nèi)陶瓷介質(zhì)，3燃燒器外殼，4除塵金屬網(wǎng)或金屬刷，5燃?xì)夤艿溃?預(yù)混室，7空氣管道構(gòu)成，在由燃燒器外殼3構(gòu)成的空腔內(nèi)，由上至下依次設(shè)置燃燒區(qū)內(nèi)金屬纖維介質(zhì)1、預(yù)熱區(qū)內(nèi)陶瓷介質(zhì)2，燃燒區(qū)內(nèi)金屬纖維介質(zhì)1的材料可以采用鐵鉻鋁合金，預(yù)熱區(qū)內(nèi)陶瓷介質(zhì)2的材料采用氧化鋯或碳化硅。燃燒區(qū)內(nèi)金屬纖維1的頂部與燃燒器外殼3的頂部平齊，燃燒區(qū)內(nèi)金屬纖維介質(zhì)1與預(yù)熱區(qū)內(nèi)陶瓷介質(zhì)2可以是一個(gè)整體。在燃燒器外殼3構(gòu)成的空腔內(nèi)部，預(yù)熱區(qū)內(nèi)陶瓷介質(zhì)2下、燃?xì)夤艿?上方設(shè)置除塵金屬網(wǎng)或金屬刷4，燃燒器外殼3內(nèi)、除塵金屬網(wǎng)或金屬刷4下方空間為預(yù)混室6，在燃燒器底部設(shè)置空氣管道7，側(cè)壁設(shè)置燃?xì)夤艿?。
幾何尺寸可以按下表取值


應(yīng)用本發(fā)明裝置，具體舉例如下向燃燒器內(nèi)通燃?xì)狻⒖諝?，空氣和燃?xì)夥謩e從空氣管道7和燃?xì)夤艿?進(jìn)入后，在預(yù)混室6內(nèi)混合，經(jīng)過(guò)除塵金屬網(wǎng)或金屬刷4除塵后進(jìn)入預(yù)熱區(qū)內(nèi)陶瓷介質(zhì)2，預(yù)熱區(qū)內(nèi)陶瓷介質(zhì)2的溫度較低，然后進(jìn)入燃燒區(qū)內(nèi)金屬纖維介質(zhì)1內(nèi)燃燒。
有關(guān)工藝參數(shù)如下燃燒氣體高爐煤氣(或高、焦混合煤氣)，或天然氣、石油液化氣、混合煤氣等，燃燒溫度在600～1200℃；空氣流量1000～2000m3/h；燃?xì)饬髁?00～1000m3/h；功率100～700kw/m2調(diào)節(jié)比10∶1；燃燒效果空氣或氣體燃料均可不用在進(jìn)入燃燒器前預(yù)熱，未燃烴，氮氧化物含量低于100ppm，一氧化碳低于40ppm。
權(quán)利要求
1.一種金屬纖維-多孔陶瓷介質(zhì)表面燃燒器，包括燃燒器外殼(3)、燃?xì)夤艿?5)、空氣管道(7)，其特征在于在由燃燒器外殼(3)構(gòu)成的空腔內(nèi)，由上至下依次設(shè)置燃燒區(qū)內(nèi)金屬纖維介質(zhì)(1)、預(yù)熱區(qū)內(nèi)陶瓷介質(zhì)(2)，燃燒區(qū)內(nèi)金屬纖維介質(zhì)(1)的頂部與燃燒器外殼(3)的頂部平齊，燃燒區(qū)內(nèi)金屬纖維介質(zhì)(1)與預(yù)熱區(qū)內(nèi)陶瓷介質(zhì)(2)緊貼在一起，在燃燒器外殼(3)構(gòu)成的空腔內(nèi)部，預(yù)熱區(qū)內(nèi)陶瓷介質(zhì)(2)下、燃?xì)夤艿?5)上方設(shè)置除塵金屬網(wǎng)或金屬刷(4)；燃燒器外殼(3)內(nèi)、除塵金屬網(wǎng)或金屬刷(4)下方空間為預(yù)混室(6)。
2.按照權(quán)利要求1所述的金屬纖維-多孔陶瓷介質(zhì)表面燃燒器，其特征在于燃燒區(qū)內(nèi)金屬纖維介質(zhì)(1)的材料采用鐵鉻鋁合金，預(yù)熱區(qū)內(nèi)陶瓷介質(zhì)(2)的材料采用氧化鋯或碳化硅。
3.按照權(quán)利要求1所述的金屬纖維-多孔陶瓷介質(zhì)表面燃燒器，其特征在于燃燒區(qū)內(nèi)金屬纖維介質(zhì)(1)材料的平均絲徑為20～50μm，燃燒區(qū)內(nèi)金屬纖維介質(zhì)(1)為網(wǎng)狀或纖維結(jié)構(gòu)，平均孔徑為25～45μm，孔隙率為80～90％，孔的排列方式為有序直通式；預(yù)熱區(qū)內(nèi)陶瓷介質(zhì)(2)平均孔徑為0.29～0.31mm，孔隙率為75％～83％，孔的排列方式為無(wú)序或有序直通式。
4.按照權(quán)利要求1所述的金屬纖維-多孔陶瓷介質(zhì)表面燃燒器，其特征在于燃燒區(qū)內(nèi)金屬纖維介質(zhì)(1)橫截面方向?yàn)閳A形或矩形，豎直截面方向?yàn)榫匦?、錐形或圓弧形。
5.按照權(quán)利要求1所述的金屬纖維-多孔陶瓷介質(zhì)表面燃燒器，其特征在于幾何參數(shù)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.按照權(quán)利要求1所述的金屬纖維-多孔陶瓷介質(zhì)表面燃燒器，其特征在于燃燒器外殼(3)材料采用耐高溫合金鋼，除塵金屬網(wǎng)或金屬刷(4)材料采用不銹鋼。
7.權(quán)利要求1所述的金屬纖維-多孔陶瓷介質(zhì)表面燃燒器的應(yīng)用，其特征在于用于燃燒天然氣、石油液化氣或混合煤氣，或用于燃燒低熱值氣體燃料，包括高爐煤氣。
8.采用權(quán)利要求1所述的金屬纖維-多孔陶瓷介質(zhì)表面燃燒器燃燒氣體燃料的方法，其特征在于燃燒溫度在1200℃以下；空氣流量1000～2000m3/h；燃?xì)饬髁?00～1200m3/h，未燃烴和氮氧化物含量低于100ppm，一氧化碳低于40ppm。
全文摘要
一種金屬纖維－多孔陶瓷介質(zhì)表面燃燒器，屬于熱能工程技術(shù)領(lǐng)域，該燃燒器包括燃燒器外殼、燃?xì)夤艿?、空氣管道，在由燃燒器外殼?gòu)成的空腔內(nèi)，由上至下依次設(shè)置燃燒區(qū)內(nèi)金屬纖維介質(zhì)、預(yù)熱區(qū)內(nèi)陶瓷介質(zhì)，兩種介質(zhì)緊貼在一起。燃燒區(qū)內(nèi)金屬纖維介質(zhì)的材料采用鐵鉻鋁合金，預(yù)熱區(qū)內(nèi)陶瓷介質(zhì)的材料采用氧化鋯或碳化硅。本發(fā)明的燃燒器與普通表面燃燒器相比，可以有效防止回火，提高燃料與空氣的調(diào)節(jié)范圍，還可以在一定范圍內(nèi)提高燃燒溫度，從而提高熱效率。應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)的燃燒器可以燃燒天然氣、石油液化氣、混合煤氣等普通燃料，還可以燃燒熱值接近于1000kcal/m
文檔編號(hào)F23D14/46GK1995814SQ20061013508
公開(kāi)日2007年7月11日 申請(qǐng)日期2006年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月27日
發(fā)明者李本文, 劉慧 , 董帥, 陳海耿, 饒文濤 申請(qǐng)人:東北大學(xué)