CN102563639A - 一种液体燃料用多孔介质-热管燃烧器 - Google Patents

Abstract

一种液体燃料用多孔介质-热管燃烧器，由上至下依次为液体燃料喷嘴、蒸发段和燃烧段。液体燃料由顶部经喷嘴或注射器依次经过蒸发段和燃烧段。其中蒸发段设置有导热系数较高的金属泡沫，燃烧段选用耐高温金属泡沫和陶瓷泡沫构成，并将蒸发段和燃烧段的金属泡沫采用耐高温热管连接起来。本发明的液体多孔介质燃烧器可用于燃烧甲醇、乙醇、苯、煤油等液体燃烧，燃烧稳定，燃烧效率高，NOx排放低，污染物排放低等优点，体积小、结构紧凑、负荷调节范围广，可应用于化工、冶金和造纸等行业。

Description

一种液体燃料用多孔介质-热管燃烧器

技术领域

本发明涉及一种燃烧器，具体涉及一种液体燃料用多孔介质-热管燃烧器。

背景技术

目前，自由火焰为特征的空间燃烧仍是气体燃料燃烧的主要方式，这种方式导致火焰面附近温度梯度较大而且分布不均匀，局部高温区造成大量NOx的生成，燃烧不充分造成大量CO的生成，且燃烧不稳定，燃烧效率低。针对上述问题，国内外学者对燃烧器内加入多孔介质的技术已经做了大量的研究。多孔介质中预混燃烧有很多优点：较高的燃烧效率和稳定性、负荷调节范围广、燃烧器结构紧凑、燃烧极限扩大等，而且燃烧产物中氮氧化物和硫化物等污染物的含量减少。因此，多孔介质中的预混燃烧具有很大的发展前景。

通过在燃烧器空腔内加入耐高温多孔介质，增强燃气的预热效果，提高燃烧器的性能，至今有许多文献和专利进行了研究。专利01226080.0提出了渐变型多孔介质燃烧器，通过设置孔隙率和/或孔径逐渐变化的多孔介质提高燃烧的稳定性和降低污染物排放。专利200610045688.0、200610135085.X分别提出了一种多孔金属-陶瓷介质气体燃料燃烧器和多孔纤维-多孔陶瓷介质气体燃料燃烧器，通过金属多孔介质或者金属纤维良好的导热性有效预热预混气体，提高燃烧稳定性，扩大贫燃极限，降低污染物排放。上述研究都局限于气体燃料的燃烧。

有关液体燃料在多孔介质中的燃烧机理与特性，国外学者(主要有美国Oklahoma大学和泰国King Mongkut理工大学的学者们)在汽化、燃烧、辐射以及污染物的排放等方面进行了一些研究，讨论了多孔介质物性和结构对液体蒸发和燃烧的影响，研究了液体汽化、燃烧一体燃烧器的机理和优点。与传统的燃烧器相比，他们所研究的燃烧器仍采用喷嘴初步汽化液体，适应性和稳定性不够好。国内关于多孔介质中的预混燃烧机理的研究主要集中在气体的预混燃烧，液体蒸发预混燃烧研究几乎是空白。采用耐高温热管与多孔介质结合高回热燃烧器的研究还未见报道，与单纯的多孔介质燃烧器相比，热管-多孔介质燃烧器能更好的将燃烧区产生的热量回热预热燃烧气体或者使液体汽化，燃烧效率更高，稳定性更好。

此外，与传统的液体燃烧器相比，热管-多孔介质燃烧器可以省去喷嘴，液体燃料可以注射进入燃烧器，经蒸发段多孔介质过滤、蒸发，进入燃烧段，使得燃烧器结构简化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃烧稳定，燃烧效率高，污染物排放低的液体燃料用多孔介质-热管燃烧器。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括上端开设有空气进气口的燃烧器壳体以及自上而下设置在燃烧器壳体内的喷嘴、金属多孔介质、耐高温金属多孔介质和耐高温陶瓷多孔介质，其中耐高温金属多孔介质和耐高温陶瓷多孔介质紧密结合，且在耐高温金属多孔介质和耐高温陶瓷多孔介质的结合部设置有点火器，金属多孔介质、耐高温金属多孔介质通过耐高温热管连接，金属多孔介质的上端形成预混室、金属多孔介质与耐高温金属多孔介质之间形成二次预混室。

所述的燃烧器壳体由燃烧器内壳、燃烧器外壳及设置在其间的绝热保温层组成。

所述的金属多孔介质、耐高温金属多孔介质和耐高温热管采用钎焊或者烧结方式连接，且耐高温热管上下端分别置于金属多孔介质的中上部和耐高温金属多孔介质的中下部，距离上下端面3-15mm。

所述的耐高温热管沿燃烧器中心线环形排列4-20个。

所述的金属多孔介质采用导热系数较高的铜泡沫、铜纤维、不锈钢泡沫或不锈钢纤维制成，其孔隙率为60-85％，泡沫平均孔径为0.18-0.42mm，纤维的平均丝径为25-40μm，孔的排列方式为无序式。

所述的耐高温金属多孔介质采用耐高温铁铬铝泡沫或铁铬铝纤维制成，其孔隙率为60-85％，泡沫平均孔径为0.18-0.42mm，纤维的平均丝径为25-40μm，孔的排列方式为无序式。

所述的耐高温陶瓷多孔介质采用氧化铝、氧化锆或碳化硅材质的泡沫或多孔板制成，其孔隙率为80-95％，孔径为0.5-3mm。

本发明的燃烧器可以分为两段，由上至下分别为蒸发段和燃烧段，蒸发段选用导热系数较高的金属多孔介质，燃烧段选用耐高温金属多孔介质和耐高温的陶瓷多孔介质，燃料液滴被空气鼓入蒸发段，与金属骨架接触面积较大，迅速汽化；预热汽化的液体燃料和空气混合物后在陶瓷泡沫内进行。与现有燃烧技术相比较，本发明最为突出的特点和显著的效果是：采用耐高温热管和金属多孔介质结合共同回热，液体燃料能更充分蒸发，预热混合气体效果更好，可以有效的降低燃料的消耗。

附图说明

图1是本发明轴向剖视图；

图2是图1的A-A向剖视图。

图中：1喷嘴，2空气进气口，3燃烧器外壳，4绝热保温层，5燃烧器内壳，6预混室，7金属多孔介质，8耐高温热管，9二次预混室，10耐高温金属多孔介质，11点火器，12耐高温陶瓷多孔介质。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1，2，本发明包括上端开设有空气进气口2的燃烧器壳体以及自上而下设置在燃烧器壳体内的喷嘴1、金属多孔介质7、耐高温金属多孔介质10和耐高温陶瓷多孔介质12，燃烧器壳体由燃烧器内壳5、燃烧器外壳3及设置在其间的绝热保温层4组成，其中耐高温金属多孔介质10和耐高温陶瓷多孔介质12紧密结合，且在耐高温金属多孔介质10和耐高温陶瓷多孔介质12的结合部设置有点火器11，金属多孔介质7、耐高温金属多孔介质10和耐高温热管8采用钎焊或者烧结方式连接，且耐高温热管8上下端分别置于金属多孔介质7的中上部和耐高温金属多孔介质10的中下部，距离上下端面3-15mm，耐高温热管8沿燃烧器中心线环形排列4-20个，金属多孔介质7的上端形成预混室6、金属多孔介质7与耐高温金属多孔介质10之间形成二次预混室9。

其中金属多孔介质7采用导热系数较高的铜泡沫、铜纤维、不锈钢泡沫或不锈钢纤维制成，其孔隙率为60-85％，泡沫平均孔径为0.18-0.42mm，纤维的平均丝径为25-40μm，孔的排列方式为无序式。此金属多孔介质可以增加换热面积，增强对流换热，使液体燃料充分蒸发。

耐高温金属多孔介质10采用耐高温铁铬铝泡沫或铁铬铝纤维制成，其孔隙率为60-85％，泡沫平均孔径为0.18-0.42mm，纤维的平均丝径为25-40μm，孔的排列方式为无序式。

耐高温陶瓷多孔介质12采用氧化铝、氧化锆或碳化硅材质的泡沫或多孔板制成，其孔隙率为80-95％，孔径为0.5-3mm。

液体燃料经顶部的喷嘴1注入燃烧器预混室6与顶部进入的空气预混，而后依次经过金属多孔介质7蒸发、二次预混室9二次预混、耐高温金属多孔介质10预热，在耐高温陶瓷多孔介质12内燃烧。燃烧时逐步增加进入燃烧器液体燃料的量和空气的量。待燃烧一段时间燃烧稳定时，金属多孔介质温度升高，蒸发段液体充分蒸发，此时可以根据功率要求调节液体燃料和空气进入燃烧器的量和比例。

Claims (7)

1.一种液体燃料用多孔介质-热管燃烧器，其特征在于：包括上端开设有空气进气口(2)的燃烧器壳体以及自上而下设置在燃烧器壳体内的喷嘴(1)、金属多孔介质(7)、耐高温金属多孔介质(10)和耐高温陶瓷多孔介质(12)，其中耐高温金属多孔介质(10)和耐高温陶瓷多孔介质(12)紧密结合，且在耐高温金属多孔介质(10)和耐高温陶瓷多孔介质(12)的结合部设置有点火器(11)，金属多孔介质(7)、耐高温金属多孔介质(10)通过耐高温热管(8)连接，金属多孔介质(7)的上端形成预混室(6)、金属多孔介质(7)与耐高温金属多孔介质(10)之间形成二次预混室(9)。

2.根据权利要求1所述的液体燃料用多孔介质-热管燃烧器，其特征在于：所述的燃烧器壳体由燃烧器内壳(5)、燃烧器外壳(3)及设置在其间的绝热保温层(4)组成。

3.根据权利要求1所述的液体燃料用多孔介质-热管燃烧器，其特征在于：所述的金属多孔介质(7)、耐高温金属多孔介质(10)和耐高温热管(8)采用钎焊或者烧结方式连接，且耐高温热管(8)上下端分别置于金属多孔介质(7)的中上部和耐高温金属多孔介质(10)的中下部，距离上下端面3-15mm。

4.根据权利要求1所述的液体燃料用多孔介质-热管燃烧器，其特征在于：所述的耐高温热管(8)沿燃烧器中心线环形排列4-20个。

5.根据权利要求1所述的液体燃料用多孔介质-热管燃烧器，其特征在于：所述的金属多孔介质(7)采用导热系数较高的铜泡沫、铜纤维、不锈钢泡沫或不锈钢纤维制成，其孔隙率为60-85％，泡沫平均孔径为0.18-0.42mm，纤维的平均丝径为25-40μm，孔的排列方式为无序式。

6.根据权利要求1所述的液体燃料用多孔介质-热管燃烧器，其特征在于：所述的耐高温金属多孔介质(10)采用耐高温铁铬铝泡沫或铁铬铝纤维制成，其孔隙率为60-85％，泡沫平均孔径为0.18-0.42mm，纤维的平均丝径为25-40μm，孔的排列方式为无序式。

7.根据权利要求1所述的液体燃料用多孔介质-热管燃烧器，其特征在于：所述的耐高温陶瓷多孔介质(12)采用氧化铝、氧化锆或碳化硅材质的泡沫或多孔板制成，其孔隙率为80-95％，孔径为0.5-3mm。

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