專利名稱：多孔泡沫材料燃燒器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種燃燒裝置，特別是一種高效率、低污染的多孔泡沫材料燃燒器。
近年來，在燃燒研究領域中，多孔惰性介質(PIM)技術引起了人們越來越大的興趣。研究成果表明，處于多孔介質中的火焰，無論是陶瓷管束，還是固體顆粒或球體組成的多孔體系，或是泡沫狀的多孔介質，它們被高溫燃氣加熱后，能夠形成比氣相介質強得多的熱輻射，這就能大大增強對預混氣流上游的還未發生化學反應的各組分的預熱作用，從而促進燃燒反應的迅速完成。燃燒反應的熱能通過燃氣流與多孔介質間的高效對流換熱，轉換成固體介質的強熱輻射，向上游進行熱反饋，熱回流增強傳熱和化學反應的循環，就形成預混火焰在多孔介質中的獨特燃燒性能與一般的自由燃燒火焰(火焰中無固體介質)相比，其主要差異為高得多的燃燒速率；燃燒反應區的火焰溫度可超過相應的絕熱火焰溫度；燃燒穩性大大增強；可燃性極限擴大。這不僅使大流率、低熱值燃料在多孔介質燃燒器中仍能穩定正常燃燒，而且還能使燃燒器的容積熱流輸出率成倍增加。在一定條件下，還能減少NOx和CO的排放量。
文獻《多孔泡沫陶瓷中預混火焰燃燒速率的試驗研究》(《燃燒與科學技術》，1995.NO.2)提出了一種多孔泡沫材料燃燒裝置，主要由燃燒器、供氣系統、測量控制系統構成，燃燒器主要由能使燃料氣和空氣得以充分混合的預混室和裝有多孔陶瓷柱的燃燒管組成。該裝置可顯著提高預混火焰的燃燒速率，降低污染物排放。但由于該裝置中火焰溫度偏高，不利于降低NOx的生成，且在實際燃燒過程中火焰也會緩慢漂移，需要一定的觀測和控制來調節。
本實用新型的目的在于提供一種能更便于控制火焰、保持燃燒效率高、污染低的多孔泡沫材料燃燒器，特別是在高燃/空比，燃燒溫度較高情況下，使低污染的控制的特性更加突出。
實現本實用新型目的的技術解決方案是一種多孔泡沫材料燃燒器，包括空氣源、燃氣源、預混室、燃燒管，燃燒管連接于預混室上方，它包括多孔泡沫材料，耐火管和保溫層，其特征在于燃燒管中部設置不充填多孔泡沫材料并由中間套環包圍的空腔，從而將燃燒管分成前燃段與后燃段，中間套環周邊上設有與空氣源連接的進氣咀。中間空腔與主燃氣通道間裝設一多孔環。
本實用新型的原理是燃燒管中段設置中空段，不裝填多孔材料，同時由四周通入一定量的新鮮空氣，一方面降低燃燒產物溫度，而且中間段還能起到穩定火焰的作用，使火焰更容易停留在中間段附近，通過調節中間進氣量，能夠控制中間段和后燃燒段維持一定的溫度，同時保證一定空氣量，使CO充分氧化，但又不會明顯形成氮的氧化物(NO和NO2等)。這樣，既保持高燃燒效率，又使污染排放降低。中間多孔能使新進空氣均勻進入主通道燃氣流中，起到緩沖與隔離火焰的作用。
本實用新型與現有技術相比其顯著優點是由于采用了前、后多孔泡沫材料燃燒段及其間的二次進氣的中間空隙段，便于調節燃氣反應溫度，不利于NOx的生成；而一定長度的后燃段仍可保持適當溫度，在新空氣加入后，使沒有完全燃燒的HC、CO等進一步氧化，以減少CO的生成。最終排放物中NOx和CO比其他相應燃燒器要低，僅就當量比Ф＝0.6-0.7的范圍相比，日本的多孔管束燃燒器，其流速在1.0m/s左右時，CO一般大于100PPM，NOx為10～15PPM；而美國的多孔泡沫陶瓷燃燒器，在流速不高(0.35～0.6m/s)的情況下，CO濃度也在5～60PPM的水平，NOx在4～14PPM的范圍內變化，而本發明實驗流速已達1.0-1.4m/s，而NOx濃度只在0.5～10PPM低范圍內CO仍控制在100PPM以下，因在相同當量比情況下，其他相應燃燒器在如此高的流速時，NOx和CO的排放要高得多。如減少中間進氣比例，還可大幅度降低CO排放，而NOx增加不多。且該燃燒器燃燒穩定，容易控制，因氣體流量高，則排氣的熱流密度仍較高，使燃燒器單位體積產生的熱強度高，因此本發明之燃燒器屬于高效、高強度、穩定、低污染排放的燃燒器，能夠在熱能利用、提高設備熱效率，減少環境污染等方面發揮積極作用。
圖1是本實用新型的多孔泡沫材料燃燒器的結構示意圖。
圖2是本實用新型的一種結構的中空段處的橫截面圖。
以下結合附圖對本實用新型作進一步描述。
結合
圖1、圖2，本實用新型的多孔泡沫材料燃燒器包括空氣源1、燃氣源2、預混室3、燃燒管4，燃燒管通過連接座13設置于預混室上方，燃燒管由耐火管6、多孔泡沫材料5、保溫層7構成，多孔泡沫材料5底部設置蜂窩陶瓷12，燃燒管為圓柱形，在其中部位置的多孔泡沫材料中設置空腔8，其外側設置中間套環10，中間套環10上設有進氣咀4個。為使氣流不直接沖向中間段空腔中的火焰，在中間套環內側設置一多孔陶瓷圓環9，空氣源、燃氣源與預混室底部連接，預混室內底部設置蜂窩陶瓷14，蜂窩陶瓷上方設置大孔徑泡沫陶瓷碎塊15，燃燒管燃燒段總長為160mm，外徑36mm，前燃段和后燃燒段內裝有氧化鉛多孔泡沫陶瓷，其孔隙為84～87％，中間段空間距為20～30mm，前燃段的材料孔徑為0.6mm，后燃段的孔徑為1.0mm。氣流實際通氣截面積為8.6cm2。所用燃料為純甲烷，與空氣混合，對化學當量比Ф＝0.45，0.6和0.7和不同流速進行燃燒，按照甲烷/空氣的化學反應式，用當量比和流速要求就可以計算出相應的燃料和空氣的總流量。
在達到穩定燃燒后。分別測量出口氣體的CO和NOx的濃度，實驗中間進氣量為總空氣量的30％，有關數據和結果如下
<p>從實驗可以看出，因二次空氣量較大，CO較高，而NOx濃度極低，但從總排放與國外的有關結果相比，還是較理想的特別NOx濃度極低，甚至可以忽視。CO濃度高的原因，一方面是本實驗所用流速總的來說比國外的高，另一方面后燃段多孔材料長度還不夠長，因此在溫度不太高(二次進氣量較大)的情況下，燃氣在燃燒器內滯留時間較短，不足以使CO充分氧化。這方面在實際燃燒器的操作實施過程中是可以根據要求進行調節的。
權利要求1.一種多孔泡沫材料燃燒器，包括空氣源[1]、燃氣源[2]、預混室[3]、燃燒管[4]，燃燒管連接于預混室上方，它包括多孔泡沫材料[5]、耐火管[6]和保溫層[7]，其特征在于燃燒管中部設置不充填多孔泡沫材料并由中間套環[10]包圍的空腔[8]，中間套環[10]上設有與空氣源連接的進氣咀[11]。
2.根據權利要求1所述的多孔泡沫材料燃燒器，其特征在于中間套環[10]內側設置多孔環[9]。
3.根據權利要求1或2所述的多孔泡沫材料燃燒器，其特征在于進氣咀的數量為4個，均布。
專利摘要本實用新型公開了一種多孔泡沫材料燃燒器。它由空氣源、燃氣源、預混室、燃燒管等構成,燃燒管中充填多孔泡沫燃燒材料。其特征在于在燃燒管中段位置設置空腔,該空腔中不充填多孔泡沫燃燒材料,其周圍由帶進氣嘴的中間套環封閉,這樣就可實現對燃燒管二次供氣。本實用新型利用于調節燃氣反應溫度,提高燃燒效率,降低一氧化碳等污染物的排放,提高設備利用率,減少環境污染。本實用新型可廣泛應用于各種節能燃燒裝置。
文檔編號F24C7/04GK2302427SQ9723699
公開日1998年12月30日 申請日期1997年9月5日 優先權日1997年9月5日
發明者呂兆華 申請人:南京理工大學