专利名称：多孔泡沫材料燃烧器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种燃烧装置，特别是一种高效率、低污染的多孔泡沫材料燃烧器。
近年来，在燃烧研究领域中，多孔惰性介质(PIM)技术引起了人们越来越大的兴趣。研究成果表明，处于多孔介质中的火焰，无论是陶瓷管束，还是固体颗粒或球体组成的多孔体系，或是泡沫状的多孔介质，它们被高温燃气加热后，能够形成比气相介质强得多的热辐射，这就能大大增强对预混气流上游的还未发生化学反应的各组分的预热作用，从而促进燃烧反应的迅速完成。燃烧反应的热能通过燃气流与多孔介质间的高效对流换热，转换成固体介质的强热辐射，向上游进行热反馈，热回流增强传热和化学反应的循环，就形成预混火焰在多孔介质中的独特燃烧性能与一般的自由燃烧火焰(火焰中无固体介质)相比，其主要差异为高得多的燃烧速率；燃烧反应区的火焰温度可超过相应的绝热火焰温度；燃烧稳性大大增强；可燃性极限扩大。这不仅使大流率、低热值燃料在多孔介质燃烧器中仍能稳定正常燃烧，而且还能使燃烧器的容积热流输出率成倍增加。在一定条件下，还能减少NOx和CO的排放量。
文献《多孔泡沫陶瓷中预混火焰燃烧速率的试验研究》(《燃烧与科学技术》，1995.NO.2)提出了一种多孔泡沫材料燃烧装置，主要由燃烧器、供气系统、测量控制系统构成，燃烧器主要由能使燃料气和空气得以充分混合的预混室和装有多孔陶瓷柱的燃烧管组成。该装置可显著提高预混火焰的燃烧速率，降低污染物排放。但由于该装置中火焰温度偏高，不利于降低NOx的生成，且在实际燃烧过程中火焰也会缓慢漂移，需要一定的观测和控制来调节。
本实用新型的目的在于提供一种能更便于控制火焰、保持燃烧效率高、污染低的多孔泡沫材料燃烧器，特别是在高燃/空比，燃烧温度较高情况下，使低污染的控制的特性更加突出。
实现本实用新型目的的技术解决方案是一种多孔泡沫材料燃烧器，包括空气源、燃气源、预混室、燃烧管，燃烧管连接于预混室上方，它包括多孔泡沫材料，耐火管和保温层，其特征在于燃烧管中部设置不充填多孔泡沫材料并由中间套环包围的空腔，从而将燃烧管分成前燃段与后燃段，中间套环周边上设有与空气源连接的进气咀。中间空腔与主燃气通道间装设一多孔环。
本实用新型的原理是燃烧管中段设置中空段，不装填多孔材料，同时由四周通入一定量的新鲜空气，一方面降低燃烧产物温度，而且中间段还能起到稳定火焰的作用，使火焰更容易停留在中间段附近，通过调节中间进气量，能够控制中间段和后燃烧段维持一定的温度，同时保证一定空气量，使CO充分氧化，但又不会明显形成氮的氧化物(NO和NO2等)。这样，既保持高燃烧效率，又使污染排放降低。中间多孔能使新进空气均匀进入主通道燃气流中，起到缓冲与隔离火焰的作用。
本实用新型与现有技术相比其显著优点是由于采用了前、后多孔泡沫材料燃烧段及其间的二次进气的中间空隙段，便于调节燃气反应温度，不利于NOx的生成；而一定长度的后燃段仍可保持适当温度，在新空气加入后，使没有完全燃烧的HC、CO等进一步氧化，以减少CO的生成。最终排放物中NOx和CO比其他相应燃烧器要低，仅就当量比Ф＝0.6-0.7的范围相比，日本的多孔管束燃烧器，其流速在1.0m/s左右时，CO一般大于100PPM，NOx为10～15PPM；而美国的多孔泡沫陶瓷燃烧器，在流速不高(0.35～0.6m/s)的情况下，CO浓度也在5～60PPM的水平，NOx在4～14PPM的范围内变化，而本发明实验流速已达1.0-1.4m/s，而NOx浓度只在0.5～10PPM低范围内CO仍控制在100PPM以下，因在相同当量比情况下，其他相应燃烧器在如此高的流速时，NOx和CO的排放要高得多。如减少中间进气比例，还可大幅度降低CO排放，而NOx增加不多。且该燃烧器燃烧稳定，容易控制，因气体流量高，则排气的热流密度仍较高，使燃烧器单位体积产生的热强度高，因此本发明之燃烧器属于高效、高强度、稳定、低污染排放的燃烧器，能够在热能利用、提高设备热效率，减少环境污染等方面发挥积极作用。
图1是本实用新型的多孔泡沫材料燃烧器的结构示意图。
图2是本实用新型的一种结构的中空段处的横截面图。
以下结合附图对本实用新型作进一步描述。
结合
图1、图2，本实用新型的多孔泡沫材料燃烧器包括空气源1、燃气源2、预混室3、燃烧管4，燃烧管通过连接座13设置于预混室上方，燃烧管由耐火管6、多孔泡沫材料5、保温层7构成，多孔泡沫材料5底部设置蜂窝陶瓷12，燃烧管为圆柱形，在其中部位置的多孔泡沫材料中设置空腔8，其外侧设置中间套环10，中间套环10上设有进气咀4个。为使气流不直接冲向中间段空腔中的火焰，在中间套环内侧设置一多孔陶瓷圆环9，空气源、燃气源与预混室底部连接，预混室内底部设置蜂窝陶瓷14，蜂窝陶瓷上方设置大孔径泡沫陶瓷碎块15，燃烧管燃烧段总长为160mm，外径36mm，前燃段和后燃烧段内装有氧化铅多孔泡沫陶瓷，其孔隙为84～87％，中间段空间距为20～30mm，前燃段的材料孔径为0.6mm，后燃段的孔径为1.0mm。气流实际通气截面积为8.6cm2。所用燃料为纯甲烷，与空气混合，对化学当量比Ф＝0.45，0.6和0.7和不同流速进行燃烧，按照甲烷/空气的化学反应式，用当量比和流速要求就可以计算出相应的燃料和空气的总流量。
在达到稳定燃烧后。分别测量出口气体的CO和NOx的浓度，实验中间进气量为总空气量的30％，有关数据和结果如下
从实验可以看出，因二次空气量较大，CO较高，而NOx浓度极低，但从总排放与国外的有关结果相比，还是较理想的特别NOx浓度极低，甚至可以忽视。CO浓度高的原因，一方面是本实验所用流速总的来说比国外的高，另一方面后燃段多孔材料长度还不够长，因此在温度不太高(二次进气量较大)的情况下，燃气在燃烧器内滞留时间较短，不足以使CO充分氧化。这方面在实际燃烧器的操作实施过程中是可以根据要求进行调节的。
权利要求1.一种多孔泡沫材料燃烧器，包括空气源[1]、燃气源[2]、预混室[3]、燃烧管[4]，燃烧管连接于预混室上方，它包括多孔泡沫材料[5]、耐火管[6]和保温层[7]，其特征在于燃烧管中部设置不充填多孔泡沫材料并由中间套环[10]包围的空腔[8]，中间套环[10]上设有与空气源连接的进气咀[11]。
2.根据权利要求1所述的多孔泡沫材料燃烧器，其特征在于中间套环[10]内侧设置多孔环[9]。
3.根据权利要求1或2所述的多孔泡沫材料燃烧器，其特征在于进气咀的数量为4个，均布。
专利摘要本实用新型公开了一种多孔泡沫材料燃烧器。它由空气源、燃气源、预混室、燃烧管等构成,燃烧管中充填多孔泡沫燃烧材料。其特征在于在燃烧管中段位置设置空腔,该空腔中不充填多孔泡沫燃烧材料,其周围由带进气嘴的中间套环封闭,这样就可实现对燃烧管二次供气。本实用新型利用于调节燃气反应温度,提高燃烧效率,降低一氧化碳等污染物的排放,提高设备利用率,减少环境污染。本实用新型可广泛应用于各种节能燃烧装置。
文档编号F24C7/04GK2302427SQ9723699
公开日1998年12月30日 申请日期1997年9月5日 优先权日1997年9月5日
发明者吕兆华 申请人:南京理工大学