CN214147873U - 一种多孔介质燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种多孔介质燃烧装置，涉及燃烧器领域。多孔介质燃烧装置包括燃烧器本体，燃烧器本体沿进气方向具有依次连接通的旋流进气口、燃烧室、焚烧室以及排烟口。燃烧室内设有沿进气方向叠加布置的多层多孔介质层，每层多孔介质层由蓄热件堆积而成，多层多孔介质层内形成连通旋流进气口以及焚烧室的燃烧通道，燃烧通道的孔径沿进气方向逐渐变大。利用上述多孔介质燃烧装置可使中低热值气体稳定燃烧。

Description

一种多孔介质燃烧装置

技术领域

本申请涉及燃烧器领域，具体而言，涉及一种多孔介质燃烧装置。

背景技术

根据气体燃料热值的高低，一般将其分为三类：发热量大于15.07MJ/m³，为高热值燃料；发热量在6.28～15.07MJ/m³为中热值燃料；发热量低于6.28MJ/m³为低热值燃料。

常规多孔介质燃烧器采用两种或多种孔隙直径结构的碳化硅多孔介质泡沫，沿燃烧器轴线方向叠加排列，燃气和空气的预混气体例如从沿燃烧器轴线方向的旋流进气口进入，沿着气流流动方向多孔介质孔径越来越大，点火枪在多孔泡沫陶瓷块最外侧出口处点火，点燃后火焰向多孔介质内部传播，加速燃烧后区的热量向上游预混气体传递，提高火焰速度，进一步使火焰向多孔介质内部移动，加快多孔介质的热平衡。比以往均匀多孔介质结构相比，该结构在增强燃烧火焰稳定、防止燃烧火焰回火现象发生等方面具有一定的优点。

但是，这种结构仅能适应单一性质中高热值燃料，稳定燃烧范围相对较窄，遇到低热值气体燃烧时，因产生的热量较少，且被大部分烟气带走，热量无法在多孔介质内停留，火焰面很难在燃烧器中某一位置稳定，随着时间推移，火焰面会不断往下游推移，直至脱火熄灭。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种多孔介质燃烧装置，其能够适用于低热值气体的稳定燃烧，解决上述技术问题。

第一方面，本申请实施例提供一种多孔介质燃烧装置，适用于低热值气体的燃烧，其包括燃烧器本体，燃烧器本体沿进气方向具有依次连接通的旋流进气口、燃烧室、焚烧室以及排烟口。

燃烧室内设有沿进气方向叠加布置的多层多孔介质层，每层多孔介质层由蓄热件堆积而成，以使多层多孔介质层中形成连通旋流进气口以及焚烧室的燃烧通道，燃烧通道的孔径沿进气方向逐渐变大。

在上述实现过程中，每层多孔介质层由蓄热件堆积而成，蓄热件相比于常规的碳化硅泡沫材料，其具有较强的抗热膨胀性、抗热冲击性、抗热震性和耐磨性，因此使用寿命较长，安装、更换方便，同时其体积密度较大，比热容且蓄热能力强，因此实际的使用过程中，先利用高热值气体预烧，蓄热件积蓄热量，然后进行低热值气体的燃烧，燃烧过程中，蓄热件将热量传递给低热值气体，保证低热值气体的稳定燃烧，同时蓄热件不断吸收气体燃烧产生的热量，维持温度。并且沿燃烧器本体的轴线方向上燃烧通道的横截面逐渐变大，导致点火后火焰能迅速向燃烧室上游移动，从冷态启动到燃烧室温度稳定时间大大缩短，防止蓄热件积蓄的热量的损耗，进一步保证燃烧过程中低热值气体的稳定燃烧。

在一种可能的实施方案中，蓄热件为球状，多层多孔介质层采用的蓄热件的直径沿进气方向逐渐变大。

在上述实现过程中，利用蓄热件的直径逐渐变大，以使任意相邻的两层多孔介质层的孔隙沿进气方向逐渐变大，进而实现沿进气方向上燃烧通道的孔径逐渐变大，同时上述设置方式操作简单，便于实现。

在一种可能的实施方案中，燃烧室内设有均布板以及多孔介质板，均布板以及多孔介质板沿进气方向间隔布置，均布板位于多孔介质板的靠近旋流进气口的一侧，均布板以及多孔介质板之间形成用于容纳并限制多层多孔介质层移动的容纳腔。

在上述实现过程中，一方面利用均布板以及多孔介质板配合，限定多层多孔介质层移动，保证多层多孔介质层稳定的设置于燃烧室内，同时利用均布板的设置，保证预混气体较为均匀的进入多孔介质层内进行均匀燃烧，保证燃烧的稳定性。

在一种可能的实施方案中，均布板与旋流进气口沿进气方向留置有间隙，均布板在水平面的正投影面积大于旋流进气口在水平面的正投影面积。

在上述实现过程中，相当于均布板与旋流进气口之间形成扩散室，可以保证在进入均布板之前降低气体沿燃烧器本体轴向的速度，保证进入均布板之后的气体沿燃烧器本体轴向的速度基本一致，以实现低热值气体稳定的燃烧。

在一种可能的实施方案中，燃烧室的横截面面积自靠近旋流进气口的一端向靠近排烟口的一端逐渐变大。

可选地，燃烧室呈圆锥形。

利用上述设置，可以使得气体流动的速度逐渐缓慢降低，有利于火焰向多孔介质层内部移动，保证低热值气体的稳定燃烧。

在一种可能的实施方案中，多孔介质燃烧装置包括预混室，预混室具有助燃空气进口以及燃气进口，预混室与旋流进气口的连通处设有径向旋流器，以使助燃空气及燃气预混后以旋流的状态进入旋流进气口。

在上述实现过程中，利用径向旋流器的设置，以使助燃空气及燃气充分混合均匀，保证燃烧的稳定性。

在一种可能的实施方案中，径向旋流器沿其轴向包括进气端以及出气端，出气端与燃烧器本体的旋流进气口连通，助燃空气进口用于对径向旋流器的进气端供气，燃气进口用于对径向旋流器的侧部供气。

在上述实现过程中，利用燃气进口以及助燃空气进口与旋流器的位置关系，有效提高旋流混合效果。

在一种可能的实施方案中，多孔介质燃烧装置还包括设置于燃烧器本体外的夹套层壳体，夹套层壳体与燃烧器本体之间形成用于预热燃气或助燃空气的夹层，夹层与预混室连通。

在上述实现过程中，利用夹层与预混室连通的设置，充分利用燃烧器本体产生的热量，同时通过夹层预热燃气或助燃空气，更有利于低热值气体的燃烧，同时利用预热可实现燃烧火焰的最高温度可高于理论燃烧温度，实现“超焓燃烧”。

在一种可能的实施方案中，多孔介质燃烧装置包括与每层多孔介质层对应的测温机构，测温机构用于测量对应的多孔介质层的温度。

在上述实现过程中，利用测温机构的设置实时监测多孔介质层的温度，监测燃烧的变化状态。

在一种可能的实施方案中，焚烧室开设有用于观察多孔介质层的火焰面的观察窗口。

在上述实现过程中，利用观察窗口可以直观的观察到远离旋流进气口一端的火焰面的变化，进而便于根据实际的情况调整运行参数。

在一种可能的实施方案中，焚烧室开设有用于观察多孔介质层的火焰面的观察窗口。

在上述实现过程中，利用观察窗口可以直观的观察到远离进气口一端的火焰面的变化，进而便于根据实际的情况调整燃烧策略。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为多孔介质燃烧装置的结构示意图；

图2为图1中Ⅱ处的局部放大示意图。

图标：10-多孔介质燃烧装置；100-燃烧器本体；101-耐高温浇料层；103-金属外壳；110-旋流进气口；120-预混室；121-径向旋流器；123-助燃空气管道；125-燃气管道；130-夹套层壳体；131-夹层；140-燃烧室；141-均布板；143-多孔介质板；145-多孔介质层；150-焚烧室；151-视镜观察通道153-冷却接口；161-第一测温机构；163-点火装置；165-第二测温机构；170-排烟口；200-支腿。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，本申请提供的多孔介质燃烧装置，不仅能够用于低热值气体的燃烧，也能够用于中热值或高热值气体的燃烧，其尤其适用于低热值气体的燃烧，可保证低热值气体的稳定燃烧。

请参阅图1，多孔介质燃烧装置10包括燃烧器本体100以及承载燃烧器本体100的支腿200。

其中，燃烧器本体100包括呈中空设置的壳体，具体地，壳体包括耐高温浇料层101，以及设置于耐高温浇料层101外壁的金属外壳103。

壳体沿燃烧器本体100进气方向(图1中以X表示)具有依次连接通的旋流进气口110、燃烧室140、焚烧室150以及排烟口170。此处的进气方向是指旋流进气口110向排烟口170的延伸方向。

其中，旋流进气口110用于向燃烧室140内通入预混气体，以使预混气体在燃烧室140内进行均匀燃烧。

可选地，多孔介质燃烧装置10还包括与旋流进气口110连通的预混室120，其中，预混室120具有助燃空气进口以及燃气进口。

为了进一步提高预混的均匀性，预混室120与旋流进气口110的连通处设有径向旋流器121，以使助燃空气及燃气预混后以旋流的状态进入旋流进气口110。其中，径向旋流器121的转轴与多孔介质燃烧装置10的轴线重合。径向旋流器121的具体设置可参考相关技术。

可选地，径向旋流器121沿其轴向包括进气端以及出气端，出气端与旋流进气口连通，助燃空气进口用于对径向旋流器的进气端供气，燃气进口用于对径向旋流器的侧部供气。也即是助燃空气进口的轴线以及燃气进口的轴线互相垂直，进一步提高混合的均匀性。

可选地，预混室120的助燃空气进口用于连通助燃空气管道123，助燃空气管道123可以经预热装置等提前进行预热，以使进入预混室120的助燃空气为预热后助燃空气，同理，预混室120的燃气进口用于连通燃气管道125，燃气管道125可以经预热装置等进行预热，以使进入预混室120的燃气为预热后燃气。通过提前预热，更有利于低热值气体的燃烧，同时利用预热可实现燃烧火焰的最高温度可高于理论燃烧温度，实现“超焓燃烧”。

为了提高多孔介质燃烧器产生的热量的利用率，可选地，多孔介质燃烧装置10还包括设置于燃烧器本体100外的夹套层壳体130，夹套层壳体130与燃烧器本体100之间形成用于预热燃气或助燃空气的夹层131，夹层131与预混室120连通。

本实施例中，夹层131用于预热燃气(低热值气体)，也即是夹层131通过燃气管道125与预混室120的燃气进口连通。

请参阅图1以及图2，燃烧室140内设有均布板141、多孔介质板143以及多层多孔介质层145。

其中，均布板141以及多孔介质板143沿进气方向间隔布置，均布板141位于多孔介质板143靠近旋流进气口110的一侧，均布板141以及多孔介质板143之间形成用于容纳并限制多层多孔介质层145移动的容纳腔。

其中，均布板141具有多个沿进气方向延伸的通孔，通过通孔的设置连通容纳腔以及旋流进气口110，以使均布后的气体输送至多层多孔介质层145内。

可选地，均布板141与旋流进气口110沿进气方向留置有间隙，并且均布板141在水平面的正投影面积大于旋流进气口110在水平面的正投影面积。通过上述设置，能够保证经旋流进气口110进入燃烧室140的气体的流速变缓，进而保证经布气板进入多孔介质层145内的气体的纵向速度(燃烧器的轴线)基本一致，保证燃烧的稳定性。

多层多孔介质层145沿进气方向叠加布置。其中此处的多层例如为两层、三层、四层或六层等等，具体层数可根据实际的需求进行设定，在此不做相关的赘述。

其中，每层多孔介质层由蓄热件(图未示)堆积而成，任意相邻的两个蓄热件之间形成孔隙，以使多层多孔介质层中形成连通旋流进气口110以及焚烧室150的燃烧通道，燃烧通道的孔径自靠近旋流进气口110的一端至靠近排烟口170的一端(沿进气方向)逐渐变大，有利于火焰稳定，拓宽了贫燃极限，预混气体在多孔介质中燃烧，贫燃极限可降低到当量比φ＝0.4以下。

其中蓄热件由耐高温蓄热材料制得，例如蓄热件例如由三氧化二铝制得，其蓄热效果佳且便于获得。其中，蓄热件的形状包括但不局限于球状、长方体、正方体、正十二面体、正二面体等等。

本实施例中，蓄热件为球状，例如为三氧化二铝球。

进一步地，为了保证蓄热效果佳，蓄热件为实心球。

其中，燃烧通道的孔径自靠近旋流进气口110的一端至靠近排烟口170的一端逐渐变大的具体设置方式例如为：利用蓄热件的数量以排布方式的结合及变化实现孔径的变化。

本实施例中，利用蓄热件的大小变化实现燃烧通道的孔径变化。

具体地，多层多孔介质层145采用的蓄热件的直径沿进气方向逐渐变大。

也即是说，任意相邻的两层多孔介质层145分别作为第一多孔介质层145和第二多孔介质层145，其中第二多孔介质层145位于第一多孔介质层145靠近旋流进气口110的一端，第一多孔介质层145中的蓄热件的直径大于第二多孔介质层145中的蓄热件的直径。其中，每层多孔介质层145采用的多个蓄热件的直径可以相同，也可以不同，本实施例中，每层多孔介质层145采用的多个蓄热件的直径相同。

可选地，任意相邻的两层多孔介质层145的数量可以相同，也可以不同，在此不做限定。

其中，燃烧室140整体形状可以为圆柱形、棱柱状或圆锥等，为了使得气体流动的速度逐渐缓慢降低，有利于火焰向多孔介质层145内部移动，保证低热值气体的稳定燃烧，可选地，燃烧室140的横截面面积自靠近旋流进气口110的一端向靠近排烟口170的一端逐渐变大。也即是多层多孔介质层145的横截面面积自靠近旋流进气口110的一端向靠近排烟口170的一端也逐渐变大。

本实施例中，燃烧室140基本圆锥形，不仅便于加工制作，同时保证蓄热件与其接触较为均匀。

多孔介质板143具有与燃烧通道连通的孔隙，其中多孔介质板143的孔隙的直径大于或等于与其连接且相邻布置的多孔介质层145的孔隙的直径。多孔介质板143的材质例如为碳化硅等，在此不做限定。

基于上述设置方式，实际的使用过程中，为了保证稳定性，可选地，多孔介质燃烧器本体100的旋流进气口110位于靠近地面的一侧，排烟口170位于旋流进气口110的上方，也即是多孔介质燃烧器本体100竖向设置于支腿200。

焚烧室150远离燃烧室140的一端的内径向远离燃烧室140一侧的逐渐收缩于排烟口170，保证排烟的顺畅性。

可选地，焚烧室150开设有用于观察多孔介质层145的火焰面的观察窗口。其中，观察窗口由透明的板材，例如视镜玻璃进行封堵，不仅便于观察，同时防止热量流失。

可选地，为了避免热量较高损坏视镜玻璃，可选地，焚烧室150向外延伸的视镜观察通道151，并采用透明的视镜玻璃封堵视镜观察通道151远离焚烧室150的一端。其中，为了保护视镜玻璃不受高温辐射影响破坏，观察通道151设置了冷却接口133，通过冷却接口133内通风以持续对视镜玻璃进行冷却。

为了进一步精准监测并获得燃烧情况，可选地，多孔介质燃烧装置10包括与每层多孔介质层145对应的第一测温机构161，测温机构用于测量对应的多孔介质层145的温度。

可选地，多孔介质燃烧装置10包括点火装置163，点火装置163位于多孔介质板143远离多孔介质层145一侧，用于对其进行点火。

可选地，为了更好的监测监测焚烧室150内温度，多孔介质燃烧装置10包括第二测温机构165，第二测温机构165位于点火装置163远离多孔介质板143的上方。

本实施例中，第一测温机构161以及第二测温机构163均为热电偶。

本申请实施例还提供基于上述多孔介质燃烧装置10进行的低热值气体的燃烧方法，其包括：在点火初期先使用天然气对蓄热件进行预热，当燃烧室140温度达到900℃以上时，切换低热值气体燃烧，能满足热值≥3.5MJ/m³的所有可燃气体持续稳定燃烧，以及热值≤3.5MJ/m3的低热值气体较长时间的稳定燃烧，当温度下降较快时，可适当补充一部分天然气维持燃烧室140温度。

综上，本申请实施例提供的多孔介质燃烧装置，每层多孔介质层由蓄热件堆积而成，相比于常规的碳化硅泡沫材料，其具有较强的抗热膨胀性、抗热冲击性、抗热震性和耐磨性，因此使用寿命较长，安装、更换方便，同时其体积密度较大，比热容且蓄热能力强，因此将其应用于实际的低热值气体的燃烧过程中，可保证低热值气体的稳定燃烧。并且沿进气方向燃烧通道的孔径逐渐变大，导致点火后火焰能迅速向燃烧室上游移动，从冷态启动到燃烧室温度稳定时间大大缩短，防止蓄热件积蓄的热量的损耗，进一步保证燃烧过程中低热值气体的稳定燃烧。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多孔介质燃烧装置，适用于低热值气体的燃烧，其特征在于，其包括：

燃烧器本体，所述燃烧器本体沿进气方向具有依次连接通的旋流进气口、燃烧室、焚烧室以及排烟口；

所述燃烧室内设有沿所述进气方向叠加布置的多层多孔介质层，每层所述多孔介质层由蓄热件堆积而成，以使所述多层多孔介质层中形成连通所述旋流进气口以及所述焚烧室的燃烧通道，所述燃烧通道的孔径沿所述进气方向逐渐变大。

2.根据权利要求1所述的多孔介质燃烧装置，其特征在于，所述蓄热件为球状，所述多层多孔介质层采用的所述蓄热件的直径沿所述进气方向逐渐变大。

3.根据权利要求1所述的多孔介质燃烧装置，其特征在于，所述燃烧室内设有均布板以及多孔介质板，所述均布板以及所述多孔介质板沿所述进气方向间隔布置，所述均布板位于所述多孔介质板的靠近所述旋流进气口的一侧，所述均布板以及所述多孔介质板之间形成用于容纳并限制所述多层多孔介质层移动的容纳腔。

4.根据权利要求3所述的多孔介质燃烧装置，其特征在于，所述均布板与所述旋流进气口沿所述进气方向留置有间隙，所述均布板在水平面的正投影面积大于所述旋流进气口在所述水平面的正投影面积。

5.根据权利要求1所述的多孔介质燃烧装置，其特征在于，所述燃烧室的横截面面积自靠近所述旋流进气口的一端向靠近所述排烟口的一端逐渐变大。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的多孔介质燃烧装置，其特征在于，所述多孔介质燃烧装置包括预混室，所述预混室具有助燃空气进口以及燃气进口，所述预混室与所述旋流进气口连通，所述预混室与所述旋流进气口的连通处设有径向旋流器，以使所述助燃空气及所述燃气预混后以旋流的状态进入所述旋流进气口。

7.根据权利要求6所述的多孔介质燃烧装置，其特征在于，所述径向旋流器沿其轴向包括进气端以及出气端，所述出气端与所述旋流进气口连通，所述助燃空气进口用于对所述径向旋流器的进气端供气，所述燃气进口用于对所述径向旋流器的侧部供气。

8.根据权利要求6所述的多孔介质燃烧装置，其特征在于，所述多孔介质燃烧装置还包括设置于所述燃烧器本体外的夹套层壳体，所述夹套层壳体与所述燃烧器本体之间形成用于预热燃气或助燃空气的夹层，所述夹层与所述预混室连通。

9.根据权利要求1-4任意一项所述的多孔介质燃烧装置，其特征在于，所述多孔介质燃烧装置包括与每层所述多孔介质层对应的测温机构，所述测温机构用于测量对应的所述多孔介质层的温度。

10.根据权利要求1-4任意一项所述的多孔介质燃烧装置，其特征在于，所述焚烧室开设有用于观察所述多孔介质层的火焰面的观察窗口。

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