[发明专利]一种带强化预热的超低热值燃气燃烧器

说明书

本发明涉及一种带强化预热的超低热值燃气燃烧器，包括预热用燃气进口、均质多孔介质、燃烧段、点火针、异构多孔介质、烟气段、多孔辐射层、内壳、外壳、预热段、螺旋叶片、低热值燃气进口、烟气出口和保温层；燃烧段内填充异构多孔介质；异构多孔介质沿内壳的轴向方向分为若干组多孔介质，并按照孔隙密度从靠近预热用燃气进口位置沿轴向方向阶跃递减排布；每组多孔介质由中心多孔介质层和环形多孔介质层组成，在径向方向上，从中心多孔介质层到环形多孔介质层的孔隙密度呈阶跃性递增分布；螺旋叶片置于预热段内，固定在内壳外侧，由烟气段延伸至燃烧段的中上游；本发明可拓宽贫燃极限，实现超低热值燃气高效燃烧并降低污染物排放。

技术领域

本发明涉及一种燃气燃烧器，具体涉及一种带强化预热的超低热值燃气燃烧器。

背景技术

在工业生产中存在大量可回收利用的超低热值气体，这些气体由于点火困难、稳定性差等因素难以有效利用，多孔介质燃烧技术具有负荷调节范围广、燃烧效率高、燃烧器体积小和污染物排放低的优势，被认为是经济上和技术上高效处理超低热值气体的有效途径之一。专利CN201110183845.5提出了一种燃用低热值气体燃料的多孔介质燃烧器，通过采用分段式多孔介质孔隙结构，提高了低热值燃料的火焰稳定性，降低了污染物排放；专利CN201610918177.9提出了一种气体燃料用多孔介质燃烧器，有效地防止回火，减少了NOx排放。在热流方向的控制和热流合理分配方面现有技术尚存在一定的改进空间，通过优化孔隙结构和强化边界传热能实现热量的有效迁移，拓宽贫燃极限，并获得更合理的温度分布。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带强化预热的超低热值燃气燃烧器，针对燃烧困难、稳定性差的超低热值燃气，提出了一种能够促燃气燃烧，通过优化孔隙结构和强化边界传热，合理分配热流，提高火焰稳定性，拓宽了贫燃极限，实现超低热值燃气高效燃烧并降低污染物排放。

为了达到上述目的，本发明提供一种带强化预热的超低热值燃气燃烧器，包括预热用燃气进口、均质多孔介质、燃烧段、点火针、异构多孔介质、烟气段、多孔辐射层、内壳、外壳、预热段、螺旋叶片、低热值燃气进口、烟气出口和保温层；所述外壳为金属材质长方体或圆柱体，所述预热用燃气进口位于所述外壳侧面中心位置；所述内壳为金属圆柱体，位于所述外壳的内部；所述内壳与所述外壳在内壳的径向方向上存在的空隙为所述预热段；所述内壳包覆在所述均质多孔介质、所述燃烧段和所述烟气段外侧；所述均质多孔介质填充于所述内壳的前段，与所述预热用燃气进口和所述预热段相通；所述均质多孔介质的另一边连通所述燃烧段，所述点火针置于所述均质多孔介质与燃烧段之间的空隙内；所述燃烧段内填充所述异构多孔介质；所述异构多孔介质沿所述内壳的轴向方向分为若干组多孔介质，并按照孔隙密度从靠近所述预热用燃气进口位置沿轴向方向阶跃递减排布；每组多孔介质由中心多孔介质层和环形多孔介质层组成，中心多孔介质层为圆柱体，环形多孔介质层包覆在中心多孔介质层外侧，在径向方向上，从中心多孔介质层到环形多孔介质层的孔隙密度呈阶跃性递增分布；所述烟气段位于所述内壳的尾段，内部设置有所述多孔辐射层；所述螺旋叶片置于所述预热段内，固定在所述内壳外侧，由所述烟气段延伸至所述燃烧段的中上游；所述外壳在远离所述预热用燃气进口的外壁上设有所述低热值燃气进口，所述低热值燃气进口与所述预热段相通；所述外壳外包裹所述保温层。预热用燃气从预热用燃气进口进入内壳中，先通过所述均质多孔介质，对预热用燃气起到整流、防止回火的作用，由所述点火针点火，预热用燃气在所述燃烧段的异构多孔介质中进行燃烧，燃烧的烟气从所述烟气出口排出。当燃烧段达到一定温度后，停止预热用燃气供应，超低热值预混气从所述低热值燃气进口进入，在所述预热段内盘旋流动换热，螺旋叶片起到强化换热的作用，有利于热量由所述烟气段和燃烧段传递给超低热值预混气；预热后的超低热值预混气通过所述均质多孔介质，在异构多孔介质中燃烧，由于异构多孔介质的孔隙结构，避免了燃烧过程中温度分布不均，提高了火焰稳定性，降低CO和NOX排放；布置在所述烟气段的多孔辐射层可防止脱火的发生，最后烟气通过所述烟气出口排出。

优化地，所述螺旋叶片高度不小于所述内壳与所述外壳之间空隙的四分之三，避免所述预热段内阻力分布不均，致使超低热值预混气不能得到有效换热。