[发明专利]燃烧器无效

专利信息
申请号: 94190459.8 申请日: 1994-07-01
公开(公告)号: CN1046802C 公开(公告)日: 1999-11-24
发明(设计)人: 弗兰茨·德斯特;迪莫斯菲尼斯·特里米斯;G·迪马切克 申请(专利权)人: 弗兰茨·德斯特;迪莫斯菲尼斯·特里米斯;能源方法环境及水流技术应用及技术中心
主分类号: F23C11/00 分类号: F23C11/00;F24H1/40
代理公司: 中国专利代理(香港)有限公司 代理人: 赵辛,蔡民军
地址: 联邦德国兰*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 燃烧
【说明书】:

发明涉及一种带一个外壳的燃烧器,燃烧器有一个燃烧室,燃烧室有一个以燃气-空气混合气为燃料的入口和废气出口。

这类燃烧器通常在燃烧室中以自由燃烧火焰燃烧燃气-空气混合气,同时热废气可作为热源利用,特别是使热废气流经冷水管进行热交换,使管中产生热水或蒸汽。

这类燃烧器会产生NOx或CO之类的有害物。这类有毒的对健康有害的气体或在高火焰温度下产生或在不稳定火焰的不完全燃烧时产生;在低火焰温度时,固然可减少这种有毒气体,但会产生不稳定火焰,此外,还会产生降低效率的燃气-空气混合气的不完全燃烧。

为了避免上述缺点,人们提出了各种不同的燃烧器。A·绍尔(Saul)和D·阿尔特马克(Altemark)在“燃气轮机燃烧室中的贫燃预混合燃烧”一文中综述了这方面的发展,见埃森富尔坎(Vulkan)出版社卷40(1991年)7-8期,336~342页。该文在介绍减少有害物质方面的进展的主要特点是低火焰温度,同时为了使燃料尽可能完全燃烧而采取了各种不同的措施。实现有效燃烧的最重要的措施是超化学计量和催化作用。例如在该文中介绍了通用电气公司的一个处于研究阶段的“LM2500”型富-骤冷-贫燃烧室,这种燃烧室在第一阶段燃烧富燃料混合气,在中间区将空气送入第一阶段中部分燃烧过的气体中,由此产生的贫混合气在第二阶段燃烧。该文作者对这个燃烧器给出的NOx含量小于190mg/m3气体。

该文还介绍了在低温时可用催化剂实现完全燃烧,并提出催化燃烧产生的NOx含量小于20mg/m3。许多研究单位都在研究催化燃烧,但至今仍未迈出研究阶段。该文的作者认为,在今后5年内,这种燃烧器不可能用于商业。

该文没有详细讨论稳定性问题,但火焰温度选得越低,稳定性问题则变越重要。

奥托·门泽尔(Otto Menzel)在燃气使用的环境保护论文“新式燃气燃烧器技术和燃气仪表技术”一文中提出了低温稳定燃烧的可能性(见《燃气/天燃气》1989年130卷,第7期355~364页)以及H·贝尔格(Berg)和Th·雅勒曼(Jannemann)在“圆柱形燃烧室的家用燃气热水器用的有害物质少的预混燃烧器之发展”一文(见《国际燃气热》38卷(1989年)第1期,28~34页,埃森富尔坎(Vulkan)出版社)介绍了只排出少量NOx的“特摩马克斯”(Thermomax)燃烧器。这种燃烧器通过散热的燃烧板实现火焰稳定,这种燃烧板实质上是带圆孔的钢板,燃气流经圆孔。由于通过这种带孔的钢板散热,火焰实际上被固定在燃烧板上,从而产生稳定的火焰。

但是燃烧板不足以保证在所有运行参数时火焰的稳定。因此,在高的空气系数时规定了300℃左右的混合预热,从而提高燃烧速度和降低火焰的上升趋势。

从上面引用的现有技术中清楚地看出,通过低的火焰温度来减少有害物质是可能的,但是火焰的稳定性则仍然是一个未解决的重要问题。

所以本发明的任务在于,提出一种在低温下和有害物排放少的情况下稳定燃烧的燃烧器。

根据现有技术,本发明是这样解决这问题的:外壳内用具有连在一起的空穴的孔隙材料充填,这种材料的孔隙率沿燃烧室是这样变化:即从燃气-空气混合气入口到出口的流动方向内的孔隙大小是由小到大的,同时,在燃烧室一个区域内或者在孔隙材料的界面上为孔隙大小给定个火焰发生的临界皮克里特数,超过此数可产生火焰,而低于此数则火焰产生受到抑制。

本发明建议则与现有技术相反,外壳内用孔隙材料填充,而孔隙材料则具有阻止燃气-空气混合气流的特性,从而对燃烧的气量产生节流作用。此外,由于燃烧室中孔隙材料的热容量可较好地吸收燃烧热,因而与现有技术比较起来更有利于传递燃烧热进行再利用。通过孔隙材料附加产生的冷却作用而降低了火焰温度。

在一定的孔隙大小时,火焰的化学反应并口热张驰是相等的,所以低于这个孔隙大小时,不可能产生火焰,但在超过这个孔隙大小时则可自由点火。这个条件适宜用给出传播引起的热流与导热引起的热流之比值的皮克里特数来描述。相对于可以自由点火的孔隙率有一个火焰发生的超临界皮克里特数。因为火焰只能在具有临界皮克里特数的范围内产生,所以在孔隙材料内产生一个自稳定的焰锋。

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