專利名稱：煙氣回流汽化醇基燃料燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃燒器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種醇基燃料燃燒器。
背景技術(shù)：
燃燒器廣泛應(yīng)用于工業(yè)，農(nóng)業(yè)，交通業(yè)以及日常生活當(dāng)中，在現(xiàn)實生活中，主要有氣、液、固三種燃燒器。液體燃料的燃燒需要經(jīng)過霧化等方式細(xì)化后才能取得高的燃燒效率，如中國的發(fā)明專利申請201110405701.X公開的液體燃料燃燒器，直接利用噴嘴霧化液體燃料，然后在火焰周圍設(shè)置空氣補給口，強化燃燒。現(xiàn)有技術(shù)所采取的措施在一定程度上提高了燃燒效率，但是利用噴管噴出的霧化小顆粒直接燃燒，火焰使得液體顆粒蒸發(fā)燃燒，但是由于火焰高溫也使得液體內(nèi)部直接碳化，燃燒并不是很充分，而且燃燒后容易積碳，綜合熱利用效率仍較低。因此，提高醇基燃料燃燒器的燃燒效率，綜合熱利用效率以及消除積碳等方面的仍需進(jìn)一步改進(jìn)。發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明提供了一種霧化效果更佳，提高綜合熱利用效率，消除積碳的煙氣回流汽化醇基燃料燃燒器。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案: 煙氣回流汽化醇基燃料燃燒器，包括中空的、且外形呈酒杯狀結(jié)構(gòu)的外殼，所述外殼的底端為空氣入口 ；所述外殼的頂部沿內(nèi)壁設(shè)置呈螺旋結(jié)構(gòu)的燃料管道，所述燃料管道的上端口與燃料輸入管連接，燃料管道的下端口與燃料輸出管連接；在外殼內(nèi)、且位于外殼的喉部與燃料管道之間設(shè)置催化反應(yīng)體，所述外殼內(nèi)豎直設(shè)置煙氣回流通道，所述煙氣回流通道穿過催化反應(yīng)體，煙氣回流通道的頂端上方設(shè)置頂蓋，煙氣回流通道的底部設(shè)置底蓋； 所述燃料輸出管的出口段由外殼的下部豎直向上伸向外殼的喉部，所述燃料輸出管的出口端設(shè)置燃料噴嘴； 所述催化反應(yīng)體由煙氣回流通道的外壁向外殼內(nèi)壁之間依次設(shè)置多個環(huán)形陶瓷片組成，相鄰環(huán)形陶瓷片之間形成微型催化通道；在環(huán)形陶瓷片的表面涂有催化劑；所述底蓋從上到下在圓周方向上設(shè)置多個環(huán)形翹片，相鄰環(huán)形翹片之間設(shè)置翹片通道； 所述外殼的內(nèi)壁、且在燃料管道與催化反應(yīng)體之間設(shè)有點火器。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述環(huán)形翹片的外邊緣向上，且與水平的夾角為15。。
作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述外殼的高度與外殼喉部的直徑之比為9:1,外殼頂部的直徑與喉部的直徑之比為4:1，催化反應(yīng)體的上表面直徑與喉部的直徑之比為3:1，催化反應(yīng)體的下表面直徑與喉部的直徑之比為2.6:1，頂蓋的直徑與喉部的直接之比為 1.4:1 1.6:1。
作為本發(fā)明的又一種優(yōu)選方案，所述催化反應(yīng)體的厚度為4 8cm，在催化反應(yīng)體與喉部之間形成氣流混合區(qū)，所述氣流混合區(qū)的高度與喉部的直徑之比為3:1。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的煙氣回流汽化醇基燃料燃燒器具有如下優(yōu)點: 1、在燃料霧化之前，利用燃燒器自身產(chǎn)生的熱量加熱醇基燃料，使得醇基燃料的張力減小，霧化效果更佳；燃燒器還設(shè)有回流區(qū)域，煙氣回流到氣體霧化混合區(qū)域，不僅可以預(yù)熱空氣，提高燃燒器綜合熱利用效率，而且由于煙氣的回流使得火焰燃燒區(qū)熱量向混合空間移動，使得火焰燃燒區(qū)溫度降低，整個燃燒器的溫度更加趨于均勻，積碳的主要原因是由于燃燒局部溫度過高而空氣不足造成的，因此，燃燒器局部溫度的降低可以降低液體燃料由于過高的火焰溫度所產(chǎn)生的積碳。
2、本發(fā)明利用的是醇基燃料，非化石燃料，直接可以從植物中提取，因此，是一種清潔環(huán)保節(jié)能的燃燒器；由于溫度的均勻化，使得有害氣體的排放降低，排出的主要燃燒產(chǎn)物為CO2和H2O。
3、本發(fā)明使用陶瓷片組成的微型催化通道，通道內(nèi)實現(xiàn)重整反應(yīng)，產(chǎn)生的H2可以實現(xiàn)強化燃燒的目的；微通道壁面表面積很大，而且為陶瓷表面，可以起到蓄熱，從而實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒的目的。
4、本發(fā)明直接利用火焰輻射熱，以及回流煙氣來預(yù)熱混合氣流，這樣不僅可以提高燃燒效率，而且煙氣還為催化反應(yīng)提供了活性粒子。
5、本發(fā)明有很高的熱利用效率，而且還有很強的防積碳能力，根據(jù)燃燒器的尺寸大小以及燃料的不同，本發(fā)明可以在普通醇基燃料燃燒器的基礎(chǔ)上提高綜合熱利用效率I5%-19%。


圖1為煙氣回流汽化醇基燃料燃燒器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為催化反應(yīng)體的俯視圖； 圖3為催化反應(yīng)體的剖面視圖； 圖4為底蓋的結(jié)構(gòu)不意圖。
附圖中:1 一外殼；2—空氣入口 ；3—燃料管道；4一燃料輸入管；5—燃料輸出管；6—催化反應(yīng)體；7—煙氣回流通道；8—頂蓋；9一底蓋；10—燃料噴嘴；11 一環(huán)形陶瓷片；12—微型催化通道；13—環(huán)形翅片；14一翅片通道；15—點火器；16—氣流混合區(qū)；17—支撐架；18—陶瓷片；19一擋蓋；20—液體接收盤；21—液體接收盤；22—火焰區(qū)域。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。
如圖1 4所示，煙氣回流汽化醇基燃料燃燒器，包括中空的、且外形呈酒杯狀結(jié)構(gòu)的外殼I，外殼I形成兩端直徑大，中部直徑小。外殼I的底端為空氣入口 2,外殼I的頂端為煙氣出口，外殼I的頂部沿內(nèi)壁設(shè)置呈螺旋結(jié)構(gòu)的燃料管道3，燃料管道3的上端口與燃料輸入管4連接，燃料輸入管4豎直向下延伸至外殼I的底部，燃料管道3的下端口與燃料輸出管5連接，燃料輸出管5呈U型結(jié)構(gòu)，燃料輸出管5的出口段由外殼I的下部豎直向上伸向外殼I的喉部，燃料輸出管5的出口端設(shè)置燃料噴嘴10。在外殼I內(nèi)、且位于外殼I的喉部與燃料管道3之間設(shè)置催化反應(yīng)體6，外殼I內(nèi)豎直設(shè)置煙氣回流通道7，煙氣回流通道7穿過催化反應(yīng)體6，煙氣回流通道7的兩端伸出催化反應(yīng)體6，煙氣回流通道7的頂端上方設(shè)置頂蓋8，頂蓋通過支撐架17設(shè)置在煙氣回流通道7上，煙氣回流通道7的底部設(shè)置底蓋9。
催化反應(yīng)體6的結(jié)構(gòu)如圖2、3所示，催化反應(yīng)體6由煙氣回流通道7的外壁向外殼I內(nèi)壁之間依次設(shè)置多個環(huán)形陶瓷片11組成，相鄰環(huán)形陶瓷片11之間形成微型催化通道12，環(huán)形陶瓷片11通過縱向和橫向設(shè)置的陶瓷片18連接。在環(huán)形陶瓷片11的表面涂有催化劑。煙氣回流通道7固定在催化反應(yīng)體6的中部，進(jìn)而使煙氣回流通道7固定在外殼I內(nèi)。底蓋9的結(jié)構(gòu)如圖4所示，底蓋9從上到下在圓周方向上設(shè)置多個環(huán)形翹片13，環(huán)形翹片13的外邊緣向上，且與水平的夾角為15°，這樣保證回流煙氣橫向射入氣流混合區(qū)16，相鄰環(huán)形翹片13之間設(shè)置翹片通道14，底蓋9的底部為擋蓋19。外殼I的內(nèi)壁、且在燃料管道3與催化反應(yīng)體6之間設(shè)有點火器15，點火器15設(shè)置在反應(yīng)主體6的上部，安裝在外殼I的內(nèi)壁上，外接電路不受燃燒的影響。
煙氣回流汽化醇基燃料燃燒器是由拉法爾噴管形燃燒器外殼、燃料輸入管4、燃料輸出管5、頂蓋8、煙氣回流通道7、帶環(huán)形翅片13的底蓋9、催化反應(yīng)體6等部分組成。燃燒器整體類似一個大的拉法爾噴管，這樣巧妙設(shè)計的目的是使得壓力氣流在燃燒器喉部區(qū)域得到加速減壓，使得流體混合區(qū)域形成一個負(fù)壓，從而起到引射回流煙氣的目的。
外殼I的高度與外殼I喉部的直徑之比為9:1，外殼I頂部的直徑與喉部的直徑之比為4:1，催化反應(yīng)體6的上表面直徑與喉部的直徑之比為3:1，催化反應(yīng)體6的下表面直徑與喉部的直徑之比為2.6:1，頂蓋8的直徑與喉部的直接之比為1.4:1 1.6:1，頂蓋8的大小是根據(jù)所需煙氣量來進(jìn)行調(diào)節(jié)。催化反應(yīng)體6的厚度為4 8cm，在催化反應(yīng)體6與喉部之間形成氣流混合區(qū)16，氣流混合區(qū)16應(yīng)該足夠大從而實現(xiàn)混合的均勻性，氣流混合區(qū)16的高度與喉部的直徑之比為3:1。
燃料通過燃料輸入管4進(jìn)入燃料管道3，通過火焰的輻射熱預(yù)熱燃料管道3內(nèi)的燃料，燃料預(yù)熱后，流體張力減小，最后，燃料通過燃料輸出管5由燃料噴嘴10噴出，霧化后的燃料進(jìn)入氣流混合區(qū)16與煙氣和空氣混合。
空氣由外殼I底端空氣入口 2進(jìn)入燃燒器，在流動過程中加速降壓，在喉部和噴射出來的霧化醇基燃料混合進(jìn)入氣流混合區(qū)16，煙氣由翅片通道14噴射而出，形成多個煙氣層，霧化后的燃料以及空氣射入煙氣層，與煙氣混合并實現(xiàn)預(yù)熱。預(yù)熱后的混合氣流進(jìn)入催化反應(yīng)體6，通過微型催化通道12 (微型催化通道為環(huán)形的拉法爾噴管，實現(xiàn)加速降壓)，在微型催化通道12內(nèi)實現(xiàn)催化重整反應(yīng)制得H2。微型催化通道12由環(huán)形陶瓷片11組合而成，并且每片環(huán)形陶瓷片11表面涂敷有Ni基催化劑，環(huán)形陶瓷片11由陶瓷片18連接而成，使之成為一個整體。催化重整后的氣流進(jìn)入火焰區(qū)域22實現(xiàn)最終的燃燒過程?；鹧嫔仙^程中使得壓力降低，可以引射燃燒器周圍的空氣，實現(xiàn)完全燃燒。
內(nèi)層火焰打在頂蓋8上，減速升壓，通過支撐架17的四個通孔匯集于頂蓋8。氣流混合區(qū)16為負(fù)壓環(huán)境，使得頂蓋8內(nèi)氣流壓力大于氣流混合區(qū)16的壓力，使得煙氣產(chǎn)生回流，煙氣通過煙氣回流通道7流向底蓋9，煙氣匯聚于此，然后通過環(huán)形翅片13間的翹片通道14進(jìn)入氣流混合區(qū)16完成循環(huán)。
燃料噴管10噴出的部分霧化顆粒匯集在底蓋9上，并掉落在液體接收盤21上(液體接收盤21設(shè)置在燃料輸出管5頂端的外壁上、且位于喉部下方)，氣流混合區(qū)16中部分液滴滴落在液體接收盤20上(液體接收盤20設(shè)置在外殼I的內(nèi)壁上、且位于喉部上方)。液體接收盤20和液體接收盤21的目的就是接受液體，氣流混合區(qū)16的溫度可達(dá)200°C以上，在這個溫度下，液體接收盤中的液體會蒸發(fā)，蒸發(fā)的醇基燃料隨著氣流一起進(jìn)入催化層進(jìn)行反應(yīng)。
在燃燒器喉部以上區(qū)域設(shè)置微型催化通道區(qū)域，氧氣、燃料以及回流煙氣可在微型催化通道內(nèi)部發(fā)生催化重整反應(yīng)。催化重整反應(yīng)以乙醇為例，主要發(fā)生水蒸氣重整和氧化重整反應(yīng): 水蒸汽重整:CH3CH20H+H20 — 4H2+2C0+256.8kJ/mol CH3CH20H+3H20 — 6H2+2C02+174.2kJ/mol 氧化重整:CH3CH20H+2H20+l/202 — 5H2+2C02_68.5kJ/mol CH3CH20H+H20+02 — 4H2+2C02-311.3kJ/mol 產(chǎn)生H2可以使燃燒強度增加，有利于燃料的燃燒。并且回流煙氣當(dāng)中的H2O足夠醇基燃料完成催化重整反應(yīng)，不需要外在水分的加入。
液體燃料帶有一定的壓力進(jìn)行霧化，在醇基燃料從燃料噴嘴10噴出霧化之前，還需要通過盤在外殼I內(nèi)壁的燃料管道3，利用火焰輻射產(chǎn)生的部分熱量，從而提高醇基燃料的溫度，以降低燃料的張力，可使得霧化效果更好，而且這部分熱量本為耗散低品位熱量，被醇基燃料利用起來，因此，綜合熱利用效率提高，預(yù)熱的燃料直接從燃料噴嘴10噴出霧化。
燃燒器巧妙設(shè)置了煙氣回流裝置，火焰向上，頂蓋8可以匯聚打在頂蓋8上的煙氣，煙氣最終收集到頂蓋8中，減速升壓，這里的壓力大于氣流混合區(qū)16的壓力，因此，煙氣由煙氣回流通道7回流到氣流混合區(qū)16。本燃燒器還巧妙設(shè)置頂蓋和環(huán)形翅片的尺寸和角度，使得醇基燃料在進(jìn)入微型催化通道之前基本完成汽化(氣流混合區(qū)溫度應(yīng)低于醇基燃料燃點約50°C)。增加頂蓋的表面積，可以增加回流煙氣量，可以通過燃燒醇基燃料類型進(jìn)行選取。
微型催化通道最窄部分小于0.5cm，微型催化通道12由環(huán)形陶瓷片11組合而成，形成的通道類似一個拉法爾噴管，混合氣在里面加速減壓，這樣不僅可以預(yù)防回火，而且還可以加強和壁面發(fā)生的催化反應(yīng)。煙氣、空氣(進(jìn)口壓力根據(jù)燃燒器的大小不同應(yīng)該在3000Pa以上)、霧化后的醇基燃料三股流體在氣流混合區(qū)混合后，進(jìn)入微型催化通道內(nèi)實現(xiàn)催化重整反應(yīng)，重整得到的H2及其他氣體進(jìn)入火焰區(qū)域進(jìn)行燃燒。醇基燃料能夠產(chǎn)生多余其摩爾數(shù)幾倍的H2分子，H2的熱值非常高，是一種高效的燃料，而微型催化通道需要的重整熱量由煙氣熱、燃料管道利用的廢熱以及火焰輻射熱，因此，催化重整反應(yīng)層的引入使得燃燒效率提高。
最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.煙氣回流汽化醇基燃料燃燒器，其特征在于:包括中空的、且外形呈酒杯狀結(jié)構(gòu)的外殼(1)，所述外殼(I)的底端為空氣入口(2);所述外殼(I)的頂部沿內(nèi)壁設(shè)置呈螺旋結(jié)構(gòu)的燃料管道(3 )，所述燃料管道(3 )的上端口與燃料輸入管(4 )連接，燃料管道(3 )的下端口與燃料輸出管(5)連接；在外殼(I)內(nèi)、且位于外殼(I)的喉部與燃料管道(3)之間設(shè)置催化反應(yīng)體(6 )，所述外殼(I)內(nèi)豎直設(shè)置煙氣回流通道(7 )，所述煙氣回流通道(7 )穿過催化反應(yīng)體(6 )，煙氣回流通道(7 )的頂端上方設(shè)置頂蓋(8 )，煙氣回流通道(7 )的底部設(shè)置底蓋(9)； 所述燃料輸出管(5)的出口段由外殼(I)的下部豎直向上伸向外殼(I)的喉部，所述燃料輸出管(5)的出口端設(shè)置燃料噴嘴(10)； 所述催化反應(yīng)體(6)由煙氣回流通道(7)的外壁向外殼(I)內(nèi)壁之間依次設(shè)置多個環(huán)形陶瓷片(11)組成，相鄰環(huán)形陶瓷片(11)之間形成微型催化通道(12);在環(huán)形陶瓷片(12)的表面涂有催化劑； 所述底蓋(9)從上到下在圓周方向上設(shè)置多個環(huán)形翹片(13)，相鄰環(huán)形翹片(13)之間設(shè)置翹片通道(14); 所述外殼(I)的內(nèi)壁、且在燃料管道(3)與催化反應(yīng)體(6)之間設(shè)有點火器(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣回流汽化醇基燃料燃燒器，其特征在于:所述環(huán)形翹片(13)的外邊緣向上，且與水平的夾角為15°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣回流汽化醇基燃料燃燒器，其特征在于:所述外殼(I)的高度與外殼(I)喉部的直徑之比為9:1，外殼(I)頂部的直徑與喉部的直徑之比為4:1，催化反應(yīng)體(6)的上表面直徑與喉部的直徑之比為3:1，催化反應(yīng)體(6)的下表面直徑與喉部的直徑之比為2.6:1，頂蓋(8)的直徑與喉部的直接之比為1.4:1 1.6:1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣回流汽化醇基燃料燃燒器，其特征在于:所述催化反應(yīng)體(6)的厚度為4 8cm，在催化反應(yīng)體(6)與喉部之間形成氣流混合區(qū)(16)，所述氣流混合區(qū)(16)的高度與喉部的直徑之比為3:1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煙氣回流汽化醇基燃料燃燒器，包括外殼，外殼的頂部設(shè)置燃料管道，在外殼內(nèi)設(shè)置催化反應(yīng)體，外殼內(nèi)豎直設(shè)置煙氣回流通道，煙氣回流通道穿過催化反應(yīng)體，上方設(shè)置頂蓋，底部設(shè)置底蓋；燃料輸出管的出口段由外殼的下部豎直向上伸向外殼的喉部，外殼的內(nèi)壁設(shè)有點火器。在燃料霧化之前，利用燃燒器自身產(chǎn)生的熱量加熱醇基燃料，使得醇基燃料的張力減小，霧化效果更佳；煙氣回流到氣體霧化混合區(qū)域，不僅可以預(yù)熱空氣，提高燃燒器綜合熱利用效率，而且由于煙氣的回流使得火焰燃燒區(qū)熱量向混合空間移動，使得火焰燃燒區(qū)溫度降低，整個燃燒器的溫度更加趨于均勻，降低液體燃料由于過高的火焰溫度所產(chǎn)生的積碳。
文檔編號F23D11/36GK103196139SQ201310152068
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月27日
發(fā)明者冉景煜, 祁文杰, 冉明矗, 王蕊蕊, 張力 申請人:重慶大學(xué)