專(zhuān)利名稱(chēng)：引射煙氣回流式低濃度煤層氣燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃燒器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種引射煙氣回流式低濃度煤層氣燃燒器。
背景技術(shù)：
—般瓦斯、礦井瓦斯和風(fēng)排瓦斯總稱(chēng)為煤層氣,是煤層伴生的一種混合氣體,在我國(guó)儲(chǔ)量巨大，而且排空量很大，造成浪費(fèi)。煤層氣主要的成分是CH4和N2,伴有少量H2S、S02、0)2、0)』02、!12等氣體。CH4占含量20%-90%，對(duì)于不可燃部分，N2占了很大一部分，因此，相對(duì)于純CH4氣體,煤層氣相對(duì)來(lái)講較難燃燒，需要通過(guò)強(qiáng)化燃燒來(lái)實(shí)現(xiàn)煤層氣的穩(wěn)定燃燒。普通的氣體燃燒器只適用于天然氣、煤氣等高熱值、高濃度的氣體，對(duì)燃?xì)庑再|(zhì)要求較高，如發(fā)明專(zhuān)利號(hào)95219811.8和專(zhuān)利號(hào)00101580.x,由于煤層氣熱值相對(duì)較低，如果用他們來(lái)進(jìn)行煤層氣的燃燒，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)燃，但是將難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的燃燒，而且，上述專(zhuān)利所用的煤層氣甲烷濃 度也較高(60%以上)，較低濃度(30%-50%)很難實(shí)現(xiàn)燃燒利用。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明提供了一種可燃燒低濃度煤層氣并實(shí)現(xiàn)負(fù)荷調(diào)節(jié)、穩(wěn)定燃燒、效率高效的弓I射煙氣回流式低濃度煤層氣燃燒器。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
引射煙氣回流式低濃度煤層氣燃燒器，包括燃燒器外殼，所述燃燒器外殼的底部設(shè)有煤層氣入口 I，在燃燒器外殼的頂部外圓周上設(shè)置環(huán)形腔體，在環(huán)形腔體的圓周上均布設(shè)有多個(gè)煤層氣入口 II ;在燃燒器外殼的內(nèi)壁上部設(shè)置催化層；
所述催化層由燃燒器外殼的中心向外殼內(nèi)壁之間依次設(shè)置的多個(gè)環(huán)形陶瓷片組成，相鄰環(huán)形陶瓷片之間形成燃?xì)馕⑼ǖ?；在環(huán)形陶瓷片的表面涂有催化劑；
所述煤層氣入口 I包括與燃燒器外殼的底部連接的空氣量調(diào)節(jié)外殼，所述燃燒器外殼的底部設(shè)置引射空氣漸擴(kuò)噴管，在空氣量調(diào)節(jié)外殼內(nèi)設(shè)置引射空氣漸縮噴管，所述引射空氣漸擴(kuò)噴管的小端與引射空氣漸縮噴管的小端對(duì)應(yīng)；
所述煤層氣入口 II包括煤層氣輸入管I和煤層氣輸入管II ;所述煤層氣輸入管I 一端伸進(jìn)環(huán)形腔體，伸入端上設(shè)置引射煙氣漸縮噴管；所述煤層氣輸入管II的一端伸向催化層的下方并與燃燒器外殼內(nèi)連通，煤層氣輸入管II的另一端設(shè)置引射煙氣漸擴(kuò)噴管，所述引射煙氣漸縮噴管的小端與引射煙氣漸擴(kuò)噴管的小端對(duì)應(yīng)；
所述環(huán)形腔體的內(nèi)壁設(shè)有與燃燒器外殼內(nèi)相通的煙氣引射通孔，所述煙氣引射通孔位于催化層的上方。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述環(huán)形陶瓷片的橫截面成梭形。作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述空氣量調(diào)節(jié)外殼上設(shè)有與引射空氣漸縮噴嘴對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣孔。作為本發(fā)明的一種改進(jìn)方案，所述引射煙氣漸縮噴管的大端口直徑為1.3cm，所述引射煙氣漸縮噴管的小端口直徑為6mm，所述引射煙氣漸縮噴管的小端口伸進(jìn)引射煙氣漸擴(kuò)噴管的小端內(nèi)，引射煙氣漸縮噴管與引射煙氣漸擴(kuò)噴管之間的空隙為1mm，引射煙氣漸縮噴管和引射煙氣漸擴(kuò)噴管的總長(zhǎng)度為4 6cm。作為本發(fā)明的另一種改進(jìn)方案，所述引射空氣漸縮噴管的大端口直徑為3.2cm，所述引射空氣漸縮噴管的小端口直徑為1.1cm，所述引射空氣漸縮噴管的小端口伸進(jìn)引射空氣漸擴(kuò)噴管的小端口內(nèi)，引射空氣漸縮噴管與引射空氣漸擴(kuò)噴管之間的空隙為1.0
3.5mm，引射空氣漸擴(kuò)噴管和引射空氣漸縮噴管的總長(zhǎng)度為8.0 12.0cm0與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的引射煙氣回流式低濃度煤層氣燃燒器具有如下優(yōu)點(diǎn):
1、該燃燒器利用的是低濃度煤層氣，使用這種燃料不僅可以解決燃料的短缺問(wèn)題，而
且可以避免能源的浪費(fèi)。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。2、該燃燒器使用環(huán)形陶瓷片組成的燃?xì)馕⑼ǖ溃鞯纼?nèi)實(shí)現(xiàn)重整反應(yīng)，產(chǎn)生的H2可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化燃燒的目的；微流道壁面表面積很大，而且為陶瓷表面，可以起到蓄熱，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒的目的。3、該燃燒器利用弓丨射煙氣來(lái)預(yù)熱煤層氣，可以穩(wěn)定燃燒和提高燃燒效率，而且煙氣還為催化反應(yīng)提供了活性粒子。4、該燃燒器直接利用火焰輻射熱，以及回流煙氣來(lái)預(yù)熱混合氣流，這樣不僅可以穩(wěn)定燃燒與提高燃燒效率，而且煙氣還為催化反應(yīng)提供了活性粒子。


圖1為引射煙氣回流式低濃度煤層氣燃燒器的結(jié)構(gòu)示意 圖2為引射煙氣回流式低濃度煤層氣燃燒器的俯視 圖3為催化層的剖面視圖。附圖中:I一燃燒器外殼；2—環(huán)形腔體；3—催化層；4一環(huán)形陶瓷片；5—燃?xì)馕⑼ǖ溃?—空氣量調(diào)節(jié)外殼；7—引射空氣漸擴(kuò)噴管；8—引射空氣漸縮噴管；9一煤層氣輸入管I; 10—煤層氣輸入管II; 11 一引射煙氣漸縮噴管；12—引射煙氣漸擴(kuò)噴管；13—煙氣引射通孔；14 一進(jìn)氣孔；15—陶瓷片；16—燃燒器混合腔；17—催化層支撐環(huán)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。如圖1、2所示，引射煙氣回流式低濃度煤層氣燃燒器，包括燃燒器外殼I。燃燒器外殼I的底部設(shè)有煤層氣入口 I，在燃燒器外殼I的頂部外圓周上設(shè)置環(huán)形腔體2，在環(huán)形腔體2的圓周上均布設(shè)有多個(gè)煤層氣入口 II，本實(shí)施中，在環(huán)形腔體2的圓周上成對(duì)稱(chēng)均布設(shè)有四個(gè)煤層氣入口 II。在燃燒器外殼I的內(nèi)壁上部設(shè)置催化層3。催化層的結(jié)構(gòu)如圖2、3所示，在燃燒器外殼I的內(nèi)壁圓周上設(shè)有催化層支撐環(huán)17，催化層3安裝在催化層支撐環(huán)17上。催化層3由燃燒器外殼I的中心向外殼I內(nèi)壁之間依次設(shè)置的多個(gè)環(huán)形 陶瓷片4組成，環(huán)形陶瓷片4的橫截面成梭形。多個(gè)環(huán)形陶瓷片4通過(guò)橫向設(shè)置的陶瓷片15連接，相鄰環(huán)形陶瓷片4之間形成燃?xì)馕⑼ǖ?，燃?xì)馕⑼ǖ?的剖面形狀為拉法爾噴管形，因此混合氣流進(jìn)入燃?xì)馕⑼ǖ?會(huì)加速減壓，這不僅有利于強(qiáng)化氣流在環(huán)形陶瓷片4壁面實(shí)現(xiàn)催化反應(yīng)，而且還能預(yù)防回火的發(fā)生。在環(huán)形陶瓷片4的表面涂有催化劑(如Ni基催化劑)，混合氣在催化層3當(dāng)中完成催化重整反應(yīng)，催化重整反應(yīng)完成后，氣流離開(kāi)催化層3，在催化層3上部完成最后的燃燒過(guò)程，并完成一個(gè)循環(huán)。微通道催化重整反應(yīng)自身也會(huì)產(chǎn)生熱量，因此燃?xì)馕⑼ǖ?內(nèi)處于高溫狀態(tài)，不僅滿(mǎn)足了重整反應(yīng)需要的溫度，而且燃?xì)馕⑼ǖ?能存儲(chǔ)熱量，保證火焰的穩(wěn)定性。環(huán)形腔體2的內(nèi)壁設(shè)有與燃燒器外殼I內(nèi)相通的煙氣引射通孔13，煙氣引射通孔13位于催化層3的上方。煤層氣入口 I包括與燃燒器外殼I的底部連接的空氣量調(diào)節(jié)外殼6,燃燒器外殼I的底部設(shè)置引射空氣漸擴(kuò)噴管7，在空氣量調(diào)節(jié)外殼6內(nèi)設(shè)置引射空氣漸縮噴管8，引射空氣漸擴(kuò)噴管7的小端與引射空氣漸縮噴管8的小端對(duì)應(yīng)。煤層氣的50% 60%從煤層氣入口 I進(jìn)入，經(jīng)過(guò)引射空氣漸縮噴管8減速降壓，引射空氣漸縮噴管8和引射空氣漸擴(kuò)噴管7銜接處的壓力為負(fù)壓，環(huán)境中的空氣在壓差作用下，由引射空氣漸擴(kuò)噴管7引射進(jìn)入燃燒器混合腔16。煤層氣入口 II包括煤層氣輸入管I 9和煤層氣輸入管II 10。煤層氣輸入管I 9 一端伸進(jìn)環(huán)形腔體2，伸入端上設(shè)置引射煙氣漸縮噴管11。煤層氣輸入管II 10的一端伸向催化層3的下方并與燃燒器外殼I內(nèi)連通，煤層氣輸入管II 10的另一端設(shè)置引射煙氣漸擴(kuò)噴管12，引射煙氣漸縮噴管11的小端與引射煙氣漸擴(kuò)噴管12的小端對(duì)應(yīng)。燃?xì)膺M(jìn)入催化層3后，在催化層3上部完成最終的燃燒過(guò)程。引射煙氣煤層氣從煤層氣輸入管I 9進(jìn)入，經(jīng)過(guò)引射煙氣漸縮噴管11減速降壓，引射煙氣漸縮噴管11和引射煙氣漸擴(kuò)噴管12銜接處的壓力為負(fù)壓，催化層3上部火焰的壓力大于引射煙氣漸縮噴管11和引射煙氣漸擴(kuò)噴管12銜接處的壓力，因此，在壓差作用下，火焰中的煙氣以及一部分空氣由煙氣引射通孔13進(jìn)入環(huán)形腔體2和煤層氣輸入管II 10并流入燃燒器混合腔16中，與燃燒器外殼I底部進(jìn)入的燃?xì)饣旌线M(jìn)入催化層3，進(jìn)行催化重整反應(yīng)?？扇济簩託夥治宀糠址謩e進(jìn)入燃燒器，其中50 60%的低濃度煤層氣由燃燒器下部通入煤層氣入口 I，這一股煤層 氣氣流用來(lái)引射環(huán)境中的空氣，實(shí)現(xiàn)燃?xì)忸A(yù)混燃燒；其余煤層氣分別由環(huán)形腔體2周?chē)膫€(gè)煤層氣入口 II進(jìn)入，用來(lái)引射煙氣。引射的空氣量可根據(jù)煤層氣的品質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，引射進(jìn)入燃燒器的煙氣可預(yù)熱混合氣體，強(qiáng)化燃燒，并且提供部分活性粒子以及H2O作為催化反應(yīng)的反應(yīng)物?；旌蠚饬鬟M(jìn)入煤層氣催化層3，在環(huán)形陶瓷片4的壁面煤層氣中甲烷實(shí)現(xiàn)催化燃燒和催化重整反應(yīng):
CH4+2H20=C02+4H2
CH4+C02=2C0+2H2
生成的H2熱值很高，且能降低燃?xì)庵饻囟?，可以?qiáng)化燃燒，而且環(huán)形陶瓷片4組合而成的燃?xì)馕⑼ǖ?有很大的表面積，而且表面為陶瓷材料，具有較大的輻射蓄熱能力，因此，可實(shí)現(xiàn)煤層氣的穩(wěn)定燃燒。在燃燒器外殼I的底部向下延伸，空氣量調(diào)節(jié)外殼6通過(guò)螺紋配合旋套在延伸段上，空氣量調(diào)節(jié)外殼6上設(shè)有與引射空氣漸縮噴嘴8對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣孔14，通過(guò)向上或向下旋轉(zhuǎn)空氣量調(diào)節(jié)外殼6，便可調(diào)節(jié)空氣進(jìn)氣量。燃燒器如作為家用燃燒器高約2.5dm，直徑約1.5dm，引射煙氣漸縮噴管11的大端口直徑為1.3cm，引射煙氣漸縮噴管11的小端口直徑為6mm，引射煙氣漸縮噴管11的小端口伸進(jìn)引射煙氣漸擴(kuò)噴管12的小端內(nèi)，引射煙氣漸縮噴管11與引射煙氣漸擴(kuò)噴管12之間的空隙為1mm，引射煙氣漸縮噴管11和引射煙氣漸擴(kuò)噴管12的總長(zhǎng)度為4 6cm。引射空氣漸縮噴管8的大端口直徑為3.2cm，引射空氣漸縮噴管8的小端口直徑為1.1cm，引射空氣漸縮噴管8的小端口伸進(jìn)引射空氣漸擴(kuò)噴管7的小端口內(nèi)，引射空氣漸縮噴管8與引射空氣漸擴(kuò)噴管7之間的空隙為1.0 3.5mm，引射空氣漸擴(kuò)噴管7和引射空氣漸縮噴管8的總長(zhǎng)度為8.0 12.0cm，設(shè)計(jì)壓力損失考慮燃燒器混合腔16內(nèi)渦帶來(lái)的壓力損失，燃?xì)馕⑼ǖ?內(nèi)的壓力損失，部分沿程損失，以及噴嘴銜接處的壓力損失。引射空氣的引射空氣漸擴(kuò)噴管7和引射空氣漸縮噴管8能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)，不同CH4含量的煤層氣引射不同比例的空氣，空氣引射量相對(duì)于煤層氣為17 35%。煤層氣甲烷濃度越高，空氣引射量調(diào)節(jié)越大。低濃度的煤層氣需要較少的空氣實(shí)現(xiàn)催化重整制氫反應(yīng)，來(lái)強(qiáng)化燃燒的進(jìn)行。該燃燒器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，催化層3可以進(jìn)行更換，使用壽命長(zhǎng)。煤層氣壓力2000Pa 3000Pa足以實(shí)現(xiàn)燃燒器的正常工作，因此，可以作為家用燃?xì)庠钍褂?。該燃燒器如作為工業(yè)燃燒器，燃燒器可根據(jù)上述燃燒器的尺寸進(jìn)行比例放大。其中，催化層空隙應(yīng)該低于0.5cm,厚度應(yīng)該小于8cm，雖然空隙的減小以及厚度的增加會(huì)讓重整效果更好，但是這會(huì)使得所需燃?xì)鈮毫ι?，壓力的升高?huì)增加利用成本。本燃燒器利用預(yù)混的方式實(shí)現(xiàn)低濃度煤層氣的燃燒利用，燃燒器混合腔16中的甲烷含量控制在25% 45%之內(nèi)，應(yīng)高于甲烷爆炸極限15%。待燃燒器穩(wěn)定工作后，燃燒器混合腔16中混合氣流溫度在200°C左右，混合氣流熱量由引射的煙氣以及催化層熱輻射所提供?？傮w來(lái)講，催化反應(yīng)所需溫度較低，300°C即可實(shí)現(xiàn)甲烷催化生成H2,可降低著火溫度，從而使得燃燒強(qiáng)度增加明顯。同時(shí)，環(huán)形陶瓷片的引入可蓄積熱量，形成一個(gè)穩(wěn)定的輻射火源，保證低濃度煤層氣的穩(wěn)定燃燒。最后說(shuō)明的 是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行 了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)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.引射煙氣回流式低濃度煤層氣燃燒器，其特征在于:包括燃燒器外殼(1)，所述燃燒器外殼(I)的底部設(shè)有煤層氣入口 I，在燃燒器外殼(I)的頂部外圓周上設(shè)置環(huán)形腔體(2)，在環(huán)形腔體(2)的圓周上均布設(shè)有多個(gè)煤層氣入口 II ;在燃燒器外殼(I)的內(nèi)壁上部設(shè)置催化層(3); 所述催化層(3)由燃燒器外殼(I)的中心向外殼(I)內(nèi)壁之間依次設(shè)置的多個(gè)環(huán)形陶瓷片(4)組成，相鄰環(huán)形陶瓷片(4)之間形成燃?xì)馕⑼ǖ?5);在環(huán)形陶瓷片(4)的表面涂有催化劑； 所述煤層氣入口 I包括與燃燒器外殼(I)的底部連接的空氣量調(diào)節(jié)外殼(6)，所述燃燒器外殼(I)的底部設(shè)置引射空氣漸擴(kuò)噴管(7)，在空氣量調(diào)節(jié)外殼(6)內(nèi)設(shè)置引射空氣漸縮噴管(8)，所述引射空氣漸擴(kuò)噴管(7)的小端與引射空氣漸縮噴管(8)的小端對(duì)應(yīng)； 所述煤層氣入口 II包括煤層氣輸入管I (9)和煤層氣輸入管II (10);所述煤層氣輸入管I (9) 一端伸進(jìn)環(huán)形腔體(2)，伸入端上設(shè)置引射煙氣漸縮噴管(11);所述煤層氣輸入管II(IO)的一端伸向催化層(3)的下方并與燃燒器外殼(I)內(nèi)連通，煤層氣輸入管II (10)的另一端設(shè)置引射煙氣漸擴(kuò)噴管(12)，所述引射煙氣漸縮噴管(11)的小端與引射煙氣漸擴(kuò)噴管(12)的小端對(duì)應(yīng)； 所述環(huán)形腔體(2)的內(nèi)壁設(shè)有與燃燒器外殼(I)內(nèi)相通的煙氣引射通孔(13)，所述煙氣引射通孔(13)位于催化層(3)的上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引射煙氣回流式低濃度煤層氣燃燒器，其特征在于:所述環(huán)形陶瓷片(4)的橫截面成梭形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引射煙氣回流式低濃度煤層氣燃燒器，其特征在于:所述空氣量調(diào)節(jié)外殼(6)上設(shè)有與引射空氣漸縮噴嘴(8)對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣孔(14)。``
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引射煙氣回流式低濃度煤層氣燃燒器，其特征在于:所述引射煙氣漸縮噴管(11)的大端口直徑為1.3cm，所述引射煙氣漸縮噴管(11)的小端口直徑為6mm，所述引射煙氣漸縮噴管(11)的小端口伸進(jìn)引射煙氣漸擴(kuò)噴管(12)的小端內(nèi)，引射煙氣漸縮噴管(11)與引射煙氣漸擴(kuò)噴管(12)之間的空隙為1mm，引射煙氣漸縮噴管(11)和引射煙氣漸擴(kuò)噴管(12)的總長(zhǎng)度為4 6cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的引射煙氣回流式低濃度煤層氣燃燒器，其特征在于:所述引射空氣漸縮噴管(8)的大端口直徑為3.2cm，所述引射空氣漸縮噴管(8)的小端口直徑為`1.1cm，所述引射空氣漸縮噴管(8)的小端口伸進(jìn)引射空氣漸擴(kuò)噴管(7)的小端口內(nèi)，引射空氣漸縮噴管(8)與引射空氣漸擴(kuò)噴管(7)之間的空隙為1.0 3.5mm，引射空氣漸擴(kuò)噴管(7)和引射空氣漸縮噴管(8)的總長(zhǎng)度為8.0 12.0cm0
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種引射煙氣回流式低濃度煤層氣燃燒器，在燃燒器外殼的底部設(shè)有煤層氣入口Ⅰ，頂部外圓周上設(shè)置環(huán)形腔體，在環(huán)形腔體的圓周上均布設(shè)有煤層氣入口Ⅱ；在燃燒器外殼的內(nèi)壁上部設(shè)置催化層；煤層氣入口Ⅰ包括空氣量調(diào)節(jié)外殼，燃燒器外殼的底部設(shè)置引射空氣漸擴(kuò)噴管，在空氣量調(diào)節(jié)外殼內(nèi)設(shè)置引射空氣漸縮噴管；煤層氣入口Ⅱ包括煤層氣輸入管Ⅰ和煤層氣輸入管Ⅱ；煤層氣輸入管Ⅰ一端設(shè)置引射煙氣漸縮噴管；煤層氣輸入管Ⅱ的另一端設(shè)置引射煙氣漸擴(kuò)噴管。該燃燒器利用的是低濃度煤層氣，能使低濃度煤層氣在該燃器實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。使用這種燃料不僅可以解決燃料短缺，而且可以避免能源浪費(fèi)；由于溫度的均勻化，使得有害氣體的排放降低。
文檔編號(hào)F23D14/18GK103234202SQ20131015212
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)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(qǐng)人:重慶大學(xué)