一种半预混式超绝热纯氧燃烧器的制作方法

本发明涉及燃烧器领域，具体为一种半预混式超绝热纯氧燃烧器。

背景技术：

1、纯氧燃烧器作为节能新型燃烧设备，已经引起了广泛的研究和实践，纯氧燃烧器产生的氮氧化物污染极其低，也可有效节约燃料，大大降低了烟气处理的工作量。纯氧燃烧理论火焰温度高达2700℃，如果不对其火焰燃烧的形状长度加以控制，将导致火焰冲刷炉管和管架或物料。将火焰形状和长度加以控制，才能保证辐射室中不出现局部过热，炉膛内材料受高温火焰冲刷会导致材料的蠕变、高温形变和损坏，控制火焰形状和长度减轻了对辐射室中材料的强度、耐热性的要求。但是目前现有的纯氧燃烧器存在局部燃烧温度偏高、燃烧不均匀、燃烧火焰不集中、火焰长度短、易回火、使用寿命不长等缺点。

2、绝热燃烧是一种理想化的燃烧，燃烧形成的火焰始终未把热量传递给外界环境或周围其他物体。因不存在传热、散热损失，故燃料在绝热燃烧过程中所释出的燃烧生成热可全部用于加热燃烧产物本身，使之温度升达一般燃烧所无法达到的温度，这不仅有利于燃料的完全燃烧，使燃烧效率显著提高，而且还为燃烧生成热的充分利用创造了良好的热力学条件。超绝热燃烧是指燃烧过程中运用增强辐射或蓄热等方法，将热量尽可能地用于加热物料和用于加热反应区域上游的燃料与氧化剂，减少烟气中的热量，从而使燃烧反应增强。

3、目前实现超绝热燃烧技术普遍偏向使用多孔陶瓷介质用于增强蓄热与辐射，从而减少热量的逃逸，这种多孔介质是指内部多不规则孔隙，比表面积极高，但这类结构导致流体流动更加困难，大大增加了稳定燃烧的难度。创新地使用具有结构的孔隙结构代替不规则孔隙，具有结构的孔隙不仅具有良好的机械加工性能，且能对流体流动提供塑形、导向的作用，且其比表面积比普通蓄热材料大，在提升性能的同时能够保证燃烧的稳定性。

4、综上所述，开发出一种半预混式超绝热纯氧燃烧器，将纯氧燃烧技术和多孔介质燃烧技术优缺点相互补充，既能够解决传统燃烧问题，又能补充纯氧燃烧的短板。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种半预混式超绝热纯氧燃烧器，为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

2、本发明一种半预混式超绝热纯氧燃烧器，包括贯穿并固定连接在炉膛壁上的燃烧器壳体，燃烧器壳体内设置有点火杆和燃料输送管，控制模块与调节执行模块电连接，点火杆和燃料输送管均由调节执行模块、控制模块对两级燃料组的压力与流量进行调节，燃烧器壳体内壁上固定有隔板，且点火杆贯穿隔板，燃烧器壳体上端内壁固定有第一级超绝热燃烧反应盘，第一级超绝热燃烧反应盘的上方设置有第二级超绝热燃烧反应盘，燃烧器壳体的侧壁下端设置有氧气入口；

3、所述燃烧器壳体内设置有旋转扰流机构，且燃烧器壳体上还设置有调节机构，旋转扰流机构在燃料输送管内部燃料的驱动下对燃料和氧气进行混合，并且同时驱动调节机构根据燃料输送管内部燃料的流量对第二级超绝热燃烧反应盘和第一级超绝热燃烧反应盘的距离进行自适应调节。

4、优选的，第一级超绝热燃烧反应盘和第二级超绝热燃烧反应盘是以碳化硅、氮化硅、莫来石、堇青石、钛酸铝、氧化铝、硅藻土、锆英石、菱镁矿为基质材料的多孔陶瓷或具有多孔结构的实体，第一级超绝热燃烧反应盘为中空的回转体，第一级超绝热燃烧反应盘上部有锥度，具有文丘里管的结构。

5、优选的，第二级超绝热燃烧反应盘为实体结构时，其截面结构为直孔结构、锥孔结构、文丘里式孔结构、阶梯通孔结构中的一种；

6、所述所述第二级超绝热燃烧反应盘为多孔陶瓷时，其结构为高铝陶瓷球结构、碳化硅多孔陶瓷结构中的一种。

7、优选的，旋转扰流机构包括固定在燃烧器壳体内壁上的泵轮，且泵轮位于隔板的下方，泵轮内定轴转动连接有叶轮，燃料输送管固定并连通泵轮的侧壁，隔板的中心贯穿并定轴转动连接管轴，管轴的下端同轴固定连接叶轮的上端，泵轮上表面固定有套筒，且套筒套设并定轴转动连接在管轴上，且管轴的侧壁上开设有与套筒内部相连通的小孔，燃料输送管的出气端与套筒的内部相连通。

8、优选的，隔板上开设有环形通孔，且点火杆位于环形通孔的外侧，环形通孔的内侧壁上沿圆周走向等间隔固定连接多个预混旋流板，管轴的上端周壁上沿圆周走向等间隔固定连接有多个l型支管，且l型支管的上端固定并连通燃烧喷嘴，燃烧喷嘴朝向管轴的中心轴线一侧侧壁上开设有小洞。

9、优选的，叶轮的下端同轴固定连接轴杆一，且轴杆一上套设并滑动连接有环板，轴杆一的周围沿圆周走向等间隔设置有多个重块，重块通过连杆三与轴杆一的外侧壁铰接，且重块通过连杆二与环板铰接。

10、优选的，调节机构包括固定在燃烧器壳体外侧壁上的悬臂，且悬臂上定轴转动连接有螺套，螺套内插接并螺纹连接有螺杆，螺杆上端固定连接连杆一，且连杆一贯穿并滑动连接在炉膛壁上，连杆一的上端固定连接第二级超绝热燃烧反应盘。

11、优选的，燃烧器壳体的侧壁上贯穿并定轴转动连接有与悬臂相对应的轴杆三，轴杆三的一端通过锥齿轮组与螺套传动连接，另一端同轴固定连接齿轮二，燃烧器壳体内设置有升降板，轴杆一贯穿并滑动连接在升降板上，环板通过转盘轴承定轴转动连接在升降板上，升降板底面固定有与齿轮二对应啮合连接的齿条，且齿条滑动连接在固定于燃烧器壳体内壁上的导向环中，齿条的下端通过弹簧与固定于燃烧器壳体内壁上的凸块相连接，。

12、优选的，第一级超绝热燃烧反应盘上端相适配的套设并定轴转动连接环架，环架的下端同轴固定连接齿圈，炉膛壁上贯穿并定轴转动连接轴杆二，轴杆二上端同轴固定连接齿轮一，且齿轮一与齿圈啮合连接，轴杆二下端固定有转盘。

13、优选的，第一级超绝热燃烧反应盘上端周壁上沿圆周走向等间隔开设有多个通孔一，第一级超绝热燃烧反应盘上端面上沿圆周走向等间隔开设有多个与通孔一对应并连通的通孔二，环架的周壁上开设有均可与通孔一对应的孔隙一和孔隙三，且孔隙一和孔隙三交替间隔设置，环架上端面上圆周走向等间隔开设有多个与通孔二对应的孔隙二，且孔隙二与孔隙三对应并连通。

14、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

15、1)通过设置旋转扰流机构，使得燃料输送管内部燃料气体在输送过程中的驱动旋转扰流机构对燃料和氧气进行高效快速混合均匀，以使得燃烧更加充分，并且同时驱动调节机构根据燃料输送管内部燃料的流量对第二级超绝热燃烧反应盘和第一级超绝热燃烧反应盘的距离进行自适应调节，寻找最佳燃烧高度，将火焰盘温度保持在1200-1300度，抑制氮氧化物产生。

16、2)纯氧燃烧技术结合超绝热燃烧技术，能在纯氧燃烧技术产生超低nox的同时，优化纯氧燃烧高温区集中的弊端，进一步提高燃烧器节能减排的性能，纯氧燃烧能够从根源上抑制nox的产生，但存在局部燃烧温度偏高、燃烧火焰不集中的缺点，结合超绝热燃烧技术，将让局部燃烧高温度集中到超绝热燃烧蓄热体，超绝热燃烧蓄热体将高温通过辐射更加均匀地加热物料或未燃烧燃料气。

17、3)超绝热燃烧反应盘具有导热系数高的特点，且具有较高的比表面积，火焰在第二级超绝热燃烧反应盘上燃烧时，第二级超绝热燃烧反应盘能吸收更多热量，第二级超绝热燃烧反应盘的热容量比相同体积气体的热容量大很多，用第二级超绝热燃烧反应盘代替自由空间，燃烧释热可以快速传导到第二级超绝热燃烧反应盘，并有部分热量储存在第二级超绝热燃烧反应盘中，还有部分辐射和传导给临近的固体介质，储存在第二级超绝热燃烧反应盘中的部分热量将在第二级超绝热燃烧反应盘下表面开始加热反应区下游的预混合气体或分开的燃料、氧化物，燃烧释放出来的热量被烟气带出的比重减少，更多的热量充分用于增强燃烧反应，让明显地增加燃烧器热效率。

18、4)超绝热燃烧反应盘能通过对气流的扰动，能使气体内的扩散和传热过程显著加强，燃料释放的热量高效地进入超绝热燃烧反应盘，因此反应区的温度峰值和反应后的产物温度明显降低，同时，与高导热率共存的高辐射率使得燃烧室内温度趋于均匀，避免了局部高温区的形成，能够显著削减nox的排放，该燃烧器nox排放小于20ppm。