本发明涉及燃气混合器，具体涉及一种基于加热炉尾气余热利用的多元燃气掺混装置。
背景技术：
1、在加热炉领域，将不同组分的燃气进行掺混使用已成为一种常见燃料利用方式。掺混燃气通过结合各燃气组分的燃烧特性可以优化燃烧过程，一方面提高能源利用效率，另一方面还能减少污染物排放。其次，通过掺混价格不同的燃气可以灵活调控生产成本，特别是在某些燃气价格昂贵或供应有限的情况下，通过混合使用廉价燃气可以有效降低成本。另外，某些燃气在高纯度时可能具有较高的危险性，通过混合其他燃气可以降低其危险性。
2、若掺混燃气混合不均会导致燃烧不充分不稳定、污染物排放增加、加热炉受到损伤，燃爆安全风险的上升。因此，燃气掺混装置对于加热炉利用掺混燃气至关重要。目前，燃气混合方式主要分为自由混合和搅拌混合两种。自由混合是通过将不同燃气通入混合气罐，在燃气的扩散运动下自由混合。由于燃气密度差异，存在较轻的燃气上浮，而较重的燃气下沉的分层问题，导致混合效果不佳。自由混合的混合速度较慢、效率低，难以应用于大型燃气混合场景。搅拌混合是工业上通常采用的方式，需在混合气罐中安装搅拌机构与动力系统，通过动力系统驱动搅拌机构运动以搅动燃气实现混合，搅拌混合方式虽然能提高混合效率，但所需的搅拌机构和动力系统的一方面增加了装置的体积与成本，另一方面在使用过程中还伴随着大量能耗，且搅拌机构无法充分搅动底部、顶部和局部角落处的燃气，可能导致混合不够充分均匀。
技术实现思路
1、为克服上述问题，实现低成本、低能耗的高效燃气掺混，提高加热炉产线中燃气掺混的质量与效率，本发明提出一种基于加热炉尾气余热利用的多元燃气掺混装置。
2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
3、一种基于加热炉尾气余热利用的多元燃气掺混装置，包括壳体1，壳体1内设置加热腔3、混合腔4、漏斗状结构部，加热腔3包裹混合腔4底部和下部侧壁，混合腔4顶部设置漏斗状结构部；
4、加热腔3内部空心，加热腔3底部开设通孔，小密度燃气管道8穿过该通孔，小密度燃气管道8一端连接小密度燃气气源，另一端连接小密度燃气配气盘81，小密度燃气配气盘81位于混合腔4底部，小密度燃气配气盘81中轴线与混合腔4中轴线重合，小密度燃气配气盘81上设置若干出气孔ⅰ；
5、加热腔3侧面下部开设通孔，中密度燃气管道9穿过该通孔，中密度燃气管道9一端连接中密度燃气气源，另一端的中密度燃气管道9为盘管，设置在加热腔3内部，中密度燃气管道9的出口连接中密度燃气配气盘91，中密度燃气配气盘91设置在混合腔4底部，中密度燃气配气盘(91)中轴线与混合腔4中轴线重合，中密度燃气配气盘91上设置若干出气孔ⅱ；
6、加热腔3侧面中密度燃气管道9通孔的上面设置另一通孔，大密度燃气管道7穿过该通孔，大密度燃气管道7一端连接大密度燃气气源，另一端的大密度燃气管道7为盘管，设置在加热腔3内部，大密度燃气管道7的出口连接大密度燃气配气盘71，大密度燃气配气盘71设置在混合腔4的侧壁上，大密度燃气配气盘71中轴线与混合腔4中轴线重合，大密度燃气配气盘71上设置若干出气孔ⅲ；
7、加热腔3底部设置尾气入口5，尾气入口5与加热腔3内部空心联通，加热腔3侧面设置尾气出口6；
8、漏斗状结构部顶部设置掺混燃气出口13。
9、所述出气孔ⅰ为0～70°向外背离混合腔4中轴线的通孔；出气孔ⅱ为20～70°向内指向混合腔4中轴线的通孔；出气孔ⅲ为水平夹角-80～80°向内指向混合腔4中轴线的通孔。
10、所述中密度燃气配气盘91的外径小于混合腔4的内径，小密度燃气配气盘81的外径小于中密度燃气配气盘91的内径。
11、所述混合腔4上部及其顶部的漏斗状结构部内设置多孔介质12；所述多孔介质12从下往上孔隙率由小变大。
12、所述加热腔3、混合腔4、漏斗状结构部外壁面包裹保温层2。
13、所述小密度燃气管道8、中密度燃气管道9、大密度燃气管道7入口处设有电子流量计和单向节流阀。
14、所述掺混燃气出口13处设置气体传感器14，属于常规市购产品，用于采集并输出混合燃气的压强、温度、组分和流量参数等，并传输给外部控制器，外部控制器根据得到的信息，结合工况要求、安全要求等，对小密度燃气管道8、中密度燃气管道9、大密度燃气管道7入口上的单向节流阀做实时流量调整。
15、本发明通过多层复杂环绕布置的大密度燃气管道、中密度燃气管道促进大密度燃气和中密度燃气受加热炉尾气充分加热，提高燃气温度，强化燃气扩散运动，改善燃气混合效果。
16、本发明通过对混合腔底部及下部侧壁面进行加热，有助于沉积在混合腔底部的大密度燃气组分受热升温膨胀上升，以实现更佳的混合效果，为燃气的上升运动提供动力。
17、本发明通过交错相对喷出的燃气形成对流碰撞混合。
18、本发明通过在混合腔顶部漏斗状结构部内设置多孔介质，缩小截面面积提高混合燃气流速，强化燃气湍流特性，促进燃气混合，并通过多孔介质对流场的扰动进一步强改善混合效果。
19、本发明通过在混合腔顶部设置多层多孔介质，孔隙率从下往上由小变大，在混合燃气进入混合腔顶部漏斗状收束大孔隙率多孔介质区域下方设置小孔隙率多孔介质进行预混，改善燃气倾向于从多孔介质与壁面间通过而造成的混合不均问题。
20、本发明掺混燃气出口管道内布置有气体传感器，外连接外部控制器。
21、本发明加热层的热量由高温加热炉尾气提供，加热炉尾气通过尾气入口进入加热腔，对燃料管道、混合腔底部和下部侧壁加热后通过尾气出口排出，无需为加热混合燃气改善掺混效果而耗费额外的能源，还更好地利用了加热炉尾气中的余热。
22、本发明混合腔底部受到加热腔的加热，配合配气盘的喷气特性及燃气燃料的预热，克服了燃气密度差异导致的分层问题，能实现多种燃气在混合腔下部对流碰撞混合上升，并在顶部漏斗状收束多孔介质内，在加速湍流状态下受到扰动进一步混合，通过非动力驱动搅拌混合的方式得到混合效果均匀优异的掺混燃气。
1.一种基于加热炉尾气余热利用的多元燃气掺混装置，其特征在于，包括壳体(1)，壳体(1)内设置加热腔(3)、混合腔(4)、漏斗状结构部，加热腔(3)包裹混合腔(4)底部和下部侧壁，混合腔(4)顶部设置漏斗状结构部；
2.根据权利要求1所述基于加热炉尾气余热利用的多元燃气掺混装置，其特征在于，所述出气孔ⅰ为0～70°向外背离混合腔(4)中轴线的通孔；出气孔ⅱ为20～70°向内指向混合腔(4)中轴线的通孔；出气孔ⅲ为水平夹角-80～80°向内指向混合腔(4)中轴线的通孔。
3.根据权利要求1所述基于加热炉尾气余热利用的多元燃气掺混装置，其特征在于，所述中密度燃气配气盘(91)的外径小于混合腔(4)的内径，小密度燃气配气盘(81)的外径小于中密度燃气配气盘(91)的内径。
4.根据权利要求1所述基于加热炉尾气余热利用的多元燃气掺混装置，其特征在于，所述混合腔(4)上部及其顶部的漏斗状结构部内设置多孔介质(12)。
5.根据权利要求4所述基于加热炉尾气余热利用的多元燃气掺混装置，其特征在于，所述多孔介质(12)从下往上孔隙率由小变大。
6.根据权利要求1所述基于加热炉尾气余热利用的多元燃气掺混装置，其特征在于，所述加热腔(3)、混合腔(4)、漏斗状结构部外壁面包裹保温层(2)。
7.根据权利要求1所述基于加热炉尾气余热利用的多元燃气掺混装置，其特征在于，所述小密度燃气管道(8)、中密度燃气管道(9)、大密度燃气管道(7)入口处设有电子流量计和单向节流阀。
8.根据权利要求1所述基于加热炉尾气余热利用的多元燃气掺混装置，其特征在于，所述燃气出口(13)设置气体传感器(14)。
