CN111006224A - 一种废药燃烧系统、方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种废药燃烧系统，包括废药燃烧单元，废药燃烧单元具有冰洞结构，该冰洞结构内放置有废药，废药燃烧单元与尾焰处理单元连通；冰洞结构为冰材质；废药在废药燃烧单元的冰洞结构内燃烧所产生的尾焰导入尾焰处理单元，尾焰处理单元对尾焰无害化处理。药的燃烧速度由燃面和表面温度决定，发动机使用的固体推进剂（药）可以通过定型来控制燃面从而控制燃速。然而，废药都是不规则的碎块或粉状，燃面无法控制，因此本发明利用冰洞结构控制表面温度的快速上升，从而很好的控制燃速。由于废药燃烧后放出的热量如果被正反馈，温度就会上升很快，本发明采用冰洞结构燃烧废药，就是为了吸收热量，从而减少温度的上升速度，控制燃速。

Description

一种废药燃烧系统、方法及装置

技术领域

本发明涉及废药燃烧领域，尤其涉及一种废药燃烧系统、方法及装置。

背景技术

固体火箭发动机为使用固体推进剂的化学火箭发动机,其由药柱、燃烧室、喷管组件和点火装置等组成。

固体推进剂是一种具有特定性能的含能复合材料,是导弹、空间飞行器的各类固体发动机的动力源，是固体火箭发动机的动力源材料，在导弹和航天技术发展中起着重要的作用。

固体推进剂多为高分子材料，具有固化成型后老化迅速和不能长期储存的缺点，固体推进剂一旦超出存储期，若继续使用可能会酿成安全事故。此外，在固体推进剂和固体发动机研制生产过程中不可避免地会出现因种种质量问题而造成固体推进剂报废情况，同时固体发动机长期贮存和老化试验后及导弹武器服役期满后，发动机推进剂也急需安全处理。尤其是高燃速推进剂撞击、摩擦感度比其它中、低燃速的推进剂更高，危险性更大，在清理销毁操作中，稍有不慎，极易发生燃烧、爆炸等严重安全事故。因此，过期或报废的固体推进剂（俗称废药）必须得到有效处理。

基于此背景，需要研发出一种废药燃烧系统、方法及装置，以解决上述问题。

发明内容

本发明提供了一种废药燃烧系统、方法及装置，把废药放置在冰洞内燃烧，摒弃了传统的废药燃烧装置，无需把粉状废药制作成固定结构之后才放入废药燃烧装置内燃烧，具有废药处理方便的优点。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种废药燃烧系统，包括废药燃烧单元，所述废药燃烧单元具有冰洞结构，该冰洞结构内放置有废药，废药燃烧单元与尾焰处理单元连通；

所述冰洞结构为冰材质；

所述废药在废药燃烧单元的冰洞结构内燃烧所产生的尾焰导入尾焰处理单元，所述尾焰处理单元对所述尾焰无害化处理。

作为本发明的进一步改进，所述废药燃烧单元与尾焰处理单元固定连接。

作为本发明的进一步改进，所述冰洞结构为仅一侧开口的腔体，所述尾焰处理单元与废药处理单元的开口处连接。

作为本发明的进一步改进，所述废药从冰洞结构的开口放入冰洞结构的内腔，所述尾焰从冰洞结构的开口导入尾焰处理单元。

作为本发明的进一步改进，所述废药燃烧单元具有防止冰洞结构融化的保温结构。

作为本发明的进一步改进，水在制冷设备中冷冻形成所述冰洞结构。

作为本发明的进一步改进，所述水为碱性水。

一种废药燃烧方法，把废药放置在冰洞内燃烧，冰洞的洞口可接尾焰处理单元，该尾焰处理单元处理废药燃烧所产生的尾焰。

作为本发明的进一步改进，所述废药为粉状废药、碎颗粒废药、碎块废药的任一种或任几种。

作为本发明的进一步改进，在废药之间加入冰或氧化硅颗粒物介质，以控制废药的燃烧速度。

作为本发明的进一步改进，废药的周围具有冰介质，以降低整体燃烧温度。

一种废药燃烧装置，包括：用于燃烧废药的废药燃烧总成，所述废药燃烧总成包括外壳以及安装在外壳内腔的隔热体，所述隔热体的材质为冰，所述隔热体上开设有作为燃烧室的冰洞，所述废药从冰洞的洞口放置在冰洞内，所述废药在冰洞内燃烧。

作为本发明的进一步改进，所述外壳和隔热体之间还具有冷却通道，该冷却通道供冷却液流动。

作为本发明的进一步改进，所述外壳与冷却通道之间还填充有保温层。

作为本发明的进一步改进，所述废药燃烧总成还与尾焰处理总成连接，尾焰处理总成处理废药燃烧所产生尾焰。

作为本发明的进一步改进，所述尾焰处理总成具有冰处理通道，所述尾焰在冰处理通道内剧烈能量交换，以降低尾焰温度。

作为本发明的进一步改进，还包括：将所述尾焰导入尾焰处理总成的导入模块，该导入模块位于所述废药燃烧总成与尾焰处理总成之间；

所述导入模块具有导入腔，导入腔的一端与所述冰洞连通，导入腔的另一端与所述尾焰处理总成的尾焰处理腔连通。

作为本发明的进一步改进，所述导入模块包括导入本体和用于安装导入本体的导入外壳，所述导入腔开设在导入本体上，所述导入本体的材质为冰。

作为本发明的进一步改进，所述导入腔为一端大另一端小的形状，所述导入腔的大端与所述冰洞连通，导入腔的小端与所述尾焰处理总成的尾焰处理腔连通。

作为本发明的进一步改进，所述导入本体与导入外壳之间也具有冷却通道。

作为本发明的进一步改进，所述导入外壳与冷却通道之间也填充有保温层。

作为本发明的进一步改进，所述废药燃烧总成与导入模块之间、导入模块与尾焰处理总成之间均通过法兰组件固定连接。

本发明的有益效果是：

1、废药燃烧过程中，由于废药参加燃烧的表面不可控，燃速变化太大，容易引起爆燃，十分危险。本发明将废药放在冰洞内燃烧，可以大大压制废药延外壁快速燃烧，采用冰做锅燃烧废药，还能降低废药燃烧温度。

2、本发明使用冰介质作为保护层可保证金属外壳安全可靠。

3、对于细小废药（比如粉状废药或细小颗粒废药）处理时废药燃烧更为危险，本发明在废药之间加入冰块可控制废药的燃速。

4、本发明在废药周边增加冰可降低整体燃烧温度，对废药燃烧总成的挡药板耐温要求可大幅下降，保证了废药燃烧的可靠性，降低废药燃烧的运行成本。

5、药的燃烧速度由燃面和表面温度决定，发动机使用的正常固体推进剂（药）可以通过定型来控制燃面从而控制燃速。然而，废药都是不规则的碎块或粉状，燃面无法控制，因此本发明利用冰洞结构控制表面温度的快速上升，从而很好的控制燃速。由于废药燃烧后放出的热量如果被正反馈，温度就会上升很快，本发明采用冰洞结构燃烧废药，就是为了吸收热量，从而减少温度的上升速度，控制燃速。

6、由于废药的燃面非常大，把药与少量冰混合可控制废药的燃烧速度。

7、本发明在药块之间加冰可以减少冰洞结构的内腔尺寸，同时降低内腔温度的快速上升，达到减小燃速的目的。

8、废药点着以后反馈到冰上，表面温度不会上升特别快，废药是碎药，不是一个整体药块，固体火箭发动机使用的整体药块能够从其周面慢慢向中间燃烧，然而，废药由无数小块或者小颗粒或者粉末构成，一旦点燃马上无规律燃烧，容易引起爆炸。因此本发明使用冰做锅，废药燃烧后温度反馈到冰上，冰融化会促使废药燃烧温度下降，这样废药的燃速不会太快。

9、本发明的冷却通道内流动冷却液的目的，是防止冰过快融化，优选冷却液的为零下5℃～零下10℃左右的乙二醇或盐水。本发明在冷却通道和外壳之间填充保温层，也是防止冰过快融化。

10、使用本发明的废药燃烧系统，10公斤左右的废药十几秒甚至几秒结束燃烧，500公斤左右的废药不到一分钟结束燃烧。

附图说明

图1是废药燃烧系统的结构框图；

图2是废药燃烧方法的流程图；

图3是废药燃烧装置的结构示意图。

图中，1、导入腔；2、冰洞；3、隔热体；4、冷却通道；5、保温层；6、封头；7、冷却液入口；8、外壳；9、法兰组件；10、法兰盘；11、密封槽；12、冷却液出口；13、密封圈；14、导入外壳。

具体实施方式

药的燃烧速度由燃面和表面温度决定，发动机使用的正常固体推进剂（药）可以通过定型来控制燃面从而控制燃速。然而，废药都是不规则的碎块或粉状，燃面无法控制，因此本发明利用冰洞结构控制表面温度的快速上升，从而很好的控制燃速。由于废药燃烧后放出的热量如果被正反馈，温度就会上升很快，本发明采用冰洞结构燃烧废药，就是为了吸收热量，从而减少温度的上升速度，控制燃速。

实施方式一：

本实施方式提供了一种废药燃烧系统，如图1所示，包括废药燃烧单元，废药燃烧单元具有冰洞结构，该冰洞结构内放置有废药，废药燃烧单元与尾焰处理单元连通；冰洞结构为冰材质；废药在废药燃烧单元的冰洞结构内燃烧所产生的尾焰导入尾焰处理单元，尾焰处理单元对尾焰无害化处理。

废药燃烧过程中，由于废药参加燃烧的表面不可控，燃速变化太大，容易引起爆燃，十分危险。本实施方式将废药放在冰洞内燃烧，可以大大压制废药延外壁快速燃烧，采用冰做锅燃烧废药，还能降低废药燃烧温度。由于废药燃烧时会把冰洞结构的冰融化成水，为了避免水浸湿还未燃烧的废药，本实施方式优选废药通过网篮放置在冰洞结构内部，点燃废药后尾焰进入内部通道。

本实施方式的冰洞结构可以是由冰制成的任何形状，优选冰洞结构的外径大于内径的两倍，这样废药放置在冰洞结构燃烧时，才能保证废药的燃速不至于过快。

本实施方式的冰洞结构可以采用水在制冷设备中冷冻而成，冰洞结构的体积只需略大于废药体积即可，冰洞结构的内径不必过大，避免造成冰材质的浪费。

本实施方式的尾焰处理单元可以是任何尾焰处理模块，只要能处理废药燃烧的尾焰即可。为了达到尾焰处理单元的绿色环保处理，优选尾焰处理单元包括大冰块，大冰块开设内部通道，尾焰在内部通道进行无害化处理。内部通道贯通整个大冰块，内部通道由一个第一通道、一个第二通道和多个第三通道组成，多个第三通道平行设置；第二通道为锥形通道，第一通道的末端与第二通道的小端顺接，每个第三通道均与第二通道的大端连通；冰洞结构燃烧废药所产生的尾焰在第一通道与冰直接接触一次降温后进入第二通道继续与冰直接接触二次降温，二次降温后的燃烧产物在第二通道的大端与冰碰撞后分流至多个第三通道与冰直接接触三次降温，最后从第三通道的末端排出。第三通道采用一个外切圆同时外切，该外切圆的直径≤第二通道的大端直径。

优选大冰块由N个小冰块拼接而成，所有小冰块统一沿内部通道的长度方向拼接；所有冰块的横截面均为方形或圆形。N个小冰块由X个第一冰块、Y个第三冰块和N-X-Y个第二冰块组成，N-X-Y个第二冰块位于X个第一冰块和Y个第三冰块之间；X个第一冰块拼接后形成第一通道，N-X-Y个第二冰块拼接后形成第二通道，Y个第三冰块拼接后形成第三通道；其中，X＞1，Y＞1，N-X-Y≥1。小冰块采用碱性水冷冻而成，碱性水先装入冷冻模具再放入冷却装置冷冻成冰。

提前将水冷冻成大冰块，无害化处理时在大冰块的内部通道进行尾焰降温，该大冰块为尾焰的降温提供了所需的水，不仅可以减少冷却尾焰所需的耗水量，还可以简化尾焰处理装置，降低尾焰处理成本。由于尾焰从锥形通道的小端流至大端，会降低尾焰的流速，另外尾焰在锥形通道的末端与冰碰撞也会降低燃烧产物的流速，本实施方式将锥形通道的长度设置成最短，便于控制尾焰的流速。

由于尾焰最初进入内部通道的温度较高（一般为3000℃，最高温度可达3500℃），本实施方式将第一通道径向尺寸只需略大于第三通道的径向尺寸，这样第一通道所处位置的冰比其他位置较厚，更利于尾焰在第一通道内快速降温。由于尾焰在第二通道与第三通道的交汇处分流，本实施方式使用外切圆的直径不大于第二通道的大端直径，更利于尾焰的分流。由于废药燃烧时产生的尾焰温度不低于3000℃，在内部通道处理后的排放物温度大致在100℃左右，这就要求大冰块的高度超过1m、长度超过3m。考虑到大冰块的尺寸较大，不便于制造，本实施方式的大冰块由N个小冰块拼接而成，每个小冰块都开设有通道，所有小冰块的通道拼接成内部通道。

优选废药燃烧单元与尾焰处理单元固定连接。这样废药处理单元与尾焰处理单元能固定成一个整体，更便于使用。

优选冰洞结构为仅一侧开口的腔体，尾焰处理单元与废药处理单元的开口处连接。废药从冰洞结构的开口放入冰洞结构的内腔，尾焰从冰洞结构的开口导入尾焰处理单元。本实施方式冰洞结构的一侧开口，其余侧封闭，一侧的开口和尾焰处理单元连接，这样废药燃烧时尾焰只能顺着尾焰处理单元的内部通道从尾焰处理单元的出口排出，保证了尾焰的无害化处理。

为了防止冰洞结构在废药燃烧之前或废药燃烧过程中过快融化，在本实施方式中，废药燃烧单元具有防止冰洞结构融化的保温结构。优选水在制冷设备中冷冻形成冰洞结构。当然优选水为碱性水。本实施方式选用碱性水作为冷冻成冰洞结构的原料，碱性物质与尾焰直接接触时，碱性物质与尾焰中的固体粒子、氯化氢发生反应，提高尾焰的处理效率，避免固体粒子、氯化氢对环境造成污染，无害化处理效果显著。另外，碱性水也使得废药处理单元具有初步的尾焰处理功能，使废药处理单元既具有废药燃烧功能，也具有尾焰初处理功能。

实施方式二：

本实施方式公开了一种废药燃烧方法，如图2所示，把废药放置在冰洞内燃烧，冰洞的洞口可接尾焰处理单元，该尾焰处理单元处理废药燃烧所产生的尾焰。废药为粉状废药、碎颗粒废药、碎块废药的任一种或任几种。具体地，废药可以是单独的粉状废药、碎颗粒废药或碎块废药，当然也可以是粉状废药与碎颗粒废药的混合药、碎颗粒废药和碎块废药的混合药、粉状废药和碎块废药的混合药、粉状废药、碎颗粒废药和碎块废药的混合药等等。

需要重点说明的是，由于废药没有固定的形状，为了避免废药过快燃烧，本实施方式在废药之间加入少量的冰，以控制废药的燃烧速度。废药的周围具有冰介质，以降低整体燃烧温度。由于废药的燃面非常大，把药与少量冰混合可控制废药的燃烧速度。

废药燃烧过程中，由于废药参加燃烧的表面不可控，燃速变化太大，容易引起爆燃，十分危险。本实施方式将废药放在冰洞内燃烧，可以大大压制废药延外壁快速燃烧，采用冰做锅燃烧废药，还能降低废药燃烧温度。本实施方式在药块之间加冰可以减少冰洞结构的内腔尺寸，同时降低内腔温度的快速上升，达到减小燃速的目的。

本实施方式使用冰介质作为保护层可保证金属外壳安全可靠。

对于细小废药（比如粉状废药或细小颗粒废药）处理时废药燃烧更为危险，本实施方式在废药之间加入冰块可控制废药的燃速。

本实施方式在废药周边增加冰可降低整体燃烧温度，对废药燃烧总成的挡药板耐温要求可大幅下降，保证了废药燃烧的可靠性，降低废药燃烧的运行成本。

废药点着以后反馈到冰上，表面温度不会上升特别快，废药是碎药，不是一个整体药块，固体火箭发动机使用的整体药块能够从其周面慢慢向中间燃烧，然而，废药由无数小块或者小颗粒或者粉末构成，一旦点燃马上无规律燃烧，容易引起爆炸。因此本实施方式使用冰做锅，废药燃烧后温度反馈到冰上，冰融化会促使废药燃烧温度下降，这样废药的燃速不会太快。

实施方式三：

本实施方式公开了一种废药燃烧装置，如图3所示，包括：用于燃烧废药的废药燃烧总成，废药燃烧总成包括外壳8以及安装在外壳8内腔的隔热体3，隔热体3的材质为冰，隔热体3上开设有作为燃烧室的冰洞2，废药从冰洞2的洞口放置在冰洞2内，废药在冰洞2内燃烧。

外壳8和隔热体3之间还具有冷却通道4，该冷却通道4供冷却液流动。本实施方式的冷却通道4内流动冷却液的目的，是防止冰过快融化，优选冷却液的为零下5℃～零下10℃左右的乙二醇或盐水。外壳8与冷却通道4之间还填充有保温层5。本实施方式在冷却通道4和外壳8之间填充保温层5，也是防止冰过快融化。

考虑到尾焰的无害化处理，在本实施方式中，废药燃烧总成还与尾焰处理总成连接，尾焰处理总成处理废药燃烧所产生尾焰。尾焰处理总成具有冰处理通道，尾焰在冰处理通道内剧烈能量交换，以降低尾焰温度。

为了提高尾焰在尾焰处理总成内处理的速度和效果，本实施方式的废药燃烧装置除了包括废药燃烧总成之外，还包括将尾焰导入尾焰处理总成的导入模块，该导入模块位于废药燃烧总成与尾焰处理总成之间；导入模块具有导入腔1，导入腔1的一端与冰洞2连通，导入腔1的另一端与尾焰处理总成的尾焰处理腔连通。

导入模块包括导入本体和用于安装导入本体的导入外壳14，导入腔1开设在导入本体上，导入本体的材质为冰。导入腔1为一端大另一端小的形状，导入腔1的大端与冰洞2连通，导入腔1的小端与尾焰处理总成的尾焰处理腔连通。

导入本体与导入外壳14之间也具有冷却通道4。导入外壳14与冷却通道4之间也填充有保温层5。导入本体与导入外壳14之间的冷却通道4和保温层5，也是为了保护导入本体过快融化。

优选废药燃烧总成与导入模块之间、导入模块与尾焰处理总成之间均通过法兰组件9固定连接。

Claims (22)

1.一种废药燃烧系统，其特征在于，包括废药燃烧单元，所述废药燃烧单元具有冰洞结构，该冰洞结构内放置有废药，废药燃烧单元与尾焰处理单元连通；

所述冰洞结构为冰材质；

所述废药在废药燃烧单元的冰洞结构内燃烧时所产生的尾焰导入尾焰处理单元，所述尾焰处理单元对所述尾焰无害化处理。

2.根据权利要求1所述的废药燃烧系统，其特征在于，所述废药燃烧单元与尾焰处理单元固定连接。

3.根据权利要求1或2所述的废药燃烧系统，其特征在于，所述冰洞结构为仅一侧开口的腔体，所述尾焰处理单元与废药处理单元的开口处连接。

4.根据权利要求1或2所述的废药燃烧系统，其特征在于，所述废药从冰洞结构的开口放入冰洞结构的内腔，所述尾焰从冰洞结构的开口导入尾焰处理单元。

5.根据权利要求4所述的废药燃烧系统，其特征在于，所述废药燃烧单元具有防止冰洞结构融化的保温结构。

6.根据权利要求4所述的废药燃烧系统，其特征在于，水在制冷设备中冷冻形成所述冰洞结构。

7.根据权利要求6所述的废药燃烧系统，其特征在于，所述水为碱性水。

8.一种废药燃烧方法，其特征在于，把废药放置在冰洞内燃烧，冰洞的洞口可接尾焰处理单元，尾焰处理单元处理废药燃烧所产生的尾焰。

9.根据权利要求8所述的废药燃烧方法，其特征在于，所述废药为粉状废药、碎颗粒废药、碎块废药的任一种或任几种。

10.根据权利要求8或9所述的废药燃烧方法，其特征在于，在废药之间加入冰介质，以控制废药的燃烧速度。

11.根据权利要求8或9所述的废药燃烧方法，其特征在于，废药的周围具有冰介质，以降低整体燃烧温度。

12.一种废药燃烧装置，其特征在于，包括：用于燃烧废药的废药燃烧总成，所述废药燃烧总成包括外壳（8）以及安装在外壳（8）内腔的隔热体（3），所述隔热体（3）的材质为冰，所述隔热体（3）上开设有作为燃烧室的冰洞（2），所述废药从冰洞（2）的洞口放置在冰洞（2）内，所述废药在冰洞（2）内燃烧。

13.根据权利要求12所述的废药燃烧装置，其特征在于，所述外壳（8）和隔热体（3）之间还具有冷却通道（4），该冷却通道（4）供冷却液流动。

14.根据权利要求13所述的废药燃烧装置，其特征在于，所述外壳（8）与冷却通道（4）之间还填充有保温层（5）。

15.根据权利要求12所述的废药燃烧装置，其特征在于，所述废药燃烧总成还与尾焰处理总成连接，尾焰处理总成处理废药燃烧所产生尾焰。

16.根据权利要求15所述的废药燃烧装置，其特征在于，所述尾焰处理总成具有冰处理通道，所述尾焰在冰处理通道内剧烈能量交换，以降低尾焰温度。

17.根据权利要求15或16所述的废药燃烧装置，其特征在于，还包括：将所述尾焰导入尾焰处理总成的导入模块，该导入模块位于所述废药燃烧总成与尾焰处理总成之间；

所述导入模块具有导入腔（1），导入腔（1）的一端与所述冰洞（2）连通，导入腔（1）的另一端与所述尾焰处理总成的尾焰处理腔连通。

18.根据权利要求17所述的废药燃烧装置，其特征在于，所述导入模块包括导入本体和用于安装导入本体的导入外壳（14），所述导入腔（1）开设在导入本体上，所述导入本体的材质为冰。

19.根据权利要求18所述的废药燃烧装置，其特征在于，所述导入本体与导入外壳（14）之间也具有冷却通道（4）。

20.根据权利要求19所述的废药燃烧装置，其特征在于，所述导入外壳（14）与冷却通道（4）之间也填充有保温层（5）。

21.根据权利要求17所述的废药燃烧装置，其特征在于，所述导入腔（1）为一端大另一端小的形状，所述导入腔（1）的大端与所述冰洞（2）连通，导入腔（1）的小端与所述尾焰处理总成的尾焰处理腔连通。

22.根据权利要求17所述的废药燃烧装置，其特征在于，所述废药燃烧总成与导入模块之间、导入模块与尾焰处理总成之间均通过法兰组件（9）固定连接。

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