CN112128746A - 一种新型随机堆积结构尾流燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型随机堆积结构尾流燃烧器，包括燃烧腔，燃烧腔的底部连接气体混合管道，在燃烧腔内自下往上依次为气体回流区域、两层泡沫陶瓷和堆积室，在燃烧腔内的底部设置有拉西环，通过拉西环支撑2层泡沫陶瓷，且形成气体回流区域；堆积室内随机堆积着含硅氧化铝小球形成多孔介质层，含硅氧化铝小球提高了燃烧速率且降低了燃烧过程中回火现象。
Description
技术领域
本发明属于尾流燃烧器可视化试验台装置，尤其是一种新型随机堆积结构尾流燃烧器。
背景技术
随着科技经济的发展，我国能源消耗量愈来愈大，同时给环境造成的污染也愈来愈严重。其中燃料燃烧是能源主要获得方式之一，因此减少燃烧排放和增大燃烧效率成了节能减排战略的两大主要挑战。多孔介质燃烧，是一种在燃烧装置中填充多孔介质的高效低污染的新型燃烧方式，也称为“过滤燃烧”[王波,薛国程,张龙,商庆垄.惰性多孔介质中预混燃烧的研究进展[J].节能技术,2019,37(03):231-238.]。多孔介质是指内部含有许多微小孔洞，孔洞之间具有一定程度的连通性，在一定条件下，流体可以通过微小孔洞进行流动的固体介质。其孔隙结构类型多种多样，相互连通的关系相当复杂，复杂的孔隙结构对多孔介质的结构特性、力学性质和其中流体介质的流动等特性起到了决定性的作用，进而影响多孔介质的使用价值[李晓平.地下油气渗流力学[M].出版社:石油工业出版社,2008.]。
而加入多孔介质的燃烧器由于对流，导热和辐射三种换热方式的存在，使燃烧区域温度趋于均匀，保持较平稳的温度梯度。在燃烧稳定的同时还具有较高的容积热强度。与自由空间燃烧相比，预混气体在多孔介质中的燃烧具有功率密度大，调节范围广，污染物排放低和结构紧凑等优点。
多数用于预混燃烧的多孔介质燃烧器仍存在缺陷：
1)结构复杂，无法随时更改安装部件，存在安全隐患；
2)无法轻易改变堆积结构的孔隙率，对多孔介质的孔隙研究欠缺；
3)火焰燃烧温度过高时，无法立即冷却，影响实验的二次研究。
综上所述，需要对燃烧器进行完善。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，提出了一种新型随机堆积结构尾流燃烧器，经过两层泡沫陶瓷的预混气体通过低孔隙率的Al2O3堆积小球可进一步有效减少回火现象的发生；降低了高温带来的实验误差。
本发明所采用的技术方案如下：
一种新型随机堆积结构尾流燃烧器，包括燃烧腔，燃烧腔的底部连接气体混合管道，在燃烧腔内自下往上依次为气体回流区域、两层泡沫陶瓷和堆积室，在燃烧腔内的底部设置有拉西环，通过拉西环支撑2层泡沫陶瓷，且形成气体回流区域；堆积室内堆积有含硅氧化铝小球形成多孔介质层，含硅氧化铝小球提高了燃烧速率且降低了燃烧过程中回火现象。
进一步，燃烧腔是由支撑钢板和石英玻璃外壁组成，石英玻璃外壁为圆筒状；石英玻璃外壁固定安装在支撑钢板上部，支撑钢板上开有进气孔，气体混合管道的顶部与支撑钢板下表面的进气孔相对设置并焊接连接为一体。
进一步，所述气体混合管道与燃烧腔内部连通，且连接处为进气口，且进气口处还设有双极轴向旋流器。
进一步，所述2层泡沫陶瓷均为SiC泡沫陶瓷，且自下往上2层泡沫陶瓷的孔隙率分别是35.6％和56.8％。
进一步，含硅氧化铝小球的直径为5mm，孔容为0.58ml/g，比表面积为256m2/g，集中孔径4.0-10.0nm，堆积密度估计为0.68g/ml。
进一步，在气体混合管道的进口端还设有冷却剂进口，通过调节冷却剂的喷射流量，可对堆积结构进行快速冷却。
本发明的有益效果：
本发明所设计的燃烧器通过在燃烧室内设置气体回流区域可以能够稳定进入的气体，增加气体的停留时间，有利于提高燃烧完全度。混合气体依次经过两层不同孔隙率的泡沫陶瓷，一方面可使气体形成湍流，发展更加均匀，另一方面泡沫陶瓷可以使燃烧室温度分布更加均匀，同时也可以提高燃烧稳定性，提高火焰速度，拓宽可燃当量比极限范围，故适用于低热值燃料，使得固体燃料燃烧时更加充分。由于泡沫陶瓷对气体流动的阻碍作用，所以泡沫陶瓷对防止回火具有很大帮助。
经过两层泡沫陶瓷的预混气体通过低孔隙率的Al2O3堆积小球可进一步有效减少回火现象的发生；降低了高温带来的实验误差。本发明所设计的燃烧器部件构建简单，可随时更换零部件。
附图说明
图1是本发明燃烧器结构示意图；
图2是上平板部结构示意图；
图3是进气端的结构示意图；
图中，1、石英玻璃外壁；2、上平板；3、支撑钢板；4、下表面；5、双极轴向旋流器；6、气体混合管道；7、拉西环；8、SiC泡沫陶瓷；9、Al2O3小球；10、软管；11、宝塔头；12、燃气进口；13、氧化剂进口；14、冷却剂进口。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示的一种新型随机堆积结构尾流燃烧器，包括燃烧腔，燃烧腔是由上平板2、石英玻璃外壁1构成；其中，石英玻璃外壁1为圆筒状且固定安装在上平板2的上表面，上平板2底部还设有支撑钢板3，上平板2和支撑钢板3之间通过螺栓固定连接；支撑钢板3的下表面4涂有隔热涂层。在支撑钢板3上开有进气口，支撑钢板3的底部与气体混合管道6固定连接；气体混合管道6如图2和3所示，在气体混合管道6的底部通过螺纹连接软管接头10，软管接头10通过螺纹与宝塔头11连接，宝塔头11上设有燃气进口12、氧化剂进口13和冷却剂进口14。
为了使得气体混合管道6内的气体混合均匀后再进入燃烧腔，故在支撑钢板3的进气口内装有双极轴向旋流器5。
在燃烧腔内底部的支撑钢板3上环绕石英玻璃外壁1的内壁均匀布置4个拉西环7，拉西环7的外径为0.8cm，内径为0.5cm，高度为1cm；在拉西环7的上部叠放有两层SiC泡沫陶瓷8，SiC泡沫陶瓷8为直径50mm，高20mm的圆柱体；自下往上的2块SiC泡沫陶瓷8的孔隙率的分别是35.6％和56.8％；SiC泡沫陶瓷8具有较高的表面发射率和良好的热震稳定性，混合气体依次经过两层不同孔隙率的泡沫陶瓷，一方面可使气体形成湍流，发展更加均匀，另一方面泡沫陶瓷可以使燃烧室温度分布更加均匀，同时也可以提高燃烧稳定性，提高火焰速度，拓宽可燃当量比极限范围，故适用于低热值燃料，使得固体燃料燃烧时更加充分。由于泡沫陶瓷对气体流动的阻碍作用，所以泡沫陶瓷对防止回火具有很大帮助。在SiC泡沫陶瓷8的上部为堆积室，在堆积室内填充有直径5mm的Al2O3小球9；由于Al2O3小球9的堆积，在SiC泡沫陶瓷8上方形成多孔介质层。
堆积室采用的是含硅氧化铝小球，一般而言，当含硅氧化铝小球的孔容和比表面积较大时，往往引起堆积密度的降低，该氧化铝小球含27.5％SiO，其物化性质为孔容0.58ml/g，比表面积256m2/g，集中孔径4.0-10.0nm，机械强度85N/粒，堆积密度估计为0.68g/ml，本发明选用的颗粒直径为5mm。Al2O3的多孔介质耐高温不易变形，具有极强的蓄热能力，提高了燃烧速率的同时还可使燃料完全燃烧。可通过单个小球从受热到冷却全程的温度分布云图，研究小球的传热与蓄热特性。其较低的孔隙率也有效降低了燃烧过程中回火现象的发生。
由于采用的是蓄热能力较强的含硅氧化铝小球，多孔介质燃烧试验次数多且连续，随着燃气流量的增大，在燃空当量比较大的情况下，小球温度会高达500-800K，较高的温度严重影响二次试验数据的准确性，因此，增加的冷却剂喷口，可在每次实验结束后，通过调节冷却剂的喷射流量，可达到堆积结构快速冷却的作用，常用的气体冷却剂有二氧化碳、氦气等。有效减少实验带来的数据误差。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种新型随机堆积结构尾流燃烧器，其特征在于，包括燃烧腔，燃烧腔的底部连接气体混合管道(6)，在燃烧腔内自下往上依次为气体回流区域、两层泡沫陶瓷和堆积室，在燃烧腔内的底部设置有拉西环(7)，通过拉西环(7)支撑2层泡沫陶瓷，且形成气体回流区域；堆积室内堆积有含硅氧化铝小球形成多孔介质层，含硅氧化铝小球提高了燃烧速率且降低了燃烧过程中回火现象。
2.根据权利要求1所述的一种新型随机堆积结构尾流燃烧器，其特征在于，燃烧腔是由支撑钢板(3)和石英玻璃外壁(1)组成，石英玻璃外壁(1)为圆筒状；石英玻璃外壁(1)固定安装在支撑钢板(3)上部，支撑钢板(3)上开有进气孔，气体混合管道(6)的顶部与支撑钢板(3)下表面的进气孔相对设置并焊接连接为一体。
3.根据权利要求1所述的一种新型随机堆积结构尾流燃烧器，其特征在于，所述气体混合管道(6)与燃烧腔内部连通，且连接处为进气口，且进气口处还设有双极轴向旋流器(5)。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种新型随机堆积结构尾流燃烧器，其特征在于，所述2层泡沫陶瓷均为SiC泡沫陶瓷，且自下往上2层泡沫陶瓷的孔隙率分别是35.6％和56.8％。
5.根据权利要求4所述的一种新型随机堆积结构尾流燃烧器，其特征在于，含硅氧化铝小球的直径为5mm，孔容为0.58ml/g，比表面积为256m2/g，集中孔径4.0-10.0nm，堆积密度估计为0.68g/ml。
6.根据权利要求4所述的一种新型随机堆积结构尾流燃烧器，其特征在于，在气体混合管道(6)的进口端还设有冷却剂进口(14)，通过调节冷却剂的喷射流量，可对堆积结构进行快速冷却。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20201225 |