CN112468060B - 一种基于液体燃料多孔介质燃烧的热光伏发电系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于液体燃料多孔介质燃烧的热光伏发电系统，包括多孔介质燃烧器、热光伏电池，所述热光伏电池安装在所述多孔介质燃烧器上端外壁上，燃油预热催化管和空气进气预热管组成的双管道预热系统依次缠绕在热光伏电池和多孔介质燃烧器的外壁上后分别进入所述多孔介质燃烧器中进行点火燃烧，所述热光伏电池连接发电机和IV测试系统。本发明通过预热管道缠绕在燃烧器外壁与热光伏电池的设计，一方面预热管道吸收热光伏电池由于燃烧器反应产生的高温提高自身的预热效率，同时也改善热光伏电池发电效率；另一方面可以降低多孔介质燃烧器的热量散失。
Description
技术领域
本发明属于热光伏发电技术领域，尤其涉及一种基于液体燃料多孔介质燃烧的热光伏发电系统及方法。
背景技术
多孔介质燃烧作为一种新型燃烧方式逐步在工程运用中推广，与传统的燃烧方式比较，多孔介质燃烧器具有贫燃极限宽，燃烧效率高，壁面温度分布均匀，污染物排放低等优点，特别是通过多孔骨架的导热和辐射传热，可以充分利用预混气体燃烧产生的部分热量从下游的高温区传递到上游的低温区实现新鲜燃料的预热。由于多孔介质的孔隙率比较大，具有较好的蓄热能力，在提高燃烧效率的同时，有助于增强燃烧的稳定性。同时，良好的换热特性促使多孔介质中的燃烧区域温度迅速传递，温度梯度较小，辐射光谱稳定有助于提高热光伏电池发电效率。
由于对低排放能源的需求越来越大，推动了对可再生能源技术(如太阳能和化石燃料)有效利用的研究，在过去的几十年里，太阳能的利用效率、可靠性和成本都得到了巨大的提高。而光伏研究推进了热光伏电池的发展，光伏发电的辐射源是太阳，太阳表面的温度很高，一般可以达到5500℃，而用于热光伏发电系统的辐射源很多，一般是燃烧器的外表面，所以热光伏系统的主要挑战是在燃烧器附近获得高稳定和均匀的温度，以便连续运行，解决这一问题的最佳途径之一就是利用多孔介质燃烧器来稳定火焰。
由于受到石油资源、价格、环保和全球气候变化的影响，20世纪70年代以来，许多国家逐渐开始注重生物燃料的发展，并取得了显著的效果。而我国生物燃料也取得了进一步发展，目前生物柴油和乙醇燃料是应用最广泛的两种生物燃料，生物燃料具有多样性、物质性、可循环性和环保性的优点，但是生物燃料技术生产工艺仍需提高。生物燃料与普通柴油相比，存在黏度高、雾化性能和低温流动性能差等缺点，所以生物燃料点燃困难，
发明内容
针对背景技术存在的问题，本发明采用双管道提前预热技术，将生物燃料提前雾化，在预混室内与空气更易形成可燃混合气，降低点燃难度提高燃烧效率。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于液体燃料多孔介质燃烧的热光伏发电系统，包括多孔介质燃烧器、热光伏电池，所述热光伏电池安装在所述多孔介质燃烧器上端外壁上，燃油预热催化管和空气进气预热管组成的双管道预热系统依次缠绕在热光伏电池和多孔介质燃烧器的外壁上后分别进入所述多孔介质燃烧器中进行点火燃烧，所述热光伏电池连接发电机和IV测试系统。
进一步，所述燃油预热催化管前端设置储油箱，储油箱中设置电动燃油泵，所述电动燃油泵连接燃油预热催化管，所述燃油预热催化管上设有安全溢流阀，空气压缩机依次连接常压空气干燥器和质量流量计后连接所述空气进气预热管。
进一步，所述多孔介质燃烧器包括内筒，所述内筒上部设有大孔径多孔介质燃烧层，下部设有小孔径多孔介质燃烧层，所述小孔径多孔介质燃烧层下部依次设有多孔阻火板和预混蒸发室，所述下部预混蒸发室内嵌入脉冲点火器进行点火，燃油通过设置在预混蒸发室底部的燃油喷射器喷射进入所述多孔介质燃烧器中，空气进气预热管末端设有控制阀，由所述控制阀控制进入预混蒸发室内的空气进气量，燃油喷射器两侧设有空气进气口。
进一步，所述大孔径多孔介质燃烧层采用13mm陶瓷小球，下半部分的小孔径多孔介质燃烧层采用3mm陶瓷小球，将氧化铒材料浸渍于陶瓷小球表面，防止回火的多孔阻火板采用60ppi泡沫陶瓷板，内筒采用石英玻璃材料。
进一步，缠绕在热光伏电池外侧的燃油预热催化管和空气进气预热管之间设有散热器，缠绕在多孔介质燃烧器下部外侧的燃油预热催化管和空气进气预热管外侧设有保温层。
进一步，所述燃油预热催化管采用翅片式预热管道，所述预热管道中翅片上附着六铝酸盐或者钙钛矿类催化剂。
进一步，燃油喷射器选用针阀型喷射器。
进一步，热光伏电池选用Ⅲ-Ⅴ族半导体材料电池。
本发明还提供一种基于液体燃料多孔介质燃烧的热光伏发电系统的发电方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.在电动燃油泵的带动下，将燃油从油箱中抽出，经过过滤器过滤去杂质，再经由安全溢流阀送入预热管道，预热后由燃油喷射器喷入预混室；
S2.空气压缩机压缩空气经由常压空气干燥器、质量流量计，由空气进入预热管道经过预热后由控制阀控制从空气进入口喷入预混蒸发室；
S3.燃气与空气在预混室内充分混合后，用脉冲点火器对混合气体进行点火，在多孔介质燃烧器内燃烧；
S4.热光伏电池通过吸收多孔介质燃烧器中燃烧热辐射光谱发电，同时燃油预热催化管吸收热光伏电池由于反应产生的温度，对其起到降温的作用。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、利用多孔介质燃烧器实现热反馈，可以大大提高燃烧反应，同时也可以作为很好的雾化器皿，促进液体燃料更好雾化从而与空气形成可燃混合气体，有助于充分燃烧，减少污染物排放。
2、利用多孔介质燃烧器稳定的蓄热功能和辐射特性，提高燃烧速度使火焰温度升高，并且易控制燃烧区温度、壁面温度分布相对均匀，以上优点对于热光伏发电系统是最为理想的燃烧辐射器，明显提高热光伏电池发电效率。
3、通过螺旋式的管道缠绕技术，可以增大预热接触的表面积，同时使预热时间增加，进而提高预热效果；燃油预热管道内采用翅片预热管道，且在翅片上附着有六铝酸盐或者钙钛矿类耐高温催化剂，改善液体燃料难以点燃的缺点，提高液体燃料雾化率、燃烧率，更好地在预混室混合成可燃气体，避免不完全燃烧产生有害气体。
4、通过预热管道缠绕在燃烧器外壁与热光伏电池的设计，一方面预热管道吸收热光伏电池由于燃烧器反应产生的高温提高自身的预热效率，同时也改善热光伏电池发电效率；另一方面可以降低多孔介质燃烧器的热量散失。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明的系统剖面图；
图3是图1的A-A剖视图；
图中，1-电动燃油泵，2-储油箱，3-燃油预热催化管，4-安全溢流阀，5-催化剂，6-常压空气干燥器，7-空气压缩机，8-质量流量计，9-空气进气预热管，10-保温层，11-脉冲点火器，12-喷油控制器，13-热光伏电池，14-散热器，15-内筒，16-大孔径多孔介质燃烧层，17-小孔径多孔介质燃烧层，18-多孔阻火板，19-预混蒸发室，20-空气进入口，21-燃油喷射器，22-控制阀，23-发电机，24-IV测试系统。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，如图1-3所示，本发明提供一种基于液体燃料多孔介质燃烧的热光伏发电系统，包括多孔介质燃烧器、热光伏电池13，所述热光伏电池13安装在所述多孔介质燃烧器上端外壁上，燃油预热催化管3和空气进气预热管9组成的双管道预热系统依次缠绕在热光伏电池13和多孔介质燃烧器的外壁上后分别进入所述多孔介质燃烧器中进行点火燃烧，所述热光伏电池13连接发电机23和IV测试系统24。其中多孔介质燃烧器包括包括内筒15，所述内筒15上部设有大孔径多孔介质燃烧层16，下部设有小孔径多孔介质燃烧层17，所述小孔径多孔介质燃烧层17下部依次设有多孔阻火板18和预混蒸发室19，所述下部预混蒸发室19内嵌入脉冲点火器11进行点火，燃油通过设置在预混蒸发室19底部的燃油喷射器21喷射进入所述多孔介质燃烧器中，空气进气预热管9末端设有控制阀22，由所述控制阀22控制进入预混蒸发室19内的空气进气量，燃油喷射器21两侧设有空气进气口。上半部分的大孔径多孔介质燃烧层16采用13mm陶瓷小球，下半部分的小孔径多孔介质燃烧层17采用3mm陶瓷小球，将氧化铒材料浸渍于陶瓷小球表面，防止回火的多孔阻火板18采用60ppi泡沫陶瓷板，内筒15采用石英玻璃材料，燃烧器下部预混蒸发室19内嵌入脉冲点火器11进行点火。缠绕在热光伏电池13外侧的燃油预热催化管和空气进气预热管之间设有散热器14，缠绕在多孔介质燃烧器下部外侧的燃油预热催化管和空气进气预热管外侧设有保温层10。
多孔介质燃烧器左侧接入燃油预热催化管3道系统和空气预热管道系统，其中：燃油预热催化管3道系统在电动燃油泵的带动下，将燃油从储油箱2中抽出，经由安全溢流阀4送入预热管道，经过管道预热后通过喷油控制器12控制经由燃油喷射器21喷入预混蒸发室19，其中燃油喷射器21选用针阀型喷射器，预热管道采用翅片式预热管道，预热管道中翅片上附着催化剂5。预热管道缠绕在热光伏电池13发电系统外侧，其中：热光伏电池13通过吸收多孔介质燃烧器中燃烧热辐射光谱发电，利用IV测试系统24测试其发电效率，同时燃油预热催化管3吸收热光伏电池13由于反应产生的温度，对其起到降温的作用，其中热光伏电池13选用Ⅲ-Ⅴ族半导体材料电池，散热器14采用铜冷却风叶。空气进气预热管9道系统包括空气从空气压缩机7经常压空气干燥器6和质量流量计8后，由空气进气预热管9道经过预热后从空气进入口20由控制阀22控制喷入预混蒸发室19。液体燃料和空气经预热后，在预混室内可以更好的生成可燃混合气，提高燃烧效率，减少污染物。
本实施例中催化剂5使用六铝酸盐或者钙钛矿类耐高温催化剂，附着在燃油预热管道内的翅片上，提高液体燃料雾化率、燃烧率，减少有害气体的产生。
本发明的液体燃烧热光伏电池发电方法如下：
步骤S1在电动燃油泵1的带动下，将燃油从储油箱2中抽出，经过过滤器过滤去杂质，再经由安全溢流阀4送入预热管道，预热后由燃油喷射器21喷入预混室。
步骤S2空气压缩机7压缩空气经由常压空气干燥器6、质量流量计8，由空气进入预热管道经过预热后由控制阀22控制从空气进入口20喷入预混蒸发室19。
步骤S3燃气与空气在预混室内充分混合后，用脉冲点火器11对混合气体进行点火，在多孔介质燃烧器内燃烧。
步骤S4热光伏电池通过吸收多孔介质燃烧器中燃烧热辐射光谱发电，同时燃油预热催化管3吸收热光伏电池由于反应产生的温度，对其起到降温的作用。
本发明的工作原理：当整个系统开始工作时，液体燃料从储油箱2中抽出，经过过滤器过滤去杂质，再通过安全溢流阀4送入预热管道，当油压过高时，安全溢流阀4关闭，液体燃料进入缠绕在多孔介质燃烧器外壁的预热管道内，管道采用翅片预热管道，翅片上附着有六铝酸盐或者钙钛矿类催化剂，在催化剂5的作用下，提高液体燃料的雾化率，经过足够的预热后通过喷油控制器12控制，在燃油喷射器21的作用下喷入预混蒸发室19内；另一管道系统中空气从空气压缩机7经过常压空气干燥器6和质量流量计8后，由空气进气预热管9道经过预热后从空气进入口20由控制阀22控制喷入预混蒸发室19；液体燃料雾化后与空气蒸汽在预混蒸发室19内形成预混可燃气，通过脉冲点火装置实现点火，使预混可燃气在多孔介质燃烧器内完成燃烧；双预热管道缠绕在热光伏电池发电系统外侧，热光伏电池通过吸收多孔介质燃烧器中燃烧热辐射光谱发电，利用IV测试系统24测试其发电效率，同时通过预热管道吸收热光伏电池由于燃烧器反应产生的高温来提高预热管的预热效率，也能改善热光伏电池发电效率。
上述实施例只是用于对本发明的举例和说明，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明不局限于上述实施例，根据本发明教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围内。
Claims (7)
1.一种基于液体燃料多孔介质燃烧的热光伏发电系统，其特征在于：包括多孔介质燃烧器、热光伏电池，所述热光伏电池安装在所述多孔介质燃烧器上端外壁上，燃油预热催化管和空气进气预热管组成的双管道预热系统依次缠绕在热光伏电池和多孔介质燃烧器的外壁上后分别进入所述多孔介质燃烧器中进行点火燃烧，所述热光伏电池连接发电机和IV测试系统；所述燃油预热催化管采用翅片式预热管道，所述预热管道中翅片上附着六铝酸盐或者钙钛矿类催化剂；所述多孔介质燃烧器包括内筒，所述内筒上部设有大孔径多孔介质燃烧层，下部设有小孔径多孔介质燃烧层，所述小孔径多孔介质燃烧层下部依次设有多孔阻火板和预混蒸发室，下部预混蒸发室内嵌入脉冲点火器进行点火，燃油通过设置在预混蒸发室底部的燃油喷射器喷射进入所述多孔介质燃烧器中，空气进气预热管末端设有控制阀，由所述控制阀控制进入预混蒸发室内的空气进气量，燃油喷射器两侧设有空气进气口。
2.根据权利要求1所述的一种基于液体燃料多孔介质燃烧的热光伏发电系统，其特征在于：所述燃油预热催化管前端设置储油箱，储油箱中设置电动燃油泵，所述电动燃油泵连接燃油预热催化管，所述燃油预热催化管上设有安全溢流阀，空气压缩机依次连接常压空气干燥器和质量流量计后连接所述空气进气预热管。
3.根据权利要求1所述的一种基于液体燃料多孔介质燃烧的热光伏发电系统，其特征在于：所述大孔径多孔介质燃烧层采用13mm陶瓷小球，下半部分的小孔径多孔介质燃烧层采用3mm陶瓷小球，将氧化铒材料浸渍于陶瓷小球表面，防止回火的多孔阻火板采用60ppi泡沫陶瓷板，内筒采用石英玻璃材料。
4.根据权利要求1所述的一种基于液体燃料多孔介质燃烧的热光伏发电系统，其特征在于：缠绕在热光伏电池外侧的燃油预热催化管和空气进气预热管之间设有散热器，缠绕在多孔介质燃烧器下部外侧的燃油预热催化管和空气进气预热管外侧设有保温层。
5.根据权利要求1所述的一种基于液体燃料多孔介质燃烧的热光伏发电系统，其特征在于：燃油喷射器选用针阀型喷射器。
6.根据权利要求1所述的一种基于液体燃料多孔介质燃烧的热光伏发电系统，其特征在于：热光伏电池选用Ⅲ-Ⅴ族半导体材料电池。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于液体燃料多孔介质燃烧的热光伏发电系统的发电方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.在电动燃油泵1的带动下，将燃油从油箱中抽出，经过过滤器过滤去杂质，再经由安全溢流阀送入预热管道，预热后由燃油喷射器喷入预混室；
S2.空气压缩机压缩空气经由常压空气干燥器、质量流量计，由空气进入预热管道经过预热后由控制阀控制从空气进入口喷入预混蒸发室；
S3.燃气与空气在预混室内充分混合后，用脉冲点火器对混合气体进行点火，在多孔介质燃烧器内燃烧；
S4.热光伏电池通过吸收多孔介质燃烧器中燃烧热辐射光谱发电，同时燃油预热催化管吸收热光伏电池由于反应产生的温度，对其起到降温的作用。
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