CN112664978A - 对冲式冷火焰燃烧系统 - Google Patents
对冲式冷火焰燃烧系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112664978A CN112664978A CN202011586987.1A CN202011586987A CN112664978A CN 112664978 A CN112664978 A CN 112664978A CN 202011586987 A CN202011586987 A CN 202011586987A CN 112664978 A CN112664978 A CN 112664978A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fuel
- oxidant
- pipeline
- combustion system
- flame combustion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 63
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 90
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 89
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims abstract description 87
- 238000007865 diluting Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 18
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000012895 dilution Substances 0.000 claims description 11
- 238000010790 dilution Methods 0.000 claims description 11
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 9
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 9
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 abstract description 6
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 6
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 abstract description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 7
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
Abstract
一种对冲式冷火焰燃烧系统，其特点在于：包括燃料稀释装置、氧化剂混合装置、燃料射流装置、氧化剂射流装置、连接器，供料管路、流量控制阀和流量计，所述的燃料射流装置包括燃料喷嘴；所述的氧化剂射流装置包括氧化剂喷嘴；所述的供料管路包括燃料管路、稀释气体管路、氧化剂管路、强氧化剂管路，每一条管路上都设有所述的流量控制阀和流量计。本发明燃烧的火焰为冷火焰，温升为300K至500K，具有结构简单、污染物排放低、燃烧振荡低、燃烧效率高的特点，本发明能根据不同燃烧场合需求，可以改变外形尺寸实现多用途匹配。
Description
技术领域
本发明涉及节能环保领域和燃烧领域，具体涉及一种低温升、低污染物污染排放、燃烧稳定、燃烧效率高的对冲式冷火焰燃烧系统。
背景技术
随着工业的快速发展，开发一种稳定可控、低排放的燃烧技术日趋重要。现广泛应用于能源动力领域的燃烧技术均为热火焰燃烧，传统燃气轮机燃烧室一般采用扩散燃烧，燃烧温度高，燃气中的氮氧化物排放量高。由于热火焰燃烧容易产生释热不均导致燃烧不稳定，从而导致燃烧振荡和噪声问题。不稳定的燃烧过程产生低频高幅压力振动甚至可能破坏燃烧室的结构。因此热火焰燃烧存在的污染物排放高、燃烧不稳定、燃烧效率低等问题亟待解决。
冷火焰燃烧是燃烧温升300K～500K的一种燃烧，与传统热火焰(温升1000K～2000K) 相比，具有点火延迟时间短、低温升、反应彻底、污染物排放量低、能量转化率高的特点。另一方面，冷火焰燃烧在自然条件下很难自持稳定进行，需要进行人为的燃烧组织。
发明内容
为了实现稳定自持的冷火焰燃烧，本发明提供一种对冲式冷火焰燃烧系统，该系统燃烧火焰为冷火焰，温升为300K至500K，具有结构简单、污染物排放低、燃烧振荡低、燃烧效率高的特点，本发明能根据不同燃烧场合需求，可以改变外形尺寸实现多用途匹配。
为达到上述目的，本发明采用的技术解决方案如下：
一种对冲式冷火焰燃烧系统，其特点在于：包括燃料与稀释气体混合的燃料稀释装置、氧化剂混合装置、燃料射流装置、氧化剂射流装置、连接器，供料管路、流量控制阀和流量计，所述的燃料射流装置包括燃料喷嘴；所述的氧化剂射流装置包括氧化剂喷嘴；所述的供料管路包括燃料管路、稀释气体管路、氧化剂管路、强氧化剂管路，每一条管路上都设有所述的流量控制阀和流量计；
所述的燃料稀释装置的上游接所述的燃料管路和稀释气体管路，所述的燃料稀释装置的下游接所述的燃料射流装置，所述的氧化剂混合装置的上游接所述的氧化剂管路和强氧化剂管路，所述的氧化剂混合装置的下游接所述的氧化剂射流装置，所述的射流装置的燃料喷嘴与所述的氧化剂射流装置的氧化剂喷嘴排布成一定角度，所述的稀释燃料与所述的混合氧化剂经所述的喷嘴喷出后能够相遇燃烧得到冷火焰。
所述的燃料喷射装置由燃料稀释装置、燃料射流装置装配而成一体；所述氧化剂喷射装置由氧化剂混合装置、氧化剂射流装置装配而成一体。
所述的燃料为气态燃料或液态燃料或粉末状燃料。
所述的燃料稀释气体可以但不限于空气、氮气。
所述的氧化剂可以但不限于空气、氧气。
所述的强氧化剂可以但不限于臭氧。
所述的燃料射流装置和氧化剂射流装置的中心线构成的角度α满足关系式：0°<α≤ 180°。
所述供料管路均配有流量调节阀和流量计，随工作需要调节气体流量。
本发明的有益效果是：
1.通过控制燃料稀释和氧化剂混合，以及喷嘴的布局，能够实现冷火焰的稳定持续燃烧。相较于热火焰燃烧温升2000K，冷火焰燃烧温升为300K至500K。
2.冷焰燃烧能源利用率高，能有效降低氮氧化物排放。
3.稳定的冷焰燃烧振荡小，有效降低燃烧噪声，提供稳定的热能量输出。
4.冷焰燃烧效率高、释热稳定，能够降低对燃烧室材料性能要求。
附图说明
图1是本发明对冲式冷火焰燃烧系统实施例1的结构示意图。图中：
1.供料管路；2.流量调节阀门；3.流量计；4燃料稀释装置；5.氧化剂混合装置；6燃料射流装置；7.氧化剂射流装置；8.连接器；9.燃烧区域。
图2是本发明对冲式冷火焰燃烧系统优选的实施例2结构示意图。图中：
1.供料管路；2.流量调节阀门；3.流量计；4燃料稀释装置；5.氧化剂混合装置；6燃料射流装置；7.氧化剂射流装置；8.连接器；9.燃烧区域；10扰流板。、
图3是本发明优选的实施例2中的一体化喷嘴装配示意图。图中：
4(5).燃料稀释装置(氧化剂混合装置)；6(7).燃料喷射装置(氧化剂喷射装置)；10.扰流板。
图4是本发明优选的实施例扰流板的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图，对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
本发明优选实施例，选用燃料为甲烷；稀释气体为氮气；氧化剂为空气；强氧化剂为臭氧。
先请参阅图1，由图可见，本发明对冲式冷火焰燃烧系统，包括燃料与稀释气体混合的燃料稀释装置4、氧化剂混合装置5、燃料射流装置6、氧化剂射流装置7、连接器8，供料管路1、流量控制阀2和流量计3，所述的燃料射流装置6包括燃料喷嘴；所述的氧化剂射流装置7包括氧化剂喷嘴；所述的供料管路1包括燃料管路、稀释气体管路、氧化剂管路、强氧化剂管路，每一条管路上都设有所述的流量控制阀2和流量计3；
所述的燃料稀释装置4的上游接所述的燃料管路和稀释气体管路，所述的燃料稀释装置 4的下游接所述的燃料射流装置6，所述的氧化剂混合装置5的上游接所述的氧化剂管路和强氧化剂管路，所述的氧化剂混合装置5的下游接所述的氧化剂射流装置7，所述的射流装置6的燃料喷嘴与所述的氧化剂射流装置7的氧化剂喷嘴排布成一定角度，所述的稀释燃料与所述的混合氧化剂经所述的喷嘴喷出后能够相遇燃烧得到冷火焰。
所述的燃料为气态燃料或液态燃料或粉末状燃料。
所述的燃料稀释气体可以但不限于空气、氮气。
所述的氧化剂可以但不限于空气、氧气。
所述的强氧化剂可以但不限于臭氧。
所述的燃料射流装置6和氧化剂射流装置7的中心线构成的角度α满足关系式：0°<α≤180°。
请参阅图2，图2是本发明对冲式冷火焰燃烧系统优选的实施例2结构示意图。
图2，对冲式冷火焰燃烧系统优选实施例结构简图。由图可见，本实施例包括供料管路1、压力调节阀2、流量计3、燃料稀释装置4、氧化剂混合装置5、燃料射流装置6、氧化剂射流装置7。所述供料管路包括甲烷管路、氮气管路、空气管路和臭氧管路。
一体化喷射装置装配示意图如图3所示，由图可见，本实施例对喷射装置进行了一体化设计。所述的所述燃料喷射装置由燃料稀释装置4、燃料射流装置6装配而成一体；所述氧化剂喷射装置由氧化剂混合装置5、氧化剂射流装置7装配而成一体。
所述燃料稀释装置4是内径为50mm的筒形结构，尾部有甲烷入口和氮气入口，内部嵌套有扰流板10。
所述燃料混合装置甲烷入口接甲烷管路，所述燃料混合装置氮气入口接氮气管路。
所述氧化剂混合装置5是内径为50mm的筒形结构，尾部有空气入口和臭氧入口，内部嵌套有扰流板10。
所述氧化剂混合装置5空气入口接空气管路，所述氧化剂混合装置臭氧入口接臭氧管路。
所述供料管路1均配有流量调节阀和流量计，随工作需要调节气体流量。
所述扰流板10的俯视图如图4所示，作用在于混合物料以及增强湍流度。
所述的燃料射流装置6包括稀释甲烷入口和燃料喷嘴。所述稀释甲烷入口为筒形结构，与燃料稀释装置4连通，所述燃料喷嘴为锥形结构，内径逐渐收缩至1/2英寸后保持恒定。
所述氧化剂射流装置7包括空气、臭氧混合气入口和氧化剂喷嘴。所述空气臭氧混合器入口为筒形结构，与氧化剂混合装置5连通。所述氧化剂喷嘴为锥形结构，内径逐渐收缩至1/2英寸后保持恒定。
所述的燃料射流装置6和氧化剂射流装置7，所述二者中心线处于同一平面，且位置排布呈一定角度α，0°<α≤180°，喷嘴射流出口直径为1/2英寸。
所述的稀释甲烷和空气臭氧混合气分别由所述燃料喷射装置6和氧化剂喷射装置7喷出后能够碰撞混合燃烧。
实验表明，本发明燃烧火焰为冷火焰，温升为300K至500K，具有结构简单、污染物排放低、燃烧振荡低、燃烧效率高的特点，本发明能根据不同燃烧场合需求，可以改变外形尺寸实现多用途匹配。
以上对发明的具体实施方式进行了详细说明，但仅是作为范例，本发明并不限制与以上描述的具体实施方式。对于本领域的技术人员而言，任何对该发明进行的同等修改或替代也都在本发明的范畴之中，因此，在不脱离本发明的精神和原则范围下所作的均等变换和修改、改进等，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (7)
1.一种对冲式冷火焰燃烧系统，其特征在于：包括燃料与稀释气体混合的燃料稀释装置(4)、氧化剂混合装置(5)、燃料射流装置(6)、氧化剂射流装置(7)、连接器(8)，供料管路(1)、流量控制阀(2)和流量计(3)，所述的燃料射流装置(6)包括燃料喷嘴；所述的氧化剂射流装置(7)包括氧化剂喷嘴；所述的供料管路(1)包括燃料管路、稀释气体管路、氧化剂管路、强氧化剂管路，每一条管路上都设有所述的流量控制阀(2)和流量计(3)；
所述的燃料稀释装置(4)的上游接所述的燃料管路和稀释气体管路，所述的燃料稀释装置(4)的下游接所述的燃料射流装置(6)，所述的氧化剂混合装置(5)的上游接所述的氧化剂管路和强氧化剂管路，所述的氧化剂混合装置(5)的下游接所述的氧化剂射流装置(7)，所述的射流装置(6)的燃料喷嘴与所述的氧化剂射流装置(7)的氧化剂喷嘴排布成一定角度，所述的稀释燃料与所述的混合氧化剂经所述的喷嘴喷出后能够相遇燃烧得到冷火焰。
2.根据权利要求1所述的对冲式冷火焰燃烧系统，其特征在于，所述的所述燃料喷射装置由燃料稀释装置(4)、燃料射流装置(6)装配而成一体；所述氧化剂喷射装置由氧化剂混合装置(5)、氧化剂射流装置(7)装配而成一体。
3.根据权利要求1所述的对冲式冷火焰燃烧系统，其特征在于，所述的燃料为气态燃料或液态燃料。
4.根据权利要求1所述的对冲式冷火焰燃烧系统，其特征在于，所述的燃料稀释气体可以但不限于空气、氮气。
5.根据权利要求1所述的对冲式冷火焰燃烧系统，其特征在于，所述的氧化剂可以但不限于空气、氧气。
6.根据权利要求1所述的对冲式冷火焰燃烧系统，其特征在于，所述的强氧化剂可以但不限于臭氧。
7.根据权利要求1至6任一项所述的对冲式冷火焰燃烧系统，其特征在于，所述的燃料射流装置(6)和氧化剂射流装置(7)的中心线构成的角度α满足关系式：0°<α≤180°。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011586987.1A CN112664978A (zh) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | 对冲式冷火焰燃烧系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011586987.1A CN112664978A (zh) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | 对冲式冷火焰燃烧系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112664978A true CN112664978A (zh) | 2021-04-16 |
Family
ID=75411537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011586987.1A Pending CN112664978A (zh) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | 对冲式冷火焰燃烧系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112664978A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115342382A (zh) * | 2022-07-26 | 2022-11-15 | 清航空天(北京)科技有限公司 | 一种单通道供氧爆震燃烧室模块及爆震燃烧室 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2514231Y (zh) * | 2001-08-14 | 2002-10-02 | 方华俤 | 一种利用臭氧助燃的燃烧器 |
| CN104234879A (zh) * | 2013-06-13 | 2014-12-24 | 上海工程技术大学 | 一种双气流自冷式内燃机进气系统节能装置 |
| CN105114974A (zh) * | 2015-06-12 | 2015-12-02 | 重庆大学 | 一种通过添加o3和ch3oh获得稳定冷焰的方法 |
| CN110049611A (zh) * | 2019-03-04 | 2019-07-23 | 山东师范大学 | 一种微孔双电极等离子体辅助对撞扩散燃烧装置 |
| CN111135593A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-05-12 | 湖南孝文电子科技有限公司 | 冷火焰喷发设备 |
| CN211551590U (zh) * | 2019-12-26 | 2020-09-22 | 翼特新能源科技（上海）有限公司 | 一种低NOx排放的无焰燃烧装置 |
-
2020
- 2020-12-29 CN CN202011586987.1A patent/CN112664978A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2514231Y (zh) * | 2001-08-14 | 2002-10-02 | 方华俤 | 一种利用臭氧助燃的燃烧器 |
| CN104234879A (zh) * | 2013-06-13 | 2014-12-24 | 上海工程技术大学 | 一种双气流自冷式内燃机进气系统节能装置 |
| CN105114974A (zh) * | 2015-06-12 | 2015-12-02 | 重庆大学 | 一种通过添加o3和ch3oh获得稳定冷焰的方法 |
| CN110049611A (zh) * | 2019-03-04 | 2019-07-23 | 山东师范大学 | 一种微孔双电极等离子体辅助对撞扩散燃烧装置 |
| CN211551590U (zh) * | 2019-12-26 | 2020-09-22 | 翼特新能源科技（上海）有限公司 | 一种低NOx排放的无焰燃烧装置 |
| CN111135593A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-05-12 | 湖南孝文电子科技有限公司 | 冷火焰喷发设备 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| （捷）西赫拉（V.SYCHRA）等: "《原子荧光光谱学》", 31 October 1979 * |
| WON S H,JIANG B: "Self-sustaining n-heptane cool diffusion flames activated by ozone", 《PROCEEDINGS OF CONBUSTION INSTITUTE》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115342382A (zh) * | 2022-07-26 | 2022-11-15 | 清航空天(北京)科技有限公司 | 一种单通道供氧爆震燃烧室模块及爆震燃烧室 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3866413A (en) | Air blast fuel atomizer | |
| EP2357413B1 (en) | Dry low NOx combustion system with means for eliminating combustion noise | |
| US6360776B1 (en) | Apparatus for premixing in a gas turbine engine | |
| KR20120098621A (ko) | 포집된 와류 연소기의 연료 스테이징을 위한 연소 공동 레이아웃 | |
| JP4922878B2 (ja) | ガスタービン燃焼器 | |
| CN110131750B (zh) | 一种使用气体燃料的燃气轮机低排放燃烧室 | |
| KR101110144B1 (ko) | 녹스 저감을 위한 이중 혼합구조를 갖는 예혼합형 가스터빈 연소기 | |
| US20070151248A1 (en) | Gas turbine engine premix injectors | |
| CN104373962A (zh) | 一种燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴 | |
| JP7165211B2 (ja) | ガスタービンにおいて燃焼安定性を向上させるシステムおよび方法 | |
| CN112128800A (zh) | 一种用于燃气轮机低排放的低旋流直喷燃烧器 | |
| CN213746853U (zh) | 一种用于燃气轮机低排放的低旋流直喷燃烧器 | |
| CN111520750B (zh) | 新型燃烧室头部喷油结构 | |
| CN112664978A (zh) | 对冲式冷火焰燃烧系统 | |
| US5146741A (en) | Gaseous fuel injector | |
| KR102586498B1 (ko) | 수소연료 역화를 방지할 수 있는 보일러용 부분 예혼합형 버너 | |
| CN201462843U (zh) | 燃烧器 | |
| CN103512047A (zh) | 一种用于化学回热循环的径向旋流双燃料喷嘴 | |
| CN214468603U (zh) | 氢氧气与燃料结合燃烧的火焰可调烧嘴 | |
| CN215892445U (zh) | 一种实现预混燃烧和扩散燃烧的燃料喷嘴 | |
| CN204388126U (zh) | 一种燃气轮机燃烧室叶片进气旋流喷嘴 | |
| Niguse et al. | Low Emission, Liquid Fuel Combustion System for Conventional and Alternative Fuels Developed by the Scaling Analysis | |
| CN109028059B (zh) | 具有高效燃气空气掺混结构的全预混表面式燃烧器 | |
| CN107036098A (zh) | 一种单斜管式出口的多管气态燃料掺混器 | |
| CN112344326A (zh) | 氢氧气与燃料结合燃烧的火焰可调烧嘴 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| 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 |
Application publication date: 20210416 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |