CN114526479A - 一种脉动燃烧抑制碳烟生成的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种脉动燃烧抑制碳烟生成的方法,燃烧器包括燃烧器主体、位于燃烧器主体下方的扬声器、燃烧器主体内的燃烧喷嘴，燃烧喷嘴通过垂直管道与燃烧器主体外的乙炔气瓶相连，方法为：通过燃烧器主体下部放置的扬声器施加声频率的声波，诱导燃烧器内激起共振，发生热声耦合使火焰脉动燃烧抑制碳烟的产生。本发明的燃烧方法中，仅在施加的声频率为169Hz和346Hz的情形下，可以对燃烧过程中碳烟的抑制率可达99％以上，而在其他频率的情形下，基本不产生碳烟抑制效果。施加的声频率为燃烧器的共振频率，这时才能诱导燃烧器内激起共振，发生热声耦合使火焰脉动燃烧抑制碳烟的产生。
Description
技术领域
本发明涉及燃烧设备及燃烧方法技术领域，具体地说，是一种脉动燃烧抑制碳烟生成的方法。
背景技术
可吸入颗粒物是我国很多城市的首要污染物。除了影响环境之外，可吸入颗粒物还对人体的健康产生很大的威胁，尤其是空气动力学直径在2.5μm以下的细颗粒物(PM2.5)，其粒径小，具有很强的渗透性，能够进入到人体的肺部，同时由于比表面积大，这些颗粒能够携带众多的重金属等有害物质，对人体的危害更大。
碳烟颗粒是伴随着化石燃料以及生物质燃料的热解和燃烧在特定条件下所产生的。与其他气相污染物不同，碳烟颗粒是一种固体颗粒。它的形成不仅要经历十分复杂的气相反应，还要经历从气态到固态的相变过程以及后续的颗粒的生长和发展过程，从而涉及到颗粒动力学等相关领域，碳烟颗粒生成之后还会重新氧化。
如何有效地控制碳烟颗粒的排放一直是燃烧科学研究的中心课题之一。脉动燃烧是一种与常规稳态燃烧所不同的具有周期性脉动波的燃烧过程，具有很高的燃烧效率和强度。脉动波在流场中能有效地改善燃烧、强化传热、促进混合。而现有的控制燃烧过程中碳烟颗粒排放的手段仍然存在较多的不足之处。
发明内容
本发明正是针对现有技术中存在的各种不足之处，提供了一种脉动燃烧抑制碳烟生成的方法，本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明公开了一种脉动燃烧抑制碳烟生成的方法，方法通过以下燃烧器实现，燃烧器包括燃烧器主体、位于燃烧器主体下方的扬声器、燃烧器主体内的燃烧喷嘴，燃烧喷嘴通过垂直管道与燃烧器主体外的乙炔气瓶相连，方法为：通过燃烧器主体下部放置的扬声器施加声频率的声波，诱导燃烧器内激起共振，发生热声耦合使火焰脉动燃烧抑制碳烟的产生。
作为进一步地改进,本发明扬声器与燃烧器主体之间有10-50mm的空隙。
作为进一步地改进,本发明燃烧器圆筒的内径为5cm，外径5.5cm，高度1m。
作为进一步地改进,本发明燃烧喷嘴的内径为1-3mm，喷嘴高度为距离燃烧器底部5cm-95cm。
作为进一步地改进,本发明扬声器施加声波的声频率为燃烧器主体的共振频率，施加的声频率为169Hz和346Hz，施加的声幅值为15Pa-80Pa。仅在施加的声频率为169Hz和346Hz这两个数据对应了燃烧器圆筒的尺寸，只有这两个频率才有特殊优良效果。
作为进一步地改进,本发明乙炔气瓶的供给流量是50mL/min-300mL/min。
作为进一步地改进,本发明方法对燃烧过程中碳烟的抑制率达99％以上。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明的燃烧器，燃烧器底部设置有扬声器，通过扬声器产生和燃烧器共振的脉动波，使声学和火焰相结合加速传质和传热，从而提高燃烧效率，有效降低了燃烧过程中碳烟污染物的排放。
(2)本发明的燃烧器，几乎涵盖了燃烧器内的所有燃烧区域，燃烧喷嘴在燃烧器内的绝大部分区域，都能有效抑制燃烧过程中碳烟污染物的排放。
(3)本发明的燃烧器，只需要给底部扬声器供电，以较小的电能输入就能达到较好的碳烟抑制效果。
(4)本发明的燃烧器，结构简单，碳烟抑制效率高，具有良好的经济效益。
(5)本发明的燃烧器，由于引进了脉动燃烧技术，本方法对燃烧过程中碳烟的抑制率可达99％以上。
(6)本发明的燃烧方法中，仅在施加的声频率为169Hz和346Hz的情形下，可以对燃烧过程中碳烟的抑制率可达99％以上，而在其他频率的情形下，基本不产生碳烟抑制效果。经过分析测试，施加的声频率为燃烧器的共振频率，这时才能诱导燃烧器内激起共振，发生热声耦合使火焰脉动燃烧抑制碳烟的产生。而在其他频率下均不能达到本发明的效果。
附图说明
图1是本发明脉动燃烧抑制碳烟生成的方法所用燃烧器的结构示意图；
图中，1.扬声器，2.燃烧喷嘴，3.燃烧器主体，4.乙炔气瓶。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步地的详细说明，但本发明的范围并不局限于实施例。
实施例1
本实施例提供了一种脉动燃烧抑制碳烟生成的方法，图1是本发明脉动燃烧抑制碳烟生成的方法所用燃烧器的结构示意图；燃烧器圆筒的内径为5cm，外径5.5cm，高度1m。燃烧喷嘴2内径为1mm。燃烧喷嘴2的高度为距离燃烧器底部5cm。燃烧喷嘴2连接乙炔气瓶4，乙炔气瓶4控制燃料的供给流量为50ml/min。
扬声器1置于燃烧器主体3的下方，与燃烧器主体3之间存有10mm的间隙。点燃燃料，有大量碳烟产生。打开扬声器1，设置扬声器1的频率为燃烧器的共振频率169Hz，幅值为15Pa。扬声器1诱导燃烧器发生共振，火焰脉动燃烧，碳烟消失。
采用玻璃纤维滤纸在尾部真空吸附测量单位时间内燃烧过程中碳烟排放的质量，经过测试，本工况下乙炔扩散火焰碳烟的抑制效率为99.0％。
实施例2
本实施例燃烧器与实施例1所述基本相同，区别仅在于扬声器1与燃烧器主体3之间有50mm的空隙。喷嘴内径为3mm。燃烧喷嘴2的高度为距离燃烧器底部95cm，扬声器1的频率：设置扬声器1的频率为346Hz，幅值为80Pa。燃料的供给速率为300ml/min。扬声器1诱导燃烧器发生共振，火焰脉动燃烧，碳烟消失。
采用玻璃纤维滤纸在尾部真空吸附测量单位时间内燃烧过程中碳烟排放的质量，经过测试，本工况下乙炔扩散火焰碳烟的抑制效率为99.1％。
实施例3
本实施例燃烧器与实施例1所述基本相同，区别在于扬声器1与燃烧器主体3之间有30mm的空隙。喷嘴内径为2mm。设置扬声器1的频率为169Hz，幅值为40Pa。燃烧喷嘴2的高度为距离燃烧器底部50cm，燃料流量为200ml/min。扬声器1诱导燃烧器发生共振，火焰脉动燃烧，碳烟消失。
采用玻璃纤维滤纸在尾部真空吸附测量单位时间内燃烧过程中碳烟排放的质量，经过测试，本工况下乙炔扩散火焰碳烟的抑制效率为99.9％。
对照例1
本对照例燃烧器与实施例1所述基本相同，区别仅在于扬声器1的施加频率。设置扬声器1的频率为非共振频段，为100Hz。设置扬声器1的幅值为80Pa，燃烧喷嘴2的高度为距离燃烧器底部25cm，燃料的供给速率为100ml/min。
同实施例1类似，测量了燃烧器原始状态下火焰稳态燃烧时产生的碳烟速率。打开底部扬声器1，脉动燃烧开始后，再次测量尾部的碳烟生成速率。测得碳烟的抑制效率仅为5％。
本对照例所述系统说明只有扬声器1施加燃烧器的共振频率相同的外加声频率，才能有良好的碳烟抑制效果。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例子。显然，本发明不限于以上实施例子，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种脉动燃烧抑制碳烟生成的方法，其特征在于，所述的方法通过以下燃烧器实现，所述的燃烧器包括燃烧器主体(3)、位于燃烧器主体(3)下方的扬声器(1)、燃烧器主体(3)内的燃烧喷嘴(2)，所述的燃烧喷嘴(2)通过垂直管道与燃烧器主体(3)外的乙炔气瓶(4)相连，所述的方法为：通过燃烧器主体(3)下部放置的扬声器(1)施加声频率的声波，诱导燃烧器内激起共振，发生热声耦合使火焰脉动燃烧抑制碳烟的产生。
2.根据权利要求1所述的脉动燃烧抑制碳烟生成的方法，其特征在于，所述的扬声器与燃烧器主体之间有10-50mm的空隙。
3.根据权利要求1所述的脉动燃烧抑制碳烟生成的方法，其特征在于，所述燃烧器圆筒的内径为5cm，外径5.5cm，高度1m。
4.根据权利要求1所述的脉动燃烧抑制碳烟生成的方法，其特征在于，所述燃烧喷嘴(2)的内径为1-3mm，喷嘴高度为距离燃烧器底部5cm-95cm。
5.根据权利要求1所述的脉动燃烧抑制碳烟生成的方法，其特征在于，所述扬声器(1)施加声波的声频率为燃烧器主体的共振频率，施加的声频率为169Hz和346Hz，(这两个数据对应了燃烧器圆筒的尺寸，只有这两个频率才有特殊优良效果)施加的声幅值为15Pa-80Pa。
6.根据权利要求1所述的脉动燃烧抑制碳烟生成的方法，其特征在于，所述乙炔气瓶(4)的供给流量是50mL/min-300mL/min。
7.根据权利要求1所述的脉动燃烧抑制碳烟生成的方法，其特征在于，所述的方法对燃烧过程中碳烟的抑制率达99％以上。
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