CN1740635A - 脉动流化床燃烧装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种脉动流化床燃烧装置。它具有声去耦室，在声去耦室上连接有里克管型脉动流化床燃烧主体，在里克管型脉动流化床燃烧室主体的L/12－3L/4处设有布风板，其中L为燃烧室主体管长，在布风板上下的里克管型脉动流化床燃烧室主体壁外侧设有加热装置，在里克管型脉动流化床燃烧室主体上部的内或外侧壁上设有热交换面，在热交换面、加热装置之间的里克管型脉动流化床燃烧室主体侧壁上设有给料装置。本发明将脉动燃烧技术和流化床燃烧技术相互结合，是一种全新的燃烧概念，其装置结构简单、制造安装方便，能极大地强化传热和燃烧，提高传热效率和燃烧效率，降低NOx生成。本发明可用于各煤种及生物质的燃烧，物品干燥，在富氧条件下还可用于煤炭气化。
Description
技术领域
本发明涉及燃烧装置，尤其涉及一种脉动流化床燃烧装置。
背景技术
脉动燃烧描述的是气流参数，即燃烧区中的状态参数，如温度、压力、速度等随时间周期性波动条件下发生的燃烧过程。脉动燃烧技术的发展经历了较长的反复过程。1900年Gobble申请了第一个脉动燃烧装置的德国专利，但由于其气流循环控制机构的结构过于复杂，未能投入实际应用；1906年Esnault-Pelterie申请了机械膜片式自激振荡脉动燃烧器法国专利，其实质是一台利用脉动燃烧器推动燃气涡轮机的装置；1908年Lorin设计了脉动燃烧喷气发动机；1909年Marconnet研制出了不使用机械式单向阀门，而采用一带扩散段的空气动力阀的、用于产生推进动力的脉动燃烧器；1931年，德国人Schmidt研制出了如图3所示，用于产生推力的脉动燃烧装置，申请了德国专利[。Schmidt的研究成果在第二次世界大战中，被德国用于V-1导弹的推进器，并用于轰炸伦敦的战役中。
脉动燃烧技术早期主要应用在喷气推进系统和燃气涡轮领域，1933年F.H.Reynst申请了一个名为“Combustion Pot”的专利，它实质上是一种在脉动状态下燃煤的炉子；从那以后，英、美、德、苏、法、日等国家相继开展这一研究领域。五、六十年代，人们开始将脉动燃烧技术应用于加热采暖方面，Lucax-Rotax脉动燃烧热水锅炉在加拿大面市，但由于当时燃料价格很低，及脉动燃烧热水锅炉的噪声过大等原因，使其未能得到推广。七十年代后，能源发生危机，促使人们又开始对这一节能技术产生了极大的兴趣，进行了系统的研究。八十年代后，脉动燃烧技术的研究进入了实用化的阶段，欧、美、日等国都致力于开发工业、商业及家用的各种脉动燃烧装置，并有一大批的产品投入到了市场。
脉动燃烧器按其基于的工作原理和声学特性的不同，可分为以下三种类型：Schimidt型(又称1/4波长型)；Helmholtz型和Rijke型。其中最大的特点是没有任何运动部件，结构简单，负荷调节范围大，不仅可以燃烧气体、液体燃料，而且还可以很方便地燃烧煤炭、木屑等固体燃料。
发明内容
本发明的目的是提供一种脉动流化床燃烧装置。
它具有声去耦室，在声去耦室上连接有里克管型脉动流化床燃烧主体，在里克管型脉动流化床燃烧室主体的L/12-3L/4处设有布风板，其中L为燃烧室主体管长，在布风板上下的里克管型脉动流化床燃烧室主体壁外侧设有加热装置，在里克管型脉动流化床燃烧室主体上部的内或外侧壁上设有热交换面，在热交换面、加热装置之间的里克管型脉动流化床燃烧室主体侧壁上设有给料装置。
本发明的优点是：
1、燃烧强度高、燃烧效率高
由于气流的脉动强化了燃烧器中气流与颗粒之间的混合，加快了化学反应速度，燃烧充分，使得脉动燃烧器具有很高的燃烧强度，另外脉动燃烧充分燃烧所需要的过量空气量也很小(α＝1.02～1.05)，故其排烟热损失也很小，这又使其具有非常高的燃烧效率(95％-100％)；
2、传热效率高
脉动燃烧室中的声共振引起了较大的流体振动，附加在这些振动上的是湍流速度振动，湍流的作用增强了传热。同时由于气流的脉动削弱了管壁边界层的阻力作用，使热量传递加快。不同的实验条件可得到不同程度的传热提高，最高的传热效率可达到400％；
3、排烟污染小
燃烧的充分使得排气中的C、H2、CO及炭氢化合物的含量都降低，且由于脉动燃烧的温度一般较低，使得NOx的排放更低，有利于环保。脉动条件下NOx的排放量在富燃料燃烧下的250ppm和富氧燃烧下的700ppm之间变化，与常规燃烧相比，在适当的分级送风下，NOx的浓度最高能减少56％；
4、燃料适用范围广
由于流化床燃烧技术可以应用于多种燃料的燃烧，而且里克型脉动燃烧器也可用于固体、液体和气体状态的多种燃料，使得里克型脉动流化床燃烧装置可用于多种燃料的燃烧，适应性非常广；
5、结构紧凑、节省固定投资
脉动燃烧技术优良的传热、传质特性使得在一定的发热量前提下，燃烧室的体积和换热面积都可相应地减小。
附图说明
图1是脉动流化床燃烧装置结构示意图；
图2是脉动产生后的声音频谱分析图；
图3是未脉动和脉动各测点压力变化曲线比较图。
具体实施方式
如附图所示，脉动流化床燃烧装置具有声去耦室2，在声去耦室2上连接有里克管型脉动流化床燃烧主体1，在里克管型脉动流化床燃烧室主体1的L/12-3L/4处设有布风板3，其中L为燃烧室主体管长，在布风板上下的里克管型脉动流化床燃烧室主体壁外侧设有加热装置4，在里克管型脉动流化床燃烧室主体1上部的外侧壁上设有热交换面6，在热交换面6、加热装置4之间的里克管型脉动流化床燃烧室主体侧壁上设有给料装置5。
所述的在里克管型脉动流化床燃烧室主体1下端起的L/12-3L/4处设有布风板3，指的是在里克管型脉动流化床燃烧室主体1下端起的L/4处、L/8处、5L/8处、L/12处、5L/12处或3L/4处设有布风板3。
声去耦室2的体积是里克管型脉动流化床燃烧室主体体积的10倍以上。热交换面6部分或全部设置在里克管型脉动流化床燃烧室主体1上。热交换面6为夹套式或水膜式。
在石英玻璃所制的可视化脉动流化床实验台上，研究固体燃料燃烧时的脉动与流化特性。通过石英玻璃管壁可以清楚地看到燃烧室内固体燃料和流化床料上下翻滚，呈现出很好的流化特性。并且当燃烧室内的温度达到一定值后，会自发地激起管内的谐波，同时伴有持续的，强度很大的声音产生。
对燃烧室中激起的声强进行快速傅立叶分析后(图2)可见，燃料和流化床料脉动流化时燃烧室内所激起的声波特性和典型的脉动燃烧器相同，激起的声波是各次谐波的和，且高次谐波的声强幅值明显低于所激起的基波幅值。
试验中改变进气风速和流化床层高度，发现固体燃料和流化床料在脉动流化床中的压力脉动特性如图3。由图可见，脉动流化床中燃料和床料流化时的压力脉动特性也和里克管中典型的压力脉动特性一样，呈现为正弦波动。但不同的是由于床层阻力的存在，会改变布风板前压力脉动的平衡点，不再和布风板后及炉膛中压力脉动的平衡点一样，保持在0幅值周围，而是位于500Pa左右，这个平衡位置随床料高度、布风板结构和材料及流化风速的不同而变化。
Claims (5)
1.一种脉动流化床燃烧装置，其特征在于，它具有声去耦室(2)，在声去耦室(2)上连接有里克管型脉动流化床燃烧室主体(1)，在里克管型脉动流化床燃烧室主体(1)下端起的L/12-3L/4处，设有布风板(3)，其中L为燃烧室主体管长，在布风板(3)上下的里克管型脉动流化床燃烧室主体内壁或外壁设有加热装置(4)，在里克管型脉动流化床燃烧室主体(1)上部的外壁上设有热交换面(6)，在热交换面(6)与加热装置(4)之间的里克管型脉动流化床燃烧室主体(1)的外壁上设有给料装置(5)。
2.根据权利要求1所述的一种脉动流化床燃烧装置，其特征在于，所述设置在里克管型脉动流化床燃烧室主体(1)下端起的L/12-3L/4处的布风板(3)，指的是在里克管型脉动流化床燃烧室主体(1)下端起的L/4处、L/8处、5L/8处、L/12处、5L/12处或3L/4处设有布风板(3)。
3.根据权利要求1所述的一种脉动流化床燃烧装置，其特征在于，所述的声去耦室(2)的体积是里克管型脉动流化床燃烧室主体体积的10倍以上。
4.根据权利要求1所述的一种脉动流化床燃烧装置，其特征在于，所述的热交换面(6)部分或全部设置在里克管型脉动流化床燃烧室主体(1)上。
5.根据权利要求1或4所述的一种脉动流化床燃烧装置，其特征在于，所述的热交换面(6)为夹套式或水膜式。
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