一种对冲无焰燃烧装置及对冲无焰燃烧方法制造方法及图纸

技术编号：42329742 阅读：8 留言：0更新日期：2024-08-14 16:07

本发明专利技术公开了一种对冲无焰燃烧装置及对冲无焰燃烧方法，由两个结构相似、对置安装的气体喷射单元组成，气体喷射单元包括高温氧化剂单元和常温反应物单元，位于底部的高温氧化剂单元产生高温低氧烟气，位于上部的常温反应物单元产生高稀释反应物，高温低氧烟气和高稀释反应物通过设置在高温氧化剂单元外壳端面的收缩喷嘴收缩整流后对冲流动，并形成无焰燃烧条件，在两气体喷射单元中间产生驻定面和对冲无焰燃烧反应区。移除收缩喷嘴后可用来产生平面火焰、冲击流均匀火焰、热伴流剪切射流火焰等。本发明专利技术可以面向碳氢燃料或低碳零碳燃料产生非预混、预混对冲无焰燃烧反应过程，为对冲无焰燃烧的理论与数值模拟模型建立提供具体的实验数据参考。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及气体燃烧器，具体涉及一种对冲无焰燃烧装置及对冲无焰燃烧方法。

技术介绍

1、迄今为止，燃烧依然是能量转换以及人类获取能源的主要方式之一，广泛应用于工业生产、航天推进、交通运输等领域，涉及多种复杂燃烧过程，产生碳排放或尾气污染物排放。在“碳达峰”、“碳中和”和可持续发展的背景下，对燃烧过程的清晰认知、精确检测和有效控制有助于发展新型燃烧技术，提高燃烧效率、降低碳排放和污染气体排放，实现能源的绿色利用与发展。在节气技术中，无焰燃烧作为一种新型的高效、清洁燃烧技术引起了广泛关注，与传统燃烧相比其重要特点包括：燃烧区域无可见的火焰锋面、分布式燃烧、温度分布均匀且燃烧稳定、换热效率高、燃烧噪声低、氮氧化物等污染物排放显著降低。基于同向射流形成的无焰燃烧已在工业窑炉获得应用，但此方式对于零碳燃料氨的燃烧依然存在燃尽度欠佳或氮氧化物排放未能达标等问题，亟需发展新的无焰燃烧方式以促进氨燃料的广泛应用。

2、对冲无焰燃烧是理论可行的无焰燃烧方式之一，其主要原理是将具有一定浓度的稀释燃料和高温助燃气分别从两个喷嘴对冲喷射，在滞止面实现混合，由于高温助燃剂温度在燃料燃点以上，从而实现无焰燃烧的高温低氧稀释条件，进而形成无焰燃烧。目前关于对冲无焰燃烧的研究仅通过数值模拟实现，缺乏实现可行的对冲无焰燃烧装置。

3、因此，需要开发一种可靠的对冲无焰燃烧装置，为对冲无焰燃烧的基础研究提供实验平台，采集具体的实验数据，并为对冲无焰燃烧的技术发展与工业应用提供参考。

技术实现思路

<p>1、为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种对冲无焰燃烧装置及对冲无焰燃烧方法，可以面向碳氢燃料或低碳零碳燃料产生非预混、预混对冲无焰燃烧反应过程，为对冲无焰燃烧的理论与数值模拟模型建立提供具体的实验数据参考，同时通过此装置，可以开发新型低碳低污染无焰燃烧技术。此外本专利技术可进一步用来产生平面火焰、冲击流均匀火焰、热伴流剪切射流火焰等，可用于燃烧基础研究、诊断测试、高温标定、先进燃烧技术等多种场景，解决了上述
技术介绍
中提到的问题。

2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种对冲无焰燃烧装置，所述对冲无焰燃烧装置由两个结构相似、对置安装的气体喷射单元组成，所述气体喷射单元包括高温氧化剂单元和常温反应物单元；所述高温氧化剂单元包括多孔介质a、外壳、多孔介质b、底盘、未燃反应物管、第一冷却液管、第二冷却液管、保护气管、多孔介质c、中心壳、冷却板以及多孔介质d；

3、所述外壳、中心壳与所述底盘通过螺栓固定连接，所述多孔介质a和多孔介质b均通过外壳内表面和中心壳外表面的阶梯定位；所述多孔介质c和多孔介质d均通过中心壳内表面的阶梯定位；

4、所述冷却板安装在多孔介质d的下方，两者表面紧密贴合；所述未燃反应物管与预混燃气气源连通；所述保护气管与保护气气源连通，从燃烧器侧方或底部通入燃烧装置内部；

5、位于底部的高温氧化剂单元产生高温低氧烟气，位于上部的常温反应物单元产生高稀释反应物，高温低氧烟气和高稀释反应物通过设置在高温氧化剂单元外壳端面的收缩喷嘴收缩整流后对冲流动，并形成无焰燃烧条件，在两气体喷射单元中间产生驻定面和对冲无焰燃烧反应区。

6、优选的，移除设置在高温氧化剂单元外壳端面的收缩喷嘴，位于底部的高温氧化剂单元产生高温低氧烟气，位于上部的常温反应物单元产生高稀释反应物，在两气体喷射单元中间产生平面火焰。

7、优选的，移除设置在高温氧化剂单元外壳端面的收缩喷嘴，位于底部的高温氧化剂单元产生高温低氧烟气，位于上部的常温反应物单元产生高稀释反应物，在高温氧化剂单元正上方悬空的设置夹层内含有螺旋状中空管路的冷却压板，在两气体喷射单元中间产生冲击流均匀火焰。

8、优选的，只采用一个喷气单元前提下，移除设置在高温氧化剂单元外壳端面的收缩喷嘴，位于底部的高温氧化剂单元产生高温低氧烟气，通过设置从底部依次向上穿过带有中心孔的多孔介质c、多孔介质d、冷却板、并与冷却板端面齐平的中心喷管，通入燃料或者燃料与空气预混的反应物，随着充入热伴流后，在两气体喷射单元中间产生热伴流射流火焰。

9、优选的，所述第一冷却液管和第二冷却液管的一端分别与冷却液源连通；所述第一冷却液管的另一端与所述冷却板的出口连接，所述第二冷却液管的另一端与所述冷却板的入口连接；

10、所述冷却板表面设置有均匀分布的蜂窝状通气孔，方便预混燃气均匀穿过冷却板，所述冷却板的夹层中设计有螺旋状中空管路，冷却液在中空管路中循环，对紧密贴合的多孔介质d表面进行降温。

11、优选的，所述收缩喷嘴在水平方向上与外壳端面呈20-80°夹角。

12、优选的，所述多孔介质a、多孔介质b、多孔介质c和多孔介质d的厚度为1-40毫米，平均微孔尺度为1-1000微米；所述多孔介质a和多孔介质c是一层或多层结构。

13、优选的，所述冷却板的厚度为2-50毫米，材质为铝合金或不锈钢。

14、优选的，所述中心壳、多孔介质c、多孔介质d、冷却板的形状是圆形、三角形、方形、五边形或不规则形状。

15、另一方面，为实现上述目的，本专利技术还提供了如下技术方案：一种对冲无焰燃烧方法，包括如下步骤：

16、向气体喷射单元中的冷却液管通入冷却液，对后续燃烧过程中相关零件进行冷却保护；

17、分别向高温氧化剂单元的未燃反应物管和常温反应物单元的反应物管通入氧化剂和稀释剂，待气流稳定，并在两个气体喷射单元之间设置持续点火源；

18、然后向高温氧化剂单元通入燃气，高温氧化剂单元的当量比根据所需高温低氧烟气的含氧量进行调控，待火焰稳定后，撤离持续点火源；

19、向常温反应物单元反应物管通入反应物，其流量由高稀释反应物所需的稀释比例进行调控；

20、高温氧化剂单元产生的高温低氧烟气与常温反应物单元产生的高稀释反应物对冲流动，在滞止面处进行混合，产生实现无焰燃烧所需的高温低氧高稀释条件，从而形成驻定面和对冲无焰燃烧反应区；

21、向两个气体喷射单元缓慢通入保护气，以保证无焰燃烧反应区的稳定性，并进一步对两个气体喷射单元进行冷却保护；

22、待所有气流和燃烧反应区稳定后，开始实验或测试应用；

23、实验或测试应用结束后，切断所有燃气直至残余燃气全部耗尽，待气体喷射单元的温度降至室温后，再依次切断氧化剂、保护气、冷却液。

24、本专利技术的有益效果是：

25、1)本专利技术对称设置的两个气体喷射单元，可分别用来产生对冲无焰燃烧所需要的高温低氧的燃烧烟气和燃料，以实现非预混或预混条件下的对冲无焰燃烧反应。此装置适用于包含碳氢燃料或低碳零碳燃料在内的气体燃料。将气体喷射单元移除收缩喷嘴后，可以用来产生平面火焰，还可以结合冷却压板或中心喷管，用来产生层流预混冲击流均匀火焰或层流/湍流预混及非预混热伴流射流火焰。

26、2)本专利技术可以实现无焰燃烧所需的高温低氧高稀释条本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种对冲无焰燃烧装置，其特征在于，所述对冲无焰燃烧装置由两个结构相似、对置安装的气体喷射单元组成，所述气体喷射单元包括高温氧化剂单元(10)和常温反应物单元(20)；所述高温氧化剂单元(10)包括多孔介质a(102)、外壳(103)、多孔介质b(104)、底盘(105)、未燃反应物管(106)、第一冷却液管(107)、第二冷却液管(108)、保护气管(109)、多孔介质c(110)、中心壳(111)、冷却板(112)以及多孔介质d(113)；

2.根据权利要求1所述的对冲无焰燃烧装置，其特征在于：移除设置在高温氧化剂单元(10)外壳(103)端面的收缩喷嘴(101)，位于底部的高温氧化剂单元(10)产生高温低氧烟气(114)，位于上部的常温反应物单元(20)产生高稀释反应物(201)，在两气体喷射单元中间产生平面火焰(303)。

3.根据权利要求1所述的对冲无焰燃烧装置，其特征在于：移除设置在高温氧化剂单元(10)外壳(103)端面的收缩喷嘴(101)，位于底部的高温氧化剂单元(10)产生高温低氧烟气(114)，位于上部的常温反应物单元(20)产生高稀

4.根据权利要求1所述的对冲无焰燃烧装置，其特征在于：只采用一个喷气单元前提下，移除设置在高温氧化剂单元(10)外壳(103)端面的收缩喷嘴(101)，位于底部的高温氧化剂单元(10)产生高温低氧烟气(114)，通过设置从底部依次向上穿过带有中心孔的多孔介质c(110)、多孔介质d(113)、冷却板(112)、并与冷却板(112)端面齐平的中心喷管(305)，通入燃料或者燃料与空气预混的反应物，随着充入热伴流后，在两气体喷射单元中间产生热伴流射流火焰(306)。

5.根据权利要求1所述的对冲无焰燃烧装置，其特征在于：所述第一冷却液管(107)和第二冷却液管(108)的一端分别与冷却液源连通；所述第一冷却液管(107)的另一端与所述冷却板(112)的出口连接，所述第二冷却液管(108)的另一端与所述冷却板(112)的入口连接；

6.根据权利要求1所述的对冲无焰燃烧装置，其特征在于：所述收缩喷嘴(101)在水平方向上与外壳端面呈20-80°夹角。

7.根据权利要求1所述的对冲无焰燃烧装置，其特征在于：所述多孔介质a(102)、多孔介质b(104)、多孔介质c(110)和多孔介质d(113)的厚度为1-40毫米，平均微孔尺度为1-1000微米；所述多孔介质a(102)和多孔介质c(110)是一层或多层结构。

8.根据权利要求1所述的对冲无焰燃烧装置，其特征在于：所述冷却板(112)的厚度为2-50毫米，材质为铝合金或不锈钢。

9.根据权利要求1所述的对冲无焰燃烧装置，其特征在于：所述中心壳(111)、多孔介质c(110)、多孔介质d(113)、冷却板(112)的形状是圆形、三角形、方形、五边形或不规则形状。

10.一种根据权利要求1-9中任一项所述的对冲无焰燃烧装置的对冲无焰燃烧方法，其特征在于：包括如下步骤：

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【技术特征摘要】

3.根据权利要求1所述的对冲无焰燃烧装置，其特征在于：移除设置在高温氧化剂单元(10)外壳(103)端面的收缩喷嘴(101)，位于底部的高温氧化剂单元(10)产生高温低氧烟气(114)，位于上部的常温反应物单元(20)产生高稀释反应物(201)，在高温氧化剂单元(10)正上方悬空的设置夹层内含有螺旋状中空管路的冷却压板(403)，在两气体喷射单元中间产生冲击流均匀火焰(304)。

4.根据权利要求1所述的对冲无焰燃烧装置，其特征在于：只采用一个喷气单元前提下，移除设置在高温氧化剂单元(10)外壳(103)端面的收缩喷嘴(101)，位于底部的高温氧化剂单元(10)产生高温低氧烟气(114)，通过设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健鹏，石顶峰，马柳昊，任伟，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人