CN211853981U - 用于固体金属粉末燃烧的多功能紧凑式燃烧装置 - Google Patents
用于固体金属粉末燃烧的多功能紧凑式燃烧装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了用于固体金属粉末燃烧的多功能紧凑式燃烧装置，该燃烧装置包括上下相连的筒体外壳与旋风分离器，筒体外壳内从上至下包裹有燃烧室、烧头喷嘴和预混室，边侧设有输粉管道与燃尽风风室表面；燃烧室与所述预混室经由烧头喷嘴上下相通；预混室四周切圆布置有切向进料口；烧头喷嘴上部表面开孔，烧头喷嘴上装有点火器；燃烧室与旋风分离器通过燃烧室出口管道连通；旋风分离器连通回收烟道；金属粉末在燃烧装置内燃烧后生成的金属氧化物经由旋风分离器分离后进入回收装置，回收装置中的金属固体氧化物在反应容器内被氢气还原为金属粉末循环燃烧，反应成的水用于燃烧装置的水冷，燃烧装置生成的烟气可进行烟气余热利用，降低金属氧化物结渣粘污问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃烧及清洁能源利用等领域，具体涉及一种用于固体金属粉末燃烧的多功能紧凑式燃烧装置。
背景技术
能源是人类社会必不可少的事物，它可以用来生产和运输所有原材料和制成品，提供所有服务，并为所有经济活动和财富创造提供基础。目前，全球经济受到化石燃料的国际生产、贸易和消费的推动，因为它们相对便宜，而且容易获得，能源密集，成本低。
但是，化石碳氢燃料的燃烧会产生二氧化碳排放，从而导致气候变化。将人类活动引起的全球变暖限制在2℃需要限制消耗化石能源，这也将限制我们未来的经济增长，同时为了减缓全球气候变化，我们必须实现能源和运输***的零碳排放，并向低碳或零碳社会过渡。低碳社会将需要各种清洁能源解决方案，以取代化石燃料目前在全球经济中发挥的多种作用。
而金属燃料正是符合这种要求的清洁能源，金属燃料燃烧产生金属氧化物，通常是标准条件下的固体，可回收利用。同时，金属燃料可以从金属氧化物产品中还原生成，成为清洁的原始燃料而被循环利用。而金属燃料易在燃烧装置表面结渣的特性，使得金属燃料一直未被大面积推广使用。
发明内容
针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种用于固体金属粉末燃烧的多功能紧凑式燃烧装置，可对燃烧装置进行多级冷却以及对烟气中的固体金属氧化物进行多级回收循环利用，节省能源，清洁高效，最大程度降低金属氧化物结渣粘污问题。
为了达到上述目的，本实用新型所采取的技术方案如下：
一种用于固体金属粉末燃烧的多功能紧凑式燃烧装置，包括上下相连的筒体外壳3与旋风分离器10，所述筒体外壳3内从上至下包裹有燃烧室1、烧头喷嘴12和预混室7，边侧设有输粉管道2和燃尽风风室表面14；所述燃烧室1与所述预混室7经由烧头喷嘴12上下相通；所述预混室7表面四周切圆布置有切向进料口；所述烧头喷嘴12上部表面开孔，烧头喷嘴12上装有点火器5；所述燃烧室1与旋风分离器10通过燃烧室出口管道8连通；旋风分离器10连通旋风分离器回收烟道9；
气体压送固体金属粉末由预混室7四周切圆布置的切向进料口切向进入预混室7，在预混室7内旋转流动上升，充分混合；将直流一次风粉混合物变成旋流一次风粉混合物，经烧头喷嘴12进入燃烧室1，由此产生烟气回流，实现稳定燃烧。
所述预混室7下部开有切向进风口，加强气固混合，便于点火；防止金属粉末沉积。
所述燃烧室1表面设有密集的切向进风口4用于通入氧化气体，加强燃烧的同时在燃烧室内表面生成一层稳定的贴壁气膜，防止壁面温度高于金属氧化物熔点，造成结渣粘污。
所述燃烧室1表面敷设有水冷壁13，水冷壁13与所述燃烧器表面的切向进风口4交错布置，优先利用燃烧生成的热量，同时防止壁面温度高于金属氧化物熔点，造成结渣粘污。
所述烧头喷嘴12处通过点火器5点火，防止燃烧室内贴壁冷却气膜将火焰熄灭；点火后所述燃烧室内气流旋转上升，在中心形成负压回流区，回流后再被吹起，循环燃烧，保证燃烧完全。
所述烧头喷嘴12外部设有扩口6，扩口6上开有进风口，形成空气分级，利于燃烧，点火器5设置在烧头喷嘴12与扩口6之间。
所述燃烧室出口管道8与旋风分离器10相连，且布置在燃烧室1四角，燃烧室出口管道8相邻出***流方向相互垂直，保证气体旋转进入旋风分离器10。
所述旋风分离器连通的旋风分离器回收烟道9外部连有U形弯道，所述U形弯道底部通过回收管道11与旋风分离器10下部回收装置连通，再次回收烟气内的金属氧化物。
所述燃烧室1四周布置有燃尽风风室表面14，所述燃尽风风室表面14使得预混室和燃烧室的进风量可根据需求进行单独调控，实现分级配风，保证燃烧效率。
所述的用于固体金属粉末燃烧的多功能紧凑式燃烧装置的循环燃烧方法，输粉管道2内气体压送固体金属粉末至切向进料口切向进入预混室7内混合，在预混室7内氧化气体携带固体金属粉末旋转上升混合，上升至预混室7与燃烧室1的中间的烧头喷嘴12处时点火，点火后燃烧室1中心形成负压区火焰主要分布在两侧，火焰在达到最高点时回流后再被吹起不断循环燃烧；氧化气体由切向进风口4进入燃烧室1后，在燃烧室1内表面旋转流动形成一层冷却气膜，与水冷壁13一同作用降低燃烧室1内壁面温度，防止结渣粘污；燃烧后的烟气携带固态金属氧化物通过燃烧室1四角的燃烧室出口管道8切向旋转进入旋风分离器10，烟气从旋风分离器10上部的回收烟道9流出，流经U形弯道时携带的少量固体金属氧化物通过回收管道11进入旋风分离器10的下部回收装置；固态金属氧化物因为离心作用被甩到旋风分离器10壁面上失去切向速度向下落入回收装置；燃烧装置21中生成的金属固体氧化物被输送至旋风反应器16与通入的还原剂氢气进行反应，生成金属粉末和水，燃烧装置21生成的固体金属氧化物带有燃烧余热，为旋风反应器16内的还原反应提供反应热。旋风反应器16内生成的水用于燃烧装置21中水冷壁13的水冷，反应器16内生成的金属粉末被输送至粉仓20通过风机19吹入的气体经由燃烧装置21中的输粉管道12进入预混室7再次进行燃烧。所述燃烧室1微正压燃烧，安装有压力检测***15，进行压力监测，保证进气压力大于燃烧室1内燃烧膨胀压力；燃烧装置21生成的烟气通过换热器17进行烟气余热利用；生成的水蒸汽可用于做功，或直接用于工业用汽、采暖、生活用水、发电；过程中无CO2、SOx有害气体生成，真正实现零排放。
本实用新型具有如下优点：
1)本实用新型实现了对固态金属粉末燃料的循环燃烧利用，过程中不产生CO2、SOx等有毒有害气体，清洁环保。
2)本实用新型实现了对固体金属粉末燃烧装置的设计，便捷高效，且经过多级除尘，最大程度确保了收集气体的纯净。
3)本实用新型采用了多级冷却的方法，最大限度的降低了结渣沾污的可能性。
附图说明
图1为一种用于固体金属粉末燃烧的多功能紧凑式燃烧装置示意图。
图1中：1、燃烧室；2、输粉管道；3、筒体外壳；4、切向进风口；5、点火器；6、烧头喷嘴；7、预混室；8、燃烧室出口管道；9、回收管道；10、旋风分离器；11、回收管道；12、扩口；13、水冷壁；14、燃尽风风室表面。
图2为循环燃烧工艺流程图。
图2中：15、压力检测***；16、旋风反应器；17、换热器；18、泵；19、风机；20、粉仓；21、燃烧装置。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的结构和工作原理作进一步的描述。
如图1所示，本实用新型一种用于固体金属粉末燃烧的多功能紧凑式燃烧装置，包括上下相连的筒体外壳3与旋风分离器10，所述筒体外壳3内从上至下包裹有燃烧室1、烧头喷嘴12和预混室7，边侧设有输粉管道2与燃尽风风室表面14；所述燃烧室1与所述预混室7经由烧头喷嘴12上下相通；所述预混室7表面四周切圆布置有切向进料口；所述烧头喷嘴12上部表面开孔，烧头喷嘴12上装有点火器5；所述燃烧室1与旋风分离器10通过燃烧室出口管道8连通；旋风分离器10连通旋风分离器回收烟道9；气体压送固体金属粉末由预混室7四周切圆布置的切向进料口切向进入预混室7，在预混室7内旋转流动上升，充分混合；将直流一次风粉混合物变成旋流一次风粉混合物，经烧头喷嘴12进入燃烧室1，由此产生烟气回流，实现稳定燃烧。
作为本实用新型的优选实施方式，所述预混室7下部开有切向进风口，加强气固混合，便于点火；防止金属粉末沉积。
作为本实用新型的优选实施方式，所述燃烧室1表面设有密集的切向进风口4用于通入氧化气体，加强燃烧的同时在燃烧室内表面生成一层稳定的贴壁气膜，防止壁面温度高于金属氧化物熔点，造成结渣粘污。
作为本实用新型的优选实施方式，所述燃烧室1表面敷设有水冷壁13，水冷壁13与所述燃烧器表面的切向进风口4交错布置，优先利用燃烧生成的热量，同时防止壁面温度高于金属氧化物熔点，造成结渣粘污。
作为本实用新型的优选实施方式，所述烧头喷嘴12处通过点火器5点火，防止燃烧室内贴壁冷却气膜将火焰熄灭；点火后所述燃烧室内气流旋转上升，在中心形成负压回流区，回流后再被吹起，循环燃烧，保证燃烧完全。
作为本实用新型的优选实施方式，所述烧头喷嘴12外部设有扩口6，扩口6上开有进风口，形成空气分级，利于燃烧，点火器5设置在烧头喷嘴12与扩口6之间。
作为本实用新型的优选实施方式，所述燃烧室出口管道8与旋风分离器10相连，且布置在燃烧室1四角，燃烧室出口管道8相邻出***流方向相互垂直，保证气体旋转进入旋风分离器10。
作为本实用新型的优选实施方式，所述旋风分离器连通的旋风分离器回收烟道9外部连有U形弯道，所述U形弯道底部通过回收管道11与旋风分离器10下部回收装置连通，再次回收烟气内的金属氧化物。
作为本实用新型的优选实施方式，所述燃烧室(1)四周布置有燃尽风风室表面(14)，所述燃尽风风室表面(14)使得预混室和燃烧室的进风量可根据需求进行单独调控，实现分级配风，保证燃烧效率。
如图1所示，本实用新型一种用于固体金属粉末燃烧的多功能紧凑式燃烧装置的循环燃烧方法，输粉管道2内气体压送固体金属粉末至切向进料口切向进入预混室7内混合，在预混室7内氧化气体携带固体金属粉末旋转上升混合，上升至预混室7与燃烧室1的中间的烧头喷嘴12处时点火，点火后燃烧室1中心形成负压区火焰主要分布在两侧，火焰在达到最高点时回流后再被吹起不断循环燃烧。氧化气体由切向进风口4进入燃烧室1后，在燃烧室1内表面旋转流动形成一层冷却气膜，与水冷壁13一同作用降低燃烧室1内壁面温度，防止结渣粘污。燃烧后的烟气携带固态金属氧化物通过燃烧室1四角的燃烧室出口管道8切向旋转进入旋风分离器10，烟气从旋风分离器10上部的回收烟道9流出，流经U形弯道时携带的少量固体金属氧化物通过回收管道11进入旋风分离器10下部的回收装置。固态金属氧化物因为离心作用被甩到旋风分离器10壁面上失去切向速度向下落入回收装置。
如图2所示，燃烧装置21中生成的金属固体氧化物被输送至旋风反应器16与通入的还原剂氢气进行反应，生成金属粉末和水，所述燃烧装置21生成的固体金属氧化物带有燃烧余热，为旋风反应器16内的还原反应提供反应热。所述旋风反应器16内生成的水用于燃烧装置21中水冷壁13的水冷，所述反应器16内生成的金属粉末被输送至粉仓20通过风机19吹入的气体经由燃烧装置21中的输粉管道12进入预混室7再次进行燃烧。所述燃烧室1微正压燃烧，安装有压力检测***15，进行压力监测，保证进气压力大于燃烧室1内燃烧膨胀压力；燃烧装置21生成的烟气通过换热器17进行烟气余热利用；生成的水蒸汽可用于做功，或直接用于工业用汽、采暖、生活用水、发电；过程中无CO2、SOx有害气体生成，真正实现零排放。
Claims (7)
1.一种用于固体金属粉末燃烧的多功能紧凑式燃烧装置，其特征在于：包括上下相连的筒体外壳(3)与旋风分离器(10)，所述筒体外壳(3)内从上至下包裹有燃烧室(1)、烧头喷嘴(12)和预混室(7)，边侧设有输粉管道(2)与燃尽风风室表面(14)；所述燃烧室(1)与所述预混室(7)经由烧头喷嘴(12)上下相通；所述预混室(7)四周切圆布置有切向进料口；所述烧头喷嘴(12)上部表面开孔，烧头喷嘴(12)上装有点火器(5)；所述燃烧室(1)与旋风分离器(10)通过燃烧室出口管道(8)连通；旋风分离器(10)连通回收烟道(9)。
2.根据权利要求1所述的一种用于固体金属粉末燃烧的多功能紧凑式燃烧装置，其特征在于：所述预混室(7)下部开有切向进风口。
3.根据权利要求1所述的一种用于固体金属粉末燃烧的多功能紧凑式燃烧装置，其特征在于：所述燃烧室(1)表面设有密集的切向进风口(4)用于通入氧化气体。
4.根据权利要求3所述的一种用于固体金属粉末燃烧的多功能紧凑式燃烧装置，其特征在于：所述燃烧室(1)表面敷设有水冷壁(13)，水冷壁(13)与所述燃烧器表面的切向进风口(4)交错布置。
5.根据权利要求1所述的一种用于固体金属粉末燃烧的多功能紧凑式燃烧装置，其特征在于：所述烧头喷嘴(12)外部设有扩口(6)，扩口(6)上开有进风口，形成空气分级，利于燃烧，点火器(5)设置在烧头喷嘴(12)与扩口(6)之间。
6.根据权利要求1所述的一种用于固体金属粉末燃烧的多功能紧凑式燃烧装置，其特征在于：所述燃烧室出口管道(8)与旋风分离器(10)相连，且布置在燃烧室(1)四角，燃烧室出口管道(8)相邻出***流方向相互垂直，保证气体旋转进入旋风分离器(10)。
7.根据权利要求1所述的一种用于固体金属粉末燃烧的多功能紧凑式燃烧装置，其特征在于：所述旋风分离器连通的回收烟道(9)外部连有U形弯道，所述U形弯道底部通过回收管道(11)与旋风分离器(10)下部的回收装置连通，再次回收烟气内的金属氧化物。
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| CN202020376808.0U CN211853981U (zh) | 2020-03-23 | 2020-03-23 | 用于固体金属粉末燃烧的多功能紧凑式燃烧装置 |
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| CN211853981U true CN211853981U (zh) | 2020-11-03 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114484495A (zh) * | 2022-04-18 | 2022-05-13 | 北京航空航天大学 | 基于金属粒子添加的热声振荡主动控制装置 |
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2020
- 2020-03-23 CN CN202020376808.0U patent/CN211853981U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114484495A (zh) * | 2022-04-18 | 2022-05-13 | 北京航空航天大学 | 基于金属粒子添加的热声振荡主动控制装置 |
| CN114484495B (zh) * | 2022-04-18 | 2022-07-01 | 北京航空航天大学 | 基于金属粒子添加的热声振荡主动控制装置 |
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