一種脈動多孔介質燃燒發電系統的製作方法

2023-09-23 08:29:40 1

專利名稱：一種脈動多孔介質燃燒發電系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種脈動多孔介質燃燒發電系統，尤其適用於對煤礦低濃度瓦斯、低濃度天然氣等低熱值氣體進行燃燒並充分利用反應熱、餘熱進行高效熱電的轉換。
背景技術：
脈動燃燒器是在一定的聲學條件控制下，專門工作在聲學脈動狀態下的燃燒器。19世紀中葉，李 康特教授發現「對音樂敏感的火焰」，即人們認識脈動燃燒的開始。這一百多年中，出現了各種不同類型的脈動燃燒器，目前應用最廣泛的脈動燃燒器是亥爾姆霍茨型脈動燃燒器，它是基於聲學上的亥爾姆霍茨諧振器的原理工作的。然而，脈動燃燒器有很多缺點，如它的燃燒室的溫度分布不均勻，不利於熱量的利用；燃氣流速大，不便於控制，由此有利於燃燒器蓄熱，燃燒效率不穩定，燃燒負荷低；燃燒時，有較大的噪音和振動問題。發電系統中常用的發電機是燃氣輪機或蒸汽輪機。這兩種傳統式發電機輸出的功率大，對燃料的品質要求高。煤礦低濃度瓦斯、低濃度天然氣這樣的低熱值氣體，不僅濃度很低，而且濃度的波動範圍大，傳統發電機常常不能正常工作。於是，為利用低熱值氣體，現在的發電系統常常引入螺杆式膨脹機來將低熱值氣體產生的機械能轉化為電能，此膨脹機的功率範圍常常在lkW 1000kW。比如已申請的專利201010501852. 0，其中的發電部分很好的利用螺杆式膨脹機的優點 ，然而，其中的循環水部分，沒有充分利用煙氣的餘熱，造成本身能量密度不大的低熱值氣體能量流失，降低能量利用效率。同時，煙氣部分的熱量流失，會導致環境熱汙染嚴重，不利於環保。
發明內容本實用新型的目的在於克服已有技術中的不足，提供一種結構簡單、能充分利用餘熱、操作方便、節能環保、效果好的脈動多孔介質燃燒發電系統。為實現上述目的，本實用新型的脈動多孔介質燃燒發電系統，包括燃燒器、連接燃燒器的鍋筒，鍋筒底部分別連接有換熱器循環水泵和鍋筒給水泵，鍋筒的上部經管線連接有螺杆式膨脹機，螺杆式膨脹機連接有發電機，螺杆式膨脹機的下部連接有冷凝器，冷凝器出水口連接有儲水箱，儲水箱的入口經管線連接有與給水泵相連的水處理器，所述的鍋筒給水泵的入口處連接有預熱器，預熱器下部入水口經管線與儲水箱相連接，所述燃燒器為脈動多孔介質燃燒器，脈動多孔介質燃燒器包括燃燒器殼體，燃燒器殼體內壁上附著有保溫層，保溫層內設有裝有多孔介質燃燒室的內筒，內筒上部設有穿入燃燒器殼體內的點火器，燃燒器殼體的下部設有連通內筒的進氣管，進氣管的入口處設有膜片閥；燃燒器殼體上部連接的煙氣管上纏繞有蛇形換熱管，煙氣管與燃燒器殼體連接處纏繞有保溫層，蛇形換熱管外部設有與預熱器相連的導套管，導套管內充填有附著在蛇形換熱管周圍泡沫陶瓷導熱層，所述蛇形換熱管的入口端經管線連接換熱器循環水泵，蛇形換熱管的出口端經管線連接鍋筒，預熱器相連在導套管的尾部。所述的多孔介質燃燒室為SiC泡沫陶瓷多孔介質燃燒室或Al2O3泡沫陶瓷多孔介質燃燒室；所述的冷凝器為水冷式冷凝器或風冷式冷凝器；所述的螺杆式膨脹機為單螺杆式膨脹機或雙螺杆式膨脹機。有益效果本實用新型通過將多孔介質與脈動燃燒器結合形成脈動多孔介質燃燒器，進一步拓展了天然氣、煤礦瓦斯等自維持穩定燃燒的濃度極限和減少汙染物排放，其系統結構簡單、能充分利用餘熱、操作方便、節能環保、效果好。主要有以下優點1、採用脈動多孔介質燃燒器可以克服脈動燃燒器在技術上的不足，新的脈動多孔介質燃燒器可拓展天然氣、煤礦瓦斯等氣體自維持穩定燃燒的濃度極限，減少燃燒過程中的汙染物排放量，提高燃燒效率；2、在煙氣管外邊環繞布置的圓柱狀的泡沫陶瓷導熱層，並在內部分布螺旋式纏繞的換熱管，大大提高了換熱效率，且讓換熱更加穩定均勻；3、在導套管出口設置預熱器可以充分利用煙氣餘熱提高燃燒效率，同時也減少了由於餘熱排放導致的熱汙染，節能環保；4、以單機容量變化範圍大的螺杆式膨脹機作為熱能與機械能轉換的裝置，可克服與不同濃度氣體燃燒時所帶來的熱能大小的波動，尤其適用於濃度極不穩定的煤礦低濃度瓦斯、天然氣等低熱值氣體，避免了傳統蒸汽機單機容量大、系統結構複雜而與低濃度氣體燃燒時熱能大小的不匹配問題；5、發電系統的冷凝器可因地制宜的選擇水冷式或者風冷式；工質水可採用循環利用並適當補水的方式，有效的節約了水資源並充分利用了排出水中的餘熱。

圖1是本實用新型的系統結構圖。圖中1-進氣管，2-膜片閥，3-燃燒器殼體，4-保溫層，5-煙氣管，6-換熱管，7_泡沫陶瓷導熱層，8-導套管，9-換熱器循環水泵，10-鍋筒，11 一鍋筒給水泵，12-螺杆式膨脹機，13 —發電機，14-冷凝器，15-給水泵，16-水處理器，17-儲水箱，18-排氣管，19-預熱器，20-點火器，21-內筒，22-多孔介質質燃燒室。
具體實施方式
下面將結合附圖對本實用新型的一個實施例作進一步的描述本實用新型的脈動多孔介質燃燒發電系統，主要由燃燒器、換熱裝置、預熱裝置、循環水處理系統和與發電機13相連接的螺杆式膨脹機12構成；所述燃燒器為脈動多孔介質燃燒器，脈動多孔介質燃燒器包括燃燒器殼體3,燃燒器殼體3內壁上附著有保溫層4,保溫層4內設有裝有多孔介質燃燒室22的內筒21，內筒21上部設有穿入燃燒器殼體3內的點火器20，所述的多孔介質燃燒室22為SiC泡沫陶瓷多孔介質燃燒室或Al2O3泡沫陶瓷多孔介質燃燒室。燃燒器殼體3的下部設有連通內筒21的進氣管1，進氣管I的入口處設有膜片閥2 ;所述的換熱裝置包括燃燒器殼體3上部連接的煙氣管5，煙氣管5上纏繞的蛇形換熱管6，蛇形換熱管6外部設有與預熱器19相連的導套管8，導套管8內充填有附著在蛇形換熱管6周圍的泡沫陶瓷導熱層7 ;所述的預熱裝置包括導套管8尾部連接的預熱器19，預熱器19右端連接的排氣管18，預熱器19上端經管線連接的鍋筒給水泵11，鍋筒給水泵11上端經管線與連接著燃燒器的鍋筒10右下部相連，鍋筒10底部連接的換熱器循環水泵9。鍋筒10的上部經管線連接有螺杆式膨脹機12，螺杆式膨脹機12連接有發電機13，所述的螺杆式膨脹機12為單螺杆式膨脹機或雙螺杆式膨脹機；所述的循環水處理系統包括與預熱器19下部經管線連接的儲水箱17，儲水箱17右下部連接的冷凝器14，儲水箱17的上部入口處連接的水處理器16，水處理器16右端經管線連接的給水泵15，所述的冷凝器14為水冷式冷凝器或風冷式冷凝器。工作原理預混好的燃氣從膜片閥2進入多孔介質燃燒室22內，燃氣被點火器20點燃後開始燃燒，燃燒伴隨著放熱使燃燒室內的壓力上升，壓力上升到大於預混燃氣供給壓力時，膜片閥2關閉，燃燒產生的熱燃氣不能通過閥倒流，沿煙氣管5嚮導套管8流動並膨脹排出，燃燒室內的壓力隨之下降，壓力下降到使燃燒室內形成負壓，且壓力下降到低於預混燃氣的入口壓力時，使膜片閥2再次開啟，新鮮的預混燃氣重新進入燃燒室，被室內餘熱點燃，由此進行燃燒循環；給水泵15抽取的水和經冷凝器14的工質水流入儲水箱17中，在經過了預熱器18後經鍋筒給水泵11流入鍋筒10，鍋筒10中的工質水經換熱器循環水泵9提供動力流入蛇形換熱管6中進行換熱，並有一部分工質水汽化，再次流入鍋筒10中進行汽液分離，分離後的高溫高壓工質水汽流入螺杆式膨脹機12中將熱能轉換為機械能，並由發電機13將機械能轉換為電能，流經螺杆式膨脹機12後的低能工質水汽經過冷凝器14冷卻後再次流入儲水箱17中，由此使工質水能循環利用。
權利要求1.一種脈動多孔介質燃燒發電系統，包括燃燒器、連接燃燒器的鍋筒(10)，鍋筒(10)底部分別連接有換熱器循環水泵(9)和鍋筒給水泵(11)，鍋筒(10)的上部經管線連接有螺杆式膨脹機(12)，螺杆式膨脹機(12)連接有發電機(13)，螺杆式膨脹機(12)的下部連接有冷凝器(14)，冷凝器(14)出水口連接有儲水箱(17)，儲水箱(17)的入口經管線連接有與給水泵(15)相連的水處理器(16)，其特徵在於所述的鍋筒給水泵(11)的入口處連接有預熱器(19)，預熱器(19)下部入水口經管線與儲水箱(17)相連接，所述燃燒器為脈動多孔介質燃燒器，脈動多孔介質燃燒器包括燃燒器殼體(3)，燃燒器殼體(3)內壁上附著有保溫層(4)，保溫層(4)內設有裝有多孔介質燃燒室(22)的內筒(21)，內筒(21)上部設有穿入燃燒器殼體(3)內的點火器(20),燃燒器殼體(3)的下部設有連通內筒(21)的進氣管(I),進氣管(I)的入口處設有膜片閥(2 );燃燒器殼體(3 )上部連接的煙氣管(5 )上纏繞有蛇形換熱管(6)，煙氣管(5)與燃燒器殼體(3)連接處纏繞有保溫層(4)，蛇形換熱管(6)外部設有與預熱器(19)相連的導套管(8)，導套管(8)內充填有附著在蛇形換熱管(6)周圍泡沫陶瓷導熱層(7 )，所述蛇形換熱管(6 )的入口端經管線連接換熱器循環水泵(9)，蛇形換熱管(6 )的出口端經管線連接鍋筒(10)，預熱器(19)相連在導套管(8)的尾部。
2.根據權利要求1所述的脈動多孔介質燃燒發電系統，其特徵在於所述的多孔介質燃燒室(22)為SiC泡沫陶瓷多孔介質燃燒室或Al2O3泡沫陶瓷多孔介質燃燒室。
3.根據權利要求1所述的脈動多孔介質燃燒發電系統，其特徵在於所述的冷凝器(14)為水冷式冷凝器或風冷式冷凝器。
4.根據權利要求1所述的脈動多孔介質燃燒發電系統，其特徵在於所述的螺杆式膨脹機(12)為單螺杆式膨脹機或雙螺杆式膨脹機。
專利摘要一種脈動多孔介質燃燒發電系統，它包括脈動多孔介質燃燒器和帶有螺杆式膨脹機的發電系統脈動多孔介質燃燒器包括進氣管，位於進氣管上方的膜片閥，多孔介質燃燒室和無介質燃燒室位於膜片閥和煙氣管之間，煙氣管外邊包裹著起導熱作用的泡沫陶瓷，位於泡沫陶瓷內部的是螺旋式纏繞的換熱管，導套管位於煙氣管之後，位於導套管之後的是預熱器，預熱器後連接著排氣管；帶有螺杆式膨脹機的發電系統包括儲存工質水的儲水箱，水處理器，用於汽液分離的鍋筒，將熱能轉換為機械能的螺杆式膨脹機，以及將機械能轉換為電能的發電機。該系統利用低熱值氣體的燃燒熱、低溫餘熱進行發電，單機容量匹配合理，操作方便，節能環保，使用效果好。
文檔編號F22B31/00GK202902246SQ20122056565
公開日2013年4月24日 申請日期2012年10月31日 優先權日2012年10月31日
發明者林柏泉, 代華明, 李慶釗 申請人:中國礦業大學