CN102913890A

CN102913890A - 一种脉动多孔介质燃烧发电系统

Info

Publication number: CN102913890A
Application number: CN2012104261976A
Authority: CN
Inventors: 林柏泉; 代华明; 李庆钊
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2032-10-31
Also published as: CN102913890B

Abstract

一种脉动多孔介质燃烧发电系统，它包括脉动多孔介质燃烧器和带有螺杆式膨胀机的发电系统：脉动多孔介质燃烧器包括进气管，位于进气管上方的膜片阀，多孔介质燃烧室和无介质燃烧室位于膜片阀和烟气管之间，烟气管外边包裹着起导热作用的泡沫陶瓷，位于泡沫陶瓷内部的是螺旋式缠绕的换热管，导套管位于烟气管之后，位于导套管之后的是预热器，预热器后连接着排气管；带有螺杆式膨胀机的发电系统包括储存工质水的储水箱，水处理器，用于汽液分离的锅筒，将热能转换为机械能的螺杆式膨胀机，以及将机械能转换为电能的发电机。该系统利用低热值气体的燃烧热、低温余热进行发电，单机容量匹配合理，操作方便，节能环保，使用效果好。

Description

一种脉动多孔介质燃烧发电系统

技术领域

本发明涉及一种脉动多孔介质燃烧发电系统，尤其适用于对煤矿低浓度瓦斯、低浓度天然气等低热值气体进行燃烧并充分利用反应热、余热进行高效热电的转换。

背景技术

脉动燃烧器是在一定的声学条件控制下，专门工作在声学脉动状态下的燃烧器。19世纪中叶，李·康特教授发现“对音乐敏感的火焰”，即人们认识脉动燃烧的开始。这一百多年中，出现了各种不同类型的脉动燃烧器，目前应用最广泛的脉动燃烧器是亥尔姆霍茨型脉动燃烧器，它是基于声学上的亥尔姆霍茨谐振器的原理工作的。然而，脉动燃烧器有很多缺点，如它的燃烧室的温度分布不均匀，不利于热量的利用；燃气流速大，不便于控制，由此有利于燃烧器蓄热，燃烧效率不稳定，燃烧负荷低；燃烧时，有较大的噪音和振动问题。

发电系统中常用的发电机是燃气轮机或蒸汽轮机。这两种传统式发电机输出的功率大，对燃料的品质要求高。煤矿低浓度瓦斯、低浓度天然气这样的低热值气体，不仅浓度很低，而且浓度的波动范围大，传统发电机常常不能正常工作。于是，为利用低热值气体，现在的发电系统常常引入螺杆式膨胀机来将低热值气体产生的机械能转化为电能，此膨胀机的功率范围常常在1kW~1000kW。比如已申请的专利201010501852.0，其中的发电部分很好的利用螺杆式膨胀机的优点，然而，其中的循环水部分，没有充分利用烟气的余热，造成本身能量密度不大的低热值气体能量流失，降低能量利用效率。同时，烟气部分的热量流失，会导致环境热污染严重，不利于环保。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于克服已有技术中的不足，提供一种结构简单、能充分利用余热、操作方便、节能环保、效果好的脉动多孔介质燃烧发电系统。

技术方案：本发明的脉动多孔介质燃烧发电系统，包括燃烧器、连接燃烧器的锅筒，锅筒底部分别连接有换热器循环水泵和锅筒给水泵，锅筒的上部经管线连接有螺杆式膨胀机，螺杆式膨胀机连接有发电机，螺杆式膨胀机的下部连接有冷凝器，冷凝器出水口连接有储水箱，储水箱的入口经管线连接有与给水泵相连的水处理器，所述的锅筒给水泵的入口处连接有预热器，预热器下部入水口经管线与储水箱相连接，所述燃烧器为脉动多孔介质燃烧器，脉动多孔介质燃烧器包括燃烧器壳体，燃烧器壳体内壁上附着有保温层，保温层内设有装有多孔介质燃烧室的内筒，内筒上部设有穿入燃烧器壳体内的点火器，燃烧器壳体的下部设有连通内筒的进气管，进气管的入口处设有膜片阀；燃烧器壳体上部连接的烟气管上缠绕有蛇形换热管，烟气管与燃烧器壳体连接处缠绕有保温层，蛇形换热管外部设有与预热器相连的导套管，导套管内充填有附着在蛇形换热管周围泡沫陶瓷导热层，所述蛇形换热管的入口端经管线连接换热器循环水泵，蛇形换热管的出口端经管线连接锅筒，预热器相连在导套管的尾部。

所述的多孔介质燃烧室为SiC泡沫陶瓷多孔介质燃烧室或Al₂O₃泡沫陶瓷多孔介质燃烧室；所述的冷凝器为水冷式冷凝器或风冷式冷凝器；所述的螺杆式膨胀机为单螺杆式膨胀机或双螺杆式膨胀机。

有益效果：本发明通过将多孔介质与脉动燃烧器结合形成脉动多孔介质燃烧器，进一步拓展了天然气、煤矿瓦斯等自维持稳定燃烧的浓度极限和减少污染物排放，其系统结构简单、能充分利用余热、操作方便、节能环保、效果好。主要有以下优点：

1、采用脉动多孔介质燃烧器可以克服脉动燃烧器在技术上的不足，新的脉动多孔介质燃烧器可拓展天然气、煤矿瓦斯等气体自维持稳定燃烧的浓度极限，减少燃烧过程中的污染物排放量，提高燃烧效率；

2、在烟气管外边环绕布置的圆柱状的泡沫陶瓷导热层，并在内部分布螺旋式缠绕的换热管，大大提高了换热效率，且让换热更加稳定均匀；

3、在导套管出口设置预热器可以充分利用烟气余热提高燃烧效率，同时也减少了由于余热排放导致的热污染，节能环保；

4、以单机容量变化范围大的螺杆式膨胀机作为热能与机械能转换的装置，可克服与不同浓度气体燃烧时所带来的热能大小的波动，尤其适用于浓度极不稳定的煤矿低浓度瓦斯、天然气等低热值气体，避免了传统蒸汽机单机容量大、系统结构复杂而与低浓度气体燃烧时热能大小的不匹配问题；

5、发电系统的冷凝器可因地制宜的选择水冷式或者风冷式；工质水可采用循环利用并适当补水的方式，有效的节约了水资源并充分利用了排出水中的余热。

附图说明

图1是本发明的系统结构图。

图中：1-进气管，2-膜片阀，3-燃烧器壳体，4-保温层，5-烟气管，6-换热管，7-泡沫陶瓷导热层，8-导套管，9-换热器循环水泵，10-锅筒，11－锅筒给水泵，12-螺杆式膨胀机，13－发电机，14-冷凝器，15-给水泵，16-水处理器，17-储水箱，18-排气管，19-预热器，20-点火器，21-内筒，22-多孔介质质燃烧室。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

本发明的脉动多孔介质燃烧发电系统，主要由燃烧器、换热装置、预热装置、循环水处理系统和与发电机13相连接的螺杆式膨胀机12构成；所述燃烧器为脉动多孔介质燃烧器，脉动多孔介质燃烧器包括燃烧器壳体3，燃烧器壳体3内壁上附着有保温层4，保温层4内设有装有多孔介质燃烧室22的内筒21，内筒21上部设有穿入燃烧器壳体3内的点火器20，所述的多孔介质燃烧室22为SiC泡沫陶瓷多孔介质燃烧室或Al₂O₃泡沫陶瓷多孔介质燃烧室。燃烧器壳体3的下部设有连通内筒21的进气管1，进气管1的入口处设有膜片阀2；所述的换热装置包括燃烧器壳体3上部连接的烟气管5，烟气管5上缠绕的蛇形换热管6，蛇形换热管6外部设有与预热器19相连的导套管8，导套管8内充填有附着在蛇形换热管6周围的泡沫陶瓷导热层7；所述的预热装置包括导套管8尾部连接的预热器19，预热器19右端连接的排气管18，预热器19上端经管线连接的锅筒给水泵11，锅筒给水泵11上端经管线与连接着燃烧器的锅筒10右下部相连，锅筒10底部连接的换热器循环水泵9。锅筒10的上部经管线连接有螺杆式膨胀机12，螺杆式膨胀机12连接有发电机13，所述的螺杆式膨胀机12为单螺杆式膨胀机或双螺杆式膨胀机；所述的循环水处理系统包括与预热器19下部经管线连接的储水箱17，储水箱17右下部连接的冷凝器14，储水箱17的上部入口处连接的水处理器16，水处理器16右端经管线连接的给水泵15，所述的冷凝器14为水冷式冷凝器或风冷式冷凝器。

工作原理：预混好的燃气从膜片阀2进入多孔介质燃烧室22内，燃气被点火器20点燃后开始燃烧，燃烧伴随着放热使燃烧室内的压力上升，压力上升到大于预混燃气供给压力时，膜片阀2关闭，燃烧产生的热燃气不能通过阀倒流，沿烟气管5向导套管8流动并膨胀排出，燃烧室内的压力随之下降，压力下降到使燃烧室内形成负压，且压力下降到低于预混燃气的入口压力时，使膜片阀2再次开启，新鲜的预混燃气重新进入燃烧室，被室内余热点燃，由此进行燃烧循环；给水泵15抽取的水和经冷凝器14的工质水流入储水箱17中，在经过了预热器18后经锅筒给水泵11流入锅筒10，锅筒10中的工质水经换热器循环水泵9提供动力流入蛇形换热管6中进行换热，并有一部分工质水汽化，再次流入锅筒10中进行汽液分离，分离后的高温高压工质水汽流入螺杆式膨胀机12中将热能转换为机械能，并由发电机13将机械能转换为电能，流经螺杆式膨胀机12后的低能工质水汽经过冷凝器14冷却后再次流入储水箱17中，由此使工质水能循环利用。

Claims

1.一种脉动多孔介质燃烧发电系统，包括燃烧器、连接燃烧器的锅筒(10)，锅筒(10)底部分别连接有换热器循环水泵(9)和锅筒给水泵(11)，锅筒(10)的上部经管线连接有螺杆式膨胀机（12），螺杆式膨胀机（12）连接有发电机(13)，螺杆式膨胀机（12）的下部连接有冷凝器（14），冷凝器（14）出水口连接有储水箱(17)，储水箱(17)的入口经管线连接有与给水泵(15)相连的水处理器(16)，其特征在于：所述的锅筒给水泵(11)的入口处连接有预热器（19），预热器（19）下部入水口经管线与储水箱(17)相连接，所述燃烧器为脉动多孔介质燃烧器，脉动多孔介质燃烧器包括燃烧器壳体（3），燃烧器壳体（3）内壁上附着有保温层（4），保温层（4）内设有装有多孔介质燃烧室(22)的内筒（21），内筒（21）上部设有穿入燃烧器壳体（3）内的点火器(20)，燃烧器壳体（3）的下部设有连通内筒（21）的进气管（1），进气管（1）的入口处设有膜片阀（2）；燃烧器壳体（3）上部连接的烟气管（5）上缠绕有蛇形换热管（6），烟气管（5）与燃烧器壳体（3）连接处缠绕有保温层（4），蛇形换热管（6）外部设有与预热器（19）相连的导套管(8)，导套管(8)内充填有附着在蛇形换热管（6）周围泡沫陶瓷导热层（7），所述蛇形换热管（6）的入口端经管线连接换热器循环水泵(9)，蛇形换热管（6）的出口端经管线连接锅筒(10)，预热器（19）相连在导套管(8)的尾部。

2.根据权利要求1所述的脉动多孔介质燃烧发电系统，其特征在于：所述的多孔介质燃烧室（22）为SiC泡沫陶瓷多孔介质燃烧室或Al₂O₃泡沫陶瓷多孔介质燃烧室。

3.根据权利要求1所述的脉动多孔介质燃烧发电系统，其特征在于：所述的冷凝器（14）为水冷式冷凝器或风冷式冷凝器。

4.根据权利要求1所述的脉动多孔介质燃烧发电系统，其特征在于：所述的螺杆式膨胀机（12）为单螺杆式膨胀机或双螺杆式膨胀机。