一種固體粉末連續燃燒裝置制造方法
【專利摘要】一種固體粉末連續燃燒裝置是以克服現有設備存在的安全和可控程度差的問題。包括粉倉,燃燒系統,動力系統和載氣傳輸系統。本發明的工作過程簡述為:粉倉中的致熱粉體由旋進螺桿帶入噴射器,由載氣經傳輸管道帶入預混倉,經噴管陣列均勻噴出,此時輔助氣系統工作,噴管噴出的塵云與輔助氣混合,由點火爐絲點燃,連續燃燒。其中由自動控制系統控制各步驟的開關。采用本發明的裝置有助于保證固體粉末安全可控地燃燒。
【專利說明】
一種固體粉末連續燃燒裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種固體粉末連續燃燒的裝置。
【背景技術】
[0002]隨著現代工業的發展以及粉體技術的進步,在工業生產、運輸以及操作過程中均不可避免地產生粉塵。這些粉塵如鐵、鋁等金屬粉、煤等礦物粉體往往易燃易爆,這就產生了可燃粉體的安全防護問題。認識各種可燃粉塵的燃燒和爆炸特性、研究其火焰傳播規律對于粉體的安全生產及安全使用有著重要的理論和現實意義。除了產生高溫外,近年來的理論和實驗結果表明固體的燃燒也會產生等離子體,并對2-15 GHz的微波有較強的吸收(強激光與粒子束2005,17,707)。另一方面,隨著無機粉體制備技術的發展和進步,人們嘗試利用粉體燃燒所產生的大量反應熱,通過固相復分解、自蔓延反應用于氧化物等超細陶瓷粉體的合成,然而這種自蔓延手段間歇,在連續生產方面存在一定的難度(胡彥杰等,中國材料進展,2012,33,44)。如果固體粉末能夠通過設備實現連續燃燒,將在以下三方面產生積極的作用:(1)在現有的基礎上進一步認識不同固體粉塵的燃燒狀態以及火焰特征,為對應的粉塵生產、運輸以及使用提供理論和科學依據;(2)針對特定固體粉末燃燒產生等離子體等物理特性,研究其對電磁信號的屏蔽特點,在軍事和民用方面有潛在的應用價值。(3)固體粉末的連續燃燒設備,有利于氧化物、氮化物等陶瓷材料的連續合成與生產,提供新的手段和選擇,降低其能耗與成本。
[0003]為了實現固體粉末的連續燃燒,煤氣化采用單噴管,所用噴管直徑大、處理能力強,但煤粉顆粒大,不適于超細粉體,管徑大不利于抑爆;前人也采用類似本生燈的裝置進行實驗室規模的粉體火焰燃燒性能研究(Combust1n and Flame, 1996, 105, 147;Combust1n and Flame, 2003, 133,275),但尚存在著(1)管徑太大、容易回火;(2)噴管出口為單管,火焰形狀和面積單一、難以深入研究粉體燃燒的特征。在上述基礎上王秋紅等人公開了一種開放體系噴吹預混燃燒試驗系統(中國專利,CN102323374A),該系統采用空氣作為載氣攜帶可燃粉體、經過預混倉等兩次混合、進入抑爆噴管陣列,經噴火槍點火實現開放空間粉體火焰的連續燃燒,但該系統的點火裝置簡陋、操作人員與火焰距離太近,空氣直接與可燃粉體混合,可燃粉體隨空氣在管道中高速傳遞、碰撞會在管道中燃燒爆炸,導致該系統的危險程度過大。此外在實際操作中,噴射器形成的負壓會導致粉量和控制電機的頻率不能直接相關,可控程度差,過大濃度的粉體極易回火。
【發明內容】
[0004]針對現有設備存在的諸多問題,本發明提供了一種安全可控的固體粉末連續燃燒
>J-U ρ?α裝直。
[0005]本發明的工作過程可以簡述為:粉倉中的致熱粉體由旋進螺桿帶入噴射器,由載氣經傳輸管道帶入預混倉,經噴管陣列均勻噴出,此時輔助氣系統工作,噴管噴出的塵云與輔助氣混合,由點火爐絲點燃,最終形成高溫火焰區域。由自動控制系統控制各步驟的開關。
[0006]本發明的固體粉末連續燃燒裝置,包括粉倉,燃燒系統,動力系統,載氣傳輸系統,其特征在于所述的動力系統由變頻器,電動機,減速機和旋進螺桿組成,由變頻器控制電動機和減速機,進而控制旋進螺桿的轉速;所述的載氣傳輸系統由載氣源、緩沖罐和電磁閥組成,電磁閥控制載氣流量;所述的粉倉分上下兩部分,下部分裝有旋進螺桿,上部分用控制隔板和將其分割為儲存區、緩沖區和控制區,儲存區的頂端有進料口,控制區底部有出料口,儲存區與緩沖區之間控制隔板的高度小于控制隔板的高度;所述的燃燒系統包括噴射器,管道,預混倉、燃燒倉,噴射器的載氣進口與電磁閥相連,噴射器的粉體進口與出料口相連,噴射器由管道與預混倉底端相連,而預混倉是倒圓錐形,預混倉頂端與燃燒倉底部相連,燃燒倉是由同軸的外筒和內筒組成,其外筒下部有輔助氣進氣口,內筒的頂部與底部均為管板,噴管陣列位于內筒中,噴管內為粉體通道,外筒與內筒之間的頂部有輔助氣開口,在燃燒倉上方有點火爐絲。
[0007]在燃燒倉上部還有球狀保護罩,其頂端有煙筒,球狀保護罩底部有產品出口。
[0008]如上所述的燃燒倉圓筒只有外筒,外筒下部有輔助氣進氣口,外筒的頂部與底部均為管板,噴管陣列位于外筒中,噴管內為粉體通道,在外筒頂部管板的噴管之間有輔助氣開口。
[0009]如上所述的傳輸管道的直徑介于2分?1.5吋,彎曲弧度在0.2?1.5之間,彎曲半徑2?0.3 m ;管道銜接處為光滑的圓弧。
[0010]如上所述的混合倉為倒圓錐狀,其高徑比在1.0?4.0之間。
[0011]如上所述的點火爐絲功率介于0.1?0.5 Kw之間,在噴管陣列外緣形成3?6邊形。電阻絲由絕緣陶瓷管固定于燃燒托盤上方0.5?15 Cm,其持續點火溫度為300?700°C之間。通過繼電器控制點火爐絲,采用2?8 A的空氣開關保護。
[0012]本發明與現有技術相比具有如下優點:
1.本設備將載氣和輔助氣分開,提高了燃燒裝置的安全性;
2.本設備通過自動化對設備的點火、燃燒流程進行控制,以電點火代替人工使用火焰噴槍點火方式,提高了安全性和可靠性;
3.通過對設備粉倉的設計,使固體粉末能夠相對均勻、可控地進入燃燒器,避免了使用旋進螺桿對粉體流量的控制程度差的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明的粉體混合裝置示意圖。
[0014]圖2是燃燒倉另一結構的側視圖。
[0015]圖3使用N2作為載氣,Fe2O3 =Zr復合粉體燃燒代表性圖片。
[0016]如圖所不,I是變頻器,2是電動機,3是減速機,4是旋進螺桿,5是粉倉,6是控制隔板,7是緩沖罐,8是電磁閥,9是噴射器,10是管道,11是預混倉,12是噴管陣列,13是輔助氣進氣口,14是燃燒倉,15是輔助氣出口,16是點火爐絲,18是球狀保護罩,19是煙筒,20是產品出口,24是進料口,25是出料口,51是儲存區、52是緩沖區,53是控制區,61是控制隔板、71是載氣源,141是外筒,142是內筒。
[0017]【具體實施方式】下面將參考附圖并結合實施例,來詳細說明本發明,其中所有視圖中相似的標號表示相似的原件。
[0018]實施例1
本發明的固體粉末連續燃燒裝置,包括粉倉5,燃燒系統,動力系統,載氣傳輸系統,所述的動力系統由變頻器1,電動機2,減速機3和旋進螺桿4組成,由變頻器1控制電動機2和減速機3,進而控制旋進螺桿的轉速;所述的載氣傳輸系統由載氣源71、緩沖罐7和電磁閥8組成,電磁閥8控制載氣流量;所述的粉倉5分上下兩部分,下部分裝有旋進螺桿4,上部分用控制隔板6和61將其分割為儲存區51、緩沖區52和控制區53,儲存區51的頂端有進料口 54,控制區53底部有出料口 25,儲存區51與緩沖區52之間控制隔板61的高度小于控制隔板6的高度;所述的燃燒系統包括噴射器9,管道10,預混倉11、燃燒倉(14),噴射器9的載氣進口與電磁閥8相連,噴射器9的粉體進口與出料口 25相連,噴射器9由管道10與預混倉11底端相連,而預混倉11是倒圓錐形,預混倉11頂端與燃燒倉底部相連,燃燒倉14是由同軸的外筒141和內筒142組成,其外筒141下部有輔助氣進氣口 13,內筒142的頂部與底部均為管板,噴管陣列12位于內筒142中,噴管內為粉體通道,夕卜筒141與內筒142之間的頂部有輔助氣開口 15,在燃燒倉14上方有點火爐絲16。
[0019]其中管道10的直徑4分吋,彎曲弧度為0.2,彎曲半徑2m ;管道銜接處為光滑的圓弧。混合倉11高徑比1.0。點火爐絲16功率0.1KW,在噴管陣列外緣形成四邊形,點火爐絲16由絕緣陶瓷管固定于燃燒倉14上方0.5cm。通過繼電器控制點火爐絲,采用2 A的空氣開關保護。
[0020]控制系統采用時序控制,確保燃燒正常,其開關順序為:打開變頻器1,驅動電機2,帶動減速機3,驅動旋進螺桿4向系統內帶入粉體,隨后打開載氣電磁閥8、將粉體經噴射器9以及管道10帶入燃燒器,此時打開輔助氣供氣、此時輔助氣與隨后點火爐絲16工作、待燃燒結束、關閉送粉系統、關輔助氣以及載氣系統。其中載氣系統、送粉系統、點火爐絲可單獨控制,以便必要時及時關閉。
[0021]粉倉5中粉體由儲存區51經緩沖區52進入控制區53,由控制擋板61調節粉體高度,進入控制區53的粉體由噴射器9的帶入傳輸管道10,控制擋板6的高度決定了粉體進粉量。管道10銜接處為光滑的圓弧,上述弧度與半徑要求是為了避免部分易燃粉體與管道直角以及銜接處毛刺碰撞,造成傳輸中的碰撞燃燒,導致回火。載氣傳輸系統是將高效致熱粉體均勻分散,形成能夠持續燃燒的粉塵云,
體系載氣根據實驗需求可以選擇N2、Ar混合氣體。這些氣體不能與可燃粉體直接發生反應,產生熱量,對粉體在傳輸中起保護作用。載氣從噴射器9帶入粉體,經管道10傳遞到預混倉11。混合好的粉體通過噴管陣列12噴出,與15噴出的輔助氣體混合。
[0022]輔助氣為空氣,目的在于向連續可燃塵云提供足夠的氧含量,混合后的可燃塵云經過點火系統成功點火,采用電阻絲或高壓放電點火方式點火,電阻絲,形,其持續點火溫度為300?700°C之間。為避免高溫情況下電阻絲電阻變小,電流過大,控制端通過繼電器控制點火電路。
[0023]在粉倉中加入200克Zr:Fe203復合粉體,采用N2作為載氣,空氣作為輔助氣。進行研究固體塵云火焰的連續燃燒特性,圖3為燃燒火焰圖像,圖中白色代表火焰。
[0024]實施例2 如實施例1所述,為燃燒制備獲得粉體材料,使用球狀保護罩18和煙筒19使燃燒產生的粉體能通過產品出口 20進行收集,最終獲得鋯鐵復合氧化物材料。
[0025]實施例3
傳輸管道10的直徑2分吋,彎曲弧度為0.4,彎曲半徑0.Sm ;管道銜接處為光滑的圓弧。混合倉11高徑比2.0。點火爐絲16功率0.2Kw,在噴管陣列外緣形成3邊形,點火爐絲16由絕緣陶瓷管固定于燃燒倉14上方3 cm。通過繼電器控制點火爐絲,采用4A的空氣開關保護。其余同實施例1。
[0026]實施例4
傳輸管道10的直徑1.2吋,彎曲弧度為0.6,彎曲半徑0.6;管道銜接處為光滑的圓弧。混合倉11高徑比在3.0之間。點火爐絲16功率介于0.3 Kw之間,在噴管陣列外緣形成五邊形,點火爐絲16由絕緣陶瓷管固定于燃燒倉14上方8 cm。通過繼電器控制點火爐絲,采用4A的空氣開關保護。其余同實施例1。
[0027]實施例5
燃燒倉14圓筒只有外筒141,外筒141下部有輔助氣進氣口 13,外筒141的頂部與底部均為管板,噴管陣列12位于外筒141中,噴管內為粉體通道,在外筒141頂部管板的噴管之間有輔助氣開口 15 (見圖2)。
[0028]傳輸管道10的直徑介于1.5分吋,彎曲弧度為1.5,彎曲半徑0.3 ;管道銜接處為光滑的圓弧。混合倉11高徑比為4。點火爐絲16功率0.5Kw,在噴管陣列外緣形成六邊形,點火爐絲16由絕緣陶瓷管固定于燃燒倉14上方15 cm。通過繼電器控制點火爐絲,采用8A的空氣開關保護。其余同實施例1。
【權利要求】
1.一種固體粉末連續燃燒裝置,它包括粉倉(5),燃燒系統,動力系統,載氣傳輸系統,其特征在于所述的動力系統由變頻器(10,電動機(2),減速機(3)和旋進螺桿(4)組成,由變頻器(I)控制電動機(2)和減速機(3),進而控制旋進螺桿(4)的轉速;所述的載氣傳輸系統由載氣源(71)、緩沖罐(7)和電磁閥(8)組成,電磁閥(8)控制載氣流量;所述的粉倉(5)分上下兩部分,下部分裝有旋進螺桿(4),上部分用控制隔板(6)和(610將其分割為儲存區(51)、緩沖區(52)和控制區(53),儲存區(51)的頂端有進料口(54),控制區(53)底部有出料口(25),儲存區(51)與緩沖區(52)之間控制隔板(61)的高度小于控制隔板(6)的高度;所述的燃燒系統包括噴射器(9),管道(10),預混倉(11)、燃燒倉(14),噴射器(9)的載氣進口與電磁閥(8 )相連,噴射器(9 )的粉體進口與出料口( 25 )相連,噴射器(9 )由管道(10)與預混倉(11)底端相連,預混倉(11)是倒圓錐形,預混倉(11)頂端與燃燒倉(14)底部相連,燃燒倉(14)是由同軸的外筒(141)和內筒(142)組成,其外筒(14)下部有輔助氣進氣口(13),內筒(142)的頂部與底部均為管板,噴管陣列(12)位于內筒(142)中,噴管內為粉體通道,外筒(141)與內筒(142)之間的頂部有輔助氣開口(15),在燃燒倉(14)上方有點火爐絲(16)。
2.如權利要求1所述的一種固體粉末連續燃燒裝置,其特征在于所述的燃燒倉(14)只有外筒(141 ),外筒(141)下部有輔助氣進氣口( 13),外筒(141)的頂部與底部均為管板,噴管陣列(12)位于外筒(141)中,噴管內為粉體通道,在外筒(141)頂部管板的噴管之間有輔助氣開口(15)。
3.如權利要求1或2所述的一種固體粉末連續燃燒裝置,其特征在于所述的燃燒倉(14)上部還有球狀保護罩(18),其頂端有煙筒(19),球狀保護罩(18)底部有產品出口(20)。
4.如權利要求1所述的一種固體粉末連續燃燒裝置,其特征在于所述的管道(10)的直徑介于2分?1.5吋,彎曲弧度在0.2?1.5之間,彎曲半徑2?0.3 m ;管道銜接處為光滑的圓弧。
5.如權利要求1所述的一種固體粉末連續燃燒裝置,其特征在于所述的混合倉(11)高徑比在1.0?4.0之間。
6.如權利要求1所述的一種固體粉末連續燃燒裝置,其特征在于所述的點火爐絲(16)功率介于0.1?0.5 Kw之間,在噴管陣列(12)外緣形成3?6邊形,電阻絲(16)由絕緣陶瓷管固定于燃燒倉(14)上方0.5?15 cm,其持續點火溫度為300?700°C之間,通過繼電器控制點火爐絲(16),采用2?8 A的空氣開關保護。
【文檔編號】G01N31/12GK104237452SQ201410543414
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月15日 優先權日:2014年10月15日
【發明者】徐耀, 呂寶亮, 李萬喜, 王邊成 申請人:中國科學院山西煤炭化學研究所