专利名称：一种固体氧化物燃料电池发电系统及其燃烧器的制作方法
技术领域：
本发明涉及热处理技术领域，尤其涉及一种燃烧器；本发明还涉及一种应用了该燃烧器的固体氧化物燃料电池发电系统。
背景技术：
固体氧化物燃料电池发电系统是一种新型发电装置，属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。固体氧化物燃料电池发电系统作为将燃料从化学能转变成电能和热能的能量转换装置，其高效率、无污染、全固态结构等优点，已经使其成为最具有潜力的重要能量转换工具之一。固体氧化物燃料电池发电系统在燃料效率、排放、维修和噪声污染方面都有很大优势。其中，燃烧器作为为固体氧化物燃料电池发电系统提供能量来源的装置，是固体氧化物燃料电池发电系统中重要的组成部分；而燃烧器中气体的燃烧方式也成为本领域技术人·员关注的重要问题之一。现有技术中，我国热处理中气体燃料的燃烧基本上是以自由燃烧为主，燃烧器是将燃料和空气，按所要求的浓度、速度、湍流度进行混合，并使燃料能稳定着火与燃烧的装置。燃烧器的作用是为气体燃料的燃烧提供燃烧的自由空间。传统的燃烧器主要采用扩散燃烧或预混燃烧的方式，燃烧过程在自由空间完成，燃烧导热主要通过辐射和对流的方式由自由火焰或高温烟气传播。由于气体的导热性能极差，火焰附近的温度分布极不均匀，导致燃烧器内火焰附近的温度梯度非常陡峭。现有技术中的燃烧器，由于气体燃烧室内局部高温的存在，极易导致空气中的氮气裂解，从而产生NOx等有害气体，造成环境污染。节能与环保，是评价一种燃烧技术优劣的重要方面，由于现有技术中的燃烧器无法解决燃烧室内的局部高温所导致的在气体燃料燃烧过程中极易产生NOx等有害气体的现象，从而限制了现有技术的燃烧器的广泛应用。因此，如何使燃烧器中的气体燃料燃烧时的燃烧区域温度均匀是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种燃烧器，该燃烧器在气体燃烧时其燃烧区的温度具有良好的均匀性。为解决实现上述技术问题，本发明提供的燃烧器包括相连通的预混腔室和燃烧腔室；所述预混腔室连接有空气输入管和燃气输入管；所述燃烧腔室包括外壳体，所述外壳体内衬绝热夹套，在所述绝热夹套内部设置有多孔介质；所述多孔介质的上表面与所述绝热夹套之间形成点火区。优选地，所述多孔介质按燃气上游至下游顺序，其孔径从60PPI逐渐过渡到IOPPI。优选地，所述多孔介质具有由SiC、Zr02或A1203泡沫陶瓷构成的结构。优选地，所述预混腔室具体包括一级预混腔室和二级预混腔室；所述二级预混腔室具有圆锥形的腔体，且直径由一级预混腔室至燃烧腔室依次增大。优选地，所述多孔介质具体分为小孔介质体、中孔介质体和大孔介质体；所述大孔介质体的一端与点火区相通，所述小孔介质体的一端与所述预混腔室相通；所述中孔介质体设置于大孔介质体与小孔介质体之间。 优选地，所述二级预混腔室与所述小孔介质体之间设有隔火装置。优选地，所述隔火装置具体包括热障板和熄火板；所述热障板设置于所述熄火板与所述小孔介质体之间，所述热障板与所述熄火板均设有多个相互平行的熄火狭缝。优选地，所述燃气输入管伸入一级预混腔室的一端端部封闭，且所述燃气输入管位于一级预混腔室内的管道侧壁设有若干连通一级预混腔室与燃气输入管管腔的开孔。优选地，所述点火区设有至少一个电火花塞，所述电火花塞设置于所述外壳体和所述绝热夹套。优选地，所述预混腔室与所述燃烧腔室为分体式结构，所述预混腔室与所述燃烧腔室之间密封配合。在上述技术方案的基础上，本发明还提供了一种固体氧化物燃料电池发电系统，该固体氧化物燃料电池发电系统应用了上述技术方案中所述的燃烧器。相对于上述背景技术，本发明提供的燃烧器包括相连通的预混腔室和燃烧腔室；所述预混腔室连接有空气输入管和燃气输入管；所述燃烧腔室包括外壳体，所述外壳体内衬绝热夹套，在所述绝热夹套内部设置有多孔介质；所述多孔介质的上表面与所述绝热夹套之间形成点火区。本发明提供的燃烧器，预混腔室内的燃气与空气混合后的气体可以均匀地通过多孔介质与点火区相通，而空气与燃气的混合气体是在多孔介质内部燃烧的；由于多孔介质的蓄热及其对气体的扰流特性，使得预混气体在多孔介质内部燃烧时比较充分，温度分布比较均匀，NOx与CO排放较低。因此，本发明提供的多孔燃烧器，气体燃烧时，燃烧效率高，其燃烧区的温度分布具有良好的均匀性，有害气体排放量较少。另外，在上述技术方案的基础上，本发明还提供了一种应用了该燃烧器的固体氧化物燃料电池发电系统。
图I为本发明实施例提供的燃烧器的外壳结构示意图；图2为本发明实施例提供的燃烧器的内部结构示意图；图3为本发明实施例提供的燃烧器中燃气输入管位于预混腔室内部分的结构示意图；图4为本发明实施例提供的燃烧器中隔火装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种气体燃烧时其燃烧区的温度分布具有良好的均匀性的燃烧器；此外，本发明还提供了一种应用了该燃烧器的固体氧化物燃料电池发电系统。为了使本领域的技术人员更好地理解本发明所提供的技术方案，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明。本文中所述的PPI表达的是多孔泡沫陶瓷结构的度量尺度，即PPI就是多孔泡沫陶瓷每英寸的孔数。请参考图I和图2，图I为本发明实施例提供的燃烧器的外壳结构示意图；图2为本发明实施例提供的燃烧器的内部结构示意图。本实施例中，本发明提供的燃烧器包括相连通的预混腔室B和燃烧腔室A ;预混腔室B连接有空气输入管2和燃气输入管I ;空气输入管2能够可控制流量地向预混腔室B 内输入空气，同样，燃气输入管I可控制流量的向预混腔室B内输入燃气，空气输入管2输入的空气和燃气输入管I输入的燃气可以在预混腔室B中进行混合，然后在进入燃烧腔室A中进行燃烧。相应的，上述的燃烧腔室A包括外壳体4，所述外壳体4可以是不锈钢制作而成；而且在外壳体4内衬有绝热夹套41，绝热夹套41的作用是防止热量流失，优选地，绝热夹套45采用多晶莫来石纤维毯或其他耐高温材料制作而成；在绝热夹套41的内部设置有多孔介质C ;多孔介质C的上表面与绝热夹套41之间形成点火区45。优选地，多孔介质C按燃气上游至下游顺序，其孔径从60PPI逐渐过渡到10PPI，这样可以更好的防止回火现象的发生，而且，能够更好的将气体的燃烧位置控制在多孔介质内部。多孔介质C的作用是为混合后的气体提供燃烧平台，本发明提供的燃烧器，燃气与空气混合后的气体是在多孔介质C内部燃烧的，由于多孔介质C的孔径按燃气上游至下游顺序，从60PPI逐渐过渡到10PPI，能够起到一定的防止回火的功能，同时可以将气体的燃烧位置控制在多孔介质C内部；由于多孔介质C具有蓄热和扰流特性，使得气体燃烧时燃烧效率较高，且燃烧区的温度分布较均匀。上述的“上游”和“下游”，是针对空气和燃气的混合气体从预混腔室B流向燃烧腔室A的流向而言的，气是从“上游”流向“下游”。因此，本发明提供的多孔燃烧器，气体燃烧时其燃烧区的温度分布具有良好的均匀性。为了提高多孔介质C的耐高温性能，多孔介质C的制作材料可以是SiC、Zr02或A1203泡沫陶瓷等。在上述技术方案的基础上，为了使空气和燃气在多孔介质C燃烧之前能够更好的进行混合，同时为了使得预混腔室B内的混合气体能够更加均匀的进入多孔介质C进行燃烧，上述的预混腔室B具体包括一级预混腔室22和二级预混腔室23 ;二级预混腔室23具有圆锥形的腔体，且直径由一级预混腔室22至燃烧室逐渐增大。二级预混腔室23具有圆锥形的腔体，且直径由一级预混腔室22至燃烧室逐渐增大，这样的结构可以使在一级预混腔室22中进行过初步预混的气体在二级预混腔室23中进入到小孔介质体42的过程中进一步的扩散混合，同时满足了进入小孔介质体42中的混合气体的均匀性。
同时，上述实施例中提到的多孔介质C还可以为多层，优选地，多孔介质(C)具体分为小孔介质体42、中孔介质体43和大孔介质体44 ;大孔介质体44的一端与点火区45相通，小孔介质体42的一端与二级预混腔室23相通；中孔介质体43设置于大孔介质体44与小孔介质体42之间。多孔介质C设置为多层结构，可以更加方便的对多孔介质C进行维护和更换，同时，多孔介质部分损坏后可以只对损坏的一层进行更换，节约使用成本。请参考图4，图4为本发明实施例提供的燃烧器中隔火装置的结构示意图。为了更加有效地防止回火现象的发生，还可以在二级预混腔室(B)23与小孔介质体42之间设有隔火装置3。优选地，隔火装置3可以具体包括热障板和熄火板，热障板设置于熄火板与所述小孔介质体42之间，热障板与熄火板设有多个相互平行的熄火狭缝31。熄火板可以是不锈钢板，热障板可以是层叠在熄火板之上的绝热材料板，也可是在熄火板上喷涂而成的热障涂层，并在两层上均切割出若干平行的熄火狭缝31，以减少热量回传至预混区气体，有效地防止回火现象的发生。隔火装置3设有多个相互平行的熄火狭缝31。熄火狭缝31宽度很小，它的设置既保证了二级预混腔室23中的气体能够很好的通过隔火装置3，又保证了气体燃烧的火焰不会进入到二级预混腔室23中。请参考图3，图3为本发明实施例提供的燃烧器中燃气输入管位于预混腔室内部分的结构示意图。上述技术方案中提到，燃气输入管I的一端与预混腔室B连通，这里具体指与一级预混腔室22连通，而且燃气输入管I伸入一级预混腔室22的一端端部封闭，而在燃气输入管I位于一级预混腔室22内的管道侧壁设有若干连通一级预混腔室22与燃气输入管I管腔的开孔11。燃气输入管I内的燃气通过开孔11喷射与一级预混腔室22中，能够强制的使燃气与空气输入管2输入的空气进行初步混合，大大增加了燃气与空气的混合速率。空气与燃气进行预混的问题解决后，继续解决点火区45点火问题。本发明实施例提供的方法是在点火区45设有至少一个电火花塞6,电火花塞6设置于外壳体4和绝热夹套41上。当电火花塞6为多个时,各个电火花塞6之间可以呈一定角度设置于外壳体4和绝热夹套41上。为了方便的对燃烧器内的多孔介质C进行维修和更换，可以将预混腔室B与燃烧腔室A设置为分体式结构；当然，预混腔室B与燃烧腔室A之间密封连接。当燃烧腔室A内的多孔介质C需要更换或者维修时，可以将燃烧腔室A与预混腔室B分离，多孔介质C更换或维修完毕后，再将预混腔室B与燃烧腔室A安装组合，方便快捷。 在上述技术方案的基础上，本发明还提供了一种固体氧化物燃料电池发电系统，该固体氧化物燃料电池发电系统应用了上述技术方案中提到的所述燃烧器。其有益效果这里不再赘述。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种燃烧器，包括相连通的预混腔室(B)和燃烧腔室(A);所述预混腔室(B)连接有空气输入管(2)和燃气输入管(I);其特征在于， 所述燃烧腔室(A)包括外壳体(4)，所述外壳体(4)内衬绝热夹套(41)，在所述绝热夹套(41)内部设置有多孔介质(C);所述多孔介质(C)的上表面与所述绝热夹套(41)之间形成点火区(45)。
2.根据权利要求I所述的燃烧器，其特征在于，所述多孔介质(C)按燃气上游至下游顺序，其孔径从60PPI逐渐过渡到IOPPI。
3.根据权利要求I所述的燃烧器，其特征在于，所述多孔介质(C)具有由SiC、Zr02或Al203泡沫陶瓷构成的结构。
4.根据权利要求I所述的燃烧器，其特征在于，所述预混腔室(B)具体包括一级预混腔室(22)和ニ级预混腔室(23);所述ニ级预混腔室(23)具有圆锥形的腔体，且直径由ー级预混腔室(22)至燃烧腔室(A)依次増大。
5.根据权利要求4所述的燃烧器，其特征在于，所述多孔介质(C)具体分为小孔介质体(42)、中孔介质体(43)和大孔介质体(44);所述大孔介质体(44)的一端与点火区(45)相通，所述小孔介质体(42)的一端与所述ニ级预混腔室(23)相通；所述中孔介质体(43)设置于大孔介质体(44)与小孔介质体(42)之间。
6.根据权利要求5所述的燃烧器，其特征在于，所述ニ级预混腔室(23)与所述小孔介质体(42)之间设有隔火装置(3)。
7.根据权利要求6所述的燃烧器，其特征在于，所述隔火装置(3)具体包括热障板和熄火板；所述热障板设置于所述熄火板与所述小孔介质体(42)之间，所述热障板与所述熄火板均设有多个相互平行的熄火狭缝(31)。
8.根据权利要求4所述的燃烧器，其特征在于，所述燃气输入管(I)伸入一级预混腔室(22)的一端端部封闭，且所述燃气输入管(I)位于ー级预混腔室(22)内的管道侧壁设有若干连通ー级预混腔室(22)与燃气输入管(I)管腔的开孔(11)。
9.根据权利要求I所述的燃烧器，其特征在于，所述点火区(45)设有至少ー个电火花塞(6)，所述电火花塞(6)设置于所述外壳体⑷和所述绝热夹套(41)。
10.根据权利要求I所述的燃烧器，其特征在于，所述预混腔室(B)与所述燃烧腔室(A)为分体式结构，所述预混腔室(B)与所述燃烧腔室(A)之间密封配合。
11.ー种固体氧化物燃料电池发电系统，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的燃烧器。
全文摘要
本发明公开的一种燃烧器包括相连通的预混腔室和燃烧腔室；预混腔室连接有空气输入管和燃气输入管；燃烧腔室包括外壳体，外壳体内衬绝热夹套，在绝热夹套内部设置有多孔介质；多孔介质的上表面与绝热夹套之间形成点火区。本发明提供的燃烧器，通过均匀设置于预混腔室与点火区之间的多孔介质，能够充分保证气体燃烧时火焰的稳定性，使得气体燃烧时其燃烧区的温度分布具有良好的均匀性；本发明还提供了一种应用了该燃烧器的固体氧化物燃料电池发电系统。
文档编号F23D14/02GK102692017SQ20111007449
公开日2012年9月26日 申请日期2011年3月25日 优先权日2011年3月25日
发明者任宏辉, 柯锐, 王斌, 王蔚国, 茹浩磊, 陈丹丹, 黄媛 申请人:中国科学院宁波材料技术与工程研究所