[发明专利]一种金属粉末稳定燃烧组织装置与方法

说明书

本发明公开了一种金属粉末稳定燃烧组织装置，包括：供气系统、供粉箱和燃烧室；供气系统的出口设置四路独立的气路，分别为侧向进气气路、头部进气气路、保护气气路和流化气气路；侧向进气气路与燃烧室腔体的中段相连通，用于输入空气，调节腔体内的空燃比；头部进气气路与燃烧室的头端相连通，用于补充腔体内点火时所需的空气；保护气气路与与等离子点火器相连接，用作等离子点火器的电离气源；流化气气路与供粉器的出粉口处相连通，用于携带金属粉末进入燃烧室。使用该装置，实现在富燃条件下点火，在富氧条件下燃烧，一方面降低了点火难度，另一方面使金属燃料充分稳定燃烧，提高燃烧效率。

【技术领域】

本发明属于金属粉末燃烧技术领域，具体涉及一种金属粉末稳定燃烧组织装置与方法。

【背景技术】

长期以来，金属粉末作为高能材料添加剂被广泛应用于工业、航天和军事领域，如烟火、3D打印、炸药、推进剂以及破甲弹的战斗部等，传统上的研究重点主要集中在铝、镁、硼这三种高能量金属上。人们在研究金属燃料的过程中发现，金属不仅能量密度高，而且部分金属在与空气反应时不会生成碳排放，燃烧后的产物可以被捕获，然后使用太阳能等清洁能源提供的动力进行零碳电解实现再生，这种特性使得金属作为一种燃料可以有效应对当前的能源危机以及化石燃料带来的全球气候变暖和雾霾等环境问题，成为一种极具潜力的绿色可再生能源。而在可供选择的金属燃料中，金属铁粉不仅具有金属的高能量特点，它的燃烧模式是一种非均相燃烧，燃烧产物会在颗粒表面形成凝聚的氧化物，从而可以确保燃烧产物中的金属氧化物颗粒尺寸与初始的微米尺寸金属燃料相似，甚至更大，这种模式下的燃烧产物比较容易收集，是唯一适合金属燃料燃烧室的燃烧模式。同时，铁在地壳中的含量很高，目前，全世界为粉末冶金、化工和电子工业生产的铁粉达数百万吨，这使得铁粉的生产和使用成本较低，并且可以利用现有的成熟技术对铁的燃烧产物进行还原再利用。因此无论从能量、输运、收集再生方面，还是蕴藏量、经济效益方面，铁粉都是未来极具潜力的一种绿色可回收金属燃料。

当前，限制金属铁粉燃料应用的关键技术主要是缺乏清洁、高效的燃烧装置和组织燃烧的方法，与传统的气体燃料和液体燃料相比，金属颗粒的随流性差、传热慢，与空气很难掺混均匀等特点导致金属颗粒在点火时更加困难、燃烧时间增长、稳焰难度增大，因此传统的气体燃料和液体燃烧的燃烧器难以实现金属燃料的稳定燃烧。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种金属粉末稳定燃烧组织装置，实现在富燃条件下点火，在富氧条件下燃烧，一方面降低了点火难度，另一方面使金属燃料充分稳定燃烧，提高燃烧效率。

本发明采用以下技术方案：一种金属粉末稳定燃烧组织装置，包括：供气系统、供粉箱和燃烧室；供气系统的出口设置四路独立的气路，分别为侧向进气气路、头部进气气路、保护气气路和流化气气路；侧向进气气路与燃烧室腔体的中段相连通，用于输入空气，调节腔体内的空燃比；头部进气气路与燃烧室的头端相连通，用于补充腔体内点火时所需的空气；保护气气路与与等离子点火器相连接，用作等离子点火器的电离气源；流化气气路与供粉器的出粉口处相连通，用于携带金属粉末进入燃烧室。

还包括相连接的电控装置和控制电脑，电控装置与旋涡风机相连接。

进一步地，该供气系统包括管路连接的旋涡风机和汇流排，旋涡风机用于压缩加速空气，并传输至汇流排总管；汇流排的出口为多个，对应连通侧向进气气路、头部进气气路、保护气气路和流化气气路的进气端。

进一步地，该旋涡风机和汇流排间还连接有一稳压箱，稳压箱的进气口与旋涡风机的出风口管路连接，出气口与一汇流排的汇流总管相连通；其中，稳压箱的进气口和出气口不同时位于同一端。

进一步地，该供粉箱为一封闭的中空壳体，壳体内用于装填金属粉末；壳体的头端为出粉口，在壳体内同轴设置有一活塞，在活塞的后端轴向连接一导杆，且导杆的端部穿出壳体内，导杆带动活塞在壳体内轴向运动，以推动金属粉末朝向头端运动；在导杆的端部安装有一步进电机，步进电机与控制电脑相连接。