一种可大比例掺烧氨气的燃烧器的制作方法

1.本发明属于燃烧器领域，尤其涉及一种可大比例掺烧氨气的燃烧器。

背景技术：

4.氨作为无碳燃料利用受到越来越多的关注。通过掺氨燃烧实现碳减排的可行性已得到相关研究机构验证。然而，氨气着火温度高，燃烧特性差，n0x排放高等问题也同时存在。

技术实现要素：

5.本发明旨在针对氨作为燃料利用中存在的问题，提出有效的解决方案，使氨作为无碳燃料大规模利用能早日实现，同时避免出现氮氧化物不可控等技术风险。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供一种可大比例掺烧氨气的燃烧器，包括中心燃、氨、中心风道、内二次风道、外二次风道和燃烧器喷口，所述中心风道位于所述内二次风道的内部，所述内二次风道的出口端与所述燃烧器喷口的入口端连接，所述内二次风道与所述燃烧器喷口位于所述外二次风道的内部，所述中心燃位于所述中心风道的内部，所述氨位于所述内二次风道的内部。
7.中心燃中的燃料为高热值易稳燃气体，指燃料燃烧时产生热量高的易燃气体，如天然气等，一般指发热量高于3600kcal/nm3的气体。中心风道、内二次风道、外二次风道中提供的助燃风均为空气。燃烧器喷口为一空腔，为来自中心燃喷出的燃料和氨喷出的氨气与来自中心风道和内二次风道提供的空气提供混合燃烧空间。
8.进一步地，所述中心风道的一侧与中心风供风通道连通，所述中心风供风通道内设置第一风量调节挡板，所述中心风道的内部设置旋流叶片，所述中心风道的出口端延伸至所述燃烧器喷口的内部。
9.在中心风道内倾斜布置由钢板制成的旋流叶片，当风经过时沿着旋流叶片的方向流动，使得风形成旋转的流动状态，旋流叶片与中心燃焊接固定，中心燃的喷口端伸出中心风道或者与中心风道的出口端平齐。
10.进一步地，所述内二次风道的一侧与内二次风供风通道连通，所述内二次风供风通道内设置第二风量调节挡板，所述内二次风道与所述燃烧器喷口连通。
11.进一步地，所述外二次风道的一侧与外二次风供风通道连通，所述外二次风供风通道内设置第三风量调节挡板，所述外二次风道的出口端延伸至所述燃烧器喷口的出口端外侧。
12.所述第一风量调节挡板、第二风量调节挡板和第三风量调节挡板起到调节风量大小的作用，通过轴的转动改变供风通道面积大小从而改变通过的风量，均为现有技术。
13.进一步地，所述氨的一端与氨气集气环连接，另一端延伸至所述燃烧器喷口的内部。
14.进一步地，所述氨的数量为3～20支，所述氨的喷口端为弯头结构，每只
氨的喷口端的弯头角度α为-30
°
～+30
°
。
15.氨的喷口端设计为弯头结构，可以更好地将氨喷出的氨气与中心燃喷出的燃气和中心风道提供的助燃风燃烧的火焰混合，同时更好地将氨气与内二次风道提供的助燃风均匀混合，利于氨气的燃烧和燃尽。
16.进一步地，所述燃烧器喷口的内壁敷设耐火保温材料，耐火保温材料与所述燃烧器喷口的内壁之间设置壁温热电偶。
17.进一步地，所述中心风道、内二次风道、外二次风道和燃烧器喷口的形状均为空心圆柱体结构，且中心轴线重合。
18.进一步地，所述燃烧器喷口长度和直径比范围在0.3～1之间，从而满足混合与燃烧要求，燃烧器喷口长度太短，不利燃尽，长度太长，不利降低氮氧化物。
19.进一步地，所述中心风道中的风量占燃烧器总风量的20％～30％，所述外二次风道中的风量占燃烧器总风量的20％～40％。
20.中心风道主要为中心燃喷出的燃料燃烧供风，内二次风道主要控制氨气与中心燃气的燃烧强度和燃烧器喷口的温度，外二次风道主要满足剩余气体燃烧所需氧量，通过外二次风道分级配风，实现控制氮氧化物排放目的。
21.进一步地，所述中心燃中的燃气量占总燃气量的比例为20％-30％，所述氨中的氨气量占总燃气量的比例为70％-80％(热负荷占比)。
22.燃烧器运行时，先点燃中心燃，并升至中心燃最大负荷，通过中心燃燃烧对燃烧器喷口耐火保温材料壁面进行加热和蓄热，通过壁温热电偶测量燃烧器喷口内壁区域温度，当壁温热电偶温度达到1000℃以上时，氨开始逐步掺混投入运行，向燃烧器喷口喷入氨气掺混燃烧，并通过调节氨气掺混比例和助燃二次风配风，使燃烧器喷口内壁温度保持在1000℃-1300℃之间，从而实现燃尽和降低氮氧化物排放的目的。
23.有益效果：
24.(1)本发明提供了一种可大比例掺烧氨气的燃烧器，包括中心燃、氨、中心风道、内二次风道、外二次风道和燃烧器喷口，中心风道位于内二次风道的内部，内二次风道的出口端与燃烧器喷口的入口端连接，内二次风道与燃烧器喷口位于外二次风道的内部，中心燃位于中心风道的内部，氨位于内二次风道的内部。中心风道主要为中心燃喷出的燃料燃烧供风，内二次风道为氨和中心燃配风，主要控制氨气与中心燃气的燃烧强度和燃烧器喷口的温度，外二次风道主要满足剩余气体燃烧所需氧量，为燃气燃烧提供后期所需燃尽风量，并通过外二次风道的分级配风，实现控制氮氧化物排放目的。
25.(2)本发明可实现氨气与高热值易燃气体的混合燃烧，氨气掺烧比例可达70％-80％(热负荷占比)，燃烧器可大比例掺烧氨气燃烧，实现了燃烧器长期稳燃燃烧，降低了碳排放。
26.以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
27.图1为一种可大比例掺烧氨气的燃烧器的结构示意图；
28.附图标记：
29.1、中心燃；2、氨；3、氨气集气环；4、内二次风道；5、外二次风道；6、中心风道；7、第二风量调节挡板；8、第三风量调节挡板；9、第一风量调节挡板；10、旋流叶片；11、耐火保温材料；12、燃烧器喷口；13、壁温热电偶。
具体实施方式
30.下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
31.在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
32.实施例：
33.如图1所示，在一个较佳的实施例中，本发明提供一种可大比例掺烧氨气的燃烧器，包括中心燃1、氨2、中心风道6、内二次风道4、外二次风道5和燃烧器喷口12，中心风道6位于内二次风道4的内部，内二次风道4的出口端与燃烧器喷口12的入口端连接，内二次风道4与燃烧器喷口12位于外二次风道5的内部，中心燃1位于中心风道6的内部，氨2位于内二次风道4的内部，中心风道6的左侧是密封的，中心燃1从中心风道6的左侧壁穿过进入中心风道6的内部。
34.中心燃1中的燃料为高热值易稳燃气体，指燃料燃烧时产生热量高的气体，如天然气等，一般指发热量高于600kcal/nm3的气体。其中，中心风道6、内二次风道4、外二次风道5中提供的助燃风均为空气。燃烧器喷口12为一空腔，为来自中心燃1喷出的燃料和氨2喷出的氨气与来自中心风道6和内二次风道4提供的助燃空气提供混合燃烧空间。
35.中心风道6的左侧与中心风供风通道连通，中心风供风通道内设置第一风量调节挡板9，中心风道6的出口端延伸至燃烧器喷口12的内部，在中心风道6内靠近出口端的位置倾斜布置由钢板制成的旋流叶片10，当风经过时沿着旋流叶片10的方向流动，使得风形成旋转的流动状态，旋流叶片10与中心燃1焊接固定，中心燃1的喷口端伸出中心风道6或者与中心风道6的出口端平齐。
36.内二次风道4的左侧与内二次风供风通道连通，内二次风供风通道内设置第二风量调节挡板7，内二次风道4与燃烧器喷口12连通。
37.外二次风道5的左侧与外二次风供风通道连通，外二次风供风通道内设置第三风量调节挡板8，外二次风道5的出口端延伸至燃烧器喷口12的出口端外侧，与烧燃气喷口的出口烟气混合。
38.中心风供风通道、内二次风供风通道和外二次风供风通道的形状均为空心圆柱体结构，可以为燃烧器提供均匀的圆周供风。
39.第一风量调节挡板9、第二风量调节挡板7和第三风量调节挡板8起到调节风量大小的作用，通过轴的转动改变供风通道面积大小从而改变通过的风量，均为现有技术。
40.燃烧器喷口12的内壁敷设耐火保温材料11，耐火保温材料11与燃烧器喷口12的内壁之间周向均匀设置2支壁温热电偶13，用于监测燃烧器喷口12内温度。
41.中心风道6、内二次风道4、外二次风道5和燃烧器喷口12的形状均为空心圆柱体结构，且中心轴线重合。
42.氨2的一端与氨气集气环3连接，另一端延伸至燃烧器喷口12的内部，将氨气喷入燃烧器喷口12内。
43.氨2的数量与燃烧器功率和掺烧比例有关，本实施例中，氨2的数量为15支，氨2的喷口端为弯头结构，每只氨2的喷口端的弯头角度α为25
°
，中心燃1 和氨2的最大负荷分别为10mw和30mw，氨气掺烧热值比例为75％，中心燃1中的天然气所占比例为25％。
44.中心风道6中的风量占燃烧器总风量的30％，外二次风道5中的风量占燃烧器总风量的 30％，内二次风道4中的风量占燃烧器总风量的40％。燃烧器喷口12长度和直径比为0.5。最终碳排放约为1000m3/h，氮氧化物排放量50～100mg/nm3，实现与纯烧高热值易燃气同等排放水平。
45.氨2的喷口端设计为弯头结构，可以更好地将氨2喷出的氨气与中心燃1 喷出的燃气和中心风道6提供的助燃风燃烧的火焰混合，同时更好地将氨气与内二次风道4 提供的助燃风均匀混合，利于氨气的燃烧和燃尽。
46.本发明提供的燃烧器中，中心风道6主要为中心燃1喷出的燃料燃烧供风，内二次风道4为氨2和中心燃1配风，主要控制氨气与中心燃气的燃烧强度和燃烧器喷口 12的温度，外二次风道5主要满足剩余气体燃烧所需氧量，为燃气燃烧提供后期所需燃尽风量，并通过外二次风道5的分级配风，实现控制氮氧化物排放目的。
47.本发明可实现氨气与高热值易燃气体的混合燃烧，氨气掺烧比例可达70％-80％，实现了燃烧器的低碳燃烧。燃烧器在运行时，先点燃中心燃1，并升至中心燃1最大负荷，通过中心燃1燃烧对燃烧器喷口12耐火保温材料11壁面进行加热和蓄热，通过壁温热电偶13测量燃烧器喷口12内壁区域温度，当壁温热电偶13温度达到1000℃以上时，氨2开始逐步掺混投入运行，向燃烧器喷口12喷入氨气掺混燃烧，并通过调节氨气掺混比例和助燃二次风配风，使燃烧器喷口12内壁温度保持在1000℃-1300℃之间，从而实现燃尽和降低氮氧化物排放的目的。
48.最后应说明的是：本发明不限于上述实施例，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关技术领域，均同理包括在本发明专利的保护范围内。

技术特征：

1.一种可大比例掺烧氨气的燃烧器，其特征在于，包括中心燃(1)、氨(2)、中心风道(6)、内二次风道(4)、外二次风道(5)和燃烧器喷口(12)，所述中心风道(6)位于所述内二次风道(4)的内部，所述内二次风道(4)的出口端与所述燃烧器喷口(12)的入口端连接，所述内二次风道(4)与所述燃烧器喷口(12)位于所述外二次风道(5)的内部，所述中心燃(1)位于所述中心风道(6)的内部，所述氨(2)位于所述内二次风道(4)的内部。2.如权利要求1所述的可大比例掺烧氨气的燃烧器，其特征在于，所述中心风道(6)的一侧与中心风供风通道连通，所述中心风供风通道内设置第一风量调节挡板(9)，所述中心风道(6)的内部设置旋流叶片(10)，所述中心风道(6)的出口端延伸至所述燃烧器喷口(12)的内部。3.如权利要求1所述的可大比例掺烧氨气的燃烧器，其特征在于，所述内二次风道(4)的一侧与内二次风供风通道连通，所述内二次风供风通道内设置第二风量调节挡板(7)，所述内二次风道(4)与所述燃烧器喷口(12)连通。4.如权利要求1所述的可大比例掺烧氨气的燃烧器，其特征在于，所述外二次风道(5)的一侧与外二次风供风通道连通，所述外二次风供风通道内设置第三风量调节挡板(8)，所述外二次风道(5)的出口端延伸至所述燃烧器喷口(12)的出口端外侧。5.如权利要求1所述的可大比例掺烧氨气的燃烧器，其特征在于，所述氨(2)的一端与氨气集气环(3)连接，另一端延伸至所述燃烧器喷口(12)的内部。6.如权利要求5所述的可大比例掺烧氨气的燃烧器，其特征在于，所述氨(2)的数量为3～20支，所述氨(2)的喷口端为弯头结构，每只氨(2)的喷口端的弯头角度α为-30
°
～+30
°
。7.如权利要求1所述的可大比例掺烧氨气的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器喷口(12)的内壁敷设耐火保温材料(11)，耐火保温材料(11)与所述燃烧器喷口(12)的内壁之间设置壁温热电偶(13)。8.如权利要求1所述的可大比例掺烧氨气的燃烧器，其特征在于，所述中心风道(6)、内二次风道(4)、外二次风道(5)和燃烧器喷口(12)的形状均为空心圆柱体结构，且中心轴线重合。9.如权利要求8所述的可大比例掺烧氨气的燃烧器，其特征在于，所述燃烧器喷口(12)长度和直径比范围在0.3～1之间。10.如权利要求1所述的可大比例掺烧氨气的燃烧器，其特征在于，所述中心风道(6)中的风量占燃烧器总风量的20％～30％，所述外二次风道(5)中的风量占燃烧器总风量的20％～40％。

技术总结

本发明提供了一种可大比例掺烧氨气的燃烧器，涉及燃烧器领域，包括中心燃、氨、中心风道、内二次风道、外二次风道和燃烧器喷口，中心风道位于内二次风道的内部，内二次风道的出口端与燃烧器喷口的入口端连接，内二次风道与燃烧器喷口位于外二次风道的内部，中心燃位于中心风道的内部，氨位于内二次风道的内部。本发明可实现氨气与高热值易燃气体的混合燃烧，氨气掺烧比例可达70％-80％，燃烧器可大比例掺烧氨气燃烧，实现了燃烧器长期稳燃燃烧，降低了碳排放，通过调节氨气掺混比例和助燃二次风配风，实现了燃尽和降低氮氧化物排放的目的。化物排放的目的。化物排放的目的。