一种氨燃烧器

技术领域

本发明涉及燃烧器技术领域，具体涉及一种氨燃烧器。

背景技术

在燃烧器领域，氨作为一种潜在的清洁能源载体和高效燃料，具备多样化的应用前景。氨是一种可再生能源载体，可以在燃烧器中用作燃料，从而在清洁能源转型中发挥作用。氨的燃烧产物主要是氮气和水，几乎没有排放有害气体，因此可降低空气污染和温室气体排放。氨在燃烧中的高能效性能也是其在燃烧器领域的一大优势。氨的高氢含量使其能量密度较高，可以产生大量的热能。这使得氨成为潜在的高效燃料选择，有助于提高燃烧器的能效。

目前，将氨在燃烧器上大规模应用仍存在一些难点，主要包括：1.氨的高氢含量和低点火温度，导致燃烧稳定性差；2.氮氧化物排放的问题；3.在不同的燃烧设备中，氨的燃烧效率可能会受到影响；4.大规模应用氨作为燃料可能需要适应现有的燃烧设备和基础设施，这需要进行设备改造或适应性设计。5.氨作为燃料需要适当处理和储存，以确保其纯度和稳定性；6.氨是一种具有毒性和易燃性的气体，其在存储、输送和使用过程中可能涉及安全风险。7.大规模应用氨作为燃料成本高，涉及到技术开发、设备改造和基础设施建设等方面。

氨直接燃烧难度大，涉及到燃烧稳定性、点火、火焰控制等技术难题，且直接燃烧可能会产生碳氢化合物和其他有害物质，NOx排放浓度升高。因此，现有的氨燃烧器设备依然存在NOx排放高，以及燃烧稳定性差导致容易回火和烧坏喷嘴等问题，另外由于系统设计问题，导致在不同的燃烧设备中，氨的燃烧效率无法实现最佳效率。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种氨燃烧器，以实现氨燃烧器可稳定燃烧，且NOx排放量极低，能耗低燃烧效率高的目的。

本申请实施例提供以下技术方案：一种氨燃烧器，包括：燃烧室和进气腔，所述进气腔设置在所述燃烧室的一侧，且与所述燃烧室连通，用于向所述燃烧室内通入燃料和氧化剂；

所述燃烧室包括第一燃烧壳体和第二燃烧壳体，所述第一燃烧壳体同轴套设在所述第二燃烧壳体的内部，所述第一燃烧壳体的内部形成用于燃烧的燃烧腔，所述第一燃烧壳体与所述第二燃烧壳体之间的环腔形成用于加热氨气的氨气加热腔，所述氨气加热腔的尾部设置氨气进气口；

所述进气腔包括外壳，所述外壳一侧设置用于通入氧化剂的入口，所述外壳内设置氢气进气腔，所述外壳的外部设置混合气进气腔，所述氢气进气腔与所述混合气进气腔均与所述燃烧腔连通；

还包括第三燃烧壳体，所述第三燃烧壳体同轴套设在所述第二燃烧壳体的外部，所述第三燃烧壳体与所述第二燃烧壳体之间的环腔形成用于分解氨气的高温氨气分解腔，所述第二燃烧壳体上开设引气孔，用于使所述氨气加热腔中的高温氨气进入所述高温氨气分解腔，所述高温氨气分解腔中设置催化结构，用于使进入所述高温氨气分解腔的高温氨气经过所述催化结构后分解为氮气和氢气，所述高温氨气分解腔的尾段设置混合气体排气孔，所述混合气体排气孔与所述混合气进气腔连通。

根据本申请一种实施例，所述引气孔的数量为多个，且分别周向均匀分布在所述第二燃烧壳体上。

根据本申请一种实施例，所述引气孔位于所述高温氨气分解腔的前段，所述催化结构设置在所述高温氨气分解腔的中段；其中，所述中段的长度占整个所述高温氨气分解腔的长度的至少3/4。

根据本申请一种实施例，还包括预热装置，所述预热装置的第一进口用于通入液氨燃料，所述预热装置的第一出口连接所述氨气进气口，用于将液氨燃料预热后气化，使气化后的氨气进入所述氨气加热腔。

根据本申请一种实施例，所述燃烧腔的前段为燃烧段，所述燃烧腔的尾段为排气段，所述排气段的排气口与所述预热装置的第二进口连接，用于将燃烧尾气通入所述预热装置中，通过高温的燃烧尾气与液氨燃料进行热交换，使液氨气化。

根据本申请一种实施例，还包括冷却装置，所述混合气体排气孔与所述混合气进气口之间通过气体管道连通，所述冷却装置设置在所述气体管道上，用于对氮气和氢气的混合气体降温。

根据本申请一种实施例，还包括点火器，所述点火器设置在所述进气腔内的出口位置处。

根据本申请一种实施例，所述氨气加热腔内设置螺旋导流板，用于形成多条螺旋式的氨气导流通道。

与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：本发明实施例将燃烧器和氨分解装置一体化，利用燃烧器燃烧时产生的热，对氨气进行加热，完成氨气分解，在燃烧器燃烧的同时完成氨气的分解；氨气分解后产生氢气和氮气的混合气体，混合气体进入燃烧器继续燃烧产生热能，形成氨气分解燃烧的高能效循环。本发明实施例将氨燃料分解为氢气燃烧，降低了氮氧化物的生成，同时避免了氨直接燃烧难度大，以及涉及到的燃烧稳定性、点火、火焰控制等技术难题，且氨分解的过程能耗低，燃烧效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例的氨燃烧器结构示意图；

其中，1-氢气进气腔，2-混合气进气腔，3-高温氨气分解腔，4-氨气加热腔，5-燃烧腔。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种氨燃烧器，包括：燃烧室和进气腔，所述进气腔设置在所述燃烧室的一侧，且与所述燃烧室连通，用于向所述燃烧室内通入燃料和氧化剂；所述燃烧室包括第一燃烧壳体和第二燃烧壳体，所述第一燃烧壳体同轴套设在所述第二燃烧壳体的内部，所述第一燃烧壳体的内部形成用于燃烧的燃烧腔5，所述第一燃烧壳体与所述第二燃烧壳体之间的环腔形成用于加热氨气的氨气加热腔4，所述氨气加热腔4的尾部设置氨气进气口；

所述进气腔包括外壳，所述外壳一侧设置用于通入氧化剂的入口，所述外壳内设置氢气进气腔1，所述外壳的外部设置混合气进气腔2，所述氢气进气腔1与所述混合气进气腔2均与所述燃烧腔5连通；还包括第三燃烧壳体，所述第三燃烧壳体同轴套设在所述第二燃烧壳体的外部，所述第三燃烧壳体与所述第二燃烧壳体之间的环腔形成用于分解氨气的高温氨气分解腔3，所述第二燃烧壳体上开设引气孔，用于使所述氨气加热腔4中的高温氨气进入所述高温氨气分解腔3，所述高温氨气分解腔3中设置催化结构，用于使进入所述高温氨气分解腔3的高温氨气经过所述催化结构后分解为氮气和氢气，所述高温氨气分解腔3的尾段设置混合气体排气孔，所述混合气体排气孔与所述混合气进气腔2连通。

本发明实施例的燃烧室包括同轴套设的第一燃烧壳体、第二燃烧壳体和第三燃烧壳体，第一燃烧壳体的内腔为燃烧腔5，第一燃烧壳体与第二燃烧壳体之间的环腔为氨气加热腔4，第二燃烧壳体与第三燃烧壳体之间的环腔为高温氨气分解腔3。进气腔内设置氧化剂进口，即空气进口，还设置氢气进气腔1，用于通入氢气，还包括混合气进气腔2，该混合气进气腔2用于将所述高温氨气分解腔3分解产生的氮气和氢气的混合气体引入燃烧腔5参与燃烧。在具体实施时，燃烧器通过安装法兰和锅炉等下游设备连接，所产生的高温尾气用于加热热水、生产蒸汽等用途。锅炉产生的废气通过排气管排出。

本装置在具体实施时的燃烧过程为：初始状态时，氢气通过燃烧器的氢气进气腔1进入燃烧腔5内，通过设置在燃烧腔5进口位置的点火器点燃，氢气在燃烧腔5内燃烧产生热能加热燃烧器。同时，通过氨气进气口通入氨气燃料，氨气进入氨气加热腔4内，随着氨气从腔体尾端向腔体前端的流动，氨气逐渐被氢气燃烧产生的热能加热至可分解温度，在气压的作用下，高温氨气从引气孔中进入高温氨气分解腔3中，并从高温氨气分解腔3的前端至尾端流动，经过催化结构后，在催化剂的作用下分解为氢气和氮气后排出燃烧器。排出的混合气体再通过混合气进气口重新进入燃烧腔5内参与燃烧。此时，停止供入氢气。由混合气体燃烧产生的热能对燃烧器进行加热，形成循环燃烧系统。本实施例通过内置的氨分解结构，将氨气分解为氮气和氢气，解决了氨气直接燃烧难度大，燃烧不稳定的问题，并且，氢气在氮气作用下燃烧温度低，相对于直接燃烧NOx排放量更低，且由于其还原作用，在注入氮气时更能降低NOx排放量。

另外，本实施例通过燃烧器内自身燃烧产生的热量加热分解氨气，不需要额外的电能加热，相对于传统的采用电能等方式分解氨气的方式，有效减少了电能的消耗，提高了综合能源效率。并且，利用燃烧产生的热能加热氨气使氨气分解，分解后的混合气又返回燃烧腔5参与燃烧，形成了高效的自循环燃烧系统，高效的利用了燃烧热能，也极大的提高了燃烧效率，降低了能耗。

在一种实施例中，所述引气孔的数量为多个，且分别周向均匀分布在所述第二燃烧壳体上。引气孔均匀间隔设置，可保证高温氨气均匀的进入高温氨气分解腔3内，并均匀的经过催化结构，完成氨气分解。

在气体流动方向上，氨气加热腔4内氨气是从腔体尾端至腔体前端流动，进入高温氨气分解腔3后，气体是从腔体前端至腔体尾端流动，为了保证高温氨气能够完全分解，催化结构的长度需要严格设置。在具体实施时，将所述引气孔的位置设置于所述高温氨气分解腔3的前段，所述催化结构设置在所述高温氨气分解腔3的中段；并且，所述中段的长度占整个所述高温氨气分解腔3的长度的至少3/4，保证氨气完整分解。

在一种实施例中，还包括预热装置，所述预热装置的第一进口用于通入液氨燃料，所述预热装置的第一出口连接所述氨气进气口，用于将液氨燃料预热后气化，使气化后的氨气进入所述氨气加热腔4。

与汽油、天然气、液化石油气、甲醇和氢气等常规燃料相比，氨成本最低且氨燃烧产物不含碳有害污染物且氨的体积能量密度比液氢的体积能量密度高33％，同时液态氨气由于蒸汽压低，沸点高，相对于液态氢气来说，更易储存和运输，实现零碳排放的同时大大降低燃料成本。因此在具体实施时，采用液氨燃料，首先将液氨燃料通过预热装置进行加热，使液氨气化为氨气再通入氨气加热腔4中。

本实施例的预热装置采用常规的换热结构即可，在一种更优选的实施方式中，所述燃烧腔5的前段为燃烧段，所述燃烧腔5的尾段为排气段，所述排气段的排气口与所述预热装置的第二进口连接，用于将燃烧尾气通入所述预热装置中，通过高温的燃烧尾气与液氨燃料进行热交换，使液氨气化。本实施例充分利用了燃烧尾气的热能来使液氨气化，避免了热量损失，也降低了能源消耗。

在一种实施例中，还包括冷却装置，所述混合气体排气孔与所述混合气进气口之间通过气体管道连通，所述冷却装置设置在所述气体管道上，用于对氮气和氢气的混合气体降温。经过高温氨气分解腔3后产生的氢气和氮气的温度依旧很高，在气体管道上设置冷却装置，将混合气的温度稍降后再进入混合气进气腔2。

在氨气加热腔4内，由于氨气是从腔体尾端向腔体前端流动，为了保证氨气能够均匀稳定的流动，且在流动至腔体前端时能够达到分解所需温度，在一种优选结构中，所述氨气加热腔4内设置螺旋导流板，用于形成多条螺旋式的氨气导流通道，使得氨气通过导流通道螺旋式流动，均匀受热，保证分解过程的正常进行。

本发明实施例将燃烧器和氨分解装置一体化，利用燃烧器燃烧时产生的热，对氨气进行加热，完成氨气分解；氨气分解后产生氢气和氮气的混合气体，混合气体进入燃烧器继续燃烧产生热能，形成氨气分解燃烧的高效循环，实现了高效、稳定和可控的燃烧反应。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。