[發明專利]一種基于值班火焰的氫氣預混低氮燃燒器

有效

• 申請號: 202010910660.9
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN112066371B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 王金華;毛潤澤;張猛;蔡驍;黃佐華
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F23D14/02
• 分類號: F23D14/02;F23D14/46;F23D14/58;F23D14/64;F23D14/70;F23L5/02
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種基于值班火焰的氫氣預混低氮燃燒器，包括燃燒腔、位于燃燒腔入口平面的燃燒噴嘴、與燃燒腔連接的風機支撐架以及風機支撐架底部的風機，燃燒噴嘴由位于中心的值班燃燒噴嘴與值班燃燒噴嘴周圍中心對稱分布的四個主燃燒噴嘴組成，值班燃燒噴嘴包括中心燃料噴孔和軸向反向雙旋流葉片，燃料為天然氣/空氣混合氣，用以提供穩定燃燒的值班火焰；主燃燒噴嘴尾部開放，側壁設有燃料噴孔，中部為文丘里混合段，文丘里混合段出口處設置淬熄孔整流板，前部為帶有軸心噴孔的低旋流葉片，可實現可靠充分的混合，同時可防止氫氣回火和吹熄，形成穩定的氫氣抬升火焰。本發明可實現氫氣穩定可靠的預混燃燒，降低了氮氧化物的排放，使燃燒的過程更加清潔穩定。

技術領域

本發明屬于熱能工程技術領域，涉及一種燃燒器，特別涉及一種基于值班火焰的氫氣預混低氮燃燒器。

背景技術

隨著全球對降低碳排放日益嚴格的要求，太陽能、風能等可再生能源快速發展，其波動性給電網安全造成嚴重威脅，帶來了嚴重的棄風、棄光現象。氫氣是優良的能源載體，將波動性電能轉化為氫能儲存是一種可行的儲能和分布式利用方式。氫氣是一種無碳清潔燃料，氫氣在燃燒中的大規模應用將是未來能源領域發展的重要趨勢。氫氣的燃燒速度較快，在燃燒過程中受限于回火問題，因此目前氫氣燃燒大都使用非預混燃燒方式。但由于氫氣具有較高的絕熱燃燒溫度，非預混燃燒會導致燃燒區域溫度過高，從而產生較多的氮氧化物。稀燃預混燃燒技術有利于降低氮氧化物排放，但氫氣在稀燃預混時存在混合不充分、易回火以及稀燃易吹熄等問題難以解決。此外，由于氫氣燃燒速度較高，火焰燃燒位置靠近噴口，燃燒方式存在燒蝕噴嘴的風險。因此，需要對燃燒器進行合理設計來實現預混稀燃條件下氫氣可靠穩定的燃燒。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于值班火焰的氫氣預混低氮燃燒器，使用值班火焰、低旋流結構及文丘里混合段等技術，實現預混稀燃條件下氫氣可靠穩定的燃燒，從而降低氫氣的燃燒過程中氮氧化物的排放，實現氫氣清潔高效燃燒。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種基于值班火焰的氫氣預混低氮燃燒器，包括燃燒腔1、位于燃燒腔1入口平面的燃燒噴嘴、與燃燒腔1連接的風機支撐架6以及風機支撐架6底部的風機7，所述燃燒噴嘴由位于中心的值班燃燒噴嘴與值班燃燒噴嘴周圍中心對稱分布的四個主燃燒噴嘴組成，所述值班燃燒噴嘴包括中心燃料噴孔9，中心燃料噴孔9與中心值班燃燒噴嘴燃料管路11連接，在中心燃料噴孔9周向外圍布置有軸向反向雙旋流葉片8；所述主燃燒噴嘴的尾部開放，側壁設置有與主燃燒噴嘴燃料管路10連接的燃料噴孔5，中部為文丘里混合段4，文丘里混合段4出口處設置淬熄孔整流板3，前部為帶有軸心噴孔的低旋流葉片2。

所述軸向反向雙旋流葉片8位于入口平面下方，由沿軸向重疊安裝的兩層旋轉方向相反的旋流葉片組成，兩層所述旋流葉片的旋轉角度均為0-40度。中心燃料噴孔9的噴口在底層旋流葉片的旋流區域。

所述主燃燒噴嘴的尾部為闊口狀，與中部的文丘里混合段4連接處為內徑變小的喉道，燃料噴孔5為多個，均勻設置在喉道處的側壁處，噴射方向為徑向，主燃燒噴嘴的前部柱狀空間，淬熄孔整流板3和低旋流葉片2分別位于該柱狀空間的尾端和前端。

所述淬熄孔整流板3為帶有過孔的平板，過孔孔徑大小為燃燒的淬熄尺寸大小。

所述低旋流葉片2為一組順時針或逆時針旋轉0-40°的葉片。

所述主燃燒噴嘴燃料管路10中的燃料是純氫；中心值班燃燒噴嘴燃料管路11中的燃料是天然氣或者天然氣與空氣的混合氣。

與現有技術相比，本發明是一種燃燒效率高，氮氧化物排放低的燃燒器。采用此燃燒器后，氫氣可以實現穩定可靠的預混燃燒，氫氣與空氣混合可靠，燃燒過程回火和吹熄的概率降低。

附圖說明

圖1為本發明整體結構示意圖。

圖2為本發明主燃燒噴嘴結構示意圖。