[發明專利]一種增加氫氣火焰輻射效率的燃燒器和方法

在審

• 申請號: 202210371513.8
• 申請日: 2022-04-11
• 公開（公告）號: CN114777123A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 阮西科;任轉波;代森偉;孫仁權;王鑫偉;李鋒
• 申請（專利權）人: 安德森熱能科技（蘇州）有限責任公司
• 主分類號: F23D14/12
• 分類號: F23D14/12;F23D14/22;F23D14/46;F23D14/60
• 代理公司: 蘇州所術專利商標代理事務所(普通合伙) 32473
• 代理人: 孫兵

本發明提供一種增加氫氣火焰輻射效率的燃燒器和方法。燃燒器包括由內向外依次套設的固體物料輸送管、氫氣管、第一氧化劑管和第二氧化劑管；所述固體物料輸送管端部設有固體顆粒物入口，固體顆粒物經氣體輸送達到燃燒端。采用本發明技術方案，通過在氫氣燃燒的火焰中增加固體顆粒物，固體顆粒物吸收氫氣燃燒產生的高能量至灼熱狀態，形成固體發熱體，補充氫氣火焰在紅外波段的光譜能量密度的缺失，從而提高氫氣燃燒火焰的輻射能量密度，能廣泛應用于工業加熱領域。本發明燃燒器結構簡單，改造成本低，能可靠提高火焰的輻射密度，提高輻射效率，助力能源轉型升級，有助于碳達峰、碳中和目標的實現。

技術領域

本發明涉及低碳燃燒技術領域，具體是一種增加氫氣火焰輻射效率的燃燒器和方法。

背景技術

隨著碳達峰、碳中和目標任務的逐步落實，工業系統燃料需要從天然氣向氫氣等清潔能源轉型升級。氫氣燃燒火焰溫度比天然氣火焰溫度更高，但是由于氫氣燃燒火焰的能量密度在整個光譜范圍內較低，輻射傳熱的效果較差。目前氫氣燃燒僅僅局限于少量的金屬切割、玻璃管的封裝，在工業加熱的應用幾乎為零。

對于玻璃熔化工藝來講，最佳的輻射能對應的光譜最好在紅外段0.3-2.5μm，因為該波段的輻射穿透玻璃進入到窯爐底部的能力最強。天然氣燃燒的輻射密度在紅外段可以達到0.6-0.8w/cm²，而氫氣燃燒最強輻射的頻譜在1-3μm，但輻射密度只有0.001-0.1w/cm²，這樣的輻射能量密度是天然氣的15％左右。故如何提升氫氣燃燒在工業加熱中的輻射密度成為亟需解決的技術難題。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的是提供了一種增加氫氣火焰輻射效率的燃燒器和方法。

為達到上述目的，本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種增加氫氣火焰輻射效率的燃燒器，包括由內向外依次套設的固體物料輸送管、氫氣管、第一氧化劑管和第二氧化劑管；所述固體物料輸送管端部設有固體顆粒物入口，固體顆粒物經氣體輸送達到燃燒端；所述氫氣管上設有氫氣入口，所述第一氧化劑管上設有第一氧化劑入口，所述第二氧化劑管上設有第二氧化劑入口。

采用本發明技術方案，通過在氫氣燃燒的火焰中增加固體顆粒物，固體顆粒物吸收氫氣燃燒產生的高能量至灼熱狀態，形成固體發熱體，補充氫氣火焰在紅外波段的光譜能量密度的缺失，從而提高氫氣燃燒火焰的輻射能量密度，能廣泛應用于工業加熱領域。本發明燃燒器結構簡單，改造成本低，能可靠提高火焰的輻射密度，提高輻射效率，助力能源轉型升級，有助于碳達峰、碳中和目標的實現。

進一步地，還包括用于調節進入第一氧化劑管內和第二氧化劑管內氧化劑流量的流量調節閥。

采用上述優選的方案，可以設置不同的分配比，便于調節火焰長度和火焰溫度。

進一步地，所述固體物料輸送管位于燃燒器的中心，還包括用于輸送固體顆粒物的物料輸送器，所述物料輸送器能調節固體顆粒物的輸送量。

采用上述優選的方案，通過調節物料輸送器，可以調節固體顆粒物進入到燃燒端的量，實現最優的輻射能效。

進一步地，還包括主控制器和用于檢測火焰的多光譜火焰成像分析儀，所述流量調節閥、物料輸送器和多光譜火焰成像分析儀均與主控制器信號連接，所述多光譜火焰成像分析儀用于采集燃燒器火焰的光譜圖像并分析得出發光火焰長度、發光火焰溫度、不發光火焰范圍和不發光火焰溫度。

采用上述優選的方案，實現對氫氣火焰輻射能力監測和自動調節。

進一步地，所述固體物料輸送管的燃燒端具有外擴的喇叭口，喇叭口的管壁上設有多個開口，且喇叭口的外口圓周與所述氫氣管之間具有間隙。

采用上述優選的方案，部分氫氣經喇叭口管壁的開口進入喇叭口內部，與輸送用的氧化劑燃燒，實現一次燃燒，對固體顆粒物和從喇叭口外口間隙進入的另一部分氫氣以及外二層的氧化劑進行預熱，降低NOx的生成。