氨燃烧器、燃烧系统和燃烧方法与流程

本申请涉及低碳燃烧，特别涉及一种氨燃烧器、燃烧系统和燃烧方法。

背景技术：

1、氨(nh3)是一种零碳燃料，其在燃烧时不产生co2，有利于减少co2排放。使用氨作为燃料替代化石燃料，可以促进我国“碳达峰碳中和”目标的完成。

2、然而，纯氨作为燃料时，存在着火和燃尽困难，以及易产生氮氧化物(nox)，污染环境等问题，在实际应用过程中存在一定的难度。因此，相关技术中，鲜有以纯氨为燃料的燃烧器，影响氨燃料的推广应用。

技术实现思路

1、本申请旨在提供一种氨燃烧器、燃烧系统和燃烧方法，以促进氨燃料的推广应用。

2、为了解决上述技术问题，本申请所提供的氨燃烧器包括：

3、一级风筒，用于提供一级风；

4、一级配氨装置，与一级风筒耦合，并向一级风筒内通入一级氨气，使一级氨气与一级风在一级风筒内混合形成过量空气系数小于1的预混气体；

5、点火源，用于点燃预混气体；

6、二级风筒，套设在一级风筒外部，并用于提供二级风；和

7、二级配氨装置，至少部分地位于二级风筒中，并向从一级风筒喷出的火焰中喷入二级氨气，以使二级氨气被引燃，并在二级风的作用下进一步燃烧。

8、在一些实施例中，沿着一级风的流出方向，二级配氨装置的出口位于一级风筒的出口的下游。

9、在一些实施例中，二级配氨装置的出口从二级风筒的出口伸出。

10、在一些实施例中，一级风筒包括一级筒体和一级扩口，一级扩口连接于一级筒体的出口，且通流面积沿着一级风的流出方向增大；和/或，二级风筒包括二级筒体和二级扩口，二级扩口连接于二级筒体的出口，且通流面积沿着二级风的流出方向增大。

11、在一些实施例中，一级风筒包括一级筒体和一级扩口，且一级风筒包括过渡段，过渡段连接于一级筒体和一级扩口之间，且过渡段的侧壁沿着一级风筒的径向延伸。

12、在一些实施例中，氨燃烧器包括以下至少之一：

13、一级风旋流器，设置于一级风筒中，并使一级风在一级风筒中旋流流动；

14、氨旋流器，设置于一级风筒中，并使一级氨气在一级风筒中旋流流动；

15、紊流钝体，设置于一级风筒中，并使预混气体回流；

16、一级风调节件，设置于一级风筒的进风流路上，并调节进入一级风筒的一级风的风量；

17、二级风旋流器，设置于二级风筒中，并使二级风旋流流动；

18、二级风调节件，设置于二级风筒的进风流路上，并调节进入二级风筒的风量；

19、氨量调节件，设置于一级配氨装置和/或二级配氨装置上，并调节流入一级配氨装置和/或二级配氨装置的氨气量；

20、集氨箱，与一级配氨装置和二级配氨装置的入口均连接，并用于与供氨源连接，以为一级配氨装置和二级配氨装置供应氨气。

21、在一些实施例中，氨燃烧器被构造为以下至少之一：

22、一级风筒中设有一级风旋流器和氨旋流器，一级风旋流器和氨旋流器的旋流方向相反，以使一级风和一级氨气在一级风筒中反向旋流；

23、一级风旋流器和/或二级风旋流器的旋流叶片与一级风筒的轴向之间的夹角为0°～80°；

24、一级风旋流器和/或二级风旋流器的旋流叶片与一级风筒的轴向之间的夹角大小可调；

25、紊流钝体具有第一端和第二端，沿着一级风的流出方向，第一端位于第二端的上游，且第一端的内径大于第二端的内径；

26、集氨箱与供氨源之间的流路上设有供氨调节件，以调节进入集氨箱中的氨气量。

27、在一些实施例中，紊流钝体的通流面积沿一级风的流出方向渐缩，且紊流钝体的横截面呈三角形或梯形。

28、在一些实施例中，氨燃烧器包括三级风筒，三级风筒套设于二级风筒的外部，并提供三级风，以使二级氨气在二级风和三级风的作用下进一步燃烧。

29、在一些实施例中，三级风筒被构造为以下至少之一：

30、三级风筒包括三级筒体和三级扩口，三级扩口连接于三级筒体的出口，且通流面积沿着三级风的流出方向增大；

31、三级风筒中设有三级风旋流器，以使三级风旋流流动；

32、三级风筒的进风流路上设有三级风调节件，以调节三级风的风量。

33、在一些实施例中，一级配氨装置包括一级配氨管，一级配氨管伸至一级风筒中，以向一级风筒内通入一级氨气；和/或，二级配氨装置包括二级配氨管和喷头，二级配氨管伸至二级风筒中，喷头连接于二级配氨管的出口，并与二级配氨管连通，以将二级配氨管输送的二级氨气喷至从一级风筒喷出的火焰中。

34、在一些实施例中，一级配氨管中设有中心风筒，中心风筒提供中心风，点火源伸至中心风筒中；和/或，二级风筒中设有至少两个二级配氨装置，至少两个二级配氨装置沿着二级风筒的周向间隔布置，且至少两个二级配氨装置的喷头朝向相同或不同。

35、在一些实施例中，中心风筒的进风流路上设有中心风调节件，中心风调节件调节进入中心风筒的中心风的风量。

36、在一些实施例中，至少两个二级配氨装置包括喷头朝向与一级风筒的轴向平行的二级配氨装置和喷头朝向与一级风筒的轴向和/或径向具有夹角的二级配氨装置中的至少之一；和/或，至少两个二级配氨装置包括喷头朝向一级风筒径向内侧的二级配氨装置和喷头朝向一级风筒径向外侧的二级配氨装置中的至少之一。

37、在一些实施例中，喷头的朝向与一级风筒的轴向之间的角度为0°～90°，和/或，喷头的朝向与一级风筒的径向之间的角度为0°～180°。

38、另外，本申请所提供的燃烧系统，包括锅炉和本申请实施例的氨燃烧器。

39、此外，基于本申请实施例的氨燃烧器，本申请所提供的燃烧方法，包括：

40、向一级风筒中通入一级风，并向一级配氨装置中通入一级氨气，使一级氨气与一级风在一级风筒内混合形成过量空气系数小于1的预混气体，且利用点火源将预混气体点燃；

41、向二级配氨装置中通入二级氨气，并向二级风筒中通入二级风，使二级氨气喷入从一级风筒喷出的火焰中，并在二级风的作用下进一步燃烧。

42、在一些实施例中，在向二级风筒中通入二级风时，向氨燃烧器的套设于二级风筒外的三级风筒中通入三级风，以使被点燃的二级氨气在二级风和三级风的作用下进一步燃烧。

43、本申请所提供的氨燃烧器可基于较简单的结构，组织一定比例的分级氨燃料与分级空气进行提前混合和分级燃烧，实现纯氨气的快速着火、稳定燃烧和燃尽，并减少nox的排放，因此，可促进氨燃料的推广应用。

44、通过以下参照附图对本申请的示例性实施例进行详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。

技术特征：

1.一种氨燃烧器(10)，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的氨燃烧器(10)，其特征在于，沿着所述一级风的流出方向，所述二级配氨装置(22)的出口位于所述一级风筒(11)的出口的下游。

3.根据权利要求2所述的氨燃烧器(10)，其特征在于，所述二级配氨装置(22)的出口从所述二级风筒(12)的出口伸出。

4.根据权利要求1所述的氨燃烧器(10)，其特征在于，所述一级风筒(11)包括一级筒体(111)和一级扩口(112)，所述一级扩口(112)连接于所述一级筒体(111)的出口，且通流面积沿着所述一级风的流出方向增大；和/或，所述二级风筒(12)包括二级筒体(121)和二级扩口(122)，所述二级扩口(122)连接于所述二级筒体(121)的出口，且通流面积沿着所述二级风的流出方向增大。

5.根据权利要求4所述的氨燃烧器(10)，其特征在于，所述一级风筒(11)包括所述一级筒体(111)和所述一级扩口(112)，且所述一级风筒(11)包括过渡段(113)，所述过渡段(113)连接于所述一级筒体(111)和所述一级扩口(112)之间，且所述过渡段(113)的侧壁沿着所述一级风筒(11)的径向延伸。

6.根据权利要求1所述的氨燃烧器(10)，其特征在于，所述氨燃烧器(10)包括以下至少之一：

7.根据权利要求6所述的氨燃烧器(10)，其特征在于，所述氨燃烧器(10)被构造为以下至少之一：

8.根据权利要求7所述的氨燃烧器(10)，其特征在于，所述紊流钝体(19)的通流面积沿所述一级风的流出方向渐缩，且所述紊流钝体(19)的横截面呈三角形或梯形。

9.根据权利要求1-8任一所述的氨燃烧器(10)，其特征在于，所述氨燃烧器(10)包括三级风筒(13)，所述三级风筒(13)套设于所述二级风筒(12)的外部，并提供三级风，以使所述二级氨气在所述二级风和所述三级风的作用下进一步燃烧。

10.根据权利要求9所述的氨燃烧器(10)，其特征在于，所述三级风筒(13)被构造为以下至少之一：

11.根据权利要求1-8任一所述的氨燃烧器(10)，其特征在于，所述一级配氨装置(21)包括一级配氨管(211)，所述一级配氨管(211)伸至所述一级风筒(11)中，以向所述一级风筒(11)内通入所述一级氨气；和/或，所述二级配氨装置(22)包括二级配氨管(221)和喷头(222)，所述二级配氨管(221)伸至所述二级风筒(12)中，所述喷头(222)连接于所述二级配氨管(221)的出口，并与所述二级配氨管(221)连通，以将所述二级配氨管(221)输送的二级氨气喷至从所述一级风筒(11)喷出的火焰中。

12.根据权利要求11所述的氨燃烧器(10)，其特征在于，所述一级配氨管(211)中设有中心风筒(14)，所述中心风筒(14)提供中心风，所述点火源(3)伸至所述中心风筒(14)中；和/或，所述二级风筒(12)中设有至少两个二级配氨装置(22)，所述至少两个二级配氨装置(22)沿着所述二级风筒(12)的周向间隔布置，且所述至少两个二级配氨装置(22)的喷头(222)朝向相同或不同。

13.根据权利要求12所述的氨燃烧器(10)，其特征在于，所述中心风筒(14)的进风流路上设有中心风调节件(142)，所述中心风调节件(142)调节进入所述中心风筒(14)的中心风的风量。

14.根据权利要求12所述的氨燃烧器(10)，其特征在于，所述至少两个二级配氨装置(22)包括喷头朝向与所述一级风筒(11)的轴向平行的二级配氨装置(22)和喷头朝向与所述一级风筒(11)的轴向和/或径向具有夹角的二级配氨装置(22)中的至少之一；和/或，所述至少两个二级配氨装置(22)包括喷头朝向所述一级风筒(11)径向内侧的二级配氨装置(22)和喷头朝向所述一级风筒(11)径向外侧的二级配氨装置(22)中的至少之一。

15.根据权利要求11所述的氨燃烧器(10)，其特征在于，所述喷头(222)的朝向与所述一级风筒(11)的轴向之间的角度为0°～90°，和/或，所述喷头(222)的朝向与所述一级风筒(11)的径向之间的角度为0°～180°。

16.一种燃烧系统，包括锅炉，其特征在于，包括如权利要求1-15任一所述的氨燃烧器(10)。

17.一种基于如权利要求1-16任一所述的氨燃烧器(10)的燃烧方法，其特征在于，包括：

18.根据权利要求17所述的燃烧方法，其特征在于，在向所述二级风筒(12)中通入二级风时，向所述氨燃烧器(10)的套设于二级风筒(12)外的三级风筒(13)中通入三级风，以使被点燃的所述二级氨气在所述二级风和所述三级风的作用下进一步燃烧。

技术总结
本申请提供一种氨燃烧器、燃烧系统和燃烧方法。氨燃烧器包括：一级风筒，用于提供一级风；一级配氨装置，与一级风筒耦合，并向一级风筒内通入一级氨气，使一级氨气与一级风在一级风筒内混合形成过量空气系数小于1的预混气体；点火源，用于点燃预混气体；二级风筒，套设在一级风筒外部，并用于提供二级风；和二级配氨装置，至少部分地位于二级风筒中，并向从一级风筒喷出的火焰中喷入二级氨气，以使二级氨气被引燃，并在二级风的作用下进一步燃烧。基于此，可实现氨燃料的高效低NOx燃烧，促进氨燃料的推广应用。

技术研发人员：李驰,崔立明,张文振,张超群,刘欣,李明,牛涛,初伟,崔星源,武学谦
受保护的技术使用者：烟台龙源电力技术股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29