一种低压低热值气体燃料及氢气掺混燃烧装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种低压低热值气体燃料及氢气掺混燃烧装置及方法，中心助燃风筒、气体燃料筒和主助燃风筒由内到外同轴设置，中心氢气长明灯设置于中心助燃风筒内，中心氢气长明灯出口设置于中心助燃风筒的出口处，中心氢气长明灯的出口处设有点火装置；中心助燃风筒与气体燃料筒之间在出口处设置有燃气环形旋流盘，气体燃料筒与主助燃风筒之间在出口处设置有空气环形旋流盘；氢气枪管组件枪管的出口穿过燃气环形旋流盘，枪管的出口设有氢气喷枪头；中心助燃风筒上设置有中心助燃风入口，主助燃风筒上设置有主助燃风入口，气体燃料筒上设置有气体燃料入口。本发明专利技术能够实现低压低热值气体燃烧的稳定高效燃烧，降低企业碳排放及燃料成本。燃料成本。燃料成本。

【技术实现步骤摘要】
一种低压低热值气体燃料及氢气掺混燃烧装置及方法


[0001]本专利技术属于气体低碳低氮清洁燃烧
，具体涉及一种低压低热值气体燃料及氢气掺混燃烧装置及方法。

技术介绍

[0002]“碳达峰碳中和”目标的提出，对碳排放强度高的企业(如钢厂、化工厂等)提出了严峻挑战。另一方面在环保及运行成本压力双向驱动下，企业开始逐渐实现工艺流程产生的低热值气体的充分高效利用。受限于工艺，低热值气体燃料含有大量不可燃成分(如氮气、二氧化碳或水蒸汽)，而可燃成分(如一氧化碳或氢气)通常仅为约25％，热值一般小于1500kcal/Nm3，压力小于5kPa。
[0003]为了减少可再生能源“弃风弃光”等现象，由可再生能源制取“绿氢”成为重点发展方向，分布式太阳能制氢技术也蓬勃发展。但目前氢气大规模储运成本高、氢燃料电池技术尚不成熟、氢气消费场景较少，通过往现有气体燃料中掺混氢气进行燃烧不仅可以解决氢气储运难的现状下可再生能源制氢就地消纳问题，实现制氢用氢闭环利用，还可以降低企业碳排放、减少运行燃料成本。
[0004]低压低热值气体燃料由于热值及气压较低且一般携带部分液态水，在燃烧过程中由于炉内温度较低，低负荷下易出现灭火，影响锅炉等设备的安全正常运行。有研究表明将氢气通过单独的通道通入燃烧室中参与燃烧可以改善燃烧火焰稳定性。然而氢气与低热值气掺混方式及氢气喷入空间位置等对炉内火焰的影响尚缺乏详细的研究，且氢气由于其火焰传播速度快，在燃烧中极易发生回火。因此有必要开发出适用于低压低热值气体燃料及氢气动态掺混非预混燃烧的新型装置，以同时满足最新排放要求及锅炉性能要求。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供了一种低压低热值气体燃料及氢气掺混燃烧装置及方法，能够实现低压低热值气体燃烧的稳定高效燃烧，降低企业碳排放及燃料成本。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种低压低热值气体燃料及氢气掺混燃烧装置，包括中心氢气长明灯、中心助燃风筒、气体燃料筒、氢气枪管组件及主助燃风筒；
[0008]中心助燃风筒、气体燃料筒和主助燃风筒由内到外同轴设置，中心氢气长明灯设置于中心助燃风筒内，中心氢气长明灯出口设置于中心助燃风筒的出口处，中心氢气长明灯的出口处设有点火装置；
[0009]中心助燃风筒与气体燃料筒之间在出口处设置有燃气环形旋流盘，气体燃料筒与主助燃风筒之间在出口处设置有空气环形旋流盘；
[0010]氢气枪管组件枪管的出口穿过燃气环形旋流盘，枪管的出口设有氢气喷枪头；
[0011]中心助燃风筒上设置有中心助燃风入口，主助燃风筒上设置有主助燃风入口，气
体燃料筒上设置有气体燃料入口。
[0012]优选的，中心助燃风筒为一端有底的圆柱筒，中心助燃风筒的无底端为出口，中心氢气长明灯贯穿中心助燃风筒的底部并与中心助燃风筒同轴设置，中心氢气长明灯出口的喷射方向沿中心助燃风筒的径向设置，中心助燃风入口设置于中心助燃风筒有底的一端并与中心助燃风筒垂直连接。
[0013]优选的，点火装置与中心氢气长明灯一起贯穿中心助燃风筒的底部并延伸至中心助燃风筒的出口。
[0014]优选的，气体燃料筒为一侧有底的圆柱筒，气体燃料筒的底部为圆环形，气体燃料筒的底部通过中心孔套在中心助燃风筒的外部，气体燃料筒无底的一端延伸至中心助燃风筒的出口端，燃气环形旋流盘套设于中心助燃风筒的外部并位于气体燃料筒的出口端，气体燃料入口设置于气体燃料筒上靠近有底的一端，气体燃料入口与气体燃料筒之间垂直连接。
[0015]优选的，氢气枪管组件包括集气环和若干枪管，集气环为环形腔室结构，集气环通过中心孔套设于气体燃料筒上有底的一端，枪管的一端与集气环的底部连接，枪管的另一端穿过气体燃料筒的底部、沿气体燃料筒与中心助燃风筒之间的环腔以及贯穿燃气环形旋流盘延伸至气体燃料筒的出口；若干枪管沿气体燃料筒的周向均匀分布且与气体燃料筒的轴线平行；若干枪管与集气环的连接点均匀分布于集气环的底部；集气环的侧壁上沿径向设置有氢气入口。
[0016]优选的，燃气环形旋流盘在中心助燃风筒和气体燃料筒之间的连接方式为可活动连接方式，燃气环形旋流盘上连接有能够操纵燃气环形旋流盘沿气体燃料筒的轴向进行位置调节的燃气环形旋流盘轴向调节杆。
[0017]优选的，主助燃风筒包括大径段和小径段，大径段为有底圆柱筒，大径段的底部均为圆环状，大径段通过一个底部的中心孔套设在气体燃料筒上，小径段为一无底圆柱筒，小径段的内径大于气体燃料筒的外径，小径段的一端与大径段在大径段的另一个底部中心孔处连接，小径段的另一端延伸至气体燃料筒的出口端，空气环形旋流盘套设于气体燃料筒的外部并位于小径段的出口端，主助燃风入口设置于大径段的侧壁并与大径段轴线垂直。
[0018]优选的，空气环形旋流盘在气体燃料筒和小径段之间的连接方式为可活动连接方式，空气环形旋流盘上连接有能够操纵空气环形旋流盘沿小径段的轴向进行位置调节的空气环形旋流盘轴向调节杆。
[0019]优选的：燃气环形旋流盘的旋向可为正旋或反旋，旋流角度可在15
°‑
75
°
；
[0020]空气环形旋流盘的旋向可为正旋或反旋，旋流角度可在15
°‑
75
°
；
[0021]氢气喷枪头径向均匀设有若干能够以伞状形式喷射的喷孔，喷孔的喷射方向与氢气喷枪头的轴向夹角为15
°‑
75
°
；
[0022]中心助燃风筒出口端不凸出于主助燃风筒出口端，中心氢气长明灯出口不凸出于主助燃风筒出口端，氢气喷枪头凸出于燃气环形旋流盘、不凸出于中心助燃风筒出口端，空气环形旋流盘不凸出于氢气喷枪头；
[0023]中心助燃风筒及主助燃风筒在各自入口一侧均装有火焰检测器及观火镜。
[0024]本专利技术还提供了一种低压低热值气体燃料及氢气掺混燃烧方法，该方法采用本专利技术如上所述低压低热值气体燃料及氢气掺混燃烧装置进行，包括如下过程：
[0025]中心助燃风从中心助燃风入口进入中心助燃风筒并直流喷出，中心氢气长明灯的出口喷射火焰，形成内稳燃区域；低压低热值气体从气体燃料入口进入气体燃料筒，随后经由燃气环形旋流盘旋流扩散喷出；主助燃风从主助燃风入口进入主助燃风筒，随后经由空气环形旋流盘旋流扩散喷出，形成环形的外旋流助燃风区域；氢气进入氢气枪管组件并由氢气喷枪头喷入四周低压低热值旋流气体中进行充分混合，形成旋流掺混气区域，实现了低压低热值气体燃料及氢气掺混燃烧。
[0026]本专利技术具有以下有益效果：
[0027]本专利技术低压低热值气体燃料及氢气掺混燃烧装置由内到外依次为中心助燃风筒、气体燃料筒和主助燃风筒，中心氢气长明灯出口设置于中心助燃风筒的出口处，，氢气枪管组件枪管的出口穿过燃气环形旋流盘，枪管的出口设有氢气喷枪头，同时在中心助燃风筒与气体燃料筒之间在出口处设置有燃气环形旋流盘，气体燃料筒与主助燃风筒之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低压低热值气体燃料及氢气掺混燃烧装置，其特征在于，包括中心氢气长明灯(1)、中心助燃风筒(6)、气体燃料筒(7)、氢气枪管组件(9)及主助燃风筒(8)；中心助燃风筒(6)、气体燃料筒(7)和主助燃风筒(8)由内到外同轴设置，中心氢气长明灯(1)设置于中心助燃风筒(6)内，中心氢气长明灯(1)出口设置于中心助燃风筒(6)的出口处，中心氢气长明灯(1)的出口处设有点火装置；中心助燃风筒(6)与气体燃料筒(7)之间在出口处设置有燃气环形旋流盘(11)，气体燃料筒(7)与主助燃风筒(8)之间在出口处设置有空气环形旋流盘(12)；氢气枪管组件(9)枪管的出口穿过燃气环形旋流盘(11)，枪管的出口设有氢气喷枪头(13)；中心助燃风筒(6)上设置有中心助燃风入口(2)，主助燃风筒(8)上设置有主助燃风入口(3)，气体燃料筒(7)上设置有气体燃料入口(4)。2.根据权利要求1所述的一种低压低热值气体燃料及氢气掺混燃烧装置，其特征在于，中心助燃风筒(6)为一端有底的圆柱筒，中心助燃风筒(6)的无底端为出口，中心氢气长明灯(1)贯穿中心助燃风筒(6)的底部并与中心助燃风筒(6)同轴设置，中心氢气长明灯(1)出口的喷射方向沿中心助燃风筒(6)的径向设置，中心助燃风入口(2)设置于中心助燃风筒(6)有底的一端并与中心助燃风筒(6)垂直连接。3.根据权利要求2所述的一种低压低热值气体燃料及氢气掺混燃烧装置，其特征在于，点火装置与中心氢气长明灯(1)一起贯穿中心助燃风筒(6)的底部并延伸至中心助燃风筒(6)的出口。4.根据权利要求2所述的一种低压低热值气体燃料及氢气掺混燃烧装置，其特征在于，气体燃料筒(7)为一侧有底的圆柱筒，气体燃料筒(7)的底部为圆环形，气体燃料筒(7)的底部通过中心孔套在中心助燃风筒(6)的外部，气体燃料筒(7)无底的一端延伸至中心助燃风筒(6)的出口端，燃气环形旋流盘(11)套设于中心助燃风筒(6)的外部并位于气体燃料筒(7)的出口端，气体燃料入口(4)设置于气体燃料筒(7)上靠近有底的一端，气体燃料入口(4)与气体燃料筒(7)之间垂直连接。5.根据权利要求4所述的一种低压低热值气体燃料及氢气掺混燃烧装置，其特征在于，氢气枪管组件(9)包括集气环(9
‑
2)和若干枪管(9
‑
1)，集气环(9
‑
2)为环形腔室结构，集气环(9
‑
2)通过中心孔套设于气体燃料筒(7)上有底的一端，枪管(9
‑
1)的一端与集气环(9
‑
2)的底部连接，枪管(9
‑
1)的另一端穿过气体燃料筒(7)的底部、沿气体燃料筒(7)与中心助燃风筒(6)之间的环腔以及贯穿燃气环形旋流盘(11)延伸至气体燃料筒(7)的出口；若干枪管(9
‑
1)沿气体燃料筒(7)的周向均匀分布且与气体燃料筒(7)的轴线平行；若干枪管(9
‑
1)与集气环(9
‑
2)的连接点均匀分布于集气环(9
‑
2)的底部；集气环(9<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文锋，邹小刚，周飞，申冀康，何浩，车宏伟，李楠，董方奇，鲁芬，梁双轨，
申请(专利权)人：西安西热锅炉环保工程有限公司，
类型：发明
国别省市：