一种燃烧烧嘴，其使用氢作为主要燃料并且包括：烧嘴外壳；氢燃料管道，氢燃料管道在外壳内延伸并且限定氢燃料出口开口；燃烧空气管道，燃烧空气管道在外壳内延伸并且限定燃烧空气出口开口；碳氢化合物燃料管道，碳氢化合物燃料管道限定碳氢化合物燃料出口开口；以及混合/燃烧区，氢燃料、燃烧空气和碳氢化合物燃料在其中混合并且发生燃烧。碳氢化合物燃料出口开口被定位成使得碳氢化合物燃料在与从燃烧空气开口喷射的燃烧空气混合之前被加热。而且，一种使用氢作为主要燃料将燃烧烧嘴开火的方法，其中将氢燃料、燃烧空气和碳氢化合物燃料喷射到燃烧烧嘴的混合/燃烧区中，使得碳氢化合物燃料在与燃烧空气混合之前被加热。化合物燃料在与燃烧空气混合之前被加热。化合物燃料在与燃烧空气混合之前被加热。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于具有增强光度的氢燃烧的烧嘴和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年10月06日提交并且标题为“Burner and Method for Hydrogen Combustion with Enhanced Luminosity”的美国临时专利申请号63/087,945的优先权，该美国临时专利申请的公开内容以全文引用的方式结合在此。
[0003]本专利技术的背景
[0004]专利技术的领域
[0005]本专利技术涉及一种用于燃烧氢作为主要燃料的烧嘴以及使用这种烧嘴的方法，其中所述烧嘴增加了由氢燃烧产生的火焰的光度。
[0006]相关技术的描述
[0007]化石燃料(天然气、煤、石油等)是大多数工业化国家的主要能源。碳氢化合物(其是化石燃料的主要成分)的完全燃烧将在废气中生成二氧化碳(CO2)。科学界普遍认为大气二氧化碳会导致气候改变，并且国内外的司法管辖区都在努力限制CO2的形成。
[0008]已经进行了大量研究，以找到经济上可行并且可持续的方式来最小化大气二氧化碳，在其与燃烧有关时尤其如此。也许这样做最直接的方式将是通过提高燃烧效率、过程效率或两者来简单地燃烧更少燃料。尽管每个行业都有进行效率增益的空间，但人类几千年来一直在做熔化矿石和烧制陶罐等事情，并且这些种类的行业的另外的效率提升可能是有限的。
[0009]减少大气二氧化碳的另一种方式是将其从大气中去除并且存储在某个地方。通过以化学方式从废气流中去除碳，然后将其运输到有可能将其远离大气安全存储的位置(通常是地下)，有可能从废气流中去除高达90％的二氧化碳。通常在资本美元和运营美元方面都有很大的支出。此外，还存在与捕获、压缩、运输和存储二氧化碳相关联的“能量损耗”。
[0010]增加可再生能源(风能、太阳能、地热能等)的使用以及核裂变或使用生物质作为燃料都是备选方案。
[0011]另一选项是选择一种完全不含碳的燃料。如果燃料中没有碳，则废气中就不可能有任何二氧化碳。在过去30到40年中引起相当大兴趣的一种此类燃料是分子氢(H2)。然而，氢在用作燃料源时存在若干挑战。
[0012]由于氢与其他燃料相比密度更低(在标准温度和压力下)，因此氢的火焰速度快得多，火焰温度更高，并且燃料和氧的扩散和混合更快。此外，更高火焰温度和更快混合还增强作为已知污染物几乎受到普遍限制的氮氧化物(NOx)的产生。
[0013]此外，虽然许多现有燃烧烧嘴可适用于氢开火，但存在一些缺点和特殊考虑。与空气/碳氢化合物燃烧相比，空气/氢燃烧往往会增加NOx排放、增加火焰强度、缩短热释放模式并且消除火焰的任何可见光度。
[0014]至少一些工业加热应用将由于来自光度减小的氢火焰的辐射热传递的减小而招致减少的生产率或减少的热效率。这在辐射热传递是主要热传递模式的应用诸如铝熔化、钢再加热和玻璃熔化中尤其重要。事实上，玻璃熔化是一种独特的应用，因为透明材料允许热辐射在所述过程中穿透浴材料。
[0015]现有技术烧嘴和方法诸如美国专利号8,091,536、美国专利申请公开号US 2017/0356656和US 2018/0172277以及中国专利申请公开号CN 102297426中描述的烧嘴和方法，使用氢作为除碳氢化合物燃料之外的燃料，但不提供任何手段来增加可能因使用氢而导致的任何光度减小。其他现有技术燃烧器和方法诸如美国专利号3,656,878、4,995,805、5,222,447和5,248,252以及日本专利申请公开号H09
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21509中描述的烧嘴和方法，提供碳氢化合物燃料火焰的增加的光度。在这些专利中，碳氢化合物气体被燃烧，并且燃烧的产物被引入初级燃烧火焰中，电弧用于在燃烧之前热解碳氢化合物燃料的一部分，碳氢化合物燃料在燃烧之前与炭黑混合，碳氢化合物燃料的一部分在燃烧之前在辅助加热器中裂化，或者在燃烧期间加入碳化钠。
[0016]现有技术烧嘴和方法都没有增加氢燃料火焰的光度。另外，现有技术烧嘴和方法都没有利用碳氢化合物燃料在烧嘴的燃烧/混合区内的裂化，从而消除了对辅助搅拌器的需要。因此，本专利技术的一个目的是提供一种烧嘴以及以增加的火焰光度和辐射热传递利用氢作为主要燃烧燃料的方法。本专利技术的另外的目的是提供一种燃烧器以及以增加的火焰光度和辐射热传递利用氢作为主要燃烧燃料的方法，其中提供增加的光度所需的所有反应都发生在烧嘴的混合/燃烧区内。
技术实现思路
[0017]本专利技术涉及一种使用氢作为主要燃料的燃烧烧嘴。所述烧嘴包括：烧嘴外壳，所述烧嘴外壳包围增压室；氢燃料管道，所述氢燃料管道在外壳内纵向延伸并且限定氢燃料出口开口；燃烧空气管道，所述燃烧空气管道在外壳内纵向延伸并且限定燃烧空气出口开口；碳氢化合物燃料管道，所述碳氢化合物燃料管道限定碳氢化合物燃料出口开口；以及混合/燃烧区，氢燃料、燃烧空气和碳氢化合物燃料在其中混合并且发生燃烧。碳氢化合物燃料出口开口被定位成使得从碳氢化合物燃料出口开口喷射的碳氢化合物燃料在与从燃烧空气开口喷射的燃烧空气混合之前被加热。
[0018]燃烧空气管道可沿着偏离烧嘴中心线的轴线延伸，并且氢燃料管道可沿着偏离烧嘴中心线的轴线延伸，使得燃烧空气管道和燃烧空气出口开口定位在烧嘴中心线的与氢燃料管道和氢燃料出口开口相对的一侧上。
[0019]碳氢化合物燃料管道可在纵向方向上延伸穿过氢燃料管道并且与氢燃料管道和烧嘴中心线同轴定位。
[0020]燃烧烧嘴还可包括挡板，所述挡板包括挡板面，其中挡板定位在增压室与限定混合/燃烧区的烧嘴端口块之间。从燃烧空气出口开口进入混合/燃烧区的燃烧空气和从氢燃料出口开口进入混合/燃烧区的氢燃料进入邻近挡板面的第一区域，而碳氢化合物燃料进入距挡板面比距第一区域更远的第二区域中的混合/燃烧区。
[0021]另选地，挡板可包括腔室，通过氢燃料出口开口喷射的氢燃料和通过碳氢化合物燃料出口开口喷射的碳氢化合物燃料在进入混合/燃烧区之前被喷射到所述腔室中，并且从燃烧空气出口开口喷射的燃烧空气进入邻近挡板面的区域。
[0022]碳氢化合物燃料管道可延伸超过挡板面进入混合/燃烧区。另选地，碳氢化合物燃料管道可沿着偏离烧嘴中心线的轴线和/或偏离氢燃料管道延伸所沿的轴线在纵向方向上延伸。
[0023]碳氢化合物燃料管道可包围氢燃料管道并且碳氢化合物燃料出口开口是包围氢燃料出口开口的环形或多个开口。
[0024]本专利技术还涉及一种使用氢作为主要燃料将燃烧烧嘴开火的方法。氢燃料、燃烧空气和碳氢化合物燃料被喷射到燃烧烧嘴的混合/燃烧区中，其中碳氢化合物燃料被喷射到混合/燃烧区中，使得碳氢化合物燃料在与燃烧空气混合之前被加热。
[0025]可将碳氢化合物燃料引入混合/燃烧区的热区中，使得碳氢化合物燃料的至少一部分在与进入混合/燃烧区的燃烧空气混合并且燃烧之前经历热分解并且再形成碳质碳烟颗粒。
[0026]用于引入碳氢化合物燃料和燃烧空气的喷射角度和速度可被设定来最小化碳氢化合物燃料与燃烧空气的初始混本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种使用氢作为主要燃料的燃烧烧嘴，所述烧嘴包括：烧嘴外壳，所述烧嘴外壳包围增压室；氢燃料管道，所述氢燃料管道在所述外壳内纵向延伸并且限定氢燃料出口开口；燃烧空气管道，所述燃烧空气管道在所述外壳内纵向延伸并且限定燃烧空气出口开口；碳氢化合物燃料管道，所述碳氢化合物燃料管道限定碳氢化合物燃料出口开口；以及混合/燃烧区，所述氢燃料、所述燃烧空气和所述碳氢化合物燃料在其中混合并且发生燃烧，其中所述碳氢化合物燃料出口开口被定位成使得从所述碳氢化合物燃料出口开口喷射的所述碳氢化合物燃料在与从所述燃烧空气开口喷射的所述燃烧空气混合之前被加热。2.如权利要求1所述的燃烧烧嘴，其中所述燃烧空气管道沿着偏离所述烧嘴中心线的轴线延伸，并且所述氢燃料管道沿着偏离所述烧嘴中心线的轴线延伸，使得所述燃烧空气管道和所述燃烧空气出口开口定位在所述烧嘴中心线的与所述氢燃料管道和所述氢燃料出口开口相对的一侧上。3.如权利要求1所述的燃烧烧嘴，其中所述碳氢化合物燃料管道在纵向方向上延伸穿过所述氢燃料管道并且与所述氢燃料管道和所述烧嘴中心线同轴定位。4.如权利要求1所述的燃烧烧嘴，其还包括挡板，所述挡板包括挡板面，其中所述挡板定位在所述增压室与限定所述混合/燃烧区的烧嘴端口块之间。5.如权利要求4所述的燃烧烧嘴，其中所述碳氢化合物燃料管道延伸超过所述挡板面进入所述混合/燃烧区。6.如权利要求4所述的燃烧烧嘴，其中从所述燃烧空气出口开口进入所述混合/燃烧区的燃烧空气和从所述氢燃料出口开口进入所述混合/燃烧区的氢燃料进入邻近所述挡板面的第一区域，而碳氢化合物燃料进入距所述挡板面比距所述第一区域更远的第二区域中的所述混合/燃烧区。7.如权利要求4所述的燃烧烧嘴，其中所述挡板包括腔室，通过所述氢燃料出口开口喷射的氢燃料和通过所述碳氢化合物燃料出口开口喷射的碳氢化合物燃料在进入所述混合/燃烧区之前被喷射到所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：大卫，
申请(专利权)人：布卢姆工程公司，
类型：发明
国别省市：
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