【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高端装备领域，具体涉及一种基于热催化裂解、多级分区燃烧和等离子体助燃的氨燃烧器及其运行方法，用于研制新型零碳燃烧器。
技术介绍
1、气候变化是地球环境的主要威胁之一，从化石能源排放到大气中的二氧化碳加剧了全球变暖。当前，电力和热力生产行业占全国碳排放量的51%，占比最高。
2、为降低化石能源的碳排放，需要大力发展绿色新能源，包括光伏、风电等，由于风能和太阳能随机波动性强，新能源利用率低，造成资源浪费，因此需要储能技术进行削峰填谷。氢能作为储能技术的一种，具有绿色、高效、无碳排放、存储时间长等优势，是未来能源体系中的重要组成部分，有助于加快高耗能、高碳排放产业绿色低碳转型。然而氢能的大规模应用，亟需突破低成本高效率的燃料电池技术和低成本安全的氢气储运技术，其中氢气储运的安全性差和成本高成为氢能发展的主要难关。
3、氨作为氢的载体，具有能量密度高、储运成本低、安全性高等特点，有望突破氢能发展的瓶颈。但是氨燃料在应用过程中，存在火焰传播速度低、点火困难、火焰稳定性差、nox排放高等问题，亟需解决。
...【技术保护点】
1.一种基于热催化裂解、多级分区燃烧和等离子体助燃的氨燃烧器，其特征在于：所述基于热催化裂解、多级分区燃烧和等离子体助燃的氨燃烧器包括等离子体预燃级模块(1)、主燃级模块(2)、热催化裂解模块(3)、第一驻涡燃烧级模块(4)、轴向分区燃烧级模块(5)和第二驻涡燃烧级模块(6)；等离子体预燃级模块(1)位于燃烧室的轴向头部、径向中心位置；主燃级模块(2)位于等离子体预燃级模块(1)径向的上方和下方；轴向分区燃烧级模块(5)位于第一驻涡燃烧级模块(4)和第二驻涡燃烧级模块(6)之间，热催化裂解模块(3)位于轴向分区燃烧级模块(5)、第一驻涡燃烧级模块(4)和第二驻涡燃烧级...
【技术特征摘要】
1.一种基于热催化裂解、多级分区燃烧和等离子体助燃的氨燃烧器，其特征在于：所述基于热催化裂解、多级分区燃烧和等离子体助燃的氨燃烧器包括等离子体预燃级模块(1)、主燃级模块(2)、热催化裂解模块(3)、第一驻涡燃烧级模块(4)、轴向分区燃烧级模块(5)和第二驻涡燃烧级模块(6)；等离子体预燃级模块(1)位于燃烧室的轴向头部、径向中心位置；主燃级模块(2)位于等离子体预燃级模块(1)径向的上方和下方；轴向分区燃烧级模块(5)位于第一驻涡燃烧级模块(4)和第二驻涡燃烧级模块(6)之间，热催化裂解模块(3)位于轴向分区燃烧级模块(5)、第一驻涡燃烧级模块(4)和第二驻涡燃烧级模块(6)的径向方向的上方。
2.根据权利要求1所述的一种基于热催化裂解、多级分区燃烧和等离子体助燃的氨燃烧器，其特征在于：所述氨燃烧器采用多级火焰强关联稳焰、导热肋板加热催化剂促进氨制氢以及等离子体助燃的手段；所述多级火焰强关联稳焰包括四级，第一级为预燃级火焰(1-8)所产生的高温（1000 k ~ 5000 k）和活性组分引燃主燃级火焰(2-6)，第二级为热催化裂解模块(3)所产生的氨氢氮混合气，供给主燃级模块(2)、第一驻涡燃烧级模块(4)、轴向分区燃烧级模块(5)和第二驻涡燃烧级模块(6)，分别促进了主燃级火焰(2-6)、第一驻涡燃烧级火焰(4-2)、轴向分级燃烧火焰(5-5)和第二驻涡燃烧级火焰(6-2)的稳定，第三级为第一驻涡燃烧级火焰(4-2)所产生的高温（1000 k ~ 3000 k）促进了主燃级火焰稳定，第四级为第二驻涡燃烧级火焰(6-2)与主燃级火焰(2-6)所产生的高温（1000 k ~ 3000 k）和活性组分促进轴向分级燃烧火焰(5-5)的稳定；所述导热肋板加热催化剂促进氨制氢手段，为第一驻涡燃烧级火焰(4-2)和第二驻涡燃烧级火焰(6-2)所产生的高温（1000 k ~ 3000 k）通过纵向导热肋板(3-5)和横向导热肋板(3-6)加热激活氨热解催化剂，促进氨裂解产生氮气和氢气，进而提高燃料火焰传播速度，产生稳定燃烧火焰；所述等离子体助燃手段包括三部分，第一部分为等离子体预燃级模块(1)采用滑动弧等离子体助燃产生稳定的预燃级火焰(1-8)，第二部分为主燃级模块(2)采用滑动弧点火喷嘴(2-7)产生高温（1000 k ~ 5000 k）和活性组分，促进主燃级火焰(2-6)稳定，第三部分为第一驻涡燃烧级模块(4)和第二驻涡燃烧级模块(6)采用等离子体点火器点火与助燃，形成第一驻涡燃烧级火焰(4-2)和第二驻涡燃烧级火焰(6-2)。
3.根据权利要求1所述的一种基于热催化裂解、多级分区燃烧和等离子体助燃的氨燃烧器，其特征在于：所述的等离子体预燃级模块(1)的等离子体发生器采用滑动弧放电结构，等离子体发生器的工作气体为空气，所述的滑动弧放电结构主要由第一电极(1-5)、第二电极(1-6)、第一进气口(1-1)、第二进气口(1-2)、第一旋流器(1-3)、第二旋流器(1-4)构成，第一进气口(1-1)通入液氨或氨气，经过第一旋流器(1-3)形成旋流，第二进气口(1-2)通入空气，经过第二旋流器(1-4)形成旋流，第一电极(1-5)和第二电极(1-6)分别接入电源的低压和高压，其放电功率为0.8-15 kw，产生第一滑动弧(1-7)；在旋流回流区和滑动弧助燃作用下，形成稳定燃烧的预燃级火焰(1-8)。
4.根据权利要求1所述的一种基于热催化裂解、多级分区燃烧和等离子体助燃的氨燃烧器，其特征在于：所述的主燃级模块（2）由第三进气口(2-1)、第四进气口(2-2)、第三旋流器(2-3)、第四旋流器(2-4)、主燃级燃料出口(2-5)、主燃级火焰(2-6)和滑动弧点火喷嘴(2-7)组成，第四进气口(2-2)通入空气，经第四旋流器(2-4)后产生旋流，第三进气口(2-1)通入液氨或氨气，经第三旋流器(2-3)后产生旋流，并从主燃级燃料出口(2-5)喷出，其喷射角度为15-60°，用于调节氨与第四进气口(2-2)通入的空气混合位置，混合气在预燃级火焰(1-8)和滑动弧点火喷嘴(2-7)的作用下产生主燃级火焰(2-6)；
5.根据权利要求1所述的一种基于热催化裂解、多级分区燃烧和等离子体助燃的氨燃烧器，其特征在于：所述的热催化裂解模块(3)由第五旋流器(3-1)、第一氨热解催化剂(3-2)、第二氨热解催化剂(3-3)、第五进气口(3-4)、纵向导热肋板(3-5)和横向导热肋板(3-6)组成，包含a和b两种结构，结构a和结构b沿周向呈现交叉分布，所述的热催化裂解模块沿...
【专利技术属性】
技术研发人员：李振阳，林启富，刘成周，李海燕，孙王平，程宇，
申请(专利权)人：合肥综合性国家科学中心能源研究院安徽省能源实验室，
类型：发明
国别省市：
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