一种新型低氮氢气燃烧装置的制作方法

本申请涉及氢气燃烧装置技术领域，具体涉及一种新型低氮氢气燃烧装置。

背景技术：

氢气燃烧器为一种全新的燃烧器，使用氢气这种新型燃料。在常规的氢气燃烧器中，燃烧器的燃烧速度很快，导致火焰温度很高，可高达2200℃以上。此时，氢气与氧化剂混合度高，两者的混合气体在高温火焰下易生成大量氮氧化物。当燃烧方式为纯氧燃烧时，燃烧反应快速，会产生更多的氮氧化物。显然，上述燃烧烟气中的氮氧化物严重超标，会超出污染排放标准，并造成严重的环境污染、大气污染。

因此，需要改进目前的燃烧器，使得燃烧器在较高燃烧效率的基础上，氮氧化物的排放量大幅降低。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本申请的目的在于提供一种新型低氮氢气燃烧器，用来解决目前氢气燃烧器中氢气与氧化剂两者在高温下混合燃烧易产生大量氮氧化物的问题。

为了实现上述实用新型目的之一，本申请一实施方式提供一种新型低氮氢气燃烧装置，包括燃烧器，所述燃烧器包括：

内芯管，用于排放氢气，所述内芯管的端部开设有引火孔，所述内芯管的侧壁开设有氢气喷孔；

外芯管，用于排放氧化剂，所述外芯管套设于所述内芯管的外周；

以及杯罩结构，套设于所述外芯管与所述内芯管两者之间且位于所述内芯管的端部；所述杯罩结构包括内杯罩以及外杯罩；所述内杯罩至少部分套接于所述内芯管的端部，所述内杯罩的侧壁开设有喷口，所述喷口通过氢气喷管与所述氢气喷孔连通，用于输送氢气；所述内杯罩上还开设有通气孔，所述通气孔将所述内杯罩的内腔与所述外芯管的内腔连通，用于输送氧化剂；所述内杯罩的内腔包括用于引火燃烧的第一腔体，用于所述引火孔中排放的氢气与所述通气孔中排放的氧化剂两者混合并燃烧；所述外杯罩套接于所述内杯罩的外周，且所述外杯罩的端部完全包裹所述内杯罩的端部；所述外杯罩的内壁与所述内杯罩的外壁围设构成第二腔体，用于容纳所述内芯管排放的氢气；所述外杯罩的外壁与所述外芯管的内壁围设构成第三腔体，用于容纳所述外芯管排放的氧化剂。

作为本申请一实施方式的进一步改进，所述外杯罩的外周设置有多个稳流片，所述第三腔体被所有稳流片分隔成多个空间。

作为本申请一实施方式的进一步改进，长方形片状的稳流片焊接于所述外杯罩的外壁，且所有稳流片均匀分布于所述外杯罩的外周。

作为本申请一实施方式的进一步改进，所述外杯罩内壁与所述内杯罩外壁的间距范围为50-150mm。

作为本申请一实施方式的进一步改进，所述燃烧装置还包括设于所述燃烧器外周的水冷套，所述燃烧器密封设置于所述水冷套的内部。

作为本申请一实施方式的进一步改进，所述外杯罩的端部与所述内杯罩的端部齐平。

作为本申请一实施方式的进一步改进，所述燃烧器还包括点火机构，所述点火机构包括插入到所述第一腔体中的火花塞，用于高压放电实现点火。

作为本申请一实施方式的进一步改进，所述点火机构还包括火焰监控机构，与所述火花塞连接，所述火焰监控机构构造为火焰棒或紫外线探测器。

作为本申请一实施方式的进一步改进，所述火焰棒与所述火花塞关于所述内芯管的中轴线对称分布。

与现有技术相比，本申请的有益效果在于：设置内芯管用于排放氢气，设置外芯管用于排放氧化剂，将杯罩结构设置于内芯管与外芯管的夹层之间且位于内芯管的端部；内杯罩套接于内芯管的端部，外杯罩套接于内杯罩的外周；内芯管的端部开设引火孔，用于排放氢气；内杯罩上还开设有通气孔，与外芯管内腔连通，用于输送氧化剂；内杯罩的内腔设置第一腔体，用于上述氢气与氧化剂两者混合并燃烧，实现引火；外杯罩与内杯罩之间构成第二腔体，用于容纳剩余氢气；外杯罩与外芯管之间构成第三腔体，用于容纳剩余氧化剂；剩余氢气与氧化剂可在第一腔体前方混合并燃烧；上述分级燃烧结构，在引火后进行主燃烧，两种气体混合速度较慢，从而可降低燃烧速度，降低氮氧化物的排放量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例中燃烧装置的结构示意图；

图2是本申请一实施例中燃烧装置的剖面示意图；

图3是图2中圈a部分的放大结构示意图图；

图4是本申请一实施例中燃烧装置的端面结构示意图。

其中附图中所涉及的标号如下：

杯罩结构1，内杯罩11，第一腔体111，第二腔体122，第三腔体133，外杯罩14，稳流片15，内芯管2，氢气喷孔20，引火孔21，外芯管3，点火机构5，火花塞51，水冷套8。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施方式及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

如图1至图3所示，本申请一实施例提供了一种新型低氮氢气燃烧装置，包括燃烧器，燃烧器包括：

内芯管2，用于排放氢气，内芯管2的端部开设有引火孔21，内芯管2的侧壁开设有氢气喷孔20；

外芯管3，用于排放氧化剂，外芯管3套设于内芯管2的外周；

以及杯罩结构1，套设于外芯管3与内芯管2两者之间且位于内芯管2的端部；杯罩结构1包括内杯罩11以及外杯罩14；内杯罩11至少部分套接于内芯管2的端部，内杯罩11的侧壁开设有喷口，喷口通过氢气喷管与氢气喷孔20连通，用于输送氢气；内杯罩11上还开设有通气孔，通气孔将内杯罩11的内腔与外芯管3的内腔连通，用于输送氧化剂；内杯罩11的内腔包括用于引火燃烧的第一腔体111，用于引火孔21中排放的氢气与通气孔中排放的氧化剂两者混合并燃烧；外杯罩14套接于内杯罩11的外周，且外杯罩14的端部完全包裹内杯罩11的端部；外杯罩14的内壁与内杯罩11的外壁围设构成第二腔体122，用于容纳内芯管2排放的剩余氢气；外杯罩14的外壁与外芯管3的内壁围设构成第三腔体133，用于容纳外芯管3排放的剩余氧化剂。

具体的，设置内芯管2用于排放氢气，设置外芯管3用于排放氧化剂，将杯罩结构1设置于内芯管2与外芯管3的夹层之间且位于内芯管2的端部；杯罩结构1的内杯罩11套接于内芯管2的端部，外杯罩14套接于内杯罩11的外周。

内芯管2的端部开设引火孔21，用于排放氢气；内杯罩11上还开设有通气孔，与外芯管3内腔连通，用于输送氧化剂；内杯罩11的内腔设置第一腔体111，用于上述氢气与氧化剂两者混合并燃烧，实现引火。

外杯罩14与内杯罩11之间构成第二腔体122，用于容纳剩余大部分氢气；外杯罩14与外芯管3之间构成第三腔体133，用于容纳剩余大部分氧化剂；剩余大部分氢气与氧化剂可在第一腔体111前方混合并燃烧。

上述分级燃烧结构，在引火后进行主燃烧，两种气体充分混合再燃烧，从而可降低燃烧速度，降低氮氧化物的排放量。

在实际使用中，氧化剂浓度范围一般为20-100％。

杯罩结构1、内芯管2、外芯管3三者的前端构成燃烧嘴结构，燃烧嘴结构为上述分级燃烧结构。

氢气从内芯管2通过。内芯管2的端部开设有多排气孔，其中，最前面一排排气孔用作引火的氢气出气孔，后面一排或者多排孔为燃烧器主火燃料孔。

氧化剂从外芯管3的内腔、内芯管2的外侧流出，其速度和氢气的流速一致；其中，小部分通过内杯罩11的通气孔进入内杯罩11的内腔，作为引火燃烧的氧化剂；剩余的大部分氧化剂则从外杯罩14与外芯管3两者之间的空间流出，在前端与剩余大部分氢气混合后、再完全燃烧。

在内芯管2的前端安装有内外两层圆环形状的杯罩结构1，杯罩结构1和内芯管2构成了引火的稳焰结构，用于一次燃烧的气体混合。同时，在燃烧器头部内侧(即燃烧嘴结构位置)设计有稳焰盘，稳焰盘为圆柱形。利用稳焰盘结构，小部分氢气与透过稳焰盘通气孔的氧化剂在稳焰盘内混合燃烧。大部分氢气则通过后排的氢气喷管以及喷口喷出，喷口位于内杯罩11的侧壁上，使得氢气在稳焰盘外部(即内杯罩11的外壁与外杯罩14的内壁两者之间)往前流出。

综上，采用数个新结构，将燃烧器设计为多管式的结构，使得一级燃烧在内芯管2的前端，来作为引火，二级燃烧则发生在一次燃烧区域的前部。

通过分级燃烧，来减弱氢气与氧化剂的混合，使得燃烧器的火焰更长，热量更多地向火焰末端释放。最终，一次燃烧和二次燃烧提供的氢气与氧化剂较好地混合、且两者正好充分燃烧，从而极大降低nox氮氧化物的排放量。

进一步的，外杯罩14的外周设置有多个稳流片15，第三腔体133被所有稳流片15分隔成多个空间。

进一步的，长方形片状的稳流片15焊接于外杯罩14的外壁，且所有稳流片15均匀分布于外杯罩14的外周。

如图4所示，稳流片15位于外杯罩14的外侧、外芯管3的内侧，氧化剂从两者之间通过，多个稳流片15将外芯管3和外杯罩14之间的氧化剂分割成多个部分，氧化剂从外芯管3中流出后保持高速向前流出，即氧化剂沿着同一方向向前喷出，避免各部分之间交叉混合，从而控制火焰长度。

稳流片15的数量不限，三个或三个以上均可，可以是四个或六个，通过焊接均匀固定在外壁上。

由此，燃烧器内部可对氢气进行流场整流，使得氢气的流动更加稳定、降低氢气与氧化剂的接触，可进一步降低火焰温度。

进一步的，外杯罩14内壁与内杯罩11外壁的间距范围为50-150mm。

在实际使用中，内杯罩11位于外杯罩14的内部，两者之间保持一定距离，如此，通过结构设计来保证氢气与氧化剂两种气体的体积配比，使得两种气体按照一定比例混合，达到充分燃烧的效果。

进一步的，燃烧装置还包括设于燃烧器外周的水冷套8，燃烧器密封设置于水冷套8的内部。

当燃烧方式为浸没式燃烧方式时，此时燃烧器在高温下进行燃烧，在燃烧器外侧设计一个水冷套8，来进行整体密封，保证燃烧效果。

进一步的，外杯罩14的端部与内杯罩11的端部齐平。

外杯罩14相对内杯罩11的伸出长度不限，由需要控制的火焰长度来决定，一般控制在0-50mm。

在浸没式燃烧方式中，需要将两种气体快速混合、强化混合，然后高速喷出，因而不宜采用距离的差别来降低气体混合度。因此，外杯罩14与内杯罩11端部齐平，即外杯罩14的相对伸出长度为零，可保证浸没式燃烧的燃烧效果。

进一步的，燃烧器还包括点火机构5，点火机构5包括插入到第一腔体111中的火花塞51，用于高压放电实现点火。

进一步的，点火机构5还包括火焰监控机构，与火花塞51连接，火焰监控机构构造为火焰棒或紫外线探测器。

进一步的，火焰棒与火花塞51关于内芯管2的中轴线对称分布。

在实际使用中，火花塞51插入到内杯罩11中，可通过高压放电来点火。火焰监控采用火焰棒或者紫外线探测，两者均可。当采用火焰棒进行火焰监控时，火焰棒与火花塞51呈对称分布。

本申请另一实施方式还提供一种新型低氮氢气燃烧装置的燃烧调节方法，包括步骤：

步骤a：将内芯管2中氢气与外芯管3中氧化剂两种气体的流速均调节至音速范围；

步骤b：将两种气体的流速控制为相同流速。

高速气流使得可氢气体以弥散式燃烧的形态进入燃烧空间，燃烧可以在更广的空间完成，使得火焰的温度降低。

同时，采用高速可以进一步提高流速，使燃烧器达到无焰燃烧的效果。

当采用音速设计、且流速比一致时，即氢气与氧化剂两者的流速一致时，燃烧充分，此时燃烧产生的氮氧化物nox最少。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。