一种氨气的高温空气燃烧装置的制作方法

本发明属于氨气燃烧技术领域，具体涉及一种氨气的高温空气燃烧装置。

背景技术：

氨作为一种富氢的无碳燃料，具有能量密度高、成本低、储运安全等优势。对于化学储能需求，nh3作为h2的替代物而受到广泛关注。现有的氨储存与输运的工业体系已经非常成熟、经济和可靠。因此，国际能源署(iea)将氨确定为可再生能源。研究高效清洁的氨燃烧技术能有效降低温室气体排放，对于全球气候变暖，实现“碳中和”目标有着深远的应用价值。

与常规的碳氢燃料相比，纯氨的层流燃烧速度和热值均比较低，而且点火所需要的能量较高，可燃性极限范围较窄，使得纯氨的燃烧较为困难。nh3的层流火焰速度较低，而h2、ch4、柴油等碳氢燃料的层流火焰速度较高，因此不少学者采用nh3与碳氢燃料直接掺混以提高nh3燃烧特性，但常常会导致烟气中nox含量较高。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种氨气的高温空气燃烧装置，高过量空气和燃料预混后通过分流孔板为混合气体提供缓冲区域进行混合，通过设置在金属网织结构上方的脉冲点火器点燃混合气体，在金属网织结构表面进行燃烧，通过气阀调节氨气流量由氨气喷嘴喷入燃烧室进行燃烧，其中氨气流量根据底部燃料功率、当量比以及燃烧状态进行调节，通过对氨气喷嘴合理布置，使得氨气出口流速合适，燃烧室内充满度较好，经过高温高含氧烟气预热后的氨气可实现良好的燃烧状态，避免局部热区的形成，降低nox的生成，具有较高的环保与经济效益。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种氨气的高温空气燃烧装置，包括壳体，所述壳体内部设有燃烧室、氨气喷嘴，所述氨气喷嘴设置在燃烧室的下侧，所述壳体底部设置预混腔室，所述预混腔室的底部连接底部燃料进口和空气进口，燃料通过底部燃料进口进入预混腔室，空气通过空气进口与底部燃料进口进入预混腔室，所述预混腔室上侧连接分流孔板，预混气体通过分流孔板分流，分流孔板连接金属网织结构，金属网织结构用于燃烧底部预混气体，防止回火和脱火现象的同时产生高温烟气，所述氨气喷嘴连接氨气进口，且氨气进口上设置气体调节阀，气体调节阀用于控制流量，氨气通过氨气进口进入由气体调节阀控制流量，通过所述氨气喷嘴喷入燃烧室，经过高温高含氧烟气预热后在燃烧室内燃烧。

作为进一步优选地，所述金属网织结构为金属织网或金属烧结毡，由于其多细孔结构，能将燃烧火焰分为多股细小的火焰流，并能够使入口流速分布均匀，可有效避免回火与脱火的发生。

作为进一步优选地，所述金属网织结构的上方设有脉冲点火器，用于点燃预混气体。

作为进一步优选地，所述氨气喷嘴为对冲布置方式，氨气喷嘴数量为10对，每对氨气喷嘴相对。

作为进一步优选地，所述燃烧室上侧的壳体外壁螺旋绕接冷却水管，冷却水由冷却水管上端的冷却水入口进入，并从冷却水管下端的冷却水出口排出，与烟气逆流进行换热，避免燃烧室局部高温，进一步减少热力型nox的生成。

作为进一步优选地，所述燃烧室内部设置若干热电偶，所述热电偶电性连接温度显示仪，热电偶测量温度并通过温度显示仪显示，得到燃烧室温度分布情况。

作为进一步优选地，所述燃烧室一侧的壳体上设置观察窗，通过观察窗观察底部预混气体燃烧状态，综合底部燃料功率与当量比，通过所述气体调节阀调节氨气流量。

作为进一步优选地，所述壳体顶部设置集烟罩，集烟罩上端连接烟管，烟管内设置烟气分析仪，通过所述烟气分析仪，测量经过所述集烟罩、烟管后烟气组分，进一步分析氨气燃烧状态。

本发明的技术效果和优点：1、使用金属网织结构，可以通过分流孔板将高过量的空气与底部燃料充分混合，使得底部燃料处于良好的燃烧状态，同时由于其多细孔的结构特点，可有效避免发生回火和脱火现象的发生，而燃烧产生的高温高含氧烟气为氨气燃烧提供了热量和氧气；

2、针对纯氨的层流燃烧速度和热值均比较低，可燃性极限范围较窄，采用底部金属网织结构燃烧器产生高温高氧的烟气的方式，有效地提高氨气燃烧特性，使得氨气在燃烧室中燃烧状态良好，具体表现为热流分布均匀、燃烧峰值温度低且噪音极小，强化了no的还原路径，因此降低燃烧产物中co与nox含量，根据底部燃料功率、当量比以及金属网织结构表面燃烧状况，通过气体调节阀初步调节氨气流量，在保证燃烧状态良好的条件下尽可能提高掺氨比，使整套装置具有较高的经济与环境效益；

3、通过调整氨气喷嘴布置方式，使得出口流速较为合适以及燃烧室充满度较好，燃烧室温度较为均匀，避免局部高温的产生，同时通过冷却水与烟气进行换热进一步降低燃烧室温度，显著减少nox的生成；

4、通过热电偶测量燃烧室内温度分布结构，通过烟气分析仪测量出口烟气组分含量，分析氨气燃烧状况，方便进一步调节氨气流量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中：1、底部燃料进口；2、空气进口；3、氨气进口；4、预混腔室；5、分流孔板；6、金属网织结构；7、脉冲点火器；8、气体调节阀；9、氨气喷嘴；10、观察窗；11、燃烧室；12、热电偶；13、温度显示仪；14、冷却水入口；15、冷却水出口；16、集烟罩；17、烟管；18、烟气分析仪。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供了如图1所示的一种氨气的高温空气燃烧装置，包括壳体，壳体内部设有燃烧室11、氨气喷嘴9，氨气喷嘴9设置在燃烧室11的下侧，燃烧室11为底部预混气体与氨气燃烧提供空间，壳体底部设置预混腔室4，预混腔室4的底部连接底部燃料进口1和空气进口2，燃料通过底部燃料进口1进入预混腔室4，空气通过空气进口2与底部燃料进口1进入预混腔室4，预混腔室4上侧连接分流孔板5，预混气体通过分流孔板5分流，分流孔板5连接金属网织结构6，金属网织结构6用于燃烧底部预混气体，防止回火和脱火现象的同时产生高温烟气，氨气喷嘴9连接氨气进口3，且氨气进口3上设置气体调节阀8，气体调节阀8用于控制流量，氨气通过氨气进口3进入由气体调节阀8控制流量，通过氨气喷嘴9喷入燃烧室11，经过高温高含氧烟气预热后在燃烧室内燃烧。

具体的，金属网织结构6为金属织网或金属烧结毡，由于其多细孔结构，能将燃烧火焰分为多股细小的火焰流，并能够使入口流速分布均匀，可有效避免回火与脱火的发生。

具体的，金属网织结构6的上方设有脉冲点火器7，用于点燃预混气体。

具体的，氨气喷嘴9为对冲布置方式，氨气喷嘴9数量为10对，每对氨气喷嘴9相对，氨气喷嘴9与金属网织结构6表面垂直距离为40mm。

具体的，燃烧室11上侧的壳体外壁螺旋绕接冷却水管，冷却水由冷却水管上端的冷却水入口14进入，并从冷却水管下端的冷却水出口15排出，与烟气逆流进行换热，避免燃烧室局部高温，进一步减少热力型nox的生成。

具体的，燃烧室11内部通过焊接方式设置若干热电偶12，热电偶12电性连接温度显示仪13，热电偶12测量温度并通过温度显示仪13显示，得到燃烧室温度分布情况；选择b分度号测温热电偶，取烟气最先通过的热电偶为1号热电偶，则其与氨气喷嘴的垂直距离为50mm，各热电偶12间距离为40mm。

具体的，燃烧室11一侧的壳体上设置观察窗10，观察窗10为耐高温石英玻璃，通过观察窗10观察底部预混气体燃烧状态，综合底部燃料功率与当量比，通过气体调节阀8调节氨气流量。

具体的，壳体顶部设置集烟罩16，集烟罩16通过法兰与燃烧室11上部连接，集烟罩16上端连接烟管17，烟管17内设置烟气分析仪18，通过烟气分析仪18，测量经过集烟罩16、烟管17后烟气组分，进一步分析氨气燃烧状态。

天然气通入底部燃料进口1，压缩空气通入空气进口2，进入预混腔室4，通过分流孔板5进行分流最终到达金属网织结构6表面进行燃烧，其中分流孔板5与预混腔室4的出口端通过法兰连接，金属网织结构6焊接在分流孔板5的上方，分流孔板5为其提供支撑作用。

金属网织结构本质上为多孔介质，可通过有效的热循环预热底部燃料，从而在金属网织结构表面可实现稳定高效的燃烧，且由于金属网织结构多细孔的特点，可将火焰分成许多细小的火焰流，从而可有效避免回火与脱火现象的发生，表面燃烧产生了高温烟气，且烟气中co与nox含量均较低。

氨气由氨气进口3进入，通过氨气喷嘴9喷入燃烧室11，经过高温高含氧烟气预热后进行燃烧，避免局部热区的产生，降低燃烧产物中co与nox含量，在保证燃烧状态良好的条件下尽可能提高掺氨比，其中氨气喷嘴9通过螺纹连接固定在燃烧室内壁。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。