CN104807013B - 燃烧器喷头及具有它的燃烧器和水蒸汽裂解氢气燃烧方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种燃烧器喷头，其特征在于，该燃烧器喷头包括至少两个流体通道，其中至少一个所述流体通道中布置有雾化装置。本发明还提供了一种具有该燃烧器喷头的燃烧器和利用该燃烧器的水蒸汽裂解氢气燃烧方法，在所述水蒸汽裂解氢气燃烧方法中，将水蒸汽裂解得到的混合物通入到一个流体通道中，将液体燃料通入到设置有所述雾化装置的流体通道中。采用含有本发明的燃烧器喷头的燃烧器同时燃烧气体和液体燃料时，燃料混合均匀，燃烧充分，进一步降低了成本和减少大气污染。

Description

燃烧器喷头及具有它的燃烧器和水蒸汽裂解氢气燃烧方法
技术领域
本发明涉及燃烧器喷头及具有该燃烧器喷头的燃烧器和利用该燃烧器的水蒸汽裂解氢气燃烧方法。
背景技术
在目前的燃烧器中，主要为单燃料燃烧器，也有少量的双燃料燃烧器。而目前的双燃料燃烧器是在某一时间段燃烧一种状态(例如液态)燃料，在另一时间段燃烧另一种状态(例如气态)燃料，不能够同时燃烧两种不同状态的燃料，尤其是不能够同时燃烧一种液态燃料和一种气态的燃料。
另一方面，本申请人在CN103691459A中公开了一种水蒸汽裂解得到的氢气直接燃烧方法，在该申请中，申请人发现了一种能够裂解水蒸气的催化剂，并设计了直接燃烧水蒸汽裂解得到的氢气的工艺，大大节省能源，降低成本并减少污染；然而，申请人发现利用现有锅炉进行燃烧方法，液体燃料与水蒸汽裂解得到的混合物混合不充分，因此导致燃烧不够充分。
发明内容
为了克服现有锅炉不能够同时充分燃烧液体燃料与气态燃料的缺陷，本发明提供了一种燃烧器喷头，该燃烧器喷头能够充分混合不同状态的燃料，从而使燃料燃烧充分，降低成本，减少污染。
本发明提供的燃烧器喷头，其特征在于，该燃烧器喷头包括至少两个流体通道，其中至少一个所述流体通道中布置有雾化装置。
本发明还提供了一种燃烧器，该燃烧器具有本发明提供的燃烧器喷头。
本发明还提供了一种水蒸汽裂解得到的氢气直接燃烧方法，其特征在于，采用本发明提供的燃烧器进行燃烧，其中将水蒸汽裂解得到的混合物通入到一个流体通道中，将液体燃料通入到设置有所述雾化装置的流体通道中。
采用含有本发明的燃烧器喷头的燃烧器同时燃烧气体和液体燃料时，燃料混合均匀，燃烧充分，进一步降低了成本，并且排放废气中的污染物远远低于国家标准。
附图说明
图1为本发明一种实施方式提供的燃烧器喷头示意图。
图2A和2B为图1所示燃烧器喷头分解示意图。
图3A、3B和3C为图2A的分解示意图。
图4为本发明另一种实施方式提供的燃烧器喷头示意图。
图5A和5B分别为图4所示燃烧器喷头中标号为100的部件的主视图和俯视图。
图6A和6B分别为图4所示燃烧器喷头中标号为100的部件的侧视图和俯视图。
具体实施方式
本发明提供了一种燃烧器喷头，其特征在于，该燃烧器喷头包括至少两个流体通道，其中至少一个所述流体通道中布置有雾化装置。所述雾化装置可以为本领域中任意一种雾化装置，例如机械式雾化装置或转杯式雾化装置等。
采用本发明的这种包括至少两个流体通道，其中至少一个所述流体通道中布置有雾化装置的燃烧器喷头，能够实现至少两种燃料的同时燃烧，而且由于燃料混合均匀，燃烧充分。
在一种优选的实施方式中，所述至少两个流体通道为两个流体通道，该两个流体通道同心布置为中心流体通道和外周流体通道。在该实施方式中，中心流体通道可以直接与供用一种燃料的管道相连，外周流体通道可以直接与供用另一种燃料的管道相连。
在另一种优选的实施方式中，为了更便于燃烧器喷头与燃料管连接，所述中心流体通道与所述外周流体通道以下述方式形成：在第一中心管内部形成所述中心流体通道；所述雾化装置为设置在所述第一中心管外壁上接近喷嘴处的斜槽；流量调节装置由具有细小通孔的环形平板组成，该环形平板以与所述第一中心管轴线基本垂直的方式通过上述环形平板的内壁连接在所述第一中心管的远离喷口的一端的外壁上；在所述第一中心管外同轴设有第一钟形套管，所述流量调节装置与所述第一钟形套管的喇叭形端部配合，从而在所述第一中心管外壁与所述第一钟形套管内壁之间形成所述外周流体通道。该燃烧器喷头可以通过第一中心管与第一钟形套管分别与不同的燃料管道以本领域常用的密封连接的方式连接，例如焊接，螺纹连接等。细小通孔的直径可以根据燃料所需要的流量预先确定。
在一种优选的实施方式中，为了进一步便于安装，在所述第一钟形套管外套设有第一圆柱形套管，该第一圆柱形套管用于连接。
在一种优选的实施方式中，所述燃烧器喷头还包括多通接头，该多通接头的第一端同心设置有第二中心管和第一外围管，当所述第一圆柱形形套管与所述多通接头的第一端连接时，所述第一中心管与所述第二中心管对齐。该多通接头的一部分接头连接燃料管，将燃料引入该多通接头，其中一种燃料通过第二中心管流向中心流体通道，另一种燃料通过第一外围管与第二中心管之间的空间流向外周流体通道。
在一种优选的实施方式中，在所述多通接头的第一端所述第二中心管和所述第一外围管之间设置有带第一通孔的环形板。所述第一通孔可以是一个或者多个，当该第一通孔为多个时，其直径可以根据需要设置为非常小，从而作为燃料的流量调节装置，从而进一步优化燃料的流量调节。
所述第二中心管的直径与所述第一中心管的直径可以相同或不相同，无论是相同或不同，其连接方式都是密封的。优选地，所述第二中心管的直径与所述第一中心管的直径相同。
所述第一外围管与所述第一圆柱形套管之间的连接可以为任何密封的连接方式，优选地为螺纹连接，以便于拆装。
为了便于不同燃料的混合，所述第一钟形套管的喷口端的直径稍大于所述第一中心管的直径。
为了进一步优化燃料的混合，在所述第一钟形套管的喷口端部上设置有向所述第一中心管方向延伸的挡板。
在本申请中，所述流量调节装置在一定程度上具有雾化的作用，根据流量装置上孔径的大小而调节雾化效果。
在一种优选的实施方式中，在紧邻设置斜槽的第一中心管外壁下部的第一外壁，该第一外壁的直径稍小于设置斜槽处的第一中心管外壁；更优选地，在紧邻第一外壁下部的第二外壁的直径稍大于第一外壁的直径。
在一种优选的实施方式中，所述雾化装置到第一中心管的的喷嘴之间的外壁的直径逐渐变小，该处外壁的外形为截锥台形；所述第一钟形套管内壁在喷嘴端也为截锥台形，与第一中心管在该处的外壁形状相适应。
本发明优选的一种实施方式提供的燃烧器喷头如图1、图2A、图2B、图3A、图3B、图3C所示，其中图2A的部件通过螺纹连接到图2B的部件上组成图1所示的燃烧器喷头，图3B的部件套设在图3A的部件上，然后图3C的部件套设在图3B的部件上形成图2A的部件。如图所示：燃烧器喷头1包括头部11(图2A所示)和多通接头12(图2B所示)，头部11和多通接头12通过螺纹连接。头部11包括第一中心管110(图3A所示)，流量调节装置111，雾化装置112，第一钟形套管113(图3B所示)，第一圆柱形套管114(图3C所示)。雾化装置112为设置在所述第一中心管外壁上接近喷嘴处的斜槽；流量调节装置111为具有细小通孔的环形平板，流量调节装置111以与所述第一中心管110轴线基本垂直的方式通过流量调节装置111的内壁连接在所述第一中心管110的远离喷口的一端的外壁上。第一钟形套管113同轴设置在所述第一中心管110外。雾化装置112与第一钟形套管113的喇叭形端部配合，从而在所述第一中心管110外壁与所述第一钟形套管113内壁之间形成所述外周流体通道。细小通孔的直径可以根据燃料所需要的雾化效果预先确定。多通接头12的第一端同心设置有第二中心管121和第一外围管122，当所述第一圆柱形套管114与所述多通接头12的第一端连接时，所述第一中心管110与所述第二中心管121对齐。多通接头12的一部分接头连接燃料管，将燃料引入该多通接头，其中一种燃料通过第二中心管121流向中心流体通道，另一种燃料通过第一外围管122与第二中心管121之间的空间流向外周流体通道。在所述多通接头12的第一端所述第二中心管121和所述第一外围管122之间设置有带第一通孔1231的环形板123。所述第一通孔1231可以是一个或者多个，当该第一通孔1231为多个时，其直径可以根据需要设置为非常小，从而可以进一步调节流量和雾化燃料，从而进一步优化燃料的雾化。所述第二中心管的直径与所述第一中心管的直径相同。第一外围管122与所述第一圆柱形套管114之间通过螺纹连接。所述第一钟形套管113的喷口端的直径稍大于所述第一中心管110的直径。
在另一种实施方式中，所述至少两个流体通道为两个流体通道，该两个流体通道包括第一流体通道和第二流体通道，所述雾化装置设置在所述第一流体通道中；在形成第一流体通道的第一管道外设置有第二圆柱形套管，在该第二圆柱形套管的壁上设置有第二通孔，该第二通孔形成所述第二流体通道，所述第二圆柱形套管内部与所述第一流体通道连通。所述雾化装置可以为本领域中任意一种雾化装置，例如机械式雾化装置或转杯式雾化装置等。第二通孔用于与一种燃料管道连接。所述第一管道与所述第二圆柱形套管可以通过本领域任何方式连接，例如焊接，螺纹连接等。为了便于拆装，优选为螺纹连接。
优选地，所述第一管道外壁上设置有过滤装置，例如过滤网，以便清洁液体燃料，例如甲醇。
所述第二圆柱形套管远离喷嘴端封闭，且在所述第二圆柱形套管远离喷口的一端可以设有开口，用于连接燃料管道，可以在所述第二圆柱形套管的侧壁上设有第一开口，以用于连接燃料管道。
在一种实施方式中，该燃烧器喷头还包括一个具有第二开口的罩，该罩与所述第二圆柱形套管连接。所述罩与所述第二圆柱形套管可以通过本领域任何方式连接，例如焊接，螺纹连接等。为了便于拆装，优选为螺纹连接。该罩有利于燃料的混合，混合后的燃料从第二开口喷出。
本发明优选的另一种实施方式提供的燃烧器喷头如图4、5A、5B、6A和6B所示，其中图5A的部件通过螺纹连接到图6A的部件上组成图4所示的燃烧器喷头。如图所示：燃烧器喷头10包括第一管道100(图5A所示)和第二圆柱形套管200(图6A所示)。第一管道100形成所述第一流体通道，所述雾化装置设置(未示出)在所述第一管道100中；在所述第一管道100外壁上设有净化燃料的网。第二圆柱形套管200设置在第一管道100外，在该第二圆柱形套管200的壁上设置有第二通孔201，该第二通孔201形成所述第二流体通道。第二通孔用于与一种燃料管道连接。在所述第二圆柱形套管200的侧壁上设有第一开口202，以用于连接燃料管道。该燃烧器喷头10还包括一个具有第二开口的罩(未示出)，该罩与所述座部连接。该罩有利于燃料的混合，混合后的燃料从第二开口喷出。
上述的燃烧器喷头可以通过铸造或者模塑成型获得。
本发明还提供一种燃烧器，该燃烧器具有上述的燃烧器喷头。根据燃烧器的容量，可以设置一个或多个该燃烧器喷头。该该燃烧器具有燃烧室，所述的燃烧器喷头设置在该燃烧室中。燃烧室外的液体燃料通过压缩机加压后通入到所述的燃烧器喷头中。在燃烧器喷头前方还设置有点火装置。燃烧室还设置有通入空气的开口，空气经过压缩机经过该口喷入燃烧室，以助燃烧。
本发明还提供一种水蒸汽裂解得到的氢气直接燃烧方法，其特征在于，采用上述的燃烧器进行燃烧，其中将水蒸汽裂解得到的混合物通入到一个流体通道中，将液体燃料通入到设置有所述雾化装置的流体通道中。该水蒸气裂解得到的混合物是按照本申请人在CN103691459A的方法制备的，该水蒸气裂解得到的混合物具有一定的压力，可以根据需要对该压力大小进行调节。液体燃料的压力大小也可以根据需要进行调节。
上述液体燃料可以是任何液体燃料，例如乙醇，甲醇等，但为了节省成本，所述液体燃料为甲醇。
为了使燃烧更充分，所述水蒸汽裂解得到的混合物与所述甲醇的重量比为3-6：10。
下面以10吨燃烧器(10吨蒸汽/小时)为例进一步说明本发明。
实施例1
制备催化剂：将单质铁、单质铝、单质铂、氯化钠、精制辉钼矿、精制锰矿分别粉碎。将0.7公斤铁粉、4公斤铝粉、0.1公斤铂粉、1公斤的氯化钠粉、3公斤的辉钼矿粉和1公斤的锰矿粉用水玻璃调匀，置于方形模具中，在8个大气压下模压成型。
燃烧水蒸气裂解的混合物：采用图1所述的燃烧器燃烧，将输送水蒸气裂解的混合物的管道连接到多通接头使水蒸气裂解的混合物流入到中心流体通道，将输送甲醇的管道连接到多通接头使甲醇流入到外周流体通道。
关闭控制水蒸汽出口的阀门，将水蒸汽通入装有约3.5公斤的上述制备的水蒸汽裂解催化剂的耐压容器中，使耐压容器的压力为约2.5个大气压时，关闭控制水蒸汽入口的阀门；使耐压容器的压力为约5个大气压时，打开控制出口，并打开控制甲醇流出的阀门，用压缩机将甲醇流的压力提升到约5个大气压，点火。水蒸汽裂解得到的混合物与所述甲醇的重量比为3-6。
实施例2
与实施例1的步骤相同的方式进行，不同之处在于水蒸汽裂解得到的混合物与所述甲醇的重量比为3-10。
检测废气中二氧化硫、氮氧化物和烟尘：
按照HJ/T57-2000检测二氧化硫，HJ693-2014检测氮氧化物，GB/T5468-1991HEGB/T16157-1996检测烟尘，检测的结果如下：
实施例1的尾气检测结果为：烟尘浓度为2.0mg/kg(国家标准为50mg/kg)，二氧化硫浓度为0mg/kg(国家标准为100mg/kg)，氮氧化物浓度为24mg/kg(国家标准为100mg/kg)。
实施例1的尾气检测结果为：烟尘浓度为2.3mg/kg(国家标准为50mg/kg)，二氧化硫浓度为0mg/kg(国家标准为100mg/kg)，氮氧化物浓度为30mg/kg(国家标准为100mg/kg).
由此可见，采用本申请提供的燃烧器进行燃烧水蒸气裂解的混合物与甲醇时，燃烧充分，废气中的污染物浓度很低，非常有利于环保。

Claims (10)

1.一种水蒸汽裂解得到的氢气直接燃烧方法，该方法采用一种具有以下燃烧器喷头的燃烧器进行燃烧，其特征在于，所述燃烧器喷头包括至少两个流体通道，其中至少一个所述流体通道中布置有雾化装置；所述至少两个流体通道为两个流体通道，该两个流体通道同心布置为中心流体通道和外周流体通道；所述中心流体通道与所述外周流体通道以下述方式形成：在第一中心管内部形成所述中心流体通道；所述雾化装置为设置在所述第一中心管外壁上接近喷嘴处的斜槽；流量调节装置由具有细小通孔的环形平板组成，该环形平板以与所述第一中心管轴线垂直的方式通过上述环形平板的内壁连接在所述第一中心管的远离喷口的一端的外壁上；在所述第一中心管外同轴设有第一钟形套管，所述流量调节装置与所述第一钟形套管的喇叭形端部配合，从而在所述第一中心管外壁与所述第一钟形套管内壁之间形成所述外周流体通道；
其中，将水蒸汽裂解得到的混合物通入到一个流体通道中，将液体燃料通入到设置有所述雾化装置的流体通道中。
2.根据权利要求1所述的水蒸汽裂解得到的氢气直接燃烧方法，其特征在于，在所述第一钟形套管外套设有第一圆柱形套管。
3.根据权利要求2所述的水蒸汽裂解得到的氢气直接燃烧方法，其特征在于，所述燃烧器喷头还包括多通接头，该多通接头的第一端同心设置有第二中心管和第一外围管，当所述第一圆柱形套管与所述多通接头的第一端连接时，所述第一中心管与所述第二中心管对齐。
4.根据权利要求3所述的水蒸汽裂解得到的氢气直接燃烧方法，其特征在于，在所述多通接头的第一端，所述第二中心管和所述第一外围管之间设置有带第一通孔的环形板。
5.根据权利要求3所述的水蒸汽裂解得到的氢气直接燃烧方法，其特征在于，所述第二中心管的直径与所述第一中心管的直径相同。
6.根据权利要求3所述的水蒸汽裂解得到的氢气直接燃烧方法，其特征在于，所述第一外围管与所述第一圆柱形套管之间的连接为螺纹连接。
7.根据权利要求1-6任一项所述的水蒸汽裂解得到的氢气直接燃烧方法，其特征在于，在紧邻设置斜槽的第一中心管外壁下部的第一外壁的直径稍小于设置斜槽处的第一中心管外壁的直径，在紧邻第一外壁下部的第二外壁的直径稍大于第一外壁的直径。
8.根据权利要求1-6任一项所述的水蒸汽裂解得到的氢气直接燃烧方法，其特征在于，所述雾化装置到第一中心管的喷口之间的外壁的直径逐渐变小，该处外壁的外形为截锥台形；所述第一钟形套管内壁在喷嘴端也为截锥台形，与第一中心管在该处的外壁形状相适应。
9.根据权利要求1-6任一项所述的水蒸汽裂解得到的氢气直接燃烧方法，其特征在于，所述液体燃料为甲醇。
10.根据权利要求9所述的水蒸汽裂解得到的氢气直接燃烧方法，其特征在于，所述水蒸汽裂解得到的混合物与所述甲醇的重量比为3-6：10。
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