CN106090903A - 甲醇或轻烃燃料燃烧器 - Google Patents

甲醇或轻烃燃料燃烧器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种甲醇或轻烃燃料燃烧器，包括：氢混合气发生器，输入口连接甲醇和水蒸汽；燃料泵，输入口连接甲醇或轻烃燃料；气化腔，输入口连接燃料泵的输出口和氢混合气发生器的输出口，输出口连接喷嘴；变温变压吸附装置，输入口连接氢混合气发生器的输出口，用于吸附CO2，提高氢气的纯度，变温变压吸附装置为现有技术；燃烧室，第一输入口连接气化腔的喷嘴，第二输入口连接变温变压吸附装置的输出口，第三输入口连接压缩空气泵。所述第二输入口的位置为燃烧室中心所对应的外壳。所述第二输入口的位置为所述燃烧室第一输入口相邻处且与所述喷嘴的喷射方向平行。本发明具有燃烧更充分，能产生更高能量，废气排放极少，绿色环保的有益效果。

Description

甲醇或轻烃燃料燃烧器
技术领域
本发明涉及一种甲醇或轻烃燃料燃烧器，可提供热能。
背景技术
甲醇或轻烃燃料汽化后燃烧，可以输出热量，带动燃气轮机或其它设备工作，也可以直接输出热量，甲醇制氢混合气辅助燃烧方法，其主燃料是液态甲醇或轻烃燃料，如果没有气化，使用普通的喷嘴将液态甲醇喷出雾化燃烧，会有燃烧不完全，热效率不高，排放时会增加污染。因为普通喷嘴喷出雾化的液体其液滴尺寸仍然偏大，由于这些液滴与周围空气中的氧气接触有限，因此，在短时间内完全燃烧存在困难。现有技术中，需要建设专用的气化站，投资成本高，另外，由于甲醇燃烧本身热值低，没有氢气的助燃，产生不了燃烧链式反应，提升不了热值，达不到理想的节能效果。
发明内容
本发明根据以上不足，提供了一种甲醇或轻烃燃料燃烧器及燃烧优化方法。
本发明的技术方案是：
一种甲醇或轻烃燃料燃烧器，其特征是，包括：
氢混合气发生器，输入口连接甲醇和水蒸汽；
燃料泵，输入口连接甲醇或轻烃燃料；
气化腔，输入口连接燃料泵的输出口和氢混合气发生器的输出口，输出口连接喷嘴；
变温变压吸附装置，输入口连接氢混合气发生器的输出口，用于吸附CO2，提高氢气的纯度，变温变压吸附装置为现有技术；
燃烧室，第一输入口连接气化腔的喷嘴，第二输入口连接变温变压吸附装置的输出口，第三输入口连接压缩空气泵。
主燃料甲醇或轻烃燃料气化后与补燃的氢气产生燃烧链式反应，两个过程极大的提高了甲醇或轻烃燃料燃烧效率与燃烧热值，不但节省了建设高昂气化站的投资成本，并有效的降低了生产能耗，且因补燃氢气发生燃烧链式反应，燃烧充分，基本实现零排放，达到节能减排的目的，操作过程简单，安全性可靠。由于氢气即制即用，无需氢气储罐，安全高效。
需要说明的是，如果说第一输入口也输入经提纯后的氢气，一则氢气热值本身也不高，二则成本会有明显的提高，三因氢气提纯要降温，因此，本发明同时兼顾了成本与燃烧的效率。
作为优选方案之一，所述第二输入口的位置为燃烧室中心所对应的外壳。也就是说将提纯后的氢气直接输入到燃烧中心。
作为优选方案之二，所述第二输入口的位置为所述燃烧室第一输入口相邻处且与所述喷嘴的喷射方向平行。也就是说，甲醇或轻烃燃料与纯后的氢气一起输入到燃烧室内共同燃烧。
为了提高氧气，所述第三输入口的位置与所述喷嘴的喷射方向平行。
为了提高氧气的混合效果，还包括所述旋流器，该旋流器位于所述喷嘴外。
作为优选，所述燃烧室由外壳和内壳构成，外壳和内壳之间形成中空，第三输入口的部分空气流入到外壳和内壳形成的中空，最后从内壳上均布的通孔流入到燃烧室内。该结构的优势是，能加热空气，同时能减少燃烧室热量散发，还能均匀地输入氧气助燃。
为了进一步地输入氧气，还包括若干个可调节的空气输入管，空气输入管一端连接所述压缩空气泵、另一端穿过所述燃烧室的壳体进入燃烧室。
作为优选，所述氢混合气发生器包括：
混合罐，上部设置有甲醇入口和水蒸汽入口，下部设置有混合出口；
催化罐，底部连通混合罐的混合出口，顶部设置有所述的输出口；
催化剂，放置在催化罐的中部。
所述催化罐的外壁缠绕有高温导热油管。
所述甲醇和水蒸汽、甲醇或轻烃燃料和压缩空气泵（7）相关的管路均设置有可调节的电磁阀。
取燃料泵输出的主燃料总量10%的甲醇与高温水蒸汽，按摩尔比1:1经混合罐加压气化进入催化罐，在催化剂作用下发生转化反应，得到主要成份为73%氢和25%二氧化碳的混合气，反应式为：
主反应： CH3OH=CO+2H2 +90.7 KJ/mol
CO+H2O=CO2+H2 -41.2 KJ/mol
总反应： CH3OH+H2O=CO2+3H2 +49.5 KJ/mol
副反应： 2CH3OH=CH3OCH3+H2O -24.9 KJ/mol
CO+3H2=CH4+H2O -+206.3KJ/mol
出口温度约160℃，无需降温与提纯，一部分用于气化主燃料甲醇或轻烃燃料成为燃气，另一部分经变温变压吸附装置吸附CO2后，输出粗氢气进入第二输入口用于补充燃料。
本发明对燃烧工艺进行了改进，原理是用含有较高温度的氢混合气来气化液体甲醇或轻烃燃料，并用混合气中的氢离子促进甲醇的燃烧--产生链式反应。我们知道，甲醇有较低的沸点64.5°C，因此，使用160℃高温的氢混合气很容易将液态甲醇汽化成气态。由于气态物质的比表面积远远大于液态雾化液滴的比表面积，因此燃烧得会更充分。
其次，因甲醇燃料或轻烃燃料的可燃物初燃烧时，分子会发生裂解作用，即它们在燃烧时前会裂解成更简单的小分子，此时，分子中的一些原子间的共价键会发生断裂，生成自由基，由于它是一种高度活泼的化学形态，能与其他的自由基和分子--发生燃烧链式反应，那么补燃的氢气刚好起了能量补充的作用，从而使燃烧持续下去，燃烧得更充分，能产生更高能量，所产生的废气极少，为真正的绿色环保燃烧产品。
燃烧链式反应如:甲醇燃料(轻烃类一RH)燃烧时，产生活性游离基H· 、·O·和·OH，并发生下列链式反应：
RH+O2→H·+2·O·+·R（可燃物分解，→吸热反应）
2·OH→H2O+·O·（放热反应）
为强烈的放热反应，放热量远大于第一步可燃物分解的吸热量，同时再次分解出游离的·0·和·OH，使得燃烧反复进行，得以持续。
本发明具有燃烧更充分，能产生更高能量，废气排放极少，达到绿色环保的有益效果。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明氢混合气发生器的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步的说明：
如图所示，一种甲醇或轻烃燃料燃烧器，其特征是，包括：
氢混合气发生器1，输入口连接甲醇和水蒸汽；
燃料泵2，输入口连接甲醇或轻烃燃料；
气化腔4，输入口连接燃料泵2的输出口和氢混合气发生器1的输出口，输出口连接喷嘴41；
变温变压吸附装置3，输入口连接氢混合气发生器1的输出口；
燃烧室，第一输入口连接气化腔4的喷嘴41，第二输入口连接变温变压吸附装置3的输出口，第三输入口连接压缩空气泵7。
第二输入口的位置为燃烧室中心所对应的外壳52。
第二输入口的位置为燃烧室第一输入口相邻处51且与喷嘴41的喷射方向平行。
第三输入口的位置与喷嘴41的喷射方向平行。
还包括旋流器42，该旋流器42位于喷嘴41外。
燃烧室由外壳和内壳构成，外壳和内壳之间形成中空，第三输入口的部分空气流入到外壳和内壳形成的中空，最后从内壳上均布的通孔流入到燃烧室内。
为达到富氧燃烧目的，还包括若干个可调节的空气输入管，空气输入管一端连接压缩空气泵7、另一端穿过燃烧室的壳体进入燃烧室。
氢混合气发生器1包括：
混合罐12，上部设置有甲醇入口11和水蒸汽入口14，下部设置有混合出口13；
催化罐16，底部连通混合罐12的混合出口13，顶部设置有输出口17；
催化剂15，放置在催化罐16的中部。
催化罐16的外壁缠绕有高温导热油管。
甲醇和水蒸汽、甲醇或轻烃燃料和压缩空气泵7相关的管路均设置有可调节的电磁阀。

Claims (10)

1.一种甲醇或轻烃燃料燃烧器，其特征是，包括：
氢混合气发生器（1），输入口连接甲醇和水蒸汽；
燃料泵（2），输入口连接甲醇或轻烃燃料；
气化腔（4），输入口连接燃料泵（2）的输出口和氢混合气发生器（1）的输出口，输出口连接喷嘴（41）；
变温变压吸附装置（3），输入口连接氢混合气发生器（1）的输出口；
燃烧室，第一输入口连接气化腔（4）的喷嘴（41），第二输入口连接变温变压吸附装置（3）的输出口，第三输入口连接压缩空气泵（7）。
2.如权利要求1所述的一种甲醇或轻烃燃料燃烧器，其特征是，所述第二输入口的位置为燃烧室中心所对应的外壳（52）。
3.如权利要求1所述的一种甲醇或轻烃燃料燃烧器，其特征是，所述第二输入口的位置为所述燃烧室第一输入口相邻处（51）且与所述喷嘴（41）的喷射方向平行。
4.如权利要求1所述的一种甲醇或轻烃燃料燃烧器，其特征是，所述第三输入口的位置与所述喷嘴（41）的喷射方向平行。
5.如权利要求1所述的一种甲醇或轻烃燃料燃烧器，其特征是，还包括所述旋流器（42），该旋流器（42）位于所述喷嘴（41）外。
6.如权利要求1所述的一种甲醇或轻烃燃料燃烧器，其特征是，所述燃烧室由外壳和内壳构成，外壳和内壳之间形成中空，第三输入口的部分空气流入到外壳和内壳形成的中空，最后从内壳上均布的通孔流入到燃烧室内。
7.如权利要求1所述的一种甲醇或轻烃燃料燃烧器，其特征是，还包括若干个可调节的空气输入管，空气输入管一端连接所述压缩空气泵（7）、另一端穿过所述燃烧室的壳体进入燃烧室。
8.如权利要求1所述的一种甲醇或轻烃燃料燃烧器，其特征是，所述氢混合气发生器（1）包括：
混合罐（12），上部设置有甲醇入口（11）和水蒸汽入口（14），下部设置有混合出口（13）；
催化罐（16），底部连通混合罐（12）的混合出口（13），顶部设置有所述的输出口；
催化剂（15），放置在催化罐（16）的中部。
9.如权利要求8所述的一种甲醇或轻烃燃料燃烧器，其特征是，所述催化罐（16）的外壁缠绕有高温导热油管。
10.如权利要求1-9任一项所述的一种甲醇或轻烃燃料燃烧器，其特征是，所述甲醇和水蒸汽、甲醇或轻烃燃料和压缩空气泵（7）相关的管路均设置有可调节的电磁阀。
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