CN107763626A - 氨燃料混合装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供氨燃料混合装置，包括：文丘里管，该文丘里管具有上游端、中间段和下游端，中间段的直径小于上游端的直径且不大于下游端的直径，中间段开设有液氨入口，该文丘里管的上游端通入空气；和热交换通道，该文丘里管的中间段位于该热交换通道内。该氨燃料混合装置通过文丘里效应将液氨燃料吸入空气流中，实现氨燃料与空气充分混合，并且通过热交换通道将液氨气化释放的冷量加以回收。

Description

氨燃料混合装置

技术领域

本发明涉及用于将燃料混合的装置，尤其涉及一种具有热交换功能的氨燃料混合装置。

背景技术

氨燃料具有高热值、高辛烷值性质，燃烧产物只有氮气和水无污染可循环利用，是一种清洁燃料。我国是目前世界上氨产量和用量最多的国家，占世界总产量的１/３左右，具有较为全面系统的氨生产布局，有望逐步实现从现有的化石能源转向可再生的氨能源。但是由于氨气燃烧速度缓慢，火焰传播速度小，难以及时地在空气中燃烧完全，导致氨燃料没有完全燃烧造成燃料浪费并且产生有害气体。此外，液氨燃料气化所产生的气化潜热并未被有效地回收或利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氨燃料混合装置，以克服现有技术中氨燃烧不完全的问题。本发明解决该技术问题所采用的技术方案之一是：

氨燃料混合装置，包括：文丘里管，该文丘里管具有上游端、中间段和下游端，中间段的直径小于上游端的直径且不大于下游端的直径，中间段开设有液氨入口，该文丘里管的上游端通入空气；和热交换通道，该文丘里管的中间段位于该热交换通道内。

空气在通过中间段的过程中，动态压力达到最大值，静态压力达到最小值。空气流速由于通流横截面面积减小而上升，整个气流经历管道缩小过程，因而压力也减小。液氨通入文丘里管时自身具有压力，与较低压空气混合时形成压力差，这个压力差加速液氨气化，有利于氨与空气的混合。由于液氨进入中间段发生气化，在气化过程中产生的冷量通过热交换通道传输到文丘里管外。

该下游端的直径大于该中间段的直径，有利于空气与氨燃料的扩散混合。

该液氨入口包括多个小孔,以增加液氨燃料的气化效率。

氨燃料混合装置还可以包括套管，该套管包裹该液氨入口，该套管中通入液氨。

该中间段还开设有辅助燃料入口，该辅助燃料入口通入火焰传播速度高于液氨的燃料。火焰传播速度高于氨气的燃料由于中间段内的负压吸入辅助燃料入口，与气态氨混合可以加速氨的燃烧，从而解决氨火焰传播速度较慢造成的燃料浪费问题，显著减少有害气体的产生。

该火焰传播速度高于液氨的燃料可以为液体燃料。液体燃料在中间段内外压力差的作用下由辅助燃料入口进入后雾化，这样可以解决液体燃料难以与气态的氨及空气混合的问题，有利于实现与氨和空气进行较充分的混合。该液体燃料可以是含有煤油、汽油、柴油、甲醇、乙醇、乙醚或二甲醚的燃料。

进一步地，本发明还提供一种具有上述氨燃料混合装置的热交换装置。该热交换装置可以利用液氨气化产生的冷量向外供冷。

进一步地，本发明还提供一种列管式换热器，具有所述的氨燃料混合装置，包括多个文丘里管和一个换热通道，该文丘里管的中间段位于该热交换通道内。

进一步地，本发明还提供一种锅炉，具有上述的氨燃料混合装置。锅炉以氨为燃料，同时该锅炉可以利用液氨气化产生的冷量向外供冷。

本技术方案具有如下优点：本发明氨燃料混合装置通过文丘里效应将液氨燃料吸入空气流中，实现氨燃料与空气充分混合。并且通过热交换通道将液氨气化释放的冷量加以回收。本发明氨燃料混合装置也可以通过文丘里效应将辅助燃料吸入空气流中，以起到辅助氨燃料燃烧，提高火焰传播速度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1是实施例一的氨燃料混合装置的结构图；

图2是实施例二的氨燃料混合装置的文丘里管中间段截面图；

图3是实施例三的列管式换热器的截面图；

图4是实施例三的列管式换热器的结构图；

图5是实施例四的热交换装置结构图；

图6是实施例四的列管式换热器的结构图。

具体实施方式

实施例一：

如图1所示的氨燃料混合装置，包括文丘里管1，热交换通道2。该文丘里管1具有上游端11、中间段12和下游端13，中间段12的直径小于上游端11的直径且不大于下游端13的直径，中间段12开设有氨燃料入口121，该文丘里管的上游端11通入空气。该热交换通道包含文丘里管的中间段12和下游端13。该中间段12还开设有液氨入口121，该液氨入口121通入液氨。空气在通过中间段12的过程中，动态压力达到最大值，静态压力达到最小值。空气流速由于通流横截面面积减小而上升。整个气流在同一时间内经历管道缩小过程，因而压力也在同一时间减小，进而在中间段12产生压力差。这个压力差为液氨燃料提供吸力，使液氨燃料汽化后与空气的混合。该下游端13的直径大于该中间段12的直径，有利于空气与氨燃料的扩散混合。

液氨的气化潜热较高，在-33.41℃和101.325kPa下，气化潜热达1371.18kJ/kg。液氨在汽化时会产生冷量可以进一步收集利用，即文丘里管1的中间段12处于热交换通道2内。在液氨汽化时混合气体内包含有冷量，利用换热介质（如空气）将这部分冷量带走用于制冷、空调冷气、冻库等使用。

实施例二：

空气在通过中间段12的过程中，动态压力达到最大值，静态压力达到最小值。空气流速由于通流横截面面积减小而上升。整个气流在同一时间内经历管道缩小过程，因而压力也在同一时间减小，进而在中间段12产生压力差。该中间段12还开设有辅助燃料入口122，该辅助燃料入口122通入火焰传播速度高于氨气的燃料，比如含有煤油、汽油、柴油、甲醇、乙醇、乙醚或二甲醚等液体燃料。火焰传播速度高于氨气的燃料与氨燃料混合可以加速氨的燃烧，从而解决氨燃料没有完全燃烧造成的燃料浪费问题，并且显著减少有害气体的产生。中间段12内外的压力差为液氨及液体燃料提供吸力，使液氨和液体燃料汽化后与空气的混合。在中间段12的开口可以选择多种方式组合，图2提供其中一种优选方案。液氨和液体燃料可以分布经由两个通道121及122进入到文丘里管内部。在四个通道均开设有较多的均匀小孔，有利于液体燃料的汽化。其中液氨燃料与液体燃料的通入呈对称设置，有利于液氨和液体燃料汽化后与空气均匀混合。

实施例三：

在某些大型设备如坦克、汽车等装置上所需能耗较大，需要多路的燃料入口，在本实施例提供一种多个氨燃料混合装置的组合使用方式，即由多个文丘里管和一个热交换通道构成的列管式换热器，该文丘里管的中间段位于该热交换通道内。图3是列管式换热器的截面图，由多个文丘里管1组合在一起使用，在文丘里管1外部有热交换通道2，多个氨燃料混合装置的使用，有利于提供更多的冷量。

如图4所示的氨燃料混合装置组合，包括文丘里管1，热交换通道2。该文丘里管1具有上游端11、中间段12和下游端13，中间段12的直径小于上游端11的直径且不大于下游端13的直径，中间段12开设有氨燃料入口121，该文丘里管的上游端11通入空气。该热交换通道包含所有文丘里管的中间段12和下游端13。在热交换通道2内由于多个氨燃料混合装置均匀分布设置成立于工质气体流动的形式，由于提高冷交换速率，所带出来的冷量也越大，有利于规模化用于大型机械设备的发动机等强发热部件的降温作用等，以充分利用冷量。热交换通道2的形状也可以根据具体实施部件内空间大小、热交换效果等而确定。

实施例四：

热交换装置和列管式换热器也可以采用热交换通道2横向放置的方式（如图5及图6所示），采用换热介质流动方向与文丘里管1内气体流向相平行的方式，使热交换效率更高。另外在上述的几种实施例中的文丘里管1数量可以根据所需冷量调节，反之亦然。在一些其他情况下也可以将文丘里管饶在一起成为文丘里束管使用，有利于减少体积。在空气所换得的冷量可以用于制冷、空调冷气、冻库等使用，或者与燃烧所产生的热混合供应成为冷热联供设备。本实施例尤其适用于锅炉应用场所、冷冻运输车、冷库等大量需要冷量以及热量（动力）的场所。

应理解，本文中描述的示例性实施方式应仅在描述的意义上考虑且不用于限制的目的。在各实施方式中的特征或方面的描述应典型地被认为可用于在其它实施方式中的其它类似特征或方面。

Claims (10)

1.氨燃料混合装置，其特征在于，包括：

文丘里管，该文丘里管具有上游端、中间段和下游端，中间段的直径小于上游端的直径且不大于下游端的直径，中间段开设有液氨入口，该文丘里管的上游端通入空气；和

热交换通道，该文丘里管的中间段位于该热交换通道内。

2.根据权利要求1所述的氨燃料混合装置，其特征在于：

该下游端的直径大于该中间段的直径。

3.根据权利要求1所述的氨燃料混合装置，其特征在于：

该液氨入口包括多个小孔。

4.根据权利要求1所述的氨燃料混合装置，其特征在于：

还包括套管，该套管包裹该液氨入口，该套管中通入液氨。

5.根据权利要求1所述的氨燃料混合装置，其特征在于：

该中间段还开设有辅助燃料入口，该辅助燃料入口通入火焰传播速度高于液氨的燃料。

6.根据权利要求5所述的氨燃料混合装置，其特征在于：

该火焰传播速度高于液氨的燃料为液体燃料。

7.根据权利要求6所述的氨燃料混合装置，其特征在于：

该液体燃料为含有煤油、汽油、柴油、甲醇、乙醇、乙醚或二甲醚的燃料。

8.热交换装置，其特征在于：具有按权利要求 1-7任一项所述的氨燃料混合装置。

9.列管式换热器，具有按权利要求 1-7任一项所述的氨燃料混合装置，其特征在于：包括多个文丘里管和一个换热通道，该文丘里管的中间段位于该热交换通道内。

10.锅炉，其特征在于：具有按权利要求 1-7任一项所述的氨燃料混合装置。