CN114110572A - 超声协同控制的预热式氨燃烧方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于氨燃烧技术领域，提供了超声协同控制的预热式氨燃烧方法及系统，所述系统包括：引风机；储气罐；燃烧器，设置有内管和外管，所述内管和外管之间为环形空气通路，并与用于回收处理烟气的烟气处理组件连接；预热组件；以及超声波组件，所述超声波组件设置于靠近燃烧器喷嘴垂直于燃烧射流的方向上，用于产生作用于火焰的超声波；本发明将燃料预热增强燃烧与超声激励火焰降低NOx排放相耦合，通过结合预热组件与超声波组件，对氨气燃料进行预热升温的预处理后引燃，为氨气的低可燃性问题提供新的解决方案，实现了氨气预热温度在320℃稳定燃烧并且降低了NOx排放，并且提升火焰速度和温度。
Description
技术领域
本发明属于氨燃烧技术领域，尤其涉及一种超声协同控制的预热式氨燃烧方法及系统。
背景技术
氨(NH3)作为一种无碳、高能量密度的氢载体，其生产工艺成熟、易液化、易储运、燃烧产物零碳排放，应用于能源与动力系统具有显著优势和巨大潜力，被公认为替代化石能源的上佳选择。
现有的技术方案：一是采用旋流/湍流预混燃烧方式稳定燃烧，采用旋流燃烧是改善贫氨气预混火焰的常用方法，产生具有低速区的内部再循环，从而增强火焰稳定性。二是掺混常规燃料或氧气(O2)以提高燃烧速度。氨气/空气的低燃烧速度使得火焰增强对氨气燃料的成功应用至关重要，氨气掺混H2、甲烷(CH4)等高反应性燃料能有效增强其燃烧过程。
但是现有的技术方案中，氨气燃烧的高NOx排放问题仍未完全攻克，富氨气燃烧易造成未反应氨气的排放，同时增加了燃料消耗。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种超声协同控制的预热式氨燃烧系统，旨在解决现有的技术方案中氨气燃烧时排放较高NOx和微反应氨气的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种超声协同控制的预热式氨燃烧系统，所述系统包括：
引风机，通过第一管道与燃烧室连接，用于向燃烧室输送空气；
储气罐，通过第二管道与燃烧室连接，用于向燃烧室输送氨气；
燃烧器，设置有内管和外管，所述内管和外管之间为环形空气通路，并与用于回收处理烟气的烟气处理组件连接；
预热组件，用于预热第一管道和第二管道内输送的气体；以及
超声波组件，所述超声波组件设置于靠近燃烧器喷嘴垂直于燃烧射流的方向上，用于产生作用于火焰的超声波。
优选地，所述预热组件包括立管式预热器，所述立管式预热器包括立方形管箱、连通风罩和密封装置，立方形管箱由许多平行直立的有缝薄壁钢管和上、下管板组成，管子两端分别焊接在上、下管板上。
优选地，所述预热组件内还包括电阻式加热器，用于预热氨气和空气。
优选地，所述超声波组件包括：
信号发生器，用于发射出电信号；
功率放大器，所述功率放大器为单通道，用于放大信号发生器发射出的电信号；以及
超声换能器，所述超声换能器采用压电换能器，用于通过压电效应实现电能和声能相互转换。
本发明实施例的另一目的在于提供一种超声协同控制的预热式氨燃烧方法，包括如下步骤：
引风机通过第一管道向燃烧室输送空气，储气罐向燃烧室输送氨气；
预热组件对氨气和空气进行预热；
燃烧器的喷嘴产生火焰燃烧氨气和空气；
超声波组件产生作用于火焰的超声波；
燃烧室内生成的烟气流入烟气处理组件。
本发明实施例提供的超声协同控制的预热式氨燃烧系统，本发明将燃料预热增强燃烧与超声激励火焰降低NOx排放相耦合，通过结合预热组件与超声波组件，对氨气燃料进行预热升温的预处理后引燃，为氨气的低可燃性问题提供新的解决方案，实现了氨气预热温度在320℃稳定燃烧并且降低了NOx排放，并且提升火焰速度和温度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种超声协同控制的预热式氨燃烧系统的结构图。
附图中：1-引风机；2-储气罐；3-燃烧器；4-功率放大器；5-信号发生器；6-超声换能器；7-烟气处理组件；8-预热组件。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
如图1所示，为本发明一个实施例提供的一种超声协同控制的预热式氨燃烧系统的结构图，所述系统包括：
引风机1，通过第一管道与燃烧室连接，用于向燃烧室输送空气；
储气罐2，通过第二管道与燃烧室连接，用于向燃烧室输送氨气；
燃烧器3，设置有内管和外管，所述内管和外管之间为环形空气通路，并与用于回收处理烟气的烟气处理组件7连接；
预热组件8，用于预热第一管道和第二管道内输送的气体；以及
超声波组件，所述超声波组件设置于靠近燃烧器喷嘴垂直于燃烧射流的方向上，用于产生作用于火焰的超声波。
在本实施例的一种情况中，所述内管为燃料通路，管口有喷嘴。
本实施例在实际应用时，采用非预混燃烧方式，燃料和空气有各自独立的管路，空气由引风机1给入，氨气由储气罐2流出进入系统。超声波布置在垂直于燃烧射流的方向，可降低NOx和未燃氨气的排放。燃烧室内生成的烟气流经预热组件8，最后流入烟气处理组件7。通过内管和外管的环形通路实现了烟气回流预热氨气和空气，通过控制流量的方式控制氨气和空气的预热温度。在实现氨气燃烧增强和减排污染物的同时，降低了系统能耗。在垂直于燃烧射流方向且靠近燃烧器喷嘴位置，对火焰施加超声，使空气与燃料混合更加充分，生成预混燃烧效应，降低NOx和未燃氨气的排放。
如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，，所述预热组件8包括立管式预热器，所述立管式预热器包括立方形管箱、连通风罩和密封装置，立方形管箱由许多平行直立的有缝薄壁钢管和上、下管板组成，管子两端分别焊接在上、下管板上。
在本实施例的一种情况中，高温烟气自上而下在管内纵向流过，氨气和空气在管外横向冲刷，烟气的热量通过管壁连续地传给氨气和空气，实现对氨气和空气进行加热。
本实施例在实际应用时，对于氨气燃料，考虑到其燃点为650℃且在预热温度800℃时，分解率仅为1％。经过预热后的氨气和空气进入燃烧室生成稳定火焰并产生大量高温烟气。高温烟气通过管道回流，利用间壁对流换热的方式预热氨气和空气。并且通过控制流量的方式来控制氨气和空气加热的温度，极大的降低了系统的能耗。
如图1所示，作为本发明的另一种优选实施例，所述预热组件8内还包括电阻式加热器，用于预热氨气和空气。
本实施例在实际应用时，在燃烧室形成稳定的火焰和高温烟气前，采用电阻式加热器可以在常温常压下预热氨气和空气，实现氨气燃料的点火。
如图1所示，作为本发明的另一种优选实施例，所述超声波组件包括：
信号发生器5，用于发射出电信号；
功率放大器4，所述功率放大器4为单通道，用于放大信号发生器5发射出的电信号；以及
超声换能器6，所述超声换能器6采用压电换能器，用于通过压电效应实现电能和声能相互转换。
在本实施例的一种情况中，经过功率放大器4放大后的信号可以驱动不同频率的超声换能器6，将电能转换成超声发射。
本实施例在实际应用时，信号发生器5以及功率放大器4搭配不同的换能器6可以控制超声频率的变换。
如图1所示，本发明的一个实施例还提供的一种超声协同控制的预热式氨燃烧方法，包括如下步骤：
引风机1通过第一管道向燃烧室输送空气，储气罐2向燃烧室输送氨气；
预热组件8对氨气和空气进行预热；
燃烧器的喷嘴产生火焰燃烧氨气和空气；
超声波组件产生作用于火焰的超声波；
燃烧室内生成的烟气流入烟气处理组件7。
本发明上述实施例中提供了一种超声协同控制的预热式氨燃烧系统，并基于超声协同控制的预热式氨燃烧系统提供了超声协同控制的预热式氨燃烧方法，本发明将燃料预热增强燃烧与超声激励火焰降低NOx排放相耦合，通过结合预热组件8与超声波组件，对氨气燃料进行预热升温的预处理后引燃，为氨气的低可燃性问题提供新的解决方案，实现了氨气预热温度在320℃稳定燃烧并且降低了NOx排放，并且提升火焰速度和温度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种超声协同控制的预热式氨燃烧系统，其特征在于，所述系统包括：
引风机，通过第一管道与燃烧室连接，用于向燃烧室输送空气；
储气罐，通过第二管道与燃烧室连接，用于向燃烧室输送氨气；
燃烧器，设置有内管和外管，所述内管和外管之间为环形空气通路，并与用于回收处理烟气的烟气处理组件连接；
预热组件，用于预热第一管道和第二管道内输送的气体；以及
超声波组件，所述超声波组件设置于靠近燃烧器喷嘴垂直于燃烧射流的方向上，用于产生作用于火焰的超声波。
2.根据权利要求1所述的超声协同控制的预热式氨燃烧系统，其特征在于，所述预热组件包括立管式预热器，所述立管式预热器包括立方形管箱、连通风罩和密封装置，立方形管箱由许多平行直立的有缝薄壁钢管和上、下管板组成，管子两端分别焊接在上、下管板上。
3.根据权利要求2所述的超声协同控制的预热式氨燃烧系统，其特征在于，所述预热组件内还包括电阻式加热器，用于预热氨气和空气。
4.根据权利要求1所述的超声协同控制的预热式氨燃烧系统，其特征在于，所述超声波组件包括：
信号发生器，用于发射出电信号；
功率放大器，所述功率放大器为单通道，用于放大信号发生器发射出的电信号；以及
超声换能器，所述超声换能器采用压电换能器，用于通过压电效应实现电能和声能相互转换。
5.一种超声协同控制的预热式氨燃烧方法，其特征在于，包括如下步骤：
引风机通过第一管道向燃烧室输送空气，储气罐向燃烧室输送氨气；
预热组件对氨气和空气进行预热；
燃烧器的喷嘴产生火焰燃烧氨气和空气；
超声波组件产生作用于火焰的超声波；
燃烧室内生成的烟气流入烟气处理组件。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN115711390A (zh) * | 2022-10-27 | 2023-02-24 | 华中科技大学 | 一种氨气的旋流mild燃烧装置 |
| WO2024082443A1 (zh) * | 2022-10-18 | 2024-04-25 | 华能国际电力股份有限公司 | 一种氨煤混合燃烧系统 |
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