CN116241887B - 一种无轴式富氢气体燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无轴式富氢气体燃烧器，包括燃烧器本体、富氢气体进气系统和助燃气体进气系统；燃烧器本体具有燃烧室和烟气排出通道；在燃烧室中设有旋流叶片，旋流叶片安装在无轴式旋流装置上，无轴式旋流装置连接使其转动的动力装置，通过无轴式旋流装置使旋流叶片在燃烧室中旋转；旋流叶片的根部具有进气口，旋流叶片的叶片体表面分布有出气孔，叶片体内填充有多孔介质；从富氢气体进气系统进入的富氢气体通过旋流叶片根部的进气口进入旋流叶片，经过叶片体内的多孔介质，从叶片体表面的出气孔进入燃烧室，与从助燃气体进气系统进入的助燃气体在燃烧室内燃烧。本发明不仅能实现低碳排放，还实现富氢气体的高效、安全、环保利用。

Description

一种无轴式富氢气体燃烧器

技术领域

本发明涉及工业清洁燃烧领域，具体涉及一种无轴式富氢气体燃烧器。

背景技术

纯氢或富氢气体直接燃烧是降低工业碳排放的有效方式，由于氢气燃烧速度快、易回火、易爆燃，使用常规气体燃烧器无法实现安全高效燃烧。传统的气体燃烧器使用钝体结构来稳定火焰，从而防止火焰脱火和吹熄。钝体可以对混合气体形成一定阻挡，从而使部分已燃高温燃烧产物产生回流运动，即与来流方向相反，从而作为具有自动补偿能力的持续点火源，以不断点燃新鲜未燃的可燃混合物,从而达到稳定火焰的目的。

由于富氢气体燃烧速度远远大于常规可燃气体，若继续使用钝体结构稳燃，当燃烧器出口的可燃介质流速低于富氢气体燃烧速度时，火焰会沿着钝体结构的外边缘通道缩进燃烧器出口之前的密闭空间，点燃新鲜未燃的可燃混合物，将会导致爆燃、回火甚至爆炸的危害，影响燃烧器安全运行。而且，钝体结构的外边缘通道往往尺寸较大，富氢气体火焰可以通过钝体结构的外边缘通道与新鲜未燃的可燃混合物接触，从而导致回火爆燃。

因此，防止燃烧器回火的主要方式是使可燃介质出口流速大于富氢气体燃烧速度，而当前钝体结构气体燃烧器无法加速可燃介质，从而无法从源头上避免燃烧器回火问题。与此同时，还需要利用器壁效应，杜绝可燃火焰与新鲜未燃的可燃混合物接触，彻底避免回火爆燃的可能性。目前，还没有可靠的工业富氢气体清洁燃烧装置，填补该领域的技术空白，需要解决当前富氢气体燃烧器的以上不足。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种无轴式电动富氢气体燃烧器，不仅能实现低碳排放，还实现富氢气体的高效、安全、环保利用。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种无轴式富氢气体燃烧器，包括燃烧器本体、富氢气体进气系统和助燃气体进气系统；燃烧器本体具有燃烧室和烟气排出通道；在燃烧室中设有旋流叶片，旋流叶片安装在无轴式旋流装置上，无轴式旋流装置连接使其转动的动力装置，通过无轴式旋流装置使旋流叶片在燃烧室中旋转；所述的旋流叶片的根部具有进气口，旋流叶片的叶片体表面分布有出气孔，旋流叶片的叶片体内填充有多孔介质；从富氢气体进气系统进入燃烧器本体的富氢气体通过旋流叶片根部的进气口进入旋流叶片，经过叶片体内的多孔介质，从叶片体表面的出气孔进入燃烧室，与从助燃气体进气系统进入燃烧器本体的助燃气体在燃烧室内燃烧。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

所述的无轴式旋流装置为一环状结构，所述的旋流叶片安装在无轴式旋流装置的内侧壁面上，在无轴式旋流装置上分布有贯穿其侧壁的进气孔，进气孔连通旋流叶片根部的进气口；多孔介质采用金属多孔材料、陶瓷多孔材料或石膏多孔材料；叶片体表面的出气孔为毫米级小孔。

进一步地，所述的动力装置为电动机，电动机连接并带动旋转杆转动，无轴式旋流装置上设有环绕其外壁面的第一齿轮，旋转杆的末端连接有第二齿轮，旋转杆的第二齿轮与无轴式旋流装置的第一齿轮相啮合，通过第一齿轮、第二齿轮的配合使旋转杆转动时带动无轴式旋流装置旋转；所述的进气孔设于第一齿轮的齿与齿之间。

进一步地，所述的助燃气体进气系统包括送风机和螺旋气体预热段，所述的螺旋气体预热段为用于预热助燃气体的螺旋形环绕的气体管路，所述的螺旋气体预热段螺旋式布置在燃烧器本体的燃烧室及烟气排出通道的内侧壁上，螺旋气体预热段一端具有助燃气体入口、另一端具有助燃气体出口，并分别设有阀门；送风机的送风出口与螺旋气体预热段的助燃气体入口连通，螺旋气体预热段中的助燃气体流动方向与烟气排出通道的烟气流动方向相反；燃烧室具有使助燃气体进入的进气通道，螺旋气体预热段的助燃气体出口与燃烧室的进气通道相连通。

进一步地，燃烧室的进气通道设有可开闭的通道盖板；通道盖板打开时，助燃气体进气系统中的助燃气体从打开的通道盖板处进入燃烧室。

进一步地，富氢气体进气系统包括富氢燃料储存系统和特斯拉阀，特斯拉阀具有特斯拉阀入口和特斯拉阀出口；所述的富氢燃料储存系统通过富氢气体管路连接至特斯拉阀入口，特斯拉阀出口连通至旋流叶片根部的进气口，富氢气体管路设有富氢气体阀门。

进一步地，特斯拉阀设于燃烧室的进气通道周围，燃烧室的进气通道中，在特斯拉阀与通道盖板外侧围绕的空间形成第一气体腔，特斯拉阀的出口处具有第二气体腔，第二气体腔末端连接至无轴式旋流装置的进气孔，从而与旋流叶片根部的进气口连通，无轴式旋流装置的内端设有密封结构，以使第二气体腔中的气体只能从进气孔处进入无轴式旋流装置；第二气体腔与第一气体腔之间设有助燃/燃料掺混孔，助燃/燃料掺混孔具有使其开合的孔盖板。

进一步地，所述的助燃气体进气系统还包括多孔陶瓷蓄热装置，多孔陶瓷蓄热装置位于燃烧室的进气通道内、第一气体腔的外侧，在多孔陶瓷蓄热装置上设有预热助燃气体入口，并设有预热助燃气体入口阀门，螺旋气体预热段的助燃气体出口与多孔陶瓷蓄热装置的预热助燃气体入口相连通；所述的特斯拉阀周向布置在多孔陶瓷蓄热装置外周的燃烧器本体壁面内，多孔陶瓷蓄热装置外周为富氢气体的进气通道，多孔陶瓷蓄热装置内为助燃气体的进气通道，二者通过多孔陶瓷蓄热装置外侧的壁面隔离；第一气体腔位于多孔陶瓷蓄热装置与通道盖板之间。

作为优选的方案，所述的螺旋气体预热段上分布有射流小孔。

作为优选的方案，所述的富氢气体进气系统还包括压气机，富氢燃料储存系统的出口与压气机的出口相连后的整体连通至特斯拉阀，来自压气机的风与氢气掺混后进入特斯拉阀。

作为优选的方案，还包括控制系统，控制系统连接控制动力装置的工作及各阀门的开闭。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的无轴式富氢气体燃烧器具有防止热应力集中的效果：富氢气体燃烧速度快，火焰扁平，非常容易出现热应力问题从而烧坏燃烧器。本发明中，旋流叶片的叶片体表面分布有出气孔，可以有效防止富氢气体燃烧时的回火现象，提高燃烧系统的安全性；本发明中，经动力装置带动的无轴式旋流装置可以产生离心力以提高火焰流动速度，缩小火焰流动速度和燃烧速度的差距，防止火焰燃烧速度过快而流动速度过慢导致的热应力集中问题。

本发明能够很好的防止富氢气体燃烧带来的爆燃：为防止氢气爆燃，旋流叶片中填充了多孔介质，使用多孔介质作气体腔室，提高氢气预混火焰的混合均匀程度；旋流叶片数量可变，旋流强度通过动力装置控制，在获取相关燃料的燃烧速度的情况下，可通过调节旋流强度，从而控制回火，提高火焰稳定性，降低污染物排放。

本发明的无轴式富氢气体燃烧器具有抑制燃烧热声振荡的效果：本发明的旋流装置采用无轴式可旋转结构设计，可通过动力装置调节旋流强度，改善旋流比，杜绝回火的问题，燃烧室压力—流动—火焰之间的耦合关系被扰动，减少了触发燃烧热声不稳定的可能；无轴式可旋转结构能加强离心力，使氢燃烧出口速度增加，大大减少流动速度低于燃烧速度从而带来的回火问题。

本发明的无轴式富氢气体燃烧器能实现防回火的效果：富氢气体通过特斯拉阀进入，由于特斯拉阀具有单向通过性，若燃烧室出现回火等问题，火焰无法通过特斯拉阀传递到富氢燃料储存系统，一方面保证了燃烧系统的安全性，另一方面杜绝了回火带来的燃烧系统结构破坏。

本发明通过螺旋气体预热段和多孔陶瓷蓄热装置的设置，充分有效的利用了燃烧器燃烧产生的烟气的热量，避免了能量损失，节能环保。

本发明具有良好的灵活性和鲁棒性：燃烧模态可切换，可以实现扩散燃烧、预混燃烧或者半预混燃烧模态切换；调节便利：可进行热功率调节、孔数调节、进气量调节、燃料量调节、当量比调节。

本发明的无轴式富氢气体燃烧器能实现清洁燃烧的效果：螺旋气体预热段上分布有射流小孔，提供部分助燃气体进入燃烧室，带来二次助燃气体，可以稀释超温的富氢火焰，防止超温和热应力导致的热力氮；通过动力装置使旋流叶片在燃烧室中旋转，燃烧室温度场变均匀，从而防止热斑存在；采用旋流叶片旋转扁平对称对冲从预热助燃气体入口进入的助燃气体，加强旋流和混合；可切换燃烧模态实现分段式配风，如富氢气体一部分直接进燃烧室，另一部分与助燃气体在气体腔混合后再进入燃烧室，从而降低风阻和节流损失，提高燃气轮机效率，降低氮氧化物排放。

本发明燃烧器具良好的燃料适应性：本发明可以用于纯氢燃烧，也可以用于氢气和其他中低热值气体的掺烧，性能可靠，环保高效；与此同时，本发明还可以用于常规可燃气体的清洁高效燃烧。

附图说明

图1为本发明的无轴式富氢气体燃烧器的结构示意图。

图2为无轴式旋流装置及动力装置的结构示意图。

图3为旋流叶片及无轴式旋流装置的结构示意图。

图4为旋流叶片根部进气结构示意图。

图5为螺旋气体预热段结构示意图。

图6为燃烧室进气通道处的剖视图。

图7为燃烧室进气通道处的俯视图。

图8为旋流叶片结构示意图。

图9为旋流叶片根部剖视图。

图中标记名称：

1-燃烧器本体，2-烟气排出通道，201-燃烧器本体壁面，3-助燃气体入口阀门，4-送风机，5-旋转杆，6-电动机，601-直流电源，602-电机控制器，7-密封结构，8-特斯拉阀，801-通道盖板，802-助燃/燃料掺混孔，803-孔盖板，804-特斯拉阀出口，9-无轴式旋流装置，901-多孔陶瓷蓄热装置外侧壁面，10-富氢燃料储存系统，11-预热助燃气体入口阀门，12-富氢气体阀门，1201-特斯拉阀入口，13-多孔陶瓷蓄热装置，14-旋流叶片，1401-进气孔，1402-旋流叶片外表面，1403-出气孔，1404-旋流叶片根部截面，1405-多孔介质，15-进气口，16-第一齿轮，17-助燃气体出口阀门，18-螺旋气体预热段，1801-助燃气体入口，1802-射流小孔，19-第二齿轮，21-第一气体腔，22-第二气体腔。

具体实施方式

以下通过实施例的形式对本发明的上述内容再作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

在本发明的描述中，还需要说明的是：

其中的方位或位置关系为基于附图所示的关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中所使用的富氢气体可以是纯氢气、可再生气体、合成气或含氢的工业废气。

本发明提供了一种无轴式富氢气体燃烧器，如图1所示，包括燃烧器本体1、富氢气体进气系统和助燃气体进气系统；燃烧器本体1具有燃烧室和烟气排出通道2；在燃烧室中设有旋流叶片14，旋流叶片14安装在无轴式旋流装置9上，无轴式旋流装置9连接使其转动的动力装置，通过无轴式旋流装置9使旋流叶片14在燃烧室中旋转。

旋流叶片14的根部具有进气口15，旋流叶片14的叶片体表面分布有出气孔1403，旋流叶片14的叶片体内填充有多孔介质1405；从富氢气体进气系统进入燃烧器本体1的富氢气体通过旋流叶片14根部的进气口15进入旋流叶片14，经过叶片体内的多孔介质1405，从叶片体表面的出气孔1403进入燃烧室，与从助燃气体进气系统进入燃烧器本体1的助燃气体在燃烧室内燃烧。

如图3所示，无轴式旋流装置为一环状结构，旋流叶片14安装在无轴式旋流装置9的内壁面上；如图4所示，在无轴式旋流装置9上分布有贯穿其侧壁的进气孔1401，进气孔1401连通旋流叶片14根部的进气口15。

实施例中，多孔介质1405可采用轻巧且耐热的材料制备，如金属多孔材料、陶瓷多孔材料、石膏多孔材料等金属或非金属多孔材料；旋流叶片14可采用金属材质制作。

图8中可见旋流叶片外表面1402、旋流叶片根部截面1404、根部的进气口15及叶片体表面的出气孔1403；旋流叶片14内部空腔使用多孔介质1405填充，如图9所示，既保证富氢气体混合的均匀性，又能很好的防止回火和爆燃。

实施例中，旋流叶片14的叶片体表面的出气孔1403为毫米级小孔，叶片体表面的出气孔1403的数量、位置和孔的几何参数均可以根据需要调整；旋流叶片14的叶片体倾角、厚度、弯扭程度等几何参数均可以根据需要调整，旋流叶片14的叶片体的个数可以根据实际燃烧系统设计；旋流叶片中富氢气体的流线可通过设计进行优化，富氢气体的出气孔1403可以是小孔或者窄槽，出气孔1403处可以设置钝体，以调整流速；钝体是设置在燃烧器出气孔1403处的一个非流线形物体，使气流在钝体的尾迹区产生回流，卷吸高温烟气，以利于燃料的着火和火焰的稳定。

本发明的无轴式旋流装置采用无轴可旋转结构设计，通过动力装置调节旋流强度，改善旋流比，杜绝回火的问题，燃烧室压力—流动—火焰之间的耦合关系被扰动，减少了触发燃烧热声不稳定的可能。无轴式可旋转结构设计能加强离心力，使氢燃烧出口速度增加，大大减少流动速度低于燃烧速度从而带来的回火问题。无轴式可旋转结构设计可使用齿轮传动，结构紧凑，安全可靠，还可以使用运动控制算法控制动力装置的工作。

关于无轴式旋流装置9在无轴式富氢气体燃烧器内的安装方法可采纳现有技术中的各种手段，例如可采用配合无轴式旋流装置的环状结构的环形的滑动轴承底座，滑动轴承底座与燃烧器本体1的内壁焊接，滑动轴承底座支撑无轴式旋流装置在其上旋转工作。其中，滑动轴承底座的具体结构设计以不妨碍无轴式旋流装置与旋流叶片14、富氢气体进气系统的安装以及旋流叶片14与富氢气体进气系统的连通为原则。

实施例中，动力装置为电动机6，如图2所示，电动机6连接并带动旋转杆5转动，无轴式旋流装置9上设有环绕其外壁面的第一齿轮16，旋转杆5的末端连接有第二齿轮19；旋转杆5的第二齿轮19与无轴式旋流装置的第一齿轮16相啮合，图1和2中仅为参考示意图，工作状态时第一齿轮、第二齿轮啮合；通过第一齿轮16、第二齿轮19的配合使旋转杆5转动时带动无轴式旋流装置9旋转；进气孔1401设于第一齿轮16的齿与齿之间。

无轴式旋流装置9与滑动轴承底座的连接也不影响动力装置与无轴式旋流装置9的连接，例如，使无轴式旋流装置9的部分结构与滑动轴承底座连接、部分结构与第二齿轮连接。

助燃气体进气系统包括送风机4和螺旋气体预热段18，如图5所示，螺旋气体预热段18为螺旋形环绕的气体管路，螺旋气体预热段18可利用燃烧余热来预热燃烧所需的助燃气体。螺旋气体预热段18螺旋式布置在燃烧器本体1的燃烧室及烟气排出通道的内侧壁上，螺旋气体预热段18一端具有助燃气体入口1801，并设有助燃气体入口阀门3，另一端具有助燃气体出口，并设有助燃气体出口阀门17；送风机4的送风出口与螺旋气体预热段18的助燃气体入口1801连通；螺旋气体预热段18中的气体流动方向与烟气排出通道的烟气流动方向相反，助燃气体在螺旋气体预热段18内被燃烧室尾部烟气预热。

燃烧室具有使助燃气体进入的进气通道，螺旋气体预热段18的助燃气体出口与燃烧室的进气通道相连通。实施例中，助燃气体为空气。

本申请中，在关于进气通道、燃烧室、无轴式旋流装置的方位描述中，将靠近烟气排出通道的方位称为“内”、远离烟气排出通道的方位称为“外”。

如图6所示，燃烧室的进气通道设有可开闭的通道盖板801；通道盖板801打开时，助燃气体进气系统中的助燃气体从打开的通道盖板801处进入燃烧室。

富氢气体进气系统包括富氢燃料储存系统10和特斯拉阀8，特斯拉阀8具有特斯拉阀入口1201和特斯拉阀出口804；所述的富氢燃料储存系统通过富氢气体管路连接至特斯拉阀入口1201，特斯拉阀出口804连通至旋流叶片根部的进气口15，富氢气体管路设有富氢气体阀门12。

本发明采用的特斯拉阀可提高安全性：由于特斯拉阀8具有单向通过性，若燃烧室出现回火等问题，火焰无法通过特斯拉阀8传递到富氢燃料储存系统10，一方面保证了燃烧系统的安全性，另一方面杜绝了回火带来的燃烧系统结构破坏。

实施例中，特斯拉阀8设于燃烧室的进气通道周围，燃烧室的进气通道中，在特斯拉阀8与通道盖板801外侧围绕的空间形成第一气体腔21，特斯拉阀8的出口处具有第二气体腔22，第二气体腔22末端连接至无轴式旋流装置的进气孔1401，从而与旋流叶片根部的进气口15连通；第二气体腔22与第一气体腔21之间设有助燃/燃料掺混孔802，助燃/燃料掺混孔802具有使其开合的孔盖板803。

实施例中，无轴式旋流装置9的内端设有密封结构7，从而保证来自特斯拉阀8出口处的富氢气体在无轴式旋流装置9处只能通过进气孔1401进入燃烧室燃烧。

作为优选的方案，助燃气体进气系统还包括多孔陶瓷蓄热装置13，多孔陶瓷蓄热装置13位于燃烧室的进气通道内、第一气体腔的外侧，在多孔陶瓷蓄热装置13上设有预热助燃气体入口，并设有预热助燃气体入口阀门11，螺旋气体预热段的助燃气体出口与多孔陶瓷蓄热装置13的预热助燃气体入口相连通；特斯拉阀8周向布置在多孔陶瓷蓄热装置13外周的燃烧器本体壁面201内，如图7所示，多孔陶瓷蓄热装置13外周为富氢气体的进气通道，多孔陶瓷蓄热装置13内为助燃气体的进气通道，二者通过多孔陶瓷蓄热装置外侧壁面901隔离；第一气体腔21位于多孔陶瓷蓄热装置与通道盖板之间。多孔陶瓷蓄热装置13既能够使助燃气体流动更加均匀，也能够起到一定的蓄热储能作用。

螺旋气体预热段18上分布有射流小孔，实施例中，射流小孔设置在在螺旋气体预热段18上靠近燃烧室的部分，射流小孔提供部分助燃气体进入燃烧室，起到助燃和降低燃烧室温度的作用。射流小孔提供部分助燃气体进入燃烧室，带来二次助燃气体，可以稀释超温的富氢火焰，防止超温和热应力导致的热力。

富氢气体进气系统还包括压气机，富氢燃料储存系统10的出口与压气机的出口相连后的整体连通至特斯拉阀8，来自压气机的风与氢气掺混后进入特斯拉阀8。

还包括控制系统，控制系统连接控制动力装置的工作及各阀门的开闭。具体的，可在系统各个装置的连通管道处可以设置气体流量调节阀，用于控制气体流量；将流量调节阀与控制系统连接，从而能够实现智能控制整个系统的流量。

控制系统还可与动力装置的连接。在实施例中，动力装置为电动机6，电动机6设有电机控制器602，通过电机控制器602调节电动机6转速，电动机6由直流电源601供电；将电动机6的电机控制器602与控制系统连接，实现对于动力装置的控制。

本发明的无轴式富氢气体燃烧器工作时，来自送风机4的助燃气体在螺旋气体预热段18中预热后进入燃烧室的进气通道；若燃烧室的进气通道外侧设有多孔陶瓷蓄热装置13，则经过多孔陶瓷蓄热装置13后再进入燃烧室的进气通道。

本发明具有良好的灵活性和鲁棒性，燃烧模态可切换，助燃气体和富氢气体可以在燃烧器内进行扩散燃烧、预混燃烧或半预混燃烧，根据通道盖板801、孔盖板803的开/闭状态可进行不同模态的燃烧：

1、通道盖板801打开、孔盖板803关闭时，富氢气体从特斯拉阀8进入旋流叶片14并从旋流叶片14的叶片体表面出气孔1403流出，助燃气体从进气通道进入燃烧室，助燃气体与富氢气体在燃烧器内进行扩散燃烧；

2、通道盖板801关闭、孔盖板803打开时，富氢气体从特斯拉阀8进入第二气体腔22，助燃气体从第一气体腔21经过孔盖板803进入第二气体腔22，助燃气体与第二气体腔22内的富氢气体共同进入旋流叶片14，并从旋流叶片14的叶片体表面出气孔1403混合流出，在燃烧室进行预混燃烧；

3、通道盖板801半合、孔盖板803打开时，富氢气体从特斯拉阀8进入第二气体腔22，一部分助燃气体从进气通道进入燃烧室，另一部分助燃气体从孔盖板803进入第二气体腔22，与第二气体腔22内的富氢气体共同进入旋流叶片14，从旋流叶片14的叶片体表面出气孔1403混合流出，此时燃烧室中为半预混燃烧。

通过切换燃烧模态，可实现分段式配风，如使富氢气体一部分直接进燃烧室，另一部分与助燃气体在气体腔混合后再进入燃烧室，从而降低风阻和节流损失，提高燃气轮机效率，降低氮氧化物排放。

本发明燃烧产生的烟气可以用于余热锅炉、燃气轮机等动力装置。

本发明的无轴式富氢气体燃烧器(简称燃烧器)具有以下优势特点：

助燃气体梯级预热：螺旋气体预热段18螺旋式的布置在燃烧器本体1的燃烧室及烟气排出通道的侧壁上，利用燃烧尾部余热来预热燃烧所需的助燃气体；并通过陶瓷蓄热装置储存部分热量，提高能量利用效率。

防爆燃、防回火的进气：经过特斯拉阀8和多孔介质1405填充的旋流叶片14设计，使富氢气体进入该燃烧器后不会出现爆燃或回火现象。

无轴式电动燃烧：通过该设计，有效防止富氢气体燃烧时的回火和高热应力问题，可以通过电动机6调节旋流叶片14转速。

本发明的燃烧器没有中心轴，取消了传统燃烧器的钝体稳燃结构。

本发明可实现富氢气体的安全、清洁、高效燃烧；富氢气体的安全、稳定燃烧特别适合氢能资源丰富而缺少其他燃料的地区使用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种无轴式富氢气体燃烧器，其特征在于：包括燃烧器本体、富氢气体进气系统和助燃气体进气系统；燃烧器本体具有燃烧室和烟气排出通道；在燃烧室中设有旋流叶片，旋流叶片安装在无轴式旋流装置上，无轴式旋流装置连接使其转动的动力装置，通过无轴式旋流装置使旋流叶片在燃烧室中旋转；所述的旋流叶片的根部具有进气口，旋流叶片的叶片体表面分布有出气孔，旋流叶片的叶片体内填充有多孔介质；从富氢气体进气系统进入燃烧器本体的富氢气体通过旋流叶片根部的进气口进入旋流叶片，经过叶片体内的多孔介质，从叶片体表面的出气孔进入燃烧室，与从助燃气体进气系统进入燃烧器本体的助燃气体在燃烧室内燃烧；

燃烧室的进气通道设有可开闭的通道盖板；通道盖板打开时，助燃气体进气系统中的助燃气体从打开的通道盖板处进入燃烧室；

富氢气体进气系统包括富氢燃料储存系统和特斯拉阀，特斯拉阀具有特斯拉阀入口和特斯拉阀出口；所述的富氢燃料储存系统通过富氢气体管路连接至特斯拉阀入口，特斯拉阀出口连通至旋流叶片根部的进气口，富氢气体管路设有富氢气体阀门；

特斯拉阀设于燃烧室的进气通道周围；燃烧室的进气通道中，在特斯拉阀与通道盖板外侧围绕的空间形成第一气体腔，特斯拉阀的出口处具有第二气体腔，第二气体腔末端连接至无轴式旋流装置的进气孔，从而与旋流叶片根部的进气口连通，无轴式旋流装置的内端设有密封结构，以使第二气体腔中的气体只能从进气孔处进入无轴式旋流装置；第二气体腔与第一气体腔之间设有助燃/燃料掺混孔，助燃/燃料掺混孔具有使其开合的孔盖板；

助燃气体和富氢气体在燃烧器内进行扩散燃烧、预混燃烧或半预混燃烧，根据通道盖板、孔盖板的开/闭状态进行不同模态的燃烧：

通道盖板打开、孔盖板关闭时，富氢气体从特斯拉阀进入旋流叶片并从旋流叶片的叶片体表面出气孔流出，助燃气体从进气通道进入燃烧室，助燃气体与富氢气体在燃烧器内进行扩散燃烧；

通道盖板关闭、孔盖板打开时，富氢气体从特斯拉阀进入第二气体腔，助燃气体从第一气体腔经过孔盖板进入第二气体腔，助燃气体与第二气体腔内的富氢气体共同进入旋流叶片，并从旋流叶片的叶片体表面出气孔混合流出，在燃烧室进行预混燃烧；

通道盖板半合、孔盖板打开时，富氢气体从特斯拉阀进入第二气体腔，一部分助燃气体从进气通道进入燃烧室，另一部分助燃气体从孔盖板进入第二气体腔，与第二气体腔内的富氢气体共同进入旋流叶片，从旋流叶片的叶片体表面出气孔混合流出，此时燃烧室中为半预混燃烧。

2.根据权利要求1所述的无轴式富氢气体燃烧器，其特征在于：所述的无轴式旋流装置为一环状结构，所述的旋流叶片安装在无轴式旋流装置的内侧壁面上，在无轴式旋流装置上分布有贯穿其侧壁的进气孔，进气孔连通旋流叶片根部的进气口；多孔介质采用金属多孔材料、陶瓷多孔材料或石膏多孔材料；叶片体表面的出气孔为毫米级小孔。

3.根据权利要求2所述的无轴式富氢气体燃烧器，其特征在于：所述的动力装置为电动机，电动机连接并带动旋转杆转动，无轴式旋流装置上设有环绕其外壁面的第一齿轮，旋转杆的末端连接有第二齿轮，旋转杆的第二齿轮与无轴式旋流装置的第一齿轮相啮合，通过第一齿轮、第二齿轮的配合使旋转杆转动时带动无轴式旋流装置旋转；所述的进气孔设于第一齿轮的齿与齿之间。

4.根据权利要求3所述的无轴式富氢气体燃烧器，其特征在于：所述的助燃气体进气系统包括送风机和螺旋气体预热段，所述的螺旋气体预热段为用于预热助燃气体的螺旋形环绕的气体管路，所述的螺旋气体预热段螺旋式布置在燃烧器本体的燃烧室及烟气排出通道的内侧壁上，螺旋气体预热段一端具有助燃气体入口、另一端具有助燃气体出口，并分别设有阀门；送风机的送风出口与螺旋气体预热段的助燃气体入口连通，螺旋气体预热段中的助燃气体流动方向与烟气排出通道的烟气流动方向相反； 燃烧室具有使助燃气体进入的进气通道，螺旋气体预热段的助燃气体出口与燃烧室的进气通道相连通。

5.根据权利要求1所述的无轴式富氢气体燃烧器，其特征在于：所述的助燃气体进气系统还包括多孔陶瓷蓄热装置，多孔陶瓷蓄热装置位于燃烧室的进气通道内、第一气体腔的外侧，在多孔陶瓷蓄热装置上设有预热助燃气体入口，并设有预热助燃气体入口阀门，螺旋气体预热段的助燃气体出口与多孔陶瓷蓄热装置的预热助燃气体入口相连通；所述的特斯拉阀周向布置在多孔陶瓷蓄热装置外周的燃烧器本体壁面内，多孔陶瓷蓄热装置外周为富氢气体的进气通道，多孔陶瓷蓄热装置内为助燃气体的进气通道，二者通过多孔陶瓷蓄热装置外侧壁面隔离；第一气体腔位于多孔陶瓷蓄热装置与通道盖板之间。

6.根据权利要求4所述的无轴式富氢气体燃烧器，其特征在于：所述的螺旋气体预热段上分布有射流小孔；所述的富氢气体进气系统还包括压气机，富氢燃料储存系统的出口与压气机的出口相连后的整体连通至特斯拉阀，来自压气机的风与氢气掺混后进入特斯拉阀。

7.根据权利要求1所述的无轴式富氢气体燃烧器，其特征在于：还包括控制系统，控制系统连接控制动力装置的工作及各阀门的开闭。