CN116447592A - 一种氨氢融合零碳燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氨氢融合零碳燃烧器，包括燃烧室、烟气循环管道、分级预热装置、热管换热装置和助燃气体旋流装置。通过强旋流配比的方法，设置助燃气体旋流装置，使用高低旋流数和轴向纵向旋流数布置方式来提高配风，从而加强混合；充分、高效地利用了高温烟气的热量，一定程度上避免了高品质热能的损失，起到了节能、减排的作用，可满足用户节能、清洁、安全稳定燃烧氨气的需求；采用富氢气体作为燃料，在燃烧室中心设置H₂扩散值班火焰，可以达到稳焰的效果；通过热管换热器、助燃气体旋流装置等装置的配合使用，解决了氨气着火温度高，着火时间长，不易点燃和氨燃烧不稳定的问题；发明经济性高，可调节性高，符合减碳、零碳生产的目标。

Description

一种氨氢融合零碳燃烧器

技术领域

本发明涉及工业清洁燃烧技术领域，具体涉及一种氨氢融合零碳燃烧器。

背景技术

在碳减排的大背景下，氨气作为燃料具有便于运输、零碳、热值高、安全性高等优点，但由于氨气存在着火温度较高、着火延迟时间长、火焰传播速度慢、可燃极限窄、不易稳定燃烧的问题，当前仍没有可靠的氨气稳定燃烧装置。

因此，为了实现零碳的氨能源综合利用，亟需提供一种氨氢融合零碳燃烧器，来解决氨气燃烧过程存在的着火和稳燃问题。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种氨氢融合零碳燃烧器，以解决氨气燃烧过程存在的着火和稳燃问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种氨氢融合零碳燃烧器，其特征在于：包括燃烧室、烟气循环管道、分级预热装置和热管换热装置，所述燃烧室包括燃烧腔和供气腔，所述供气腔的下端开设有氨燃料进气管道，所述氨燃料进气管道与氨燃料供给装置相连通，供气腔的中心垂直固定有氢燃料进气管道，所述氢燃料进气管道的下端伸出供气腔，并与氢燃料供给装置相连通；

供气腔的上端设有助燃气体旋流装置，所述助燃气体旋流装置的上端向上延伸有分隔壁，所述分隔壁呈环状设置在燃烧腔内，并将燃烧腔分隔为内燃烧腔和外进气腔；所述助燃气体旋流装置的中间设有可供内燃烧腔和供气腔相连通的通孔，助燃气体旋流装置的通孔的侧壁设为与通孔相连通的空腔，所述空腔内等间距环绕设有数个三角旋流装置，所述三角旋流装置的横截面呈锐角三角形，且锐角端指向通孔，助燃气体旋流装置的外侧等间距设有四个富氧空气进气管道，所述富氧空气进气管道与助燃气体旋流装置的相接孔为富氧高温气体出气孔，所述富氧高温气体出气孔高出助燃气体旋流装置的上端面，并分别与助燃气体旋流装置的空腔和外进气腔相连通，所述分隔壁的上端设有二次风进气孔，所述二次风进气孔位于富氧高温气体出气孔的上方；所述燃烧室侧壁上设有可伸入内燃烧腔的点火器点火孔；

所述内燃烧腔的上端通过烟气循环管道与分级预热装置的上端相连通，所述热管换热装置包括吸热部分热管换热装置、放热部分热管换热装置、蒸汽管道和冷凝液管道，所述分级预热装置的内腔壁的下端设有螺旋管状的吸热部分热管换热装置，所述供气腔的内腔壁中设有螺旋管状的放热部分热管换热装置，所述放热部分热管换热装置的水平高度高于吸热部分热管换热装置，吸热部分热管换热装置的上端端口通过蒸汽管道与放热部分热管换热装置的上端端口相连通，吸热部分热管换热装置的下端端口通过冷凝液管道与放热部分热管换热装置的下端端口相连通；所述分级预热装置的内腔壁的上端设有螺旋管状的富氧空气预热螺旋管，所述富氧空气预热螺旋管的下端接口伸出分级预热装置与空气进气管道相连通，所述空气进气管道上连通有富氧气体进气管道，所述富氧气体进气管道中设有可调节阀门，富氧气体进气管道用于与富氧气体供给装置相连通，富氧空气预热螺旋管的上端接口伸出分级预热装置通过五通接头分别与四个富氧空气进气管道相连通；所述分级预热装置内腔的下端设为漏斗状结构，且中心开设有低温烟气排气管道。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，还包括可调节前缘钝体，所述可调节前缘钝体包括数块稳流装置，数块所述稳流装置可拼接呈环状，并通过稳流装置的内侧壁环绕贴合在所述氢燃料进气管道的外壁上，稳流装置的外侧壁上通过螺栓螺母装置固定有固定杆；所述供气腔内固定有燃烧器壁面稳流装置，所述燃烧器壁面稳流装置的中间开设有直径大于稳流装置拼接后环状最大直径的圆孔，燃烧器壁面稳流装置上开设有可供固定杆伸出燃烧室的固定通孔。

进一步地，所述供气腔的下端与氨燃料进气管道相接处设有防回火波纹板，所述防回火波纹板的中间设有可供氢燃料进气管道穿过的通孔，防回火波纹板位于氨燃料进气管道上方的位置设有可供氨燃料输入的防回火波纹板通孔。

进一步地，所述氢燃料进气管道的下端设有空腔，所述空腔内设有小防回火波纹板，氢燃料进气管道内位于小防回火波纹板的上方围绕氢燃料进气管道的轴心等间距设有数条氢燃料喷管，所述氢燃料喷管的上端呈Z字型设置，且越往上氢燃料喷管之间的间距越小，氢燃料喷管出口设置在氢燃料进气管道的顶端。

进一步地，还包括数个微波发生装置，所述微波发生装置包括波导管、磁控管和散热片，所述微波发生装置的下端底座固定在位于外进气腔的助燃气体旋流装置的上端，所述底座上固定有一根磁控管，所述磁控管外侧环绕设置有数片散热片，磁控管的上端设有波导管，所述波导管与所述内燃烧腔相连通，磁控管分别通过导线穿出燃烧室与电源电连接；数个微波发生装置等间距环绕设置在外进气腔内。

进一步地，所述烟气循环管道内设有烟气和蒸汽换热装置。

进一步地，所述空气进气管道的进气口处设有送风机。

进一步地，所述低温烟气排气管道的出口处设有引风机。

进一步地，所述锐角端的锐角γ的角度范围为5°至75°。

进一步地，所述四个富氧空气进气管道呈90°的夹角分别与助燃气体旋流装置的外侧相切设置。

本发明的有益效果是：

1.本发明的燃烧器具有缩短氨气着火时间的功能。氨气具有着火时间长的特点，导致在燃烧时不易被点燃。本发明通过一种具有一定喷射角度的氢燃料喷管的设计，采用交叉射流使富氢气体形成值班火焰的同时与氨气进行微混合，使其着火时间变短。富氢气体在使用少量后可以退出。

2.本发明中的氢燃料进气管道采用富氢气体作为燃料，在燃烧室中心设置H2扩散值班火焰，可以达到稳焰的效果，富氢气体的流量以及流速可调节，燃烧功率可调节，便于点火。本发明的空气进气管道、富氧气体进气管道、预热富氧空气进气管道都设置有气体阀门，具有良好的可调节性。

3.本发明具有降低氨着火难度的功能。其中，热管换热器采用分离式螺旋热管设计，其吸热部分可以吸收分级预热装置内高温烟气的热量，使其内工质汽化形成高温蒸汽，进入燃烧器壁面，与氨燃料进行换热，预热氨燃料使其温度上升，工质冷凝后流回分级预热装置，形成循环，使得氨气更容易被点燃。

4.本发明具有稳定氨燃烧火焰的功能。采用助燃气体旋流装置，通过强旋流配比的方法，设置助燃气体旋流装置，使用高低旋流数和轴向纵向旋流数布置方式来提高配风，从而加强混合，使得高温助燃气体与氨气充分换热，减少氮氧化物NOx排放，实现清洁燃烧。

5.本发明中的烟气循环管道与分级预热装置采取烟气循环设计，实现能量梯级利用，减小了低温烟气带来的能量损耗。烟气进入烟气循环管道后进入分级预热装置，在第一阶段，高温烟气在烟气循环管道中与烟气和蒸汽换热装置中的介质换热，产生大量蒸汽供工业使用。烟气由高温转变为中温，第二阶段，在分级预热装置中，高温烟气可以与富氧空气预热螺旋管内的富氧气体进行换热，使富氧气体升温后进入燃烧室，减少了燃烧室内能量损耗，烟气由中温变为低温。第三阶段，低温烟气和热管换热装置内工质换热。使工质可以发生相变，进而对燃烧前的燃料预热。最后，烟气温度下降至约120摄氏度左右，由低温烟气排气管道排出。其中，富氧气体通过预热富氧空气进气管道、富氧高温气体出气孔进入燃烧室，进一步提高了燃烧室内气体温度，有利于氨气稳定燃烧。

6.本发明采用微波发生装置用于加热燃烧室内气体，具有稳燃功能。其中，微波发生装置通电后向燃烧室内发射电磁波，可以使燃烧室内气体温度上升，增强燃烧室内辐射强度，达到使氨燃料气体稳定燃烧的效果，尤其在极端情况下，当燃烧室整体温度下降时，火焰稳定性下降，微波发生装置能够更好的稳燃火焰，从而防止熄火。

7.本发明具有对氨气气流稳流的功能，可以有效保持其边界层。其中，可调节前缘钝体以及燃烧器壁面稳流装置角度及相对位置可调节，使得稳流系统具有多自由度调节的功能。

8.本发明可以有效减少氮氧化物排放，减少氨气燃尽时间。助燃气体可由二次风进气孔进入燃烧室，形成浓淡分层燃烧，形成燃烧室内的富燃料和贫燃料区域，有利于缩短氨火焰长度，从而减少燃尽时间，控制污染物排放。

9.本发明同时考虑到了氢气和氨气回火问题的解决。氢燃料喷管采用毫米级小孔，氢燃料进气管道处设有防回火波纹板解决回火的问题，同样地，氨气进气段也设有防回火波纹板解决回火的问题。

附图说明

图1为本发明所提出的一种氨氢融合零碳燃烧器的整体结构剖视图；

图2为本发明所提出的一种氨氢融合零碳燃烧器的燃烧室的部分结构示意图；

图3为本发明所提出的一种氨氢融合零碳燃烧器的助燃气体旋流装置的俯视剖图；

图4为本发明所提出的一种氨氢融合零碳燃烧器的富氧空气进气管道中气体流向示意图；

图5为本发明所提出的一种氨氢融合零碳燃烧器的燃烧器壁面稳流装置中可调节前缘钝体的工作情况示意图；

图6为本发明所提出的一种氨氢融合零碳燃烧器的可调节前缘钝体的结构示意图；

图7为本发明所提出的一种氨氢融合零碳燃烧器的燃烧器壁面稳流装置的结构剖视图；

图8为本发明所提出的一种氨氢融合零碳燃烧器的氢燃料进气管道的结构剖视图；

图9为本发明所提出的一种氨氢融合零碳燃烧器的热管换热装置的工作情况示意图；

图10为本发明所提出的一种氨氢融合零碳燃烧器的富氧高温气体出气孔输入的气体的流向示意图；

图11为本发明所提出的一种氨氢融合零碳燃烧器的二次风进气孔的结构剖视图；

图12为本发明所提出的一种氨氢融合零碳燃烧器的微波发生装置的结构剖视图。

附图标记：

1、烟气循环管道，2、分级预热装置，3、可调节阀门，4、富氧空气预热螺旋管，5、富氧气体进气管道，6、空气进气管道，7、热管换热装置，8、低温烟气排气管道，9、富氧空气进气管道，10、助燃气体旋流装置，11、燃烧器壁面稳流装置，12、防回火波纹板，13、氨燃料进气管道，14、防回火波纹板通孔，15、氢燃料进气管道，16、可调节前缘钝体，17、富氧高温气体出气孔，18、微波发生装置，19、二次风进气孔，20、点火器点火孔，21、烟气和蒸汽换热装置，22、送风机，23、引风机，701、吸热部分热管换热装置，702、放热部分热管换热装置，703、蒸汽管道，704、冷凝液管道，1001、三角旋流装置，1101、固定通孔，1501、氢燃料喷管，1502、小防回火波纹板，1503、氢燃料喷管出口，1601、稳流装置，1602、固定杆，1603、螺栓螺母装置，1801、波导管，1802、磁控管，1803、散热片。

实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如附图1所示，本发明实施例的一种氨氢融合零碳燃烧器，包括燃烧室、烟气循环管道1、分级预热装置2和热管换热装置7，燃烧室包括燃烧腔和供气腔，供气腔的下端开设有氨燃料进气管道13，氨燃料进气管道13与氨燃料供给装置相连通，供气腔的中心垂直固定有氢燃料进气管道15，氢燃料进气管道15的下端伸出供气腔的下端，并与氢燃料供给装置相连通；其中，氨燃料进气管道13可绕氢燃料进气管道15环形分布数个；

供气腔的上端设有助燃气体旋流装置10，助燃气体旋流装置10的上端向上延伸有分隔壁，分隔壁呈环状设置在燃烧腔内，并将燃烧腔分隔为内燃烧腔和外进气腔；助燃气体旋流装置10的中间设有可供内燃烧腔和供气腔相连通的通孔，氢燃料进气管道15的上端面与助燃气体旋流装置10的下端面相平齐，且氢燃料进气管道15上端面面积小于通孔的面积，以此保证氢燃料和氨燃料能够与助燃气体充分混合；助燃气体旋流装置10的通孔的侧壁设为与通孔相连通的空腔，空腔内等间距环绕设有数个三角旋流装置1001，三角旋流装置1001的横截面呈锐角三角形，且锐角端指向通孔，以此通过数个三角旋流装置1001之间的间隙形成引流，并使得气体在引流的作用下形成旋流，助燃气体旋流装置10的外侧等间距设有四个富氧空气进气管道9，富氧空气进气管道9与助燃气体旋流装置10的相接孔为富氧高温气体出气孔17，富氧高温气体出气孔17高出助燃气体旋流装置10的上端面，并分别与助燃气体旋流装置10的空腔和外进气腔相连通，分隔壁的上端设有二次风进气孔19，二次风进气孔19位于富氧高温气体出气孔17的上方；燃烧室侧壁上设有可伸入内燃烧腔的点火器点火孔20，可通过外部点火器来点燃内燃烧腔内的燃料；

内燃烧腔的上端通过烟气循环管道1与分级预热装置2的上端相连通，热管换热装置7包括吸热部分热管换热装置701、放热部分热管换热装置702、蒸汽管道703和冷凝液管道704，分级预热装置2的内腔壁的下端设有螺旋管状的吸热部分热管换热装置701，供气腔的内腔壁中设有螺旋管状的放热部分热管换热装置702，放热部分热管换热装置702的水平高度高于吸热部分热管换热装置701，吸热部分热管换热装置701的上端端口伸出分级预热装置2并通过蒸汽管道703与放热部分热管换热装置702的上端端口相连通，吸热部分热管换热装置701的下端端口伸出分级预热装置2并通过冷凝液管道704与放热部分热管换热装置702的下端端口相连通；分级预热装置2的内腔壁的上端设有螺旋管状的富氧空气预热螺旋管4，富氧空气预热螺旋管4的下端接口伸出分级预热装置2与空气进气管道6相连通，空气进气管道6上连通有富氧气体进气管道5，富氧气体进气管道5中设有可调节阀门3，富氧气体进气管道5用于与富氧气体供给装置相连通，富氧空气预热螺旋管4的上端接口伸出分级预热装置2通过五通接头分别与四个富氧空气进气管道9相连通；分级预热装置2内腔的下端设为漏斗状结构，且中心开设有低温烟气排气管道8，以供燃烧产生的氮气和水蒸气在余热被分级吸收后排出。在本实施例中，本装置在燃烧时使用零碳燃料氢气和氨气，可实现超净燃烧，生产过程中只产生水蒸气和氮气，没有污染物排放，可通过低温烟气排气管道8排出。同时，富氧气体进气管道5、空气进气管道6、氢燃料进气管道15、氨燃料进气管道13、低温烟气排气管道8等均设置有阀门，可通过阀门调节进入、流出流体的流量。可以根据工业过程对蒸汽或热水的实际需求，调节氨燃料和氢燃料的进气量以及掺混比例，并通过燃烧器配风量和富氧气体流量来动态调整燃烧过程，实现高效、清洁燃烧。

以此，通过助燃气体旋流装置10的设置，使得来自富氧空气进气管道9的富氧空气在进入助燃气体旋流装置10后，由三角旋流装置1001引导以周向旋流的形式进入内燃烧腔，从而通过周向旋流进气进行稳燃，使用高低旋流数和轴向纵向旋流数布置方式来提高配风，从而加强混合，减少氮氧化物NOx排放，减少燃烧产生的污染物的排放。通过氢燃料进气管道15输入富氢气体作为燃料，在内燃烧腔的中心设置富氢气体扩散值班火焰，可以达到稳定氨燃料火焰的效果，富氢气体值班火焰便于氨燃料点火，富氢气体还可以降低低活性的氨燃料着火温度；其中，富氢气体的流量以及流速可通过设置阀门等装置进行调节，从而使富氢气体的燃烧功率可调节。具体的，如附图3，4所示，来自预热富氧空气进气管道9的富氧气体可进入助燃气体旋流装置10，并由三角旋流装置1001形成周向旋流进入燃烧室。采用周向旋流进气具有稳燃、减少氮氧化物排放的功能。如附图3所示的预热富氧空气进气管道9共有四处管道出口，并以90°的夹角均匀分布，使助燃气体均匀的由助燃气体旋流装置进入燃烧室。图中箭头为助燃空气进气方向。对应的，如图4所示，预热富氧空气进气管道9的入口处分别有四处通道，预热富氧空气进气管道9的四个入口与四个出口分别对应连通，可以使富氧气体均匀进入助燃气体旋流装置。

通过热管换热器7的设置可以将烟气的热量进一步利用与给氨气进行预热，整个装置能够实现氨气的稳定、安全、清洁燃烧；燃烧产生的烟气通过烟气循环管道1进入分级预热装置2，对富氧空气预热螺旋管4内的富氧气体进行预热，并供吸热部分热管换热装置701进行吸热，可以对氨气和富氧助燃气体进行预热，使其更容易被点燃，同时也实现了能量梯级利用的目标，提高系统经济性，热管换热装置7中工质的种类，工质的流量可根据实际情况改变。其中，整个热管换热装置7中的冷凝液在吸热段吸收热量后汽化形成高温蒸汽通过蒸汽管道703进入放热段，对氨气进行预热后蒸汽冷凝形成冷凝液通过冷凝液管道704回落至吸热段。蒸汽、冷凝液流向如附图9中箭头所示。热管换热装置7充分、高效利用热能，实现了能量的梯级利用，减少了能量的浪费，同时对氨气进行预热使其更容易被点燃。

通过富氧高温气体出气孔17的设置，使得来自富氧空气进气管道9的富氧助燃气体可以由助燃气体旋流装置10进入内燃烧腔，也可以经过二次风进气孔19进入内燃烧腔，从而在进入内燃烧腔后形成浓淡分层燃烧，形成内燃烧腔的富燃料和贫燃料区域。其中，二次风进气孔19的数量，几何形状和开孔角度均可根据实际情况调节。在本实施例中，氢燃料进气管道15输入的富氢气体可以是纯氢气、富氢的可再生气体、合成气或含氢的工业废气，燃烧过程不产生二氧化碳，通过富氧燃烧、烟气循环以及分离式螺旋热管等方法，实现能量的梯级利用，最大化的为工业用户提供高品质的水蒸气或热水。

通过热管换热器7、助燃气体旋流装置10等装置的配合使用，解决了氨气着火温度高，着火时间长，不易点燃和氨燃烧不稳定的问题；同时充分、高效地利用了高温烟气的热量，一定程度上避免了高品质热能的损失，起到了节能、减排的作用，可满足用户节能、清洁、安全稳定燃烧氨气的需求；发明经济性高，可调节性高，符合减碳、零碳生产的目标。

在另一组实施例中，如附图5，6，7所示，还包括可调节前缘钝体16，可调节前缘钝体16包括数块稳流装置1601，数块稳流装置1601可拼接呈环状，并通过稳流装置1601的弧形内侧壁环绕贴合在氢燃料进气管道15的外壁上，稳流装置1601的外侧壁上通过螺栓螺母装置1603固定有固定杆1602；供气腔内固定有燃烧器壁面稳流装置11，燃烧器壁面稳流装置11的中间开设有直径大于稳流装置1601拼接后环状最大直径的圆孔，以此可供氨燃料进气管道13输入的氨燃料进入内燃烧腔，燃烧器壁面稳流装置11上开设有可供固定杆1602伸出燃烧室的固定通孔1101。在本实施例中，如附图6所示，固定杆1602与稳流装置1601竖向切面的夹角α可通过由一对螺栓与螺母进行调节设置，其夹角α可在20°至90°范围内调节。其中，如附图7所示，供气腔内壁面与燃烧器壁面稳流装置11的夹角β可在20°至160°范围内调节。使用时，可调节前缘钝体16与燃烧器壁面稳流装置11相对位置可沿固定通孔1101中轴线方向进行伸缩调节，从而调节相邻的稳流装置1601之间相临边距离X。该装置可实现多自由度调节，可以有效的保持边界层，使氨气稳定燃烧。有效缓解了氨燃料燃烧不稳定的问题。

在另一组实施例中，如附图1所示，供气腔的下端与氨燃料进气管道13相接处设有防回火波纹板12，防回火波纹板12的中间设有可供氢燃料进气管道15穿过的通孔，防回火波纹板12位于氨燃料进气管道13上方的位置设有可供氨燃料输入的防回火波纹板通孔14。在本实施例中，可调节前缘钝体16通过燃烧器壁面稳流装置11设置在防回火波纹板12的上方。使用时，氨燃料气体由氨燃料进气管道13进入，经过防回火波纹板通孔14后，再经稳流装置1601和燃烧器壁面稳流装置11的中间圆孔之间的间隙进入助燃气体旋流装置10的通孔处，与来自氢燃料进气管道15的富氢气体及来自助燃气体旋流装置10的富氧助燃气体进行混合，并在来自助燃气体旋流装置10的富氧助燃气体的作用下燃烧。

在另一组实施例中，如附图8所示，氢燃料进气管道15的下端设有空腔，空腔内设有小防回火波纹板1502，氢燃料进气管道15内位于小防回火波纹板1502的上方围绕氢燃料进气管道15的轴心等间距设有数条氢燃料喷管1501，氢燃料喷管1501的上端呈Z字型设置，且越往上氢燃料喷管1501之间的间距越小，氢燃料喷管出口1503设置在氢燃料进气管道15的顶端。在本实施例中，通过氢燃料进气管道15的空腔可以保证富氢气体均匀进入氢燃料喷管1501，通过氢燃料喷管1501上端的Z字型设置，可以形成交叉射流状态与富氧助燃气体混合进入内燃烧腔，使富氢气体形成值班火焰的同时与氨气进行微混合，采用扩散燃烧模式，使其着火时间变短。一方面，值班火焰可以起到稳焰的效果，提高氨气燃烧稳定性；另一方面，富氢气体值班火焰燃烧温度高，进而提高了燃烧室温度，有助于缓解氨气着火困难的问题。其中，富氢气体通过氢燃料进气管道15高速射出，其燃料射出速度和流量可随着氨气燃烧功率通过阀门进行调节，其喷射角度可通过预制氢燃料喷管1501的上端Z字型结构进行预设调节，具体可调整如附图8所示的，氢燃料喷管出口1503与氢燃料进气管道15的顶面的夹角δ，其中δ可以在0°至90°之间调节。在本实施例中，氢燃料喷管出口1503采用毫米级小孔，孔的相对位置、数量、几何形状均可按需进行调节，以有利于清洁燃烧，减少污染物的排放。采用交叉射流从而进行微混合的设计，有利于进一步缩短氨气的着火时间，解决氨气着火时间长的问题。

在另一组实施例中，如附图1,10,12所示，还包括数个微波发生装置18，微波发生装置18包括波导管1801、磁控管1802和散热片1803，微波发生装置18的下端底座固定在位于外进气腔的助燃气体旋流装置10的上端，底座上固定有一根磁控管1802，磁控管1802外侧环绕设置有数片散热片1803，磁控管1802的上端设有波导管1801，波导管1801与内燃烧腔相连通，磁控管1802分别通过导线穿出燃烧室与电源电连接；数个微波发生装置18等间距环绕设置在外进气腔内。以此，通过波导管1801将磁控管1802发射的微波导入内燃烧腔；当氨火焰燃烧不稳定或内燃烧腔内的温度偏低时，可以通过供电磁控管1802来开启微波发生装置18，使磁控管1802发出的电磁波由波导管1801进入内燃烧腔，以增强内燃烧腔内的辐射强度，使内燃烧腔内的极性分子运动加剧，气体温度上升，有效提高氨气燃烧的稳定性；尤其是燃烧系统的富氢气体退出后，当燃烧器整体热功率下降，氨燃料燃烧温度低的时候，可以开启微波发生装置18，从而稳定火焰，防治熄火。在使用时，从富氧高温气体出气孔17进入的富氧助燃空气会经过微波发生装置18，从而吸收微波发生装置18工作时产生的热量，给微波发生装置18散热的同时，可以把热量带到内燃烧腔中，进一步助燃。

在另一组实施例中，如附图1所示，烟气循环管道1内设有烟气和蒸汽换热装置21；以此通过烟气和蒸汽换热装置21的设置，使得烟气循环管道1内的高温烟气可与烟气和蒸汽换热装置21中的介质换热，产生大量蒸汽可供工业使用。

在另一组实施例中，空气进气管道6的进气口处设有送风机22。

在另一组实施例中，低温烟气排气管道8的出口处设有引风机23。

在另一组实施例中，如附图3所示，三角旋流装置1001的锐角端的锐角γ的角度范围为5°至75°。其中，三角旋流装置1001的数量、尺寸和间距均可按需调节设置。

在另一组实施例中，如附图3所示，四个富氧空气进气管道9呈90°的夹角分别与助燃气体旋流装置10的外侧相切设置；以此，有助于使助燃气体均匀呈旋流状涌入助燃气体旋流装置10的通孔，如附图3中所示的箭头为富氧助燃空气的进气方向。

本装置可实现氨气的稳定，清洁，安全燃烧，能有效减少氨气着火时间。具体使用时，氨燃料进气管道13的氨气经过由可调节前缘钝体16和燃烧器壁面稳流装置11组成的稳流系统后进入燃烧室，点火器通过点火器点火孔20使燃料开始燃烧。稳流系统可以起到保持氨气边界层，使燃烧稳定的作用。来自氢燃料进气管道15的富氢气体经过氢燃料喷管1501进入内燃烧腔燃烧形成值班火焰，同时，来自富氧高温气体出气孔17的助燃空气分别由助燃气体旋流装置10和二次风进气孔19进入内燃烧腔，分别形成周向旋流和二次进风，起到稳燃和浓淡分层燃烧的效果。如附图1中的箭头方向为烟气流动方向、烟气和蒸汽换热装置21中介质的流动方向。

燃烧产生的烟气进入烟气循环管道1再进入分级预热装置2。送风机22由空气进气管道6向富氧空气预热螺旋管4送入来自空气进气管道的空气和来自和富氧气体进气管道5的富氧气体，使其被高温烟气预热，后经预热富氧空气进气管道9，从富氧高温气体出气孔17出，从而进入内燃烧腔，实现了能量的梯级利用，减少了热能的损失。在烟气循环管道1中的高温烟气通过烟气和蒸汽换热装置21与管道中的介质换热，产生大量蒸汽供工业使用。同时，可在引风机23的作用下，通过低温烟气排气管道8调节分级预热装置中的压力，排出废气。

需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种氨氢融合零碳燃烧器，其特征在于：包括燃烧室、烟气循环管道（1）、分级预热装置（2）和热管换热装置（7），所述燃烧室包括燃烧腔和供气腔，所述供气腔的下端开设有氨燃料进气管道（13），所述氨燃料进气管道（13）与氨燃料供给装置相连通，供气腔的中心垂直固定有氢燃料进气管道（15），所述氢燃料进气管道（15）的下端伸出供气腔，并与氢燃料供给装置相连通；

供气腔的上端设有助燃气体旋流装置（10），所述助燃气体旋流装置（10）的上端向上延伸有分隔壁，所述分隔壁呈环状设置在燃烧腔内，并将燃烧腔分隔为内燃烧腔和外进气腔；所述助燃气体旋流装置（10）的中间设有可供内燃烧腔和供气腔相连通的通孔，助燃气体旋流装置（10）的通孔的侧壁设为与通孔相连通的空腔，所述空腔内等间距环绕设有数个三角旋流装置（1001），所述三角旋流装置（1001）的横截面呈锐角三角形，且锐角端指向通孔，助燃气体旋流装置（10）的外侧等间距设有四个富氧空气进气管道（9），所述富氧空气进气管道（9）与助燃气体旋流装置（10）的相接孔为富氧高温气体出气孔（17），所述富氧高温气体出气孔（17）高出助燃气体旋流装置（10）的上端面，并分别与助燃气体旋流装置（10）的空腔和外进气腔相连通，所述分隔壁的上端设有二次风进气孔（19），所述二次风进气孔（19）位于富氧高温气体出气孔（17）的上方；所述燃烧室侧壁上设有可伸入内燃烧腔的点火器点火孔（20）；

所述内燃烧腔的上端通过烟气循环管道（1）与分级预热装置（2）的上端相连通，所述热管换热装置（7）包括吸热部分热管换热装置（701）、放热部分热管换热装置（702）、蒸汽管道（703）和冷凝液管道（704），所述分级预热装置（2）的内腔壁的下端设有螺旋管状的吸热部分热管换热装置（701），所述供气腔的内腔壁中设有螺旋管状的放热部分热管换热装置（702），所述放热部分热管换热装置（702）的水平高度高于吸热部分热管换热装置（701），吸热部分热管换热装置（701）的上端端口通过蒸汽管道（703）与放热部分热管换热装置（702）的上端端口相连通，吸热部分热管换热装置（701）的下端端口通过冷凝液管道（704）与放热部分热管换热装置（702）的下端端口相连通；所述分级预热装置（2）的内腔壁的上端设有螺旋管状的富氧空气预热螺旋管（4），所述富氧空气预热螺旋管（4）的下端接口伸出分级预热装置（2）与空气进气管道（6）相连通，所述空气进气管道（6）上连通有富氧气体进气管道（5），所述富氧气体进气管道（5）中设有可调节阀门（3），富氧气体进气管道（5）用于与富氧气体供给装置相连通，富氧空气预热螺旋管（4）的上端接口伸出分级预热装置（2）通过五通接头分别与四个富氧空气进气管道（9）相连通；所述分级预热装置（2）内腔的下端设为漏斗状结构，且中心开设有低温烟气排气管道（8）。

2.根据权利要求1所述的一种氨氢融合零碳燃烧器，其特征在于：还包括可调节前缘钝体（16），所述可调节前缘钝体（16）包括数块稳流装置（1601），数块所述稳流装置（1601）可拼接呈环状，并通过稳流装置（1601）的内侧壁环绕贴合在所述氢燃料进气管道（15）的外壁上，稳流装置（1601）的外侧壁上通过螺栓螺母装置（1603）固定有固定杆（1602）；所述供气腔内固定有燃烧器壁面稳流装置（11），所述燃烧器壁面稳流装置（11）的中间开设有直径大于稳流装置（1601）拼接后环状最大直径的圆孔，燃烧器壁面稳流装置（11）上开设有可供固定杆（1602）伸出燃烧室的固定通孔（1101）。

3.根据权利要求1所述的一种氨氢融合零碳燃烧器，其特征在于：所述供气腔的下端与氨燃料进气管道（13）相接处设有防回火波纹板（12），所述防回火波纹板（12）的中间设有可供氢燃料进气管道（15）穿过的通孔，防回火波纹板（12）位于氨燃料进气管道（13）上方的位置设有可供氨燃料输入的防回火波纹板通孔（14）。

4.根据权利要求1所述的一种氨氢融合零碳燃烧器，其特征在于：所述氢燃料进气管道（15）的下端设有空腔，所述空腔内设有小防回火波纹板（1502），氢燃料进气管道（15）内位于小防回火波纹板（1502）的上方围绕氢燃料进气管道（15）的轴心等间距设有数条氢燃料喷管（1501），所述氢燃料喷管（1501）的上端呈Z字型设置，且越往上氢燃料喷管（1501）之间的间距越小，氢燃料喷管出口（1503）设置在氢燃料进气管道（15）的顶端。

5.根据权利要求1所述的一种氨氢融合零碳燃烧器，其特征在于：还包括数个微波发生装置（18），所述微波发生装置（18）包括波导管（1801）、磁控管（1802）和散热片（1803），所述微波发生装置（18）的下端底座固定在位于外进气腔的助燃气体旋流装置（10）的上端，所述底座上固定有一根磁控管（1802），所述磁控管（1802）外侧环绕设置有数片散热片（1803），磁控管（1802）的上端设有波导管（1801），所述波导管（1801）与所述内燃烧腔相连通，磁控管（1802）分别通过导线穿出燃烧室与电源电连接；数个微波发生装置（18）等间距环绕设置在外进气腔内。

6.根据权利要求1所述的一种氨氢融合零碳燃烧器，其特征在于：所述烟气循环管道（1）内设有烟气和蒸汽换热装置（21）。

7.根据权利要求1所述的一种氨氢融合零碳燃烧器，其特征在于：所述空气进气管道（6）的进气口处设有送风机（22）。

8.根据权利要求1所述的一种氨氢融合零碳燃烧器，其特征在于：所述低温烟气排气管道（8）的出口处设有引风机（23）。

9.根据权利要求1所述的一种氨氢融合零碳燃烧器，其特征在于：所述锐角端的锐角γ的角度范围为5°至75°。

10.根据权利要求1所述的一种氨氢融合零碳燃烧器，其特征在于：所述四个富氧空气进气管道（9）呈90°的夹角分别与助燃气体旋流装置（10）的外侧相切设置。