CN117606022A - 氨燃烧器、燃烧系统和燃烧方法 - Google Patents

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武学谦
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Abstract

本申请提供一种氨燃烧器、燃烧系统和燃烧方法。氨燃烧器包括：一级风筒，用于提供一级风；一级配氨装置，与一级风筒耦合，并向一级风筒内通入一级氨气，使一级氨气与一级风在一级风筒内混合形成过量空气系数小于1的预混气体；点火源，用于点燃预混气体；二级风筒，套设在一级风筒外部，并用于提供二级风；和二级配氨装置，至少部分地位于二级风筒中，并向从一级风筒喷出的火焰中喷入二级氨气，以使二级氨气被引燃，并在二级风的作用下进一步燃烧。基于此，可实现氨燃料的高效低NOx燃烧，促进氨燃料的推广应用。

Description

氨燃烧器、燃烧系统和燃烧方法
技术领域
本申请涉及低碳燃烧技术领域，特别涉及一种氨燃烧器、燃烧系统和燃烧方法。
背景技术
氨(NH3)是一种零碳燃料，其在燃烧时不产生CO2，有利于减少CO2排放。使用氨作为燃料替代化石燃料，可以促进我国“碳达峰碳中和”目标的完成。
然而，纯氨作为燃料时，存在着火和燃尽困难，以及易产生氮氧化物(NOx)，污染环境等问题，在实际应用过程中存在一定的难度。因此，相关技术中，鲜有以纯氨为燃料的燃烧器，影响氨燃料的推广应用。
发明内容
本申请旨在提供一种氨燃烧器、燃烧系统和燃烧方法，以促进氨燃料的推广应用。
为了解决上述技术问题，本申请所提供的氨燃烧器包括：
一级风筒，用于提供一级风；
一级配氨装置，与一级风筒耦合，并向一级风筒内通入一级氨气，使一级氨气与一级风在一级风筒内混合形成过量空气系数小于1的预混气体；
点火源，用于点燃预混气体；
二级风筒，套设在一级风筒外部，并用于提供二级风；和
二级配氨装置，至少部分地位于二级风筒中，并向从一级风筒喷出的火焰中喷入二级氨气，以使二级氨气被引燃，并在二级风的作用下进一步燃烧。
在一些实施例中，沿着一级风的流出方向，二级配氨装置的出口位于一级风筒的出口的下游。
在一些实施例中，二级配氨装置的出口从二级风筒的出口伸出。
在一些实施例中，一级风筒包括一级筒体和一级扩口，一级扩口连接于一级筒体的出口，且通流面积沿着一级风的流出方向增大；和/或，二级风筒包括二级筒体和二级扩口，二级扩口连接于二级筒体的出口，且通流面积沿着二级风的流出方向增大。
在一些实施例中，一级风筒包括一级筒体和一级扩口，且一级风筒包括过渡段，过渡段连接于一级筒体和一级扩口之间，且过渡段的侧壁沿着一级风筒的径向延伸。
在一些实施例中，氨燃烧器包括以下至少之一：
一级风旋流器，设置于一级风筒中，并使一级风在一级风筒中旋流流动；
氨旋流器，设置于一级风筒中，并使一级氨气在一级风筒中旋流流动；
紊流钝体，设置于一级风筒中，并使预混气体回流；
一级风调节件，设置于一级风筒的进风流路上，并调节进入一级风筒的一级风的风量；
二级风旋流器，设置于二级风筒中，并使二级风旋流流动；
二级风调节件，设置于二级风筒的进风流路上，并调节进入二级风筒的风量；
氨量调节件，设置于一级配氨装置和/或二级配氨装置上，并调节流入一级配氨装置和/或二级配氨装置的氨气量；
集氨箱，与一级配氨装置和二级配氨装置的入口均连接，并用于与供氨源连接，以为一级配氨装置和二级配氨装置供应氨气。
在一些实施例中，氨燃烧器被构造为以下至少之一：
一级风筒中设有一级风旋流器和氨旋流器，一级风旋流器和氨旋流器的旋流方向相反，以使一级风和一级氨气在一级风筒中反向旋流；
一级风旋流器和/或二级风旋流器的旋流叶片与一级风筒的轴向之间的夹角为0°～80°；
一级风旋流器和/或二级风旋流器的旋流叶片与一级风筒的轴向之间的夹角大小可调；
紊流钝体具有第一端和第二端，沿着一级风的流出方向，第一端位于第二端的上游，且第一端的内径大于第二端的内径；
集氨箱与供氨源之间的流路上设有供氨调节件，以调节进入集氨箱中的氨气量。
在一些实施例中，紊流钝体的通流面积沿一级风的流出方向渐缩，且紊流钝体的横截面呈三角形或梯形。
在一些实施例中，氨燃烧器包括三级风筒，三级风筒套设于二级风筒的外部，并提供三级风，以使二级氨气在二级风和三级风的作用下进一步燃烧。
在一些实施例中，三级风筒被构造为以下至少之一：
三级风筒包括三级筒体和三级扩口，三级扩口连接于三级筒体的出口，且通流面积沿着三级风的流出方向增大；
三级风筒中设有三级风旋流器，以使三级风旋流流动；
三级风筒的进风流路上设有三级风调节件，以调节三级风的风量。
在一些实施例中，一级配氨装置包括一级配氨管，一级配氨管伸至一级风筒中，以向一级风筒内通入一级氨气；和/或，二级配氨装置包括二级配氨管和喷头，二级配氨管伸至二级风筒中，喷头连接于二级配氨管的出口，并与二级配氨管连通，以将二级配氨管输送的二级氨气喷至从一级风筒喷出的火焰中。
在一些实施例中，一级配氨管中设有中心风筒，中心风筒提供中心风，点火源伸至中心风筒中；和/或，二级风筒中设有至少两个二级配氨装置，至少两个二级配氨装置沿着二级风筒的周向间隔布置，且至少两个二级配氨装置的喷头朝向相同或不同。
在一些实施例中，中心风筒的进风流路上设有中心风调节件，中心风调节件调节进入中心风筒的中心风的风量。
在一些实施例中，至少两个二级配氨装置包括喷头朝向与一级风筒的轴向平行的二级配氨装置和喷头朝向与一级风筒的轴向和/或径向具有夹角的二级配氨装置中的至少之一；和/或，至少两个二级配氨装置包括喷头朝向一级风筒径向内侧的二级配氨装置和喷头朝向一级风筒径向外侧的二级配氨装置中的至少之一。
在一些实施例中，喷头的朝向与一级风筒的轴向之间的角度为0°～90°，和/或，喷头的朝向与一级风筒的径向之间的角度为0°～180°。
另外，本申请所提供的燃烧系统，包括锅炉和本申请实施例的氨燃烧器。
此外，基于本申请实施例的氨燃烧器，本申请所提供的燃烧方法，包括：
向一级风筒中通入一级风，并向一级配氨装置中通入一级氨气，使一级氨气与一级风在一级风筒内混合形成过量空气系数小于1的预混气体，且利用点火源将预混气体点燃；
向二级配氨装置中通入二级氨气，并向二级风筒中通入二级风，使二级氨气喷入从一级风筒喷出的火焰中，并在二级风的作用下进一步燃烧。
在一些实施例中，在向二级风筒中通入二级风时，向氨燃烧器的套设于二级风筒外的三级风筒中通入三级风，以使被点燃的二级氨气在二级风和三级风的作用下进一步燃烧。
本申请所提供的氨燃烧器可基于较简单的结构，组织一定比例的分级氨燃料与分级空气进行提前混合和分级燃烧，实现纯氨气的快速着火、稳定燃烧和燃尽，并减少NOx的排放，因此，可促进氨燃料的推广应用。
通过以下参照附图对本申请的示例性实施例进行详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例中氨燃烧器的结构示意图。
图2为本申请实施例中紊流钝体的结构示意图。
图3示出本申请实施例中紊流钝体的横截面形状。
图4为本申请实施例中不同二级配氨装置的喷头的布置示意图。
图5为本申请实施例中氨燃烧器的工作原理示意图。
附图标记说明：
10、氨燃烧器；
1、配风系统；11、一级风筒；111、一级筒体；112、一级扩口；113、过渡段；12、二级风筒；121、二级筒体；122、二级扩口；13、三级风筒；131、三级筒体；132、三级扩口；14、中心风筒；141、中心风道；142、中心风调节件；15、风箱；16、一级风道；171、一级风调节件；172、分级风调节件；173、三级风调节件；174、二级风调节件；181、一级风旋流器；182、二级风旋流器；183、三级风旋流器；19、紊流钝体；191、第一端；192、第二端；1b、筒体；1c、扩口；
2、配氨系统；21、一级配氨装置；211、一级配氨管；22、二级配氨装置；221、二级配氨管；222、喷头；223、喷嘴；224、第一喷头；225、第二喷头；226、第三喷头；227、第四喷头；23、集氨箱；24、供氨管；25、氨量调节件；26、供氨调节件；27、氨旋流器；
3、点火源；
41、预混稳燃区；42、分级降氮主燃区；43、中心贫氧还原区；44、外层富氧燃尽区；45、高温烟气回流区。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有开展创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在本申请的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
传统燃用煤炭等化石燃料的火力发电机组，会排放大量的CO2，影响全球气候，例如，据统计，在中国，火力发电机组CO2排放量占全国总CO2排放量的45％左右，因此，减少火力发电机组的CO2排放，实现碳达峰、碳中和，成为热门话题。
实现火力发电机组CO2减排目标的关键之一是改变传统的高碳排放的燃用化石燃料的发电方式，增加低碳或零碳燃料的利用。
氨(NH3)作为一种零碳燃料，与传统的化石燃料相比，燃烧时不产生CO2，在火电机组中烧氨，能够大幅削减火电机组的CO2排放量，是实现火电机组大规模CO2减排的潜在发展方向。
然而，在火力发电机组中，氨作为燃料燃烧主要存在两方面的问题。一方面，NH3的着火温度高，火焰传播速度慢，可燃极限范围窄，着火和燃尽相对困难，因此，NH3燃烧时存在着火困难、火焰稳定性差和燃尽率低的问题。另一方面，NH3分子中含有氮原子，燃烧中控制不当容易生成大量的污染物NOx(氮氧化物)，因此存在NOx污染问题。
由于存在上述困难，因此，目前，对于氨燃料的应用研究还比较少，尤其，纯氨在锅炉中的研究应用更是少见。
相关技术中，氨燃料燃烧的实现方式主要有两种，一是直接在氨燃料中掺混可燃性燃料，如H2、含碳燃料(如CH4)或煤粉；二是将氨燃料提前裂解为含H2的燃料，再与空气混合进行燃烧。
上述两种方式，虽然能在一定程度上，减少碳排放，但均存在一定的问题。
例如，采用上述通过在氨燃料中掺混氢气燃烧的方式时，掺混氢气的燃烧装置需配备氢气供应设备，而且，由于氢气存在成本高，储存运输难度大，以及难以解决的安全问题，因此，这种方式还需要考虑氢气的经济性与安全性，存在结构较复杂，成本较高，以及安全性较差等问题。
再例如，采用上述通过在氨燃料中掺混含碳可燃性燃料(如甲烷、丙烷、液化石油气等)进行燃烧的方式时，无法真正实现零碳排放，需新增处理燃烧过程中生成的CO2的设备，成本大幅增加，因此，存在结构较复杂，成本较高等问题。
又例如，采用上述通过在氨燃料中掺混煤粉进行燃烧的方式时，无法真正实现零碳排放，且只能将原燃煤锅炉上燃烧器按照掺烧比例更换为氨煤混燃低氮燃烧器，改造成本高且对改造的锅炉型式有限制，不能实现对化石燃料的全部替代，因此，存在成本较高，以及降碳排放效果较差等问题。
再例如，采用上述通过将氨提前裂解为含氢燃料再进行燃烧的方式时，需配备高温(大于1000℃)裂解装置或催化剂，成本增加，安全性要求较高，且无法保证裂解过程中生成物具体含量及成分，不能有效控制氨气稳定燃烧和燃尽，难以在发电和石化等领域中的工业应用和推广。
可见，相关技术中掺混或提前裂解这两种氨燃料燃烧方式，并不能很好地解决氨，尤其是纯氨燃烧过程中存在的着火难、燃尽率低和NOx排放高的问题，同时，这两种氨燃料燃烧方式还存在成本高以及安全性低等问题，这些均影响氨燃料的推广应用，制约低碳燃烧技术的进一步发展。
针对上述情况，本申请提供一种氨燃烧器、燃烧系统和燃烧方法。
图1-图5示例性地示出了本申请氨燃烧器的结构和工作原理。
参见图1-图5，本申请所提供的氨燃烧器10，包括一级风筒11、一级配氨装置21、点火源3、二级风筒12和二级配氨装置22。一级风筒11用于提供一级风。一级配氨装置21与一级风筒11耦合，并向一级风筒11内通入一级氨气，使一级氨气与一级风在一级风筒11内混合形成过量空气系数小于1的预混气体。点火源3用于点燃预混气体。二级风筒12套设在一级风筒11外部，并用于提供二级风。二级配氨装置22至少部分地位于二级风筒12中，并向从一级风筒11喷出的火焰中喷入二级氨气，以使二级氨气被引燃，并在二级风的作用下进一步燃烧。
基于上述设置，本申请所提供的氨燃烧器10能够组织一定比例的分级氨燃料与分级空气进行提前混合和分级燃烧，从而实现纯氨气的快速着火、稳定燃烧和燃尽，且能够有效控制NOx(氮氧化物)的生成，减少NOx的排放。
工作时，将一定比例的氨气(即一级氨气)通入一级风筒11中，与一级风筒11中的一级风混合，形成过量空气系数小于1的预混气体，营造贫氧富燃氛围，并在相应贫氧富燃氛围下，利用点火源3将预混气体点燃，相应点燃过程中，由于所点燃的是一级氨气与一级风混合形成的预混气体，而非纯氨气，因此，着火相对容易，可以降低着火难度，而且由于处于贫氧富燃氛围中，因此，NOx生成量相对较少，并且，可以控制只通入较少的一级氨气，减少所需着火热，降低着火难度，实现一级氨气的快速着火和稳燃；之后，预混气体燃烧形成的火焰从一级风筒11喷出，并汇入从二级配氨装置22喷出的二级氨气中，将二级氨气引燃，并混合燃烧，形成还原性氛围，相应还原性氛围有利于抑制相应燃烧过程中NOx的生成量，同时，二级风从二级风筒12中喷出，补入燃烧的二级氨气中，能够进一步补充剩余氨气需要的空气，使得剩余氨气能够在二级风的作用下进一步燃烧，因此，有利于氨气的充分燃尽。
由上述工作过程可知，在一级风筒11、二级风筒12、一级配氨装置21、二级配氨装置22和点火源3的配合下，氨燃烧器10可以通过在燃烧初期营造少氨的贫氧富燃燃烧氛围，来降低着火难度和减少NOx生成，并通过在火焰稳定后，向火焰中喷入二级氨气，营造二级氨气的还原性的初步燃烧氛围，来抑制NOx生成，且通过向二级氨气送入二级风，来进一步补充二级氨气燃烧所需的空气，提高二级氨气的燃烧充分性，使得氨燃烧器10能够实现分级氨燃料与分级空气的提前混合及分级燃烧，有效降低氨气的着火难度，提高氨气的燃尽率，并减少NOx的生成和排放。
而且，上述氨燃烧器10，是一种纯氨燃烧器，其无需对氨气进行掺混，且无需对氨气进行提前裂解，因此，结构较简单，成本较低，且安全性较高，降碳效果较好。
可见，本申请所提供的氨燃烧器10，能够基于较简单的结构，较低的成本和较高的安全性，实现纯氨气的快速着火和燃尽，以及NOx的减排，有效解决纯氨气的点火和燃尽困难以及NOx排放量高的难题，这对于氨燃料的推广应用具有促进作用，有利于低碳燃烧技术的进一步发展。
其中，为了方便二级氨气与从一级风筒11喷出的火焰汇合，参见图1，在一些实施例中，沿着一级风的流出方向(也是由一级风筒11的入口至出口的方向)，二级配氨装置22的出口位于一级风筒11的出口的下游。基于此，从二级配氨装置22喷出的二级氨气，不会先与二级风预混，之后才汇入从一级风筒11喷出的火焰中，而是可以直接汇入从一级风筒11喷出的火焰中，这样，更有利于二级氨气实现先还原性后氧化性的分级燃烧过程，尤其，二级氨气可以在燃烧初期处于更强的还原性氛围中，从而更有效地抑制NOx的生成。
具体地，参见图1，在一些实施例中，二级配氨装置22的出口从二级风筒12的出口伸出。此时，二级配氨装置22不仅出口位于一级风筒11出口的下游，而且，能够将二级氨气喷至二级风筒12外部，可以在不影响二级氨气与从一级风筒11喷出的火焰汇合的情况下，进一步延缓二级氨气与二级风的混合，因此，更有利于实现二级氨气的先还原性后氧化性的分级燃烧过程，充分营造二级氨气燃烧初期的还原性氛围，减少NOx生成。
另外，参见图1，在一些实施例中，氨燃烧器10不但包括一级风筒11和二级风筒12，同时还包括三级风筒13。三级风筒13套设于二级风筒12的外部，并提供三级风，以使二级氨气在二级风和三级风的作用下进一步燃烧。
通过在二级风筒12外进一步设置三级风筒13，使得在二级氨气被从一级风筒11喷出的火焰点燃后，不仅可以通过二级风筒12向二级氨气中喷入二级风，来为二级氨气补充燃烧所需的空气，而且可以通过三级风筒13向二级氨气中喷入三级风，来为二级氨气进一步补充燃烧所需的空气，实现二级氨气燃烧所需空气的分级补入，充分补足剩余氨气燃烧所需的空气，这有利于进一步提高氨气的燃尽率，使得氨气完全燃尽。
参见图1，无论是一级风筒11、二级风筒12，还是三级风筒13，均可以被构造为包括筒体1b和扩口1c，扩口1c连接于筒体1b的出口，且通流面积沿着风的流出方向增大。
所设置的扩口1c，有利于进一步改善燃烧效果。
例如，参见图1，一些实施例中，一级风筒11包括筒体1b和扩口1c，分别称为一级筒体111和一级扩口112。一级扩口112连接于一级筒体111的出口，且通流面积沿着一级风的流出方向增大。基于此，一级扩口111(即一级风筒11的扩口1c)可以延长被点燃的预混气体的流出路径，并引导被点燃的预混气体朝二级氨气所在的径向外侧流动，这样，被点燃的预混气体可以在一级扩口112内部及下游附近区域进行涡流流动，形成负压区，使预混气体燃烧所生成的高温烟气回流，对未燃烧的预混气体进行加热，并迅速卷吸后补入的二级氨气，从而强化一级氨气的着火与稳定燃烧，形成扩大化的燃烧火焰，促进二级氨气的着火与燃烧。
再例如，参见图1，一些实施例中，二级风筒12包括筒体1b和扩口1c，分别称为二级筒体121和二级扩口122。二级扩口122连接于二级筒体121的出口，且通流面积沿着二级风的流出方向增大。基于此，二级扩口122(即二级风筒12的扩口1c)可以引导二级风向径向外侧流动，延缓二级风与一级氨气、二级氨气的混合，为一级氨气、二级氨气的还原性燃烧反应提供空间和时间条件，以减少NOx的生成。
又例如，参见图1，一些实施例中，三级风筒13包括筒体1b和扩口1c，分别称为三级筒体131和三级扩口132。三级扩口132连接于三级筒体131的出口，且通流面积沿着三级风的流出方向增大。基于此，三级扩口132(即三级风筒13的扩口1c)可以引导三级风向径向外侧流动，延缓三级风与二级氨气的混合，为二级氨气的还原性燃烧反应提供空间和时间条件，有利于减少NOx的生成，并与旋流叶片配合在氨气燃烧后期补入三级风、促进二级氨气的最终燃尽。
可见，将一级风筒11、二级风筒12和三级风筒13中的至少之一设置为具有扩口1c，有利于一级氨气、二级氨气的着火和低NOx燃烧，且配合旋流叶片在二级氨气燃烧的后期补入空气，有利于二级氨气的燃尽，因此，可以有效改善氨燃烧器10的燃烧效果。
其中，在一级风筒11具有扩口1c时，参见图1，一些实施例中，一级风筒11的筒体1b和扩口1c之间还设有过渡段113，即，一级筒体111和一级扩口112之间设有过渡段113，换句话说，过渡段113连接于一级筒体111和一级扩口112之间。过渡段113的侧壁沿着一级风筒11的径向延伸。
由于所设置的过渡段113可以进一步延长被点燃的预混气体的流出路径，并引导被点燃的预混气体朝二级氨气所在的径向外侧流动，因此，过渡段113可以进一步强化回流作用，与一级扩口112一起，更有效地强化两级氨气的着火与燃尽。
当然，强化一级氨气的着火与燃烧，并不局限于将一级风筒11设置为包括一级扩口112和过渡段113，而是也可以采用其他方式。例如，参见图1，一些实施例中，一级风筒11内设有紊流钝体19。可以理解，钝体(bluff body)是流体力学中的非流线体，其与流线体相对。流线体是前圆后尖、表面光滑、略像水滴的形状。而钝体是非流线体，通常包括圆柱和球等形状。钝体对流经的流体会产生扰动。流体流经钝体时，会产生漩涡脱落现象。因此，在一级风筒11内设置紊流钝体19，可以引导被点燃的预混气体回流，利用被点燃的预混气体所产生的高温烟气加热未被点燃的预混气体，从而强化一级氨气的着火与燃烧。
在本申请中，紊流钝体19的形状可以多样。例如，参见图1-图3，一些实施例中，紊流钝体19具有第一端191和第二端192，沿着一级风的流出方向，第一端191位于第二端192的上游，且第一端191的内径大于第二端192的内径，例如，参见图4，一些实施例中，紊流钝体19的通流面积沿一级风的流出方向渐缩，且紊流钝体19的横截面呈三角形或梯形。此时，紊流钝体19可以对预混气体产生扰动和浓缩作用，加强一级风和一级氨气的混合，并在紊流钝体19的下游形成负压区，使部分高温烟气和未点燃的预混气体充分回流，达到稳定着火的目的。
另外，参见图1，无论是一级风筒11、二级风筒12，还是三级风筒13，内部均可以设置风旋流器，以通过使风旋流流动，来促进气流间的相互混合，进而改善燃烧效果。
例如，参见图1，一些实施例中，一级风筒11内设有一级风旋流器181，一级风旋流器181使一级风在一级风筒11中旋流流动。这样，可以增加一级风的扰动，使一级风在一级风筒11中边扩散前进，边旋转，促进一级风与一级氨气之间的混合，使得一级风与一级氨气能够更快速、充分且均匀地混合，以便点火。
再例如，参见图1，一些实施例中，二级风筒12内设有二级风旋流器182，二级风旋流器182使二级风旋流流动。这样，可以增加二级风的扰动，使二级风从二级风筒12喷出时旋转射流，促进二级风与氨气之间的混合，提高氨气的燃尽率。
又例如，参见图1，一些实施例中，三级风筒13内设有三级风旋流器183，三级风旋流器183使三级风旋流流动。这样，可以增加三级风的扰动，使三级风从三级风筒13喷出时旋转射流，促进三级风与氨气之间的混合，提高氨气的燃尽率。
而且，参见图5，设置各级风旋流器，有利于在氨燃烧器10前方形成较大的高温烟气回流区45，以利用锅炉炉膛中心的高温低氧烟气回流加热、点燃未着火的燃料，进一步保证氨的着火和稳定燃烧，并利用低氧烟气降低燃烧区域的氧含量，抑制NOx的生成。
在一些实施例中，一级风旋流器181、二级风旋流器182和三级风旋流器183中的至少一个的旋流叶片与一级风筒11的轴向之间的夹角为0°～80°(即大于或等于0°，并小于或等于80°)，以实现较好的旋流效果。
此外，一些实施例中，一级风旋流器181、二级风旋流器182和三级风旋流器183中的至少一个的旋流叶片与一级风筒11的轴向之间的夹角大小可调。这样，便于根据实际情况，调节旋流效果，实现更好的燃烧效果。
另外，为了改善一级风与一级氨气的混合效果，一些实施例中，一级风筒11中设有氨旋流器27。氨旋流器27用于使一级氨气在一级风筒11中旋流流动。这样，也可以强化一级风与一级氨气的混合，进而促进一级氨气的着火和燃烧。
当一级风筒11内同时设有一级风旋流器181和氨旋流器27时，一级风旋流器181和氨旋流器27的旋流方向可以相同、相反或相交，使得一级风和一级氨气可以以顺流、逆流或垂直交叉等不同状态混合。其中，当一级风旋流器181和氨旋流器27的旋流方向相反时，一级氨气和一级风在一级风筒11中反向旋流，这样更有利于一级氨气与一级风快速且充分地混合。
在本申请中，一级配氨装置21的结构不作限制，只要能够向一级风筒11中通入一级氨气即可。例如，在未图示的一些实施例中，一级配氨装置21可以包括设置在一级风筒11侧壁上的燃料喷嘴，由燃料喷嘴直接向一级风筒11内喷入一级氨气。再例如，参见图1，另一些实施例中，一级配氨装置21包括一级配氨管211，一级配氨管211伸至一级风筒11中，以向一级风筒11内通入一级氨气。
在一级配氨装置21包括一级配氨管211时，参见图1，一些实施例中，一级配氨管211中设有中心风筒14。中心风筒14提供中心风。点火源3伸至中心风筒14中。中心风筒14内的中心风可以为点火源3提供燃烧所需空气，并可以冷却点火源3，防止点火源3过热。而且，从中心风筒14流入一级风筒11中的中心风，可以为预混气体的燃烧提供助燃空气，从而促进一级氨气的点火或燃烧。
作为前述各实施例中二级配氨装置22的示例，二级配氨装置22包括二级配氨管221和喷头222，二级配氨管221伸至二级风筒12中，喷头222连接于二级配氨管221的出口，并与二级配氨管221连通，以将二级配氨管221输送的二级氨气喷至从一级风筒11喷出的火焰中。这样，方便二级配氨装置22将二级氨气喷入从一级风筒11喷出的火焰中，实现一级氨气和二级氨气的分级燃烧。而且，方便通过调整喷头222的朝向(也是二级氨气的喷出方向)，来实现更好的燃烧效果。
例如，参见图1和图4，在一些实施例中，二级风筒12中设有至少两个二级配氨装置22，这至少两个二级配氨装置22沿着二级风筒12的周向间隔布置，且这至少两个二级配氨装置22的喷头222朝向相同或不同。设置至少两个二级配氨装置22，可以实现二级氨气的两点或多点喷入，二级氨气的混入效果更好。喷头222朝向相同时，结构简单。喷头222朝向不同时，二级氨气可以沿不同方向喷出，有利于实现更好的燃烧效果。
其中，喷头222的朝向，与喷头222与氨燃烧器10轴向和径向之间的夹角有关，同时也与喷头222是朝径向内侧，还是朝径向外侧有关。
在一些实施例中，喷头222的朝向与一级风筒11的轴向之间的角度为0°～90°(即大于或等于0°，并小于或等于90°)，和/或，喷头222的朝向与一级风筒11的径向之间的角度为0°～180°(即大于或等于0°，并小于或等于180°)。
当二级风筒12中设有喷头朝向不同的二级配氨装置22时，二级风筒12中所设置的至少两个二级配氨装置22包括：喷头朝向与一级风筒11的轴向平行的二级配氨装置22和喷头朝向与一级风筒11的轴向和/或径向具有夹角的二级配氨装置22中的至少之一；和/或，喷头朝向一级风筒11径向内侧的二级配氨装置22和喷头朝向一级风筒11径向外侧的二级配氨装置22中的至少之一。
在前述各实施例中，为了方便控制实现各燃烧区域的氧化还原性氛围，可以设置风量调节件和/或氨气调节件，以通过对氨气和各级风的比例进行调节，来满足不同燃烧区域的要求。
例如，参见图1，一些实施例中，氨燃烧器10包括一级风调节件171，一级风调节件171设置于一级风筒11的进风流路上，并调节进入一级风筒11的一级风的风量。如此，方便控制一级风筒11内形成贫氧富燃的燃烧氛围。
再例如，参见图1，一些实施例中，氨燃烧器10包括二级风调节件174，二级风调节件174设置于二级风筒12的进风流路上，并调节进入二级风筒12的风量。如此，方便为二级氨气的进一步燃烧提供适量的分级风，在提高氨气燃尽率的同时，控制氮氧化物的生成。
又例如，参见图1，一些实施例中，氨燃烧器10包括三级风调节件173，三级风调节件173设置于三级风筒13的进风流路上，并调节进入三级风筒13的三级风的风量。如此，方便为二级氨气的进一步燃烧提供适量的三级风，在提高氨气燃尽率的同时，控制氮氧化物的生成。
再例如，参见图1，在一些实施例中，氨燃烧器10包括中心风调节件142，中心风调节件142设置于中心风筒14的进风流路上，并调节进入中心风筒14的中心风的风量。如此，方便提供适量的中心风，以兼顾点火、冷却以及降氮效果。
又例如，参见图1，一些实施例中，氨燃烧器10包括氨量调节件25，氨量调节件25设置于一级配氨装置21和/或二级配氨装置22上，并调节流入一级配氨装置21和/或二级配氨装置22的氨气量。如此，方便控制一级氨气和二级氨气的比例，满足不同区域的燃烧需求，实现既降低氨着火难度和NOx生成量，又提高氨燃尽率的目的。
在一些实施例中，一级配氨装置21和二级配氨装置22的氨气均来自于集氨箱23。集氨箱23与一级配氨装置21和二级配氨装置22的入口均连接，并用于与供氨源(图中未示出)连接，为一级配氨装置21和二级配氨装置22供应氨气。
由于集氨箱23可以实现氨气的存储和缓冲，因此，有利于提高一级氨气和二级氨气的压力稳定性，进而提高氨燃烧器10的工作可靠性，改善氨燃烧器10的燃烧效果。
在设有集氨箱23的情况下，可以在集氨箱23与供氨源之间的流路上设置供氨调节件26，以调节进入集氨箱23中的氨气量，方便与氨量调节件25配合，调节一级氨气和二级氨气的比例，使二级氨气多于一级氨气。
接下来进一步介绍图1-图5所示的实施例。
如图1-图5所示，在该实施例中，氨燃烧器10包括配风系统1、配氨系统2和点火源3。
其中，配风系统1用于提供一级风、二级风、三级风和中心风。如图1所示，在该实施例中，配风系统1包括一级风筒11、二级风筒12、三级风筒13、风箱15、一级风道16、一级风调节件171、分级风调节件172、三级风调节件173、中心风筒14、中心风道141和中心风调节件142。一级风筒11、二级风筒12和三级风筒13由内至外地依次同轴套设，二级风筒12和三级风筒13均与分级风箱15连接，且一级风调节件171设置于一级风筒11的进风流路上，分级风调节件172设置于风箱15的进风流路上，三级风调节件173设置于三级风筒13的进风流路上，，以使空气按照燃烧所需比例流至一级风筒11、二级风筒12和三级风筒13中，为燃烧提供一级风、二级风和三级风。
具体地，如图1所示，在该实施例中，一级风筒11包括沿轴向依次连接的一级筒体111、过渡段113和一级扩口112。二级风筒12包括沿轴向依次连接的二级筒体121和二级扩口122。三级风筒13包括沿轴向依次连接的三级筒体131和三级扩口132。一级筒体111、二级筒体121和三级筒体131由内至外地依次同轴套设，且三者的出口在轴向上大致平齐。一级扩口112、二级扩口122和三级扩口132分别连接于一级筒体111、二级筒体121和三级筒体131的出口，并均呈沿出风方向渐扩的锥形。一级扩口112、二级扩口122和三级扩口132的角度为0°～90°(即大于或等于0°，并小于或等于90°)。一级扩口112、二级扩口122和三级扩口132的出口分别构成一级风筒11、二级风筒12和三级风筒13的出口。二级扩口122的出口位于一级扩口112出口的下游，且三级扩口132的出口位于二级扩口122出口的下游，使得一级风筒11、二级风筒12和三级风筒13的出口沿着出风方向依次间隔布置。过渡段113连接于一级筒体111与一级扩口112之间，并沿着一级风筒11的径向延伸。
一级扩口112和过渡段113使得可以在一级风筒11下游形成分级降氮主燃区42，并延缓预混气体与后续分级风的混合，延长预混气体在贫氧富燃的还原性气氛区域的时间，有利于减少一级氨气在燃烧过程中NOx的生成。二级扩口122和三级扩口132则分别使二级风和三级风向外流动，延缓二级风、三级风和氨燃料的混合，给予一级氨气、二级氨气贫氧反应的区域，减少氨燃料在燃烧过程中NOx的生成，并在各级旋流器的配合作用下，实现与氨燃料的逐级混合，最终保证一级氨气、二级氨气的完全燃尽。
一级风道16上设有一级风调节件171，以调节进入一级风筒11内的风量，即，调节一级风的风量。
风箱15上设有分级风调节件172和三级风调节件173，分别用于调节进入风箱15的总风量和进入三级风筒13内的三级风量，即，分别调节分级风总风量和三级风的风量。分级风包括二级风和三级风。分级风调节件172设置于风箱15的入口。三级风调节件173设置于风箱15的内部，并位于三级风筒13的进风流路上。在分级风调节件172和三级风调节件173的作用下，能够调节二级风和三级风的比例，满足分级燃烧过程所需空气。此时，二级风的风量由分级风调节件172和三级风调节件173共同调节，分级风调节件172和三级风调节件173共同构成二级风调节件174，换句话说，二级风调节件174包括分级风调节件172和三级风调节件173。
当然，为了实现更加精准地调节各级助燃风的风量，风箱15内可以设置单独的二级风调节件174和三级风调节件173，直接调节二级风和三级风的风量。
并且，在一些未图示的实施例中，一级风道16的进口端也可以连接于风箱15，起到助燃作用的一级风、二级风和三级风均由风箱15提供和分配。
一级筒体111、二级筒体121和三级筒体131内分别设有一级风旋流器181、二级风旋流器182和三级风旋流器183，以使一级风、二级风和三级风分别旋流流动。一级风旋流器181、二级风旋流器182和三级风旋流器183均包括沿氨燃烧器10的周向(也是一级风筒11、二级风筒12和三级风筒13的周向)布置的多个旋流叶片，这些旋流叶片与氨燃烧器10的轴向(也是一级风筒11、二级风筒12和三级风筒13的轴向)之间的夹角为0°～80°，且角度可调，以更灵活地调节一级风、二级风和三级风的旋转射流，增加气流扰动，改善燃烧效果。其中，二级风旋流器182和三级风旋流器183的旋流叶片角度可调，一方面可使二级风和三级风形成旋转射流，增加气流扰动，强化二级风和三级风与内层火焰的混合，促进所有氨燃料的完全燃尽，另一方面可组织形成不同的火焰形态，调节出适应于不同氨燃料量的最佳氧化还原区段，在实现氨燃料完全燃尽的同时，控制NOx的生成。
配氨系统2用于提供一级氨气和二级氨气。如图1所示，在该实施例中，配氨系统2包括一级配氨装置21、二级配氨装置22、集氨箱23、供氨管24、氨量调节件25和供氨调节件26。一级配氨装置21包括一级配氨管211。二级配氨装置22包括二级配氨管221和喷头222。一级配氨管211同轴布置在一级风筒11内，二级配氨管221布置在二级风筒12中。一级配氨管211和二级配氨管221均与通过供氨管24与供氨源连接的集氨箱23连接，且供氨管24和二级配氨管221上分别设有供氨调节件26和氨量调节件25，以按照比例向一级配氨管211和二级配氨管221中通入一级氨气和二级氨气，使二级氨气多于一级氨气(例如，二级氨气与一级氨气之比为7：3)。并且，氨量调节件25和供氨调节件26，还可以与一级风调节件171、分级风调节件172和三级风调节件173配合，调节一级风与一级氨气的混合比例，以及二级氨气和后补入分级风的比例，形成所需的贫氧富燃点火氛围、还原性燃烧氛围以及富氧燃尽氛围，在方便着火的同时，降低NOx生成量，提高纯氨燃尽率。
具体地，一级配氨管211从集氨箱23引出，并伸至一级筒体111中。一级配氨管211的出口位于一级筒体111出口的上游，使得一级氨气和一级风能在从一级筒体111喷出之前进行混合，形成预混气体。一级配氨管211内同轴布置有中心风筒14，且点火源3设置于中心风筒14内。点火源3为高能点火枪、燃气枪、油枪或等离子体点火枪等各种形式的点火设备，其在工作状态时末端位于中心风筒14的出口的下游，并均位于一级配氨管211出口的下游，使得点火源3能够在一级氨气与一级风混合形成预混气体后，将预混气体点燃。中心风筒14通过中心风道141与气源连接，以向中心风筒14内通入中心风，为点火源3提供燃烧所需空气，并冷却点火源3，及促进一级氨气的点火或燃烧。中心风道141上设有中心风调节件142，以控制中心风风量。
一级配氨管211内设有氨旋流器27。氨旋流器27在径向上位于一级配氨管211与中心风筒14之间，并在轴向上位于一级配氨管211的出口处，以使一级氨气能够在氨旋流器27的作用下，旋转射流至一级配氨管211外部，进入一级风筒11内，与经一级风旋流器181旋流后的一级风混合。一级风旋流器181在径向上位于一级风筒11和一级配氨管211之间，并在轴向上位于一级配氨管211的出口处，以使一级风在与一级氨气混合时旋流流动。在该实施例中，一级风旋流器181和氨旋流器27的旋流方向相反，以加速一级氨气与一级风的混合，并使一级氨气和一级风混合得更加充分和均匀，以方便点燃。其中，氨旋流器27包括沿着周向布置的多个旋流叶片，这些旋流叶片与氨燃烧器10的轴向之间的夹角为0°～80°，且角度可调，以更灵活地调节一级氨气和一级风的旋转射流，增加气流扰动，强化混合效果。
并且，在该实施例中，一级筒体111的出口处设有紊流钝体19。紊流钝体19横截面呈三角形，其外径较大的第一端191位于一级筒体111内部，并位于点火源3在工作状态时的末端的下游，同时，其外径较小的第二端192在轴向上与一级筒体111的出口平齐。如此，紊流钝体19可以对从一级筒体111喷出的气流产生扰动和浓缩作用，使部分高温烟气和预混气体回流，对未被点燃的预混气体进行加热，达到稳定着火的目的。而且，紊流钝体19可以与过渡段113和一级扩口112配合，形成负压区，迅速卷吸未点燃的预混气体以及后补入的二级氨气，强化一级氨气的着火与稳定燃烧，形成扩大化的燃烧火焰。
多根二级配氨管221从集氨箱23引出，并伸至二级风筒12内。在二级风筒12内，所有二级配氨管221沿着周向间隔布置。每根二级配氨管221的出口端均设有喷头222，且每个喷头222的端面上均布置有若干喷嘴223(例如喷孔)，以喷出二级氨气，使二级氨气进入径向内侧的燃烧区域。喷嘴223的喷射方向与喷头222的端面垂直，喷射出的氨燃料速度高于从一级风筒11喷出的火焰传播速度，可与中心扩散火焰以及外侧分级风快速混合，迅速反应。不同喷头222上喷嘴223的数量和/或大小可以相同或不同。
如图1所示，在该实施例中，每个喷头222均从二级扩口122的出口伸出，此时每个二级配氨装置22的出口均从二级风筒12的出口伸出，使得二级氨气从二级配氨装置22喷出后，能够直接汇入径向内侧的燃烧区域，而无需与二级风预混。
在该实施例中，喷头222与氨燃烧器10的轴向夹角为0°～90°，且与氨燃烧器10的径向夹角为0°～180°。具体地，如图4所示，在该实施例中，二级风筒12中设有八个二级配氨装置22，这八个二级配氨装置22的喷头222的朝向均不同，其中包括喷头朝向沿着二级风筒12轴向的第一喷头224和第二喷头225，以及喷头朝向与二级风筒12的轴向和径向均存在夹角的第三喷头226和第四喷头227。第一喷头224和第二喷头225的朝向虽然均沿着二级风筒12的轴向，但二者一个朝向二级风筒12的径向内侧，另一个朝向二级风筒12的径向外侧，所以，第一喷头224和第二喷头225的朝向仍然不同。第三喷头226和第四喷头227的朝向虽然均与二级风筒12的轴向和径向存在夹角，均可以称为偏转喷头，但二者一个朝向二级风筒12的径向内侧，另一个朝向二级风筒12的径向外侧，所以，二者的朝向也不相同。由于朝向不同的喷头222，可以向不同方向喷出二级氨气，因此，有利于实现二级氨气与中心火焰及外侧分级风更充分地混合。
该实施例的氨燃烧器10，可以组织一定比例的分级氨燃料与分级空气进行提前混合及分级燃烧，使整个氨燃烧区域形成如图5所示的预混稳燃区41、分级降氮主燃区42、中心贫氧还原区43、外层富氧燃尽区44和高温烟气回流区45。
工作时，将纯氨燃料分两级送入氨燃烧器10中，并将空气分四级送入氨燃烧器10中。其中，两级氨燃料分别为一级氨气和二级氨气，二者均来自集氨箱23。四级助燃空气分别为中心风、一级风、二级风和三级风。二级风和三级风均来自风箱15。一级风和中心风来自风箱15，或来自其他的气源。
具体地，在该实施例中，集氨箱23内的氨气分为两部分流出，其中一部分占比较小，流至一级配氨管211中，用作一级氨气；另一部分占比较大，流至各二级配氨管221中，用作二级氨气。而风箱15内的空气分为两股流出，其中第一股流至流至二级风筒12中，用作二级风；第二股流至三级风筒13中，用作三级风。风箱15之外的其他气源的空气进入一级风筒11中，用作一级风。
其中，结合图1和图5可知，进入一级配氨管211的一级氨气沿轴向流动一段距离后，流经氨旋流器27，旋转射流，进入一级风筒11中，与一级风筒11中流经一级风旋流器181后的一级风相遇，二者反向旋流，快速且充分地混合，形成预混气体，并营造过量空气系数小于1的贫氧富燃氛围，使得一级风筒11内的相应区域及一级风筒11出口附近的区域成为预混稳燃区41。
点火源3在预混稳燃区41将预混气体点着，使预混气体燃烧，产生的火焰依次流经紊流钝体19、过渡段113和一级扩口112后，从一级风筒11喷出。相应着火过程中，由于一级氨气量较少，因此，着火难度较低，能够实现一级氨气的快速着火与燃尽；而且，由于处于贫氧的燃烧氛围中，因此，NOx生成量较少。如此，可以实现低NOx的氨燃料着火过程。
喷出的气流在紊流钝体19、过渡段113和一级扩口112的作用下，继续向前流动。
同时，二级氨气从喷头222喷出后被向外扩散的预混稳燃气体所点燃。加入的二级氨气营造出贫氧富燃的燃烧氛围，在一级风筒11出口下游附近区域形成环形的分级降氮主燃区42，将预混气体生成的少量NOx还原，并在二级风的作用下进行燃烧。分级降氮主燃区42为二级氨气的主要燃烧区域。
未燃烧完全的二级氨气沿着喷头222的方向与预混稳燃区的气流继续向前汇合流动，形成中心贫氧还原区43，该区域整体呈现还原性氛围，因此，能够有效抑制燃烧过程中NOx的生成，并将原预混稳燃区41生成的NOx还原。
同时，二级风筒12和三级风筒13中的二级风和三级风，分别经二级风旋流器182和三级风旋流器183作用后，从二级风筒12和三级风筒13旋流射出，逐级补充氨完全燃烧所需的全部空气，使得中心贫氧还原区43的径向外侧形成外层富氧燃尽区44。中心贫氧还原区43燃烧后剩余的氨气，在外层富氧燃尽区44进一步燃烧，提高氨气的燃尽率，实现氨气的完全燃尽。
另外，在一级风旋流器181、二级风旋流器182和三级风旋流器183等旋流器的作用下，中心贫氧还原区43下游还形成较大的高温烟气回流区45，使得可以利用锅炉炉膛中心的高温低氧烟气回流加热、点燃未着火的氨燃料，进一步保证氨的着火和稳定燃烧，同时可以利用低氧烟气降低燃烧区域的氧含量，抑制NOx的生成。
可见，该实施例的氨燃烧器10，可以将一定比例的氨与部分空气进行预混后点燃，在贫氧条件下实现少量氨的稳定着火，然后通过调节二级氨气与分级空气的具体比例，营造出径向内侧富燃贫氧，径向外侧富氧贫燃的燃烧氛围，有效控制氨气在燃烧过程中的NOx生成量，并实现纯氨在空气中的充分燃尽。
因此，该实施例的氨燃烧器10，可以在实现氨的稳定着火、燃烧和完全燃尽的前提下，控制NOx生成量，有效解决纯氨作为燃料燃烧时存在的两个主要技术问题。其中，在燃烧初期采用少氨贫氧的燃烧方式，有利于降氮以及氨的着火和稳燃。待火焰稳定后再汇入二级氨气进行混合燃烧，形成还原性氛围，可以大大降低氨燃烧器内NOx的生成量。而径向外侧两级旋流送入的助燃空气，则能够进一步补足氨气燃烧所需要的空气，最终实现氨燃料的充分燃尽。后喷入的二级氨气可与分级风以及一级氨气燃烧火焰快速混合并迅速反应，降低NOx的生成量，并实现氨燃料的燃尽。
而且，该实施例的氨燃烧器10，为纯氨燃烧器，无需对氨气进行掺混，且无需对氨气进行提前裂解，因此，结构较简单，成本较低，且安全性较高，降碳效果较好。
可见，该实施例的氨燃烧器10，能够基于较简单的结构，较低的成本和较高的安全性，实现纯氨气的快速着火和燃尽，以及低NOx的生成，这有利于氨燃料的推广应用，可以促进低碳燃烧技术的进一步发展。
由于该实施例的氨燃烧器10，结构简单，功能齐全，且燃烧效果好，因此，可广泛应用于发电领域和石化领域的不同型式锅炉上。只需对现有锅炉进行低成本的燃烧改造，即可以氨气这一零碳燃料部分替代或全部替代化石燃料，实现火力发电机组的大幅度CO2减排。
据此，本申请还提供一种燃烧系统，其包括锅炉以及本申请实施例的氨燃烧器10。
另外，基于本申请实施例的氨燃烧器10，本申请还提供一种燃烧方法，其包括：
向一级风筒11中通入一级风，并向一级配氨装置21中通入一级氨气，使一级氨气与一级风在一级风筒11内混合形成过量空气系数小于1的预混气体，且利用点火源3将预混气体点燃；
向二级配氨装置22中通入二级氨气，并向二级风筒12中通入二级风，使二级氨气喷入从一级风筒11喷出的火焰中，并在二级风的作用下进一步燃烧。
可以理解，上述两个步骤并不需要严格地先后执行，例如，其中，一级风和一级氨气的通入与二级风和二级氨气的通入，可以同时执行。
另外，在氨燃烧器10包括三级风筒13的情况下，在向二级风筒12中通入二级风时，可以向氨燃烧器10的套设于二级风筒12外的三级风筒13中通入三级风，以使被点燃的二级氨气在二级风和三级风的作用下进一步燃烧。
以上所述仅为本申请的示例性实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种氨燃烧器(10)，其特征在于，包括：
一级风筒(11)，用于提供一级风；
一级配氨装置(21)，与所述一级风筒(11)耦合，并向所述一级风筒(11)内通入一级氨气，使所述一级氨气与所述一级风在所述一级风筒(11)内混合形成过量空气系数小于1的预混气体；
点火源(3)，用于点燃所述预混气体；
二级风筒(12)，套设在所述一级风筒(11)外部，并用于提供二级风；和
二级配氨装置(22)，至少部分地位于所述二级风筒(12)中，并向从所述一级风筒(11)喷出的火焰中喷入二级氨气，以使所述二级氨气被引燃，并在所述二级风的作用下进一步燃烧。
2.根据权利要求1所述的氨燃烧器(10)，其特征在于，沿着所述一级风的流出方向，所述二级配氨装置(22)的出口位于所述一级风筒(11)的出口的下游。
3.根据权利要求2所述的氨燃烧器(10)，其特征在于，所述二级配氨装置(22)的出口从所述二级风筒(12)的出口伸出。
4.根据权利要求1所述的氨燃烧器(10)，其特征在于，所述一级风筒(11)包括一级筒体(111)和一级扩口(112)，所述一级扩口(112)连接于所述一级筒体(111)的出口，且通流面积沿着所述一级风的流出方向增大；和/或，所述二级风筒(12)包括二级筒体(121)和二级扩口(122)，所述二级扩口(122)连接于所述二级筒体(121)的出口，且通流面积沿着所述二级风的流出方向增大。
5.根据权利要求4所述的氨燃烧器(10)，其特征在于，所述一级风筒(11)包括所述一级筒体(111)和所述一级扩口(112)，且所述一级风筒(11)包括过渡段(113)，所述过渡段(113)连接于所述一级筒体(111)和所述一级扩口(112)之间，且所述过渡段(113)的侧壁沿着所述一级风筒(11)的径向延伸。
6.根据权利要求1所述的氨燃烧器(10)，其特征在于，所述氨燃烧器(10)包括以下至少之一：
一级风旋流器(181)，设置于所述一级风筒(11)中，并使所述一级风在所述一级风筒(11)中旋流流动；
氨旋流器(27)，设置于所述一级风筒(11)中，并使所述一级氨气在所述一级风筒(11)中旋流流动；
紊流钝体(19)，设置于所述一级风筒(11)中，并使所述预混气体回流；
一级风调节件(171)，设置于所述一级风筒(11)的进风流路上，并调节进入所述一级风筒(11)的一级风的风量；
二级风旋流器(182)，设置于所述二级风筒(12)中，并使所述二级风旋流流动；
二级风调节件(174)，设置于所述二级风筒(12)的进风流路上，并调节进入所述二级风筒(12)的风量；
氨量调节件(25)，设置于所述一级配氨装置(21)和/或所述二级配氨装置(22)上，并调节流入所述一级配氨装置(21)和/或所述二级配氨装置(22)的氨气量；
集氨箱(23)，与所述一级配氨装置(21)和所述二级配氨装置(22)的入口均连接，并用于与供氨源连接，以为所述一级配氨装置(21)和所述二级配氨装置(22)供应氨气。
7.根据权利要求6所述的氨燃烧器(10)，其特征在于，所述氨燃烧器(10)被构造为以下至少之一：
所述一级风筒(11)中设有所述一级风旋流器(181)和所述氨旋流器(27)，所述一级风旋流器(181)和所述氨旋流器(27)的旋流方向相反，以使所述一级风和所述一级氨气在所述一级风筒(11)中反向旋流；
所述一级风旋流器(181)和/或所述二级风旋流器(182)的旋流叶片与所述一级风筒(11)的轴向之间的夹角为0°～80°；
所述一级风旋流器(181)和/或所述二级风旋流器(182)的旋流叶片与所述一级风筒(11)的轴向之间的夹角大小可调；
所述紊流钝体(19)具有第一端(191)和第二端(192)，沿着所述一级风的流出方向，所述第一端(191)位于所述第二端(192)的上游，且所述第一端(191)的内径大于所述第二端(192)的内径；
所述集氨箱(23)与所述供氨源之间的流路上设有供氨调节件(26)，以调节进入所述集氨箱(23)中的氨气量。
8.根据权利要求7所述的氨燃烧器(10)，其特征在于，所述紊流钝体(19)的通流面积沿所述一级风的流出方向渐缩，且所述紊流钝体(19)的横截面呈三角形或梯形。
9.根据权利要求1-8任一所述的氨燃烧器(10)，其特征在于，所述氨燃烧器(10)包括三级风筒(13)，所述三级风筒(13)套设于所述二级风筒(12)的外部，并提供三级风，以使所述二级氨气在所述二级风和所述三级风的作用下进一步燃烧。
10.根据权利要求9所述的氨燃烧器(10)，其特征在于，所述三级风筒(13)被构造为以下至少之一：
所述三级风筒(13)包括三级筒体(131)和三级扩口(132)，所述三级扩口(132)连接于所述三级筒体(131)的出口，且通流面积沿着所述三级风的流出方向增大；
所述三级风筒(13)中设有三级风旋流器(183)，以使所述三级风旋流流动；
所述三级风筒(13)的进风流路上设有三级风调节件(173)，以调节所述三级风的风量。
11.根据权利要求1-8任一所述的氨燃烧器(10)，其特征在于，所述一级配氨装置(21)包括一级配氨管(211)，所述一级配氨管(211)伸至所述一级风筒(11)中，以向所述一级风筒(11)内通入所述一级氨气；和/或，所述二级配氨装置(22)包括二级配氨管(221)和喷头(222)，所述二级配氨管(221)伸至所述二级风筒(12)中，所述喷头(222)连接于所述二级配氨管(221)的出口，并与所述二级配氨管(221)连通，以将所述二级配氨管(221)输送的二级氨气喷至从所述一级风筒(11)喷出的火焰中。
12.根据权利要求11所述的氨燃烧器(10)，其特征在于，所述一级配氨管(211)中设有中心风筒(14)，所述中心风筒(14)提供中心风，所述点火源(3)伸至所述中心风筒(14)中；和/或，所述二级风筒(12)中设有至少两个二级配氨装置(22)，所述至少两个二级配氨装置(22)沿着所述二级风筒(12)的周向间隔布置，且所述至少两个二级配氨装置(22)的喷头(222)朝向相同或不同。
13.根据权利要求12所述的氨燃烧器(10)，其特征在于，所述中心风筒(14)的进风流路上设有中心风调节件(142)，所述中心风调节件(142)调节进入所述中心风筒(14)的中心风的风量。
14.根据权利要求12所述的氨燃烧器(10)，其特征在于，所述至少两个二级配氨装置(22)包括喷头朝向与所述一级风筒(11)的轴向平行的二级配氨装置(22)和喷头朝向与所述一级风筒(11)的轴向和/或径向具有夹角的二级配氨装置(22)中的至少之一；和/或，所述至少两个二级配氨装置(22)包括喷头朝向所述一级风筒(11)径向内侧的二级配氨装置(22)和喷头朝向所述一级风筒(11)径向外侧的二级配氨装置(22)中的至少之一。
15.根据权利要求11所述的氨燃烧器(10)，其特征在于，所述喷头(222)的朝向与所述一级风筒(11)的轴向之间的角度为0°～90°，和/或，所述喷头(222)的朝向与所述一级风筒(11)的径向之间的角度为0°～180°。
16.一种燃烧系统，包括锅炉，其特征在于，包括如权利要求1-15任一所述的氨燃烧器(10)。
17.一种基于如权利要求1-16任一所述的氨燃烧器(10)的燃烧方法，其特征在于，包括：
向所述一级风筒(11)中通入一级风，并向所述一级配氨装置(21)中通入一级氨气，使所述一级氨气与所述一级风在所述一级风筒(11)内混合形成过量空气系数小于1的预混气体，且利用所述点火源(3)将所述预混气体点燃；
向所述二级配氨装置(22)中通入二级氨气，并向所述二级风筒(12)中通入二级风，使所述二级氨气喷入从所述一级风筒(11)喷出的火焰中，并在所述二级风的作用下进一步燃烧。
18.根据权利要求17所述的燃烧方法，其特征在于，在向所述二级风筒(12)中通入二级风时，向所述氨燃烧器(10)的套设于二级风筒(12)外的三级风筒(13)中通入三级风，以使被点燃的所述二级氨气在所述二级风和所述三级风的作用下进一步燃烧。
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