CN209371245U - 一种氢气燃烧系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种氢气燃烧系统，包括燃烧盘和安全联锁系统，燃烧盘为由内向外依次为同心套设的助燃空气气道、一次氢气气道、一次助燃空气气道、二次氢气气道和二次助燃空气气道，氢气和助燃空气可充分混合，保证氢气可完全燃烧；燃烧盘在中心处形成氢气充足区，氢气向空气充足区延伸燃烧，从而保证氢气不会发生回火，而且一次助燃空气，将火焰包裹在燃烧盘中心，确保燃烧不会出现脱焰现象。安全联锁系统包括熄火保护装置、氢气压力保护装置、助燃空气压力保护装置、三阀组检漏装置、氢气温度保护装置，对氢气燃烧系统的各个环节进行保护，如检查到异常状况，安全联锁系统控制氢气燃烧系统进入停机锁闭状态，保证生产的安全。

Description

一种氢气燃烧系统

技术领域

本实用新型属于燃烧设备技术领域，尤其涉及一种氢气燃烧系统。

背景技术

由于氢气在空气中的爆炸极限范围为4.1～74.2％，因此氢气一旦发生泄漏，很容易在设备死角处集聚，达到一定浓度后，遇到火源或静电极易发生闪爆，造成严重的安全事故。而且，氢气的燃烧速度较快，是天然气燃烧速度的8倍，所以当燃气压力控制不稳时，很容易出现回火现象，造成氢气在供气管道内发生燃爆。此外，氢气的燃烧热值也交底，纯氢的低位燃烧热值只有2566kcal/Nm³，氢气的燃烧火焰尺寸较长，很容易造成燃烧脱焰。

综上所述，氢气燃烧的安全性较低。但是，随着人类对能源的需求量日益增长，化石燃料等不可再生能源面临枯竭的危险，并且，化石燃料对环境的影响也不容忽视。而氢气作为能源，其本身无毒，且燃烧后的产物只有水，不会对空气造成污染，它被认为是理想的清洁燃料，所以如何在燃烧器中安全的使用氢气，成为了近年来的研究热点。

中国专利(CN201110210260.8，公告日2013年3月13日)公开了一种氢气燃烧器，该燃烧器在外环通道的前部设置有稳焰盘，中心通道及中间通道的前端设置在稳焰盘内并连通稳焰盘，中间通道的前部连接有多个喷管，氢气通过喷管喷出，在稳焰盘后铺散开，合理控制空气和氢气的混合比例，并控制火焰长度在合理的范围之内，可保证氢气能够安全稳定的燃烧。该装置虽然通过在燃烧器中设置了稳焰盘，氢气在稳焰盘后铺散开能够完全燃烧，一定程度上提高氢气燃烧的安全性，但仍然不能完全的解决氢气燃烧脱焰、回火等问题。

实用新型内容

本实用新型提供的技术方案是：

一种氢气燃烧系统，包括燃烧盘和安全联锁系统，其中：

燃烧盘为由内向外分别为依次同心套设的助燃空气气道、一次氢气气道、一次助燃空气气道、二次氢气气道和二次助燃空气气道，其中助燃空气气道为独立气道，一次氢气气道远离燃烧盘一端与供氢管道相连接，二次氢气气道从一次氢气气道靠近燃烧盘一端引出，二次助燃空气气道与一次助燃空气气道通过两条横穿二次氢气气道的连通气道相连接。

安全联锁系统用于在出现异常状况时，控制氢气燃烧系统进入停机锁闭状态，安全联锁系统包括设置在燃烧盘上的熄火保护装置、氢气压力保护装置、助燃空气压力保护装置，设置在一次氢气气道中部和两端的三阀组检漏装置，设置在一次氢气气道氢气入口处的氢气温度保护装置。

优选地，熄火保护装置为紫外线火焰检测器，用于检测燃烧器是否出现脱焰，紫外线火焰检测器的动作时间不超过2s。

优选地，氢气压力保护装置用于防止氢气压力变化影响氢气正常燃烧，氢气压力保护装置设定的氢气安全压力范围为50-80kPa。

优选地，助燃空气压力保护装置用于防止空气压力过低造成氢气不能完全燃烧，助燃空气保护装置设定助燃空气的最低压力为3kPa。

优选地，三阀组检漏装置用于检测供氢管道是否存在氢气泄露，三阀组检漏装置设定供氢管道两端的气压差不大于2.5kPa。

优选地，氢气温度保护装置用于控制进入供氢管道氢气的温度，氢气温度保护装置设定供氢管道入口处氢气的温度不超过35℃。

优选地，所述氢气燃烧系统中均使用气动球阀，气动球阀的动作时间不超过2.5s。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：(1)燃烧盘在中心处形成了氢气充足区，氢气向空气充足区延伸燃烧，从而保证氢气不会发生回火，而且在一次氢气外围的一次助燃空气，将火焰包裹在燃烧盘中心，确保燃烧不会出现脱焰现象；(2)燃烧盘为由内向外分别为依次同心套设的助燃空气气道、一次氢气气道、一次助燃空气气道、二次氢气气道和二次助燃空气气道，氢气和助燃空气可以充分的混合，保证氢气可完全燃烧；(3)通过调整一次助燃空气的吹入方向，可使氢气的燃烧火焰与燃烧盘保持一定的距离，吹入的一次助燃空气还具有冷却燃烧盘的功能，保证燃烧盘不被靠近燃烧盘的火焰高温腐蚀；(4)通过设置熄火保护装置、氢气压力保护装置、助燃空气压力保护装置、三阀组检漏装置、氢气温度保护装置，对氢气燃烧系统的各个环节进行保护，如检查到异常状况时，氢气燃烧系统将进入停机锁闭状态，保证生产的安全。

附图说明

图1为燃烧盘主视剖面图；

图2为燃烧盘沿A-A方向的左视剖面图。

其中：1、助燃空气气道，2、一次氢气气道，3、一次助燃空气气道，4、二次氢气气道，5、二次助燃空气气道，6、连通气道。

具体实施方式

下面，结合附图对本实用新型的实施方式进行说明。

本实用新型提供了一种氢气燃烧系统，包括燃烧盘和安全联锁系统，其中燃烧盘为由内向外分别为依次同心套设的助燃空气气道1、一次氢气气道2、一次助燃空气气道3、二次氢气气道4和二次助燃空气气道5，其中助燃空气气道1为独立气道，一次氢气气道2远离燃烧盘一端与供氢管道相连接，二次氢气气道4从一次氢气气道2靠近燃烧盘一端引出，二次助燃空气气道5与一次助燃空气气道3通过两条横穿二次氢气气道4的连通气道6相连接。

该燃烧盘最中心为助燃空气和一次氢气，调整助燃空气的供应量小于一次氢气的供应量，使该区域的一次氢气没有足够的助燃空气，使氢气不能完全燃烧，形成氢气充足区。因此，氢气只有向氢气喷口的反方向、空气充足区延伸燃烧，从而保证了氢气不会发生回火，造成管内爆炸事故。

此外，由于在燃烧盘中心为氢气充足区，该区域产生的中心火焰，其火焰被一次助燃空气形成的回压旋流压缩、包裹在燃烧盘中心，确保燃烧不会出现脱焰现象。

一次氢气外包围有一次助燃空气，一次助燃空气外包围有二次氢气，二次氢气外又包围有二次助燃空气，二次助燃空气与氢气的混合区域为空气充足区，二次助燃空气能够控制火焰的扩散，形成有规律的火焰形状，保证燃烧效率和燃烧系统的安全运行。该结构的燃烧盘，保证了氢气和空气可以良好的混合，进而保证氢气可以完全燃烧。而且通过控制空气和氢气的供应速度，即可控制氢气的燃烧速度，最终取得需要的火焰尺寸及温度场分布。

通过调整一次助燃空气的吹入方向，可使氢气的燃烧火焰与燃烧盘保持一定的距离，同时，吹入的一次助燃空气还具有冷却燃烧盘的功能，保证燃烧盘不被靠近燃烧盘的火焰高温腐蚀。

安全联锁系统用于在出现异常状况时，控制氢气燃烧系统进入停机锁闭状态，安全联锁系统包括设置在燃烧盘上的熄火保护装置、氢气压力保护装置、助燃空气压力保护装置，设置在供氢管道中部和两端的三阀组检漏装置，设置在供氢管道氢气入口处的氢气温度保护装置。

设置在燃烧盘上的熄火保护装置为紫外线火焰检测器，用于检测燃烧器是否出现脱焰。如由于各种原因，燃烧器无法正常燃烧，紫外线火焰检测器无法正常检测到火焰时，氢气燃烧系统将进入停机锁闭状态，同时发出声光报警。紫外线火焰检测器的动作时间不超过2s，所以该装置可保证不会有大量的氢气逸散、造成安全事故。

设置在燃烧盘上的氢气压力保护装置用于防止氢气压力变化影响氢气正常燃烧。氢气压力过低，会引起燃烧不稳定，甚至脱焰；氢气压力过高，就会有回火的可能。氢气压力保护装置设定的氢气安全压力范围为50-80kPa，氢气压力一旦低于或高于设定的正常燃气压力范围值时，氢气燃烧系统将立即进入停机锁闭状态，并同时发出声光报警。

设置在燃烧盘上的助燃空气压力保护装置用于防止空气压力过低造成氢气不能完全燃烧，助燃空气保护装置设定助燃空气的最低压力为3kPa，当助燃空气压力低于设定的正常燃气压力范围值时，氢气燃烧系统将立即进入停机锁闭状态，并同时发出声光报警，

设置在供氢管道中部和两端的三阀组检漏装置用于检测供氢管道是否存在氢气泄露，三阀组检漏装置设定供氢管道两端的气压差不大于2.5kPa，当供氢管道两端的压差大于设定范围，氢气燃烧系统将进入停机锁闭状态，并同时发出声光报警，确保氢气不出现泄露。

设置在供氢管道氢气入口处的氢气温度保护装置用于控制进入供氢管道氢气的温度，氢气温度保护装置设定供氢管道入口处氢气的温度不超过35℃，当温度超限，氢气燃烧系统将进入停机锁闭状态，并同时发出声光报警。

氢气燃烧系统中均使用气动球阀，气动球阀的动作时间不超过2.5s，可保证在出现异常状况时，氢气燃烧系统可及时进入停机锁闭状态，以充分确保系统的安全运行。

最后应说明的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种氢气燃烧系统，包括燃烧盘和安全联锁系统，其特征在于，

所述燃烧盘为由内向外依次为同心套设的助燃空气气道(1)、一次氢气气道(2)、一次助燃空气气道(3)、二次氢气气道(4)和二次助燃空气气道(5)，其中助燃空气气道(1)为独立气道，一次氢气气道(2)远离燃烧盘一端与供氢管道相连接，二次氢气气道(4)从一次氢气气道(2)靠近燃烧盘一端引出，二次助燃空气气道(5)与一次助燃空气气道(3)通过两条横穿二次氢气气道(4)的连通气道(6)相连接；

所述安全联锁系统用于在出现异常状况时，控制氢气燃烧系统进入停机锁闭状态，安全联锁系统包括设置在燃烧盘上的熄火保护装置、氢气压力保护装置、助燃空气压力保护装置，设置在供氢管道中部和两端的三阀组检漏装置，设置在供氢管道氢气入口处的氢气温度保护装置。

2.如权利要求1所述的氢气燃烧系统，其特征在于，所述熄火保护装置为紫外线火焰检测器，用于检测燃烧器是否出现脱焰。

3.如权利要求2所述的氢气燃烧系统，其特征在于，所述紫外线火焰检测器的动作时间不超过2s。

4.如权利要求1所述的氢气燃烧系统，其特征在于，所述氢气压力保护装置用于防止氢气压力变化影响氢气正常燃烧，氢气压力保护装置设定的氢气安全压力范围为50-80kPa。

5.如权利要求1所述的氢气燃烧系统，其特征在于，所述助燃空气压力保护装置用于防止空气压力过低造成氢气不能完全燃烧，助燃空气保护装置设定助燃空气的最低压力为3kPa。

6.如权利要求1所述的氢气燃烧系统，其特征在于，所述三阀组检漏装置用于检测供氢管道是否存在氢气泄露，三阀组检漏装置设定供氢管道两端的气压差不大于2.5kPa。

7.如权利要求1所述的氢气燃烧系统，其特征在于，所述氢气温度保护装置用于控制进入供氢管道氢气的温度，氢气温度保护装置设定供氢管道入口处氢气的温度不超过35℃。

8.如权利要求1所述的氢气燃烧系统，其特征在于，所述氢气燃烧系统中均使用气动球阀，气动球阀的动作时间不超过2.5s。