CN217763418U - 一种催化分级氨燃烧器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种催化分级氨燃烧器，包括第一壳体、第二壳体和催化结构；第一壳体套设在第二壳体内，第二壳体和第一壳体之间形成有二级燃烧腔，第二壳体设置有与二级燃烧腔连通的第一助燃进气口和第一燃烧口；第一壳体内部设置有燃料喷射头，燃料喷射头与第一壳体之间形成有一级燃烧腔，第一壳体设置有与一级燃烧腔连通的第二助燃进气口和第二燃烧口，燃料喷射头、第二燃烧口、第一燃烧口由内往外依次设置，催化结构设置于第二燃烧口上。两极燃烧控制了氨燃料直接燃烧量，同时利用催化剂尽可能地将氨燃料分解为氢气燃烧，减少氮氧化物生成。

Description

一种催化分级氨燃烧器

技术领域

本实用新型涉及燃烧设备技术领域，特别涉及一种催化分级氨燃烧器。

背景技术

目前，“氢”能源被认为是未来全球能源结构发展的重要方向，氨作为氢的一种高效零碳载体，质量含氢率高达17.6％，常温下8atm即可液化，制备和储运产业链成熟，并且，液氨能量密度为18.8MJ/kg，是最具潜力替代传统化石能源应用于动力锅炉、工业炉窑、内燃机、燃气轮机等工业热设备的零碳燃料。氨具有无碳的优点，完全燃烧后的排放物只有水和氮气，并且氨作为一种无碳燃料，同时具有热值高、易于储存等优点。然而当氨作为燃料使用时，由于氨含有燃料氮，使得燃烧过程中氮氧化物的排放大量增加，造成了环境的污染。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种催化分级氨燃烧器，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：

本实用新型提供了一种催化分级氨燃烧器，包括第一壳体、第二壳体和催化结构；所述第一壳体套设在所述第二壳体内，所述第二壳体和第一壳体之间形成有二级燃烧腔，所述第二壳体设置有与所述二级燃烧腔连通的第一助燃进气口和第一燃烧口；所述第一壳体内部设置有燃料喷射头，所述燃料喷射头与所述第一壳体之间形成有一级燃烧腔，所述第一壳体设置有与所述一级燃烧腔连通的第二助燃进气口和第二燃烧口，所述燃料喷射头、第二燃烧口、第一燃烧口由内往外依次设置，所述催化结构设置于第二燃烧口上。

本实用新型的有益效果是：

部分空气由第二助燃进气口进入一级燃烧腔，燃料喷射头喷出氨燃料。氨燃料在一级燃烧腔内与空气混合燃烧，未燃烧完全的高温氨燃料流经催化结构，催化结构内设置有氨分解催化剂，一部分高温烟气中氨燃料催化分解成氢气和氮气。这部分含氢高温烟气在二级燃烧腔与空气混合完全燃烧。两极燃烧控制了氨燃料直接燃烧量，同时利用催化剂尽可能地将氨燃料分解为氢气燃烧，减少氮氧化物生成。

作为上述技术方案的进一步改进，所述燃料喷射头与所述第一壳体之间形成一级通道，所述一级通道的横截面呈环形。空气与氨燃料混合更加均匀，燃烧更加稳定。

作为上述技术方案的进一步改进，所述一级通道设置有环形可转动的一级叶轮。空气螺旋送出，混合更加均匀，燃烧更加稳定。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第二壳体和第一壳体之间设置有二级通道，所述二级通道的横截面呈环形。空气更加均匀进入，燃烧更加稳定。

作为上述技术方案的进一步改进，所述二级通道设置有环形可转动的二级叶轮。空气螺旋送出，混合更加均匀，燃烧更加稳定。

作为上述技术方案的进一步改进，所述燃料喷射头设置有多个第一燃料喷口和多个第二燃料喷口，多个所述第一燃料喷口呈环形间隔设置于所述燃料喷射头的外周壁，多个第二燃料喷口呈环形间隔设置于所述燃料喷射头的端面，所述第二燃料喷口的喷出方向往外倾斜设置。空气与氨燃料混合更加均匀，燃烧更加稳定。

作为上述技术方案的进一步改进，所述催化结构包括催化壳，所述催化壳设置有多个催化孔。

作为上述技术方案的进一步改进，所述催化结构可拆卸设置于所述第二燃烧口。可进行催化剂的种类更换及催化剂的数量调整。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第二壳体和所述第一壳体均呈圆筒状。能空气与氨燃料混合均匀，燃烧更加充分。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一助燃进气口设置有第一控制阀，所述第二助燃进气口设置有第二控制阀。通过控制第一助燃进气口和第二助燃进气口的进气量来调整氨燃料分级燃烧量，以更好的减少氮氧化物的产生。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明；

图1是本实用新型所提供的一种催化分级氨燃烧器，其一实施例的结构示意图；

图2是图1中的A的放大图；

图3是本实用新型所提供的一种催化分级氨燃烧器，其一实施例的侧视图；

图4是本实用新型所提供的一种催化分级氨燃烧器，其一实施例的剖视图。

附图标记：第一壳体100、第二燃烧口112、一级叶轮120、第二壳体200、二级燃烧腔210、第一助燃进气口211、第一燃烧口212、二级叶轮220、燃料喷射头300、第一燃料喷口310、第二燃料喷口320、催化壳400、催化孔410、一级燃烧腔110、第二助燃进气口111。

具体实施方式

本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

参照图1至图4，本实用新型的一种催化分级氨燃烧器作出如下实施例：

在一些实施例中，一种催化分级氨燃烧器包括第一壳体100、第二壳体200和催化结构。

具体地，参照图1，第二壳体200和第一壳体100均呈圆筒状。第一壳体100同轴套设在第二壳体200内，第二壳体200和第一壳体100之间形成有二级燃烧腔210，第二壳体200设置有与二级燃烧腔210连通的第一助燃进气口211和第一燃烧口212，助燃空气由第一助燃进气口211进入，在靠近第一燃烧口212的位置主要与氢气混合后，氢气燃烧，这里的氢气是指氨燃料经过高温和催化剂的作用下分解而来，具体见下文；

第一壳体100内部设置有燃料喷射头300，燃料喷射头300连通有燃料进气管，一般地，燃料喷射头300为喷枪。燃料喷射头300与第一壳体100之间形成有一级燃烧腔110，第一壳体100设置有与一级燃烧腔110连通的第二助燃进气口111和第二燃烧口112，助燃空气由第二助燃进气口111进入主要与氨燃料混合后，部分氨燃料燃烧。燃料喷射头300、第二燃烧口112、第一燃烧口212由内往外依次设置，催化结构设置于第二燃烧口112上。一级燃烧腔110的主要燃烧区域为燃料喷射头300、第二燃烧口112之间。

部分空气由第二助燃进气口111进入一级燃烧腔110，燃料喷射头300喷出氨燃料。氨燃料在一级燃烧腔110内与空气混合燃烧，未燃烧完全的高温氨燃料流经催化结构，催化结构内设置有氨分解催化剂，一部分高温烟气中氨燃料催化分解成氢气和氮气。这部分含氢高温烟气在二级燃烧腔210与空气混合完全燃烧。两极燃烧控制了氨燃料直接燃烧量，同时利用催化剂尽可能地将氨燃料分解为氢气燃烧，减少氮氧化物生成。

需要说明的是，本实施例的氨燃料指以氨气为主要燃料，也可用于部分掺混天然气，用于助燃。氨分解催化剂为现有技术，本实用新型不作具体介绍。

可以知道是，催化分级氨燃烧器中的各个结构的材料均需要采用耐高温的材料，一般采用金属合金材料，可以灰生铁或锰铁，灰生铁或锰铁的受热膨胀系数较小。

进一步地，参照图4，当第一壳体100呈圆筒状，燃料喷射头300设置在第一壳体100的轴心上，燃料喷射头300的燃料喷管与第一壳体100会形成横截面呈环形的一级通道。也就是燃料喷射头300周围的空气进料时是均匀的，因此与氨燃料混合更加均匀，燃烧更加稳定。同样地，第二壳体200呈圆筒状时，第二壳体200和第一壳体100之间设置有横截面呈环形的二级通道。此时从第一助燃进气口211进入的空气更加均匀，因此与从第二燃烧口112出来的燃料混合更加均匀，燃烧更加稳定。

在其他一些实施例中，第一壳体100和燃料喷射头300的横截面也可以设置成其他形状，当然还可以设置正方形。当第一壳体100的横截面为矩形时，也会形成横截面呈环形的一级通道，此时的环形为大致呈“回”字形。同样地，第二壳体200也可作出相应地设置。

进一步地，一级通道设置有一级叶轮120，一级叶轮120环形可转动的设置于一级通道，一级叶轮设置有呈环形间隔设置的多个一级旋流叶片。多个一级旋流叶片使得空气螺旋送出，与混合更加均匀，燃烧更加稳定。

同样地，二级通道设置有二级叶轮220，二级叶轮220环形可转动的设置于二级通道。空气螺旋送出，混合更加均匀，燃烧更加稳定。

进一步地，参照图2，当燃料喷射头300设置有多个第一燃料喷口310和多个第二燃料喷口320，多个第一燃料喷口310呈环形间隔设置于燃料喷射头300的外周壁，第一燃料喷口310使得氨燃料与空气相互垂直交汇，混合更加均匀；多个第二燃料喷口320呈环形间隔设置于燃料喷射头300的端面，第二燃料喷口320的喷出方向往外倾斜设置。空气与氨燃料混合更加均匀，燃烧更加稳定。多个第一燃料喷口310和多个第二燃料喷口320均等距间隔设置，同时与均匀输送的空气混合，混合更加均匀。当然燃料喷射头300也可以为普通的喷射头。

进一步地，参照图1和图3所示，催化结构包括催化壳400，催化壳400设置有多个催化孔410。催化壳400主要是用来装载氨分解催化剂，将氨分解催化剂设置于第二燃烧口112，设置多个催化孔410，便于气体从第二燃烧口112进入到一级燃烧腔110内。同时为了进行催化剂的种类更换及催化剂的数量调整。催化结构可拆卸设置于第二燃烧口112。具体地，催化壳400可螺纹套设在第二燃烧口112的侧壁上，催化壳400设置外螺纹，第二燃烧口112的侧壁设置内螺纹。当然也可设置卡接结构，催化壳400设置第一卡扣，催化壳400设置第二卡扣，第一卡扣和第二卡扣相互合，起到固定催化剂的效果。

其中，在一实施例中，催化壳400的形状可以为与第一壳体100的形状相适应，大致设置呈圆柱体状，多个催化孔410均匀设置在第一壳体100上，其中多个催化孔410也可以分为第一通孔和第二通孔，多个第一通孔呈环形间隔设置在第一壳体100的外周壁，多个第二通孔呈环形间隔设置在第一壳体100的端面，其中第二通孔的喷射方向倾斜设置。其可参考燃料喷射头300的设置方式，使得燃烧气体和空气混合均匀，更加稳定地燃烧。当然，在另一些实施例中，催化壳400也可以设置成其他形状，只要能存放氨分解催化剂即可。而氨分解催化剂为现有技术，这里不做具体赘述。

进一步地，第一助燃进气口211设置有第一控制阀，第二助燃进气口111设置有第二控制阀。通过控制第一助燃进气口211和第二助燃进气口111的进气量来调整氨燃料分级燃烧量，以更好的减少氮氧化物的产生。

例如，减少通过第二助燃进气口111的进气量，进而使得进入一级燃烧腔110的氧气有限，减少氨燃料在一级燃烧腔110燃烧，此时部分没有与氧气反应地氨燃料会在高温的环境分解，部分的氨燃料未分解。然后这些混合的气体会通过第二燃烧口112进入到二级燃烧腔210；再经过第二燃烧口112的氨分解催化剂后，部分的氨气会分解，从而使得大部分氨燃料分解后在二级燃烧腔210燃烧。因此，第一控制阀和第二控制阀，能更好地控制氨燃料燃烧，减少氮氧化物的产生。此外，在一级燃烧腔110燃烧中产生的高温也会透过第一壳体100影响第一壳体100四周的空气，也就是二级燃烧腔内空气。

其中，第一控制阀和第二控制阀又可以为调节阀，能够调节空气的进入量，通过控制第一控制阀和第二控制阀的开度来控制进气量。需要说明的是，第一控制阀和第二控制阀还可设置在与第一助燃进气口211和第二助燃进气口111连通的管道上，只要能控制气体的进气速率即可。

本实用新型利用一级燃烧腔110进行燃料不完全燃烧和氨分解然后利用二级燃烧腔210将二次空气和分解后的燃料进行混合完全燃烧，达到即提高燃烧效率又控制氮氧化物生成的目的；在结构上将燃烧器一次燃烧室、二次燃烧室和氨分解催化剂进行一体化集成，实现高效低氮燃烧；并且以氨气为主要燃料，也可用于部分掺混天然气的氨燃烧器，结构简单，能够使火焰更加稳定，并大量减少氮氧化物的排放。

以上对本实用新型的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种催化分级氨燃烧器，其特征在于，包括：第一壳体、第二壳体和催化结构；

所述第一壳体套设在所述第二壳体内，所述第二壳体和第一壳体之间形成有二级燃烧腔，所述第二壳体设置有与所述二级燃烧腔连通的第一助燃进气口和第一燃烧口；

所述第一壳体内部设置有燃料喷射头，所述燃料喷射头与所述第一壳体之间形成有一级燃烧腔，所述第一壳体设置有与所述一级燃烧腔连通的第二助燃进气口和第二燃烧口，所述燃料喷射头、第二燃烧口、第一燃烧口由内往外依次设置，所述催化结构设置于第二燃烧口上。

2.根据权利要求1所述的一种催化分级氨燃烧器，其特征在于：

所述燃料喷射头与所述第一壳体之间形成一级通道，所述一级通道的横截面呈环形。

3.根据权利要求2所述的一种催化分级氨燃烧器，其特征在于：

所述一级通道设置有环形可转动的一级叶轮。

4.根据权利要求1所述的一种催化分级氨燃烧器，其特征在于：

所述第二壳体和第一壳体之间设置有二级通道，所述二级通道的横截面呈环形。

5.根据权利要求4所述的一种催化分级氨燃烧器，其特征在于：

所述二级通道设置有环形可转动的二级叶轮。

6.根据权利要求1所述的一种催化分级氨燃烧器，其特征在于：

所述燃料喷射头设置有多个第一燃料喷口和多个第二燃料喷口，多个所述第一燃料喷口呈环形间隔设置于所述燃料喷射头的外周壁，多个第二燃料喷口呈环形间隔设置于所述燃料喷射头的端面，所述第二燃料喷口的喷出方向往外倾斜设置。

7.根据权利要求1所述的一种催化分级氨燃烧器，其特征在于：

所述催化结构包括催化壳，所述催化壳设置有多个催化孔。

8.根据权利要求1所述的一种催化分级氨燃烧器，其特征在于：

所述催化结构可拆卸设置于所述第二燃烧口。

9.根据权利要求1所述的一种催化分级氨燃烧器，其特征在于：

所述第二壳体和所述第一壳体均呈圆筒状。

10.根据权利要求1所述的一种催化分级氨燃烧器，其特征在于：

所述第一助燃进气口设置有第一控制阀，所述第二助燃进气口设置有第二控制阀。

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