WO2023121501A1 - Device for combusting ammonia - Google Patents

Device for combusting ammonia Download PDF

Info

Publication number
WO2023121501A1
WO2023121501A1 PCT/RU2021/000598 RU2021000598W WO2023121501A1 WO 2023121501 A1 WO2023121501 A1 WO 2023121501A1 RU 2021000598 W RU2021000598 W RU 2021000598W WO 2023121501 A1 WO2023121501 A1 WO 2023121501A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ammonia
combustion chamber
channel
air
supplying
Prior art date
Application number
PCT/RU2021/000598
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Олег Федорович БРИЗИЦКИЙ
Валерий Яковлевич ТЕРЕНТЬЕВ
Юрий Васильевич МОРОЗОВ
Лев Николаевич ХРОБОСТОВ
Сергей Владимирович ФИЛИМОНОВ
Original Assignee
Акционерное Общество "Российский Концерн По Производству Электрической И Тепловой Энергии На Атомных Станциях"
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики"
Частное Учреждение По Обеспечению Научного Развития Атомной Отрасли "Наука И Инновации" (Частное Учреждение "Наука И Инновации")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU2021138240A external-priority patent/RU2779686C1/en
Application filed by Акционерное Общество "Российский Концерн По Производству Электрической И Тепловой Энергии На Атомных Станциях", Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики", Частное Учреждение По Обеспечению Научного Развития Атомной Отрасли "Наука И Инновации" (Частное Учреждение "Наука И Инновации") filed Critical Акционерное Общество "Российский Концерн По Производству Электрической И Тепловой Энергии На Атомных Станциях"
Publication of WO2023121501A1 publication Critical patent/WO2023121501A1/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C1/00—Combustion apparatus specially adapted for combustion of two or more kinds of fuel simultaneously or alternately, at least one kind of fuel being either a fluid fuel or a solid fuel suspended in a carrier gas or air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C13/00—Apparatus in which combustion takes place in the presence of catalytic material
    • F23C13/08—Apparatus in which combustion takes place in the presence of catalytic material characterised by the catalytic material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L9/00—Passages or apertures for delivering secondary air for completing combustion of fuel 
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/10—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using thermocouples

Definitions

  • the invention relates to the field of chemical engineering, and in particular to a device for burning ammonia, which can be used in heat engineering devices for generating heat and in devices for decomposing ammonia into a nitrogen-hydrogen mixture.
  • ammonia is a hardly flammable fuel and, unlike pure hydrogen, requires the use of technical solutions aimed at ensuring its high-quality combustion. This is due to the low flame temperature of ammonia (1955°K, for gasoline 2336°K), low combustion rate, and high ignition temperature of ammonia-air mixtures.
  • the combustion device further comprises a mixer that performs a mixing function.
  • the above device is the closest in technical essence to the claimed device and therefore selected as a prototype.
  • the disadvantage of the known device is a narrow range of operation and a small resource due to overheating of the side walls of the burner.
  • the technical problem to be solved is the creation of an ammonia combustion device with a large control range and a long service life.
  • Achievable technical result is to increase the environmental parameters of the burner, the reliability of its operation and safety.
  • a device for supplying an air-ammonia mixture including at least one main channel for its supply, at the outlet of which a tangential swirler is installed, a spark plug installed in combustion chamber, a channel for supplying auxiliary fuel with increased flammability
  • a cylindrical body is additionally introduced, inside which and coaxially there is a cylindrical combustion chamber with the formation between them, the main channel inlet and the tangential swirler, an annular additional channel for supplying and heating air-ammonia mixture, while at least one through hole is made on the cylindrical side surfaces of the housing and the combustion chamber for installing a spark plug, a flame sensor, a device for supplying secondary air and a flame stabilizer are introduced, moreover, the combustion chamber is a cooling chamber, at the outlet of which a catalytic block.
  • the flame sensor is made in the form of a thermocouple and is located along the axis of the device in the secondary air supply channel, located in the annular gap between the flame sensors and the additional fuel gas supply channel.
  • An axial swirler is installed at the outlet of the secondary air channel.
  • the additional fuel supply channel is made in the form of an annular gap between the outer casing and the inner shell of the secondary air supply channel, axial nozzles are made at its outlet.
  • Additional fuel can be Ng, CH 4 , C H x
  • the catalytic block contains a fire-barrier plate combined with a mesh catalyst and contains (Pt, Pd) as an active substance.
  • the heat exchanger is made as a pipe in a pipe, in the annular gap of which an ammonia-air mixture passes, containing intensifiers to improve heat transfer.
  • the spark plug is cooled with an ammonia-air mixture.
  • Secondary air is supplied to the device in a volume of not more than 50% of the volume of primary air, and additional fuel is supplied in the amount of 5-15% of the volume of the main fuel (ammonia).
  • Figure 1 presents the design of the claimed device, a longitudinal section; in fig. 2 - cross section along the plane A-A.
  • the device for burning ammonia contains a cooled combustion chamber 1 of a cylindrical shape with a burner device 3 located in it with a tangential input of working reagents - ammonia with primary air, one or more spark plugs 2 located on a cylindrical surface, flame sensors 4, 3 channels located along the axis of the burner device for supplying secondary air 6 and secondary fuel 5, a flame stabilizer 7, a mesh block 8 with catalysts.
  • an axial swirler 12 is installed, at the outlet of the secondary fuel channel 5, axial nozzles 13 are installed.
  • the secondary air is supplied to the nozzle 10 in the annular space formed by the cylinders 17 and 18, and the secondary fuel is supplied to the nozzle 9 in the annulus formed by the cylinders 16 and 17.
  • the device works as follows.
  • the ammonia-air mixture When starting, the ammonia-air mixture is fed through the fitting 1 1 into the annulus 18 and exits into the combustion chamber 1, at the same time voltage is applied to the candles 2. If necessary or required, secondary fuel is supplied to the combustion chamber 1 through the fitting 9, which enters the combustion chamber 1 through the axial nozzles 13. Installed along the axis of the device flame sensor 4 detects the presence of ignition in the device. By regulating the supply of the ammonia-air mixture, secondary fuel and air, ignition and adjustment of the operating modes of the ammonia combustion device are provided.
  • the gaseous ammonia-air mixture before entering the tangential swirler passes through a gas-cooled jacket, where it is additionally mixed and heated, which contributes to an increase in the combustion rate of ammonia and an increase in the combustion efficiency and leads to a decrease in NO X H NH 3 emissions.
  • the inner cylinder and the spark plug body are cooled, which increases the service life.
  • a stabilizing device in the form of a washer, which creates a zone of recirculation of combustion products and contributes to an increase in the time of fuel combustion and, as a result, to an increase in the completeness of combustion.
  • At least one spark plug is located on the side surface, which provides more stable ignition and the ability to install a spark plug. or multiple spark plugs at different heights.
  • this solution allows for a long-term operation of the candle.
  • the large area of the inner cylinder allows, if necessary, to install several candles, both around the circumference of the cylinder and in height, which also improves the reliability of ignition of ammonia-air mixtures.
  • a stabilizing membrane in the form of a washer is installed inside the cylinder, which ensures the swirling of the combustion products and increases the residence time of the combustion products in combustion chamber.
  • the products of complete combustion of ammonia-air mixtures are N2 and H 2 O, and incomplete combustion products are NO X and NH 3 residues. To completely eliminate the combustion products, it is necessary to minimize the content of NO X and NH 3 in the combustion products.

Abstract

The invention relates to the field of chemical engineering, and more particularly to a device for combusting ammonia, which can be used in heating devices for producing heat and in devices for decomposing ammonia into a nitrogen-hydrogen mixture. A device for combusting ammonia comprises a cylindrical combustion chamber, a device for supplying an air-ammonia mixture, which includes at least one main supply channel having a tangential vortex generator mounted at the end thereof, a spark igniter mounted in the combustion chamber, and a channel for suppling a support fuel that has heightened combustibility. Further provided is a cylindrical housing, inside which the cylindrical combustion chamber is arranged in coaxial alignment and so that an annular additional channel for supplying and heating the air-ammonia mixture is formed between the housing and the combustion chamber by the inlet of the main supply channel and by the tangential vortex generator. The cylindrical side surfaces of the housing and the combustion chamber are provided with at least one through-opening for the spark igniter. Flame sensors, a device for supplying secondary air, and a flame stabilizer are provided, and the combustion chamber is designed to allow cooling and has a catalytic unit mounted at the outlet thereof. The technical result is an improvement in the environmental parameters of the burner, as well as the operating reliability and safety thereof.

Description

Устройство для сжигания аммиака Ammonia burner
Изобретение относится к области химического машиностроения, а именно к устройству для сжигания аммиака, которое может быть использовано в теплотехнических устройствах для получения тепла и в устройствах разложения аммиака на азото-водородную смесь. The invention relates to the field of chemical engineering, and in particular to a device for burning ammonia, which can be used in heat engineering devices for generating heat and in devices for decomposing ammonia into a nitrogen-hydrogen mixture.
В течении многих лет ископаемое углеводородное сырье, прежде всего нефть и природный газ, использовались в качестве основного топлива для различных устройств сжигания в энергетике и теплотехнике. Однако ресурсы ископаемого топлива небесконечны, а образующиеся при сжигании углеводородного сырья продукты сгорания содержат углекислый газ в количествах, угрожающих экологии, прежде всего, как фактор глобального потепления. Поэтому существует потребность в поиске альтернативного углеводородам топливе, изготавливаемого из возобновляемых источников и не выделяющего при его использовании углекислого газа. For many years, fossil hydrocarbons, primarily oil and natural gas, have been used as the main fuel for various combustion devices in power and heat engineering. However, fossil fuel resources are finite, and combustion products formed during the combustion of hydrocarbons contain carbon dioxide in quantities that threaten the environment, primarily as a factor in global warming. Therefore, there is a need to find an alternative fuel to hydrocarbons, made from renewable sources and not emitting carbon dioxide when it is used.
Таким топливом, к тому же обладающим высоким качеством сжигания, при котором образуются только пары воды, до недавнего времени, считался водород. Однако при крупномасштабном применении водорода вместо углеводородного сырья возникают вопросы экономической целесообразности такой замены, связанной прежде всего с низкой энергоплотностью водорода. Учитывая изложенное, считается, что взамен углеводородного сырья целесообразней использовать водород не в чистом виде, а в химически связанном виде - в виде жидкого аммиака, который может храниться в жидком виде при небольших давлениях и комнатной температуре или при атмосферном давлении и температуре минус 33°С. Until recently, hydrogen was considered such a fuel, which also has a high combustion quality, in which only water vapor is formed. However, with the large-scale use of hydrogen instead of hydrocarbon raw materials, questions arise about the economic feasibility of such a replacement, which is associated primarily with the low energy density of hydrogen. Given the above, it is believed that instead of hydrocarbon raw materials, it is more expedient to use hydrogen not in its pure form, but in a chemically bound form - in the form of liquid ammonia, which can be stored in liquid form at low pressures and room temperature or at atmospheric pressure and a temperature of minus 33 ° C .
Однако аммиак является трудновоспламеняемым топливом и в отличие от чистого водорода требует применения технических решений, направленных на обеспечение его качественного сжигания. Это обусловлено низкой температурой пламени аммиака (1955°К, для бензина 2336°К), низкой скоростью сгорания, высокой температурой воспламенения аммиачно-воздушных смесей. However, ammonia is a hardly flammable fuel and, unlike pure hydrogen, requires the use of technical solutions aimed at ensuring its high-quality combustion. This is due to the low flame temperature of ammonia (1955°K, for gasoline 2336°K), low combustion rate, and high ignition temperature of ammonia-air mixtures.
Одним из самых распространенных решений по сжиганию аммиака является применение вихревых горелок, в которых обеспечивается качественное приготовление аммиачно-воздушных смесей за счет интенсивного перемешивания этих компонентов. Примерами таких технических решений могут быть заявки на изобретения: JP 2018155412 от 10.04.2018г. «Устройство сгорания топлива и способ его осуществления», JP 2020186843 от 13.05.2019 «Устройство сгорания»; JP 2016130619 от 15.01.2015г «Устройство сгорания топлива с низкими свойствами сгорания». One of the most common solutions for the combustion of ammonia is the use of swirl burners, which provide high-quality preparation of ammonia-air mixtures due to the intensive mixing of these components. Examples of such technical solutions can be applications for inventions: JP 2018155412 dated 04/10/2018. "Fuel combustion device and method for its implementation", JP 2020186843 dated 05/13/2019 "Combustion device"; JP 2016130619 dated 01/15/2015 "Fuel combustion device with poor combustion properties".
Однако анализ приведенных выше технических решений показал, что они обеспечивают качественное сжигание с минимальным количеством в отработанных газах, кроме азота и паров воды, еще окислов азота и остатков паров аммиака. Исследования в этом направлении, учитывая важность проблемы, ведутся повсеместно ведущими международными фирмами. However, the analysis of the above technical solutions showed that they provide high-quality combustion with a minimum amount in the exhaust gases, in addition to nitrogen and water vapor, also nitrogen oxides and ammonia vapor residues. Research in this direction, given the importance of the problem, is being carried out by leading international firms everywhere.
Известно «Устройство для сжигания аммиака» заявка Японии 20180022676 от 13.02.2018г., опубликована как заявка № JP2019138565 от 22 августа 2019г Устройство для сжигания топлива содержит цилиндр сгорания, топливный инжектор для подачи смешанного газа в виде закрученного воздушного потока, воспламенитель 14, расположенный в месте, где смешанный газ остается в цилиндре сгорания. Первым топливом является аммиак, а вторым горючее. Устройство для сжигания дополнительно содержит смеситель, выполняющий функцию смешивания. Known "Device for burning ammonia" Japanese application 20180022676 dated February 13, 2018, published as application No. JP2019138565 dated August 22, 2019 where the mixed gas remains in the combustion cylinder. The first fuel is ammonia, and the second fuel. The combustion device further comprises a mixer that performs a mixing function.
Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству и поэтому выбрано в качестве прототипа. Недостатком известного устройства является узкий диапазон работы и малый ресурс из-за перегрева боковых стенок горелки. Решаемой технической проблемой является создание устройства для сжигания аммиака с большим диапазоном регулирования и большим ресурсом работы. The above device is the closest in technical essence to the claimed device and therefore selected as a prototype. The disadvantage of the known device is a narrow range of operation and a small resource due to overheating of the side walls of the burner. The technical problem to be solved is the creation of an ammonia combustion device with a large control range and a long service life.
Достигаемым техническим результатом является повышение экологических параметров горелки, надежность ее работы и безопасность. Achievable technical result is to increase the environmental parameters of the burner, the reliability of its operation and safety.
Для достижения технического результата в устройстве для сжигания аммиака, содержащем цилиндрическую камеру сгорания, устройство для подачи воздушно-аммиачной смеси, включающее в себя, по крайней мере, один основной канал для ее подвода, на выходе которого установлен тангенциальный завихритель, искровую свечу, установленную в камере сгорания, канал для подвода вспомогательного топлива с повышенной воспламеняемостью, новым является то, что дополнительно введен цилиндрический корпус, внутри которого и соосно ему расположена цилиндрическая камера сгорания с образованием между ними, входом основного канала и тангенциальным завихрителем, кольцевого дополнительного канала для подвода и нагрева воздушно-аммиачной смеси, при этом на цилиндрических боковых поверхностях корпуса и камеры сгорания выполнено не менее одного сквозного отверстия для установки искровой свечи, введены датчик пламени, устройство для подачи вторичного воздуха и стабилизатор пламени, причем камера сгорания является охлаждающей, на выходе которой установлен каталитический блок. To achieve a technical result in an ammonia combustion device containing a cylindrical combustion chamber, a device for supplying an air-ammonia mixture, including at least one main channel for its supply, at the outlet of which a tangential swirler is installed, a spark plug installed in combustion chamber, a channel for supplying auxiliary fuel with increased flammability, what is new is that a cylindrical body is additionally introduced, inside which and coaxially there is a cylindrical combustion chamber with the formation between them, the main channel inlet and the tangential swirler, an annular additional channel for supplying and heating air-ammonia mixture, while at least one through hole is made on the cylindrical side surfaces of the housing and the combustion chamber for installing a spark plug, a flame sensor, a device for supplying secondary air and a flame stabilizer are introduced, moreover, the combustion chamber is a cooling chamber, at the outlet of which a catalytic block.
Датчик пламени выполнен в виде термопары и находится по оси устройства в канале подвода вторичного воздуха, расположен в кольцевом зазоре между датчиками пламени и каналом подвода газов дополнительного топлива. На выходе канала вторичного воздуха установлен аксиальный завихритель. Канал подвода дополнительного топлива выполнен в виде кольцевого зазора между внешним кожухом и внутренней обечайкой канала подвода вторичного воздуха, на его выходе выполнены осевые сопла. Дополнительным топливом может быть Нг, СН4, С Нх, при этом каталитический блок содержит огнепреградительную пластину, совмещенную с сетчатым катализатором и в качестве активного вещества содержит (Pt, Pd). Теплообменник выполнен как труба в трубе, в кольцевом зазоре которого проходит аммиачно-воздушная смесь, содержащая интенсификаторы для улучшения теплообмена. Искровая свеча охлаждается аммиачно-воздушной смесью. Вторичный воздух подается в устройство в объеме не более 50% от объема первичного воздуха, а дополнительное топливо подается в объеме 5- 15% от объема основного топлива (аммиака). The flame sensor is made in the form of a thermocouple and is located along the axis of the device in the secondary air supply channel, located in the annular gap between the flame sensors and the additional fuel gas supply channel. An axial swirler is installed at the outlet of the secondary air channel. The additional fuel supply channel is made in the form of an annular gap between the outer casing and the inner shell of the secondary air supply channel, axial nozzles are made at its outlet. Additional fuel can be Ng, CH 4 , C H x , while the catalytic block contains a fire-barrier plate combined with a mesh catalyst and contains (Pt, Pd) as an active substance. The heat exchanger is made as a pipe in a pipe, in the annular gap of which an ammonia-air mixture passes, containing intensifiers to improve heat transfer. The spark plug is cooled with an ammonia-air mixture. Secondary air is supplied to the device in a volume of not more than 50% of the volume of primary air, and additional fuel is supplied in the amount of 5-15% of the volume of the main fuel (ammonia).
На фиг.1 - представлена конструкция заявленного устройства, продольный разрез; на фиг. 2 - поперечный разрез по плоскости А- А. Figure 1 - presents the design of the claimed device, a longitudinal section; in fig. 2 - cross section along the plane A-A.
Устройство для сжигания аммиака (фиг.1) содержит охлаждаемую камеру сгорания 1 цилиндрической формы с расположенными в ней горелочным устройством 3 с тангенциальным вводом рабочих реагентов - аммиака с первичным воздухом, одной или несколько искровых свечей 2, расположенных на цилиндрической поверхности, датчиками пламени 4, расположенными по оси горелочного устройства 3 каналами для подвода вторичного воздуха 6 и вторичного топлива 5, стабилизатора пламени 7, сетчатого блока 8 с катализаторами. На выходе из канала вторичного воздуха 6 установлен аксиальный завихритель 12, на выходе из канала вторичного топлива 5 установлены осевые сопла 13. Газовая смесь аммиака с первичным воздухом подается через штуцер 11 в межтрубное пространство кольцевого типа, образуемого внутренним 14 и внешним 15 цилиндрами. Вторичный воздух подается в штуцер 10 в межтрубное пространство, образуемое цилиндрами 17 и 18, а вторичное топливо подается в штуцер 9 в межтрубное пространство, образуемое цилиндрами 16 и 17. The device for burning ammonia (Fig.1) contains a cooled combustion chamber 1 of a cylindrical shape with a burner device 3 located in it with a tangential input of working reagents - ammonia with primary air, one or more spark plugs 2 located on a cylindrical surface, flame sensors 4, 3 channels located along the axis of the burner device for supplying secondary air 6 and secondary fuel 5, a flame stabilizer 7, a mesh block 8 with catalysts. At the outlet of the secondary air channel 6, an axial swirler 12 is installed, at the outlet of the secondary fuel channel 5, axial nozzles 13 are installed. The secondary air is supplied to the nozzle 10 in the annular space formed by the cylinders 17 and 18, and the secondary fuel is supplied to the nozzle 9 in the annulus formed by the cylinders 16 and 17.
Устройство работает следующим образом. The device works as follows.
При запуске аммиачно-воздушная смесь подается через штуцер 1 1 в межтрубное пространство 18 и выходит в камеру сгорания 1 , одновременно на свечи 2 подается напряжение. При необходимости или потребности в камеру сгорания 1 через штуцер 9 подается вторичное топливо, которое попадает в камеру сгорания 1 через осевые сопла 13. Установленный по оси устройства датчик пламени 4 фиксирует наличие поджига в устройстве. Путем регулирования подачей аммиачно-воздушной смеси, вторичных топлива и воздуха обеспечивается поджиг и регулировка режимов работы устройства по сжиганию аммиака. When starting, the ammonia-air mixture is fed through the fitting 1 1 into the annulus 18 and exits into the combustion chamber 1, at the same time voltage is applied to the candles 2. If necessary or required, secondary fuel is supplied to the combustion chamber 1 through the fitting 9, which enters the combustion chamber 1 through the axial nozzles 13. Installed along the axis of the device flame sensor 4 detects the presence of ignition in the device. By regulating the supply of the ammonia-air mixture, secondary fuel and air, ignition and adjustment of the operating modes of the ammonia combustion device are provided.
Газовая аммиачно-воздушная смесь перед поступлением в тангенциальный завихритель проходит через газоохлаждаемую рубашку, где дополнительно перемешивается и нагревается, что способствует увеличению скорости сгорания аммиака и увеличению полноты сгорания и приводит к снижению выбросов NOXH NH3. Одновременно внутренний цилиндр и корпус искровой свечи охлаждаются, что обеспечивает увеличение ресурса. На внутреннем цилиндре устройства расположено стабилизирующее устройство в виде шайбы, которое создает зону рециркуляции продуктов сгорания и способствует увеличению времени сжигания топлива и как следствие, к увеличению полноты сгорания. В отличие от устройств сжигания углеводородного сырья, где искровые свечи зажигания располагаются в основном вблизи поступления топливо-воздушной смеси на торцевой поверхности, в заявленном устройстве, по меньшей мере, одна свеча зажигания расположена на боковой поверхности, что обеспечивает более стабильный поджиг и возможность устанавливать свечу или несколько свечей зажигания на разных высотах. При отсутствии в продуктах сгорания аммиачно-воздушных смесей сажи, такое решение позволяет обеспечивать длительный режим работы свечи. Большая площадь внутреннего цилиндра позволяет, при необходимости, устанавливать несколько свечей, как по окружности цилиндра, так и по высоте, что также способствует повышению надежности поджига аммиачно-воздушных смесей. The gaseous ammonia-air mixture before entering the tangential swirler passes through a gas-cooled jacket, where it is additionally mixed and heated, which contributes to an increase in the combustion rate of ammonia and an increase in the combustion efficiency and leads to a decrease in NO X H NH 3 emissions. At the same time, the inner cylinder and the spark plug body are cooled, which increases the service life. On the inner cylinder of the device there is a stabilizing device in the form of a washer, which creates a zone of recirculation of combustion products and contributes to an increase in the time of fuel combustion and, as a result, to an increase in the completeness of combustion. Unlike hydrocarbon combustion devices, where spark plugs are located mainly near the fuel-air mixture on the end surface, in the claimed device, at least one spark plug is located on the side surface, which provides more stable ignition and the ability to install a spark plug. or multiple spark plugs at different heights. In the absence of ammonia-air mixtures of soot in the combustion products, this solution allows for a long-term operation of the candle. The large area of the inner cylinder allows, if necessary, to install several candles, both around the circumference of the cylinder and in height, which also improves the reliability of ignition of ammonia-air mixtures.
Обеспечение качественного и полного сгорания аммиачно-воздушных смесей требует, кроме полного и равномерного смешивания аммиака с воздухом и его поджига, также длительного процесса сгорания. Для выполнения этого требования внутри цилиндра устанавливается стабилизирующая мембрана в виде шайбы, что обеспечивает закрутку продуктов сгорания и увеличивает время пребывания продуктов сгорания в камере сгорания. Продуктами полного сгорания аммиачно-воздушных смесей являются N2 и Н2О, а неполного сгорания - NOX и остатки NH3. Для полного устранения продуктов сгорания необходимо свести к минимуму содержание NOX и NH3 в продуктах сгорания. Для выполнения этого требования предлагается на выходе продуктов сгорания установить сетчатый блок, содержащий как сетки из жаростойкого материала в виде нержавеющей стали или нихрома и размещенный на сетке катализатор дожига. Предлагаемое авторами изобретение является техническим решением, направленным на решение проблемы качественного сжигания аммиака. Изобретение обеспечивает стабильное, надежное экологически чистое сжигание аммиака, повышение ресурса работы устройства и безопасности. Ensuring high-quality and complete combustion of ammonia-air mixtures requires, in addition to complete and uniform mixing of ammonia with air and its ignition, also a long combustion process. To fulfill this requirement, a stabilizing membrane in the form of a washer is installed inside the cylinder, which ensures the swirling of the combustion products and increases the residence time of the combustion products in combustion chamber. The products of complete combustion of ammonia-air mixtures are N2 and H 2 O, and incomplete combustion products are NO X and NH 3 residues. To completely eliminate the combustion products, it is necessary to minimize the content of NO X and NH 3 in the combustion products. To fulfill this requirement, it is proposed to install a mesh block at the outlet of the combustion products, containing both meshes of heat-resistant material in the form of stainless steel or nichrome and an afterburner catalyst placed on the mesh. The invention proposed by the authors is a technical solution aimed at solving the problem of high-quality combustion of ammonia. EFFECT: invention provides stable, reliable, environmentally friendly combustion of ammonia, increasing the service life of the device and safety.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Устройство для сжигания аммиака, содержащее: цилиндрическую камеру сгорания, устройство для подачи воздушно-аммиачной смеси, включающее в себя, по крайней мере, один основной канал для ее подвода, на выходе которого установлен тангенциальный завихритель, искровую свечу, установленную в камере сгорания, канал для подвода вспомогательного топлива с повышенной воспламеняемостью, отличающееся тем, что дополнительно введен цилиндрический корпус, внутри которого и соосно ему расположена цилиндрическая камера сгорания с образованием между ними, входом основного канала и тангенциальным завихрителем, кольцевого дополнительного канала для подвода и нагрева воздушно-аммиачной смеси, при этом на цилиндрических боковых поверхностях корпуса и камеры сгорания выполнено не менее одного сквозного отверстия для установки искровой свечи, введены датчик пламени, устройство для подачи вторичного воздуха и стабилизатор пламени, причем камера сгорания является охлаждающей, на выходе которой установлен каталитический блок. 1. Device for burning ammonia, containing: a cylindrical combustion chamber, a device for supplying an air-ammonia mixture, including at least one main channel for its supply, at the outlet of which a tangential swirler is installed, a spark plug installed in the combustion chamber , a channel for supplying auxiliary fuel with increased flammability, characterized in that a cylindrical body is additionally introduced, inside which and coaxially there is a cylindrical combustion chamber with the formation between them, the main channel inlet and the tangential swirler, an annular additional channel for supplying and heating air-ammonia mixture, while on the cylindrical side surfaces of the housing and the combustion chamber there is at least one through hole for installing a spark plug, a flame sensor, a device for supplying secondary air and a flame stabilizer are introduced, moreover, the combustion chamber is a cooling chamber, at the outlet of which a catalytic unit is installed.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что датчик пламени выполнен в виде термопары. 2. The device according to claim 1, characterized in that the flame sensor is made in the form of a thermocouple.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что датчик пламени установлен по оси устройства в канале подвода вторичного воздуха. 3. The device according to claim 1, characterized in that the flame sensor is installed along the axis of the device in the secondary air supply channel.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что канал вторичного воздуха образован в кольцевом зазоре между датчиками пламени и каналом подвода газов дополнительного топлива. 4. The device according to claim 1, characterized in that the secondary air channel is formed in the annular gap between the flame sensors and the additional fuel gas supply channel.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на выходе канала вторичного воздуха установлен аксиальный завихритель. 5. The device according to claim 1, characterized in that an axial swirler is installed at the outlet of the secondary air channel.
6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что канал подвода дополнительного топлива выполнен в виде кольцевого зазора между внешним кожухом и внутренней обечайкой канала подвода вторичного воздуха. 6. The device according to claim. 1, characterized in that the additional fuel supply channel is made in the form of an annular gap between the outer casing and the inner shell of the secondary air supply channel.
7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на выходе канала дополнительного топлива выполнены осевые сопла. 7. The device according to claim 1, characterized in that axial nozzles are made at the outlet of the additional fuel channel.
8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительным топливом может быть Н2, СН4, СзН8. 8. The device according to p. 1, characterized in that the additional fuel can be H 2 , CH 4 , CsH 8 .
9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каталитический блок содержит огнепреградительную пластину, совмещенную с сетчатым катализатором. 9. The device according to claim. 1, characterized in that the catalytic block contains a flame retardant plate combined with a mesh catalyst.
10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что каталитический блок в качестве активного вещества содержит (Pt, Pd). 10. Device according to claim 9, characterized in that the catalytic block contains (Pt, Pd) as an active substance.
11. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что теплообменник выполнен как труба в трубе, в кольцевом зазоре которого проходит аммиачновоздушная смесь содержит интенсификаторы для улучшения теплообмена. 11. The device according to claim 1, characterized in that the heat exchanger is made as a pipe in a pipe, in the annular gap of which the ammonia-air mixture passes and contains intensifiers to improve heat transfer.
12. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что искровая свеча охлаждается аммиачно-воздушной смесью. 12. The device according to claim 1, characterized in that the spark plug is cooled by an ammonia-air mixture.
13. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вторичный воздух подается в устройство в объеме не более 50% от объема первичного воздуха. 13. The device according to claim. 1, characterized in that the secondary air is supplied to the device in a volume of not more than 50% of the volume of primary air.
14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительное топливо подается в объеме 5-15% от объема основного топлива (аммиака). 14. The device according to claim 1, characterized in that the additional fuel is supplied in the amount of 5-15% of the volume of the main fuel (ammonia).
PCT/RU2021/000598 2021-12-22 2021-12-27 Device for combusting ammonia WO2023121501A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021138240A RU2779686C1 (en) 2021-12-22 Ammonia burning device
RU2021138240 2021-12-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023121501A1 true WO2023121501A1 (en) 2023-06-29

Family

ID=86903455

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2021/000598 WO2023121501A1 (en) 2021-12-22 2021-12-27 Device for combusting ammonia

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023121501A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2095695C1 (en) * 1994-01-31 1997-11-10 Комбасчн Консептс, Инк. Gas-fired furnace of complete combustion
RU2361150C1 (en) * 2007-10-09 2009-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет Mixing gas heat generator
RU2450856C1 (en) * 2010-11-19 2012-05-20 ООО "РГМ-Нефть-Газ-Сервис" Gas generator
WO2019159921A1 (en) * 2018-02-13 2019-08-22 株式会社セイブ・ザ・プラネット Fuel combustion device and combustion method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2095695C1 (en) * 1994-01-31 1997-11-10 Комбасчн Консептс, Инк. Gas-fired furnace of complete combustion
RU2361150C1 (en) * 2007-10-09 2009-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет Mixing gas heat generator
RU2450856C1 (en) * 2010-11-19 2012-05-20 ООО "РГМ-Нефть-Газ-Сервис" Gas generator
WO2019159921A1 (en) * 2018-02-13 2019-08-22 株式会社セイブ・ザ・プラネット Fuel combustion device and combustion method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3982910A (en) Hydrogen-rich gas generator
US7037349B2 (en) Method and apparatus for fuel/air preparation in a fuel cell
CN112483243B (en) Ammonia engine based on plasma online cracking, ignition and combustion supporting
US5601426A (en) Catalytic method
US6881386B2 (en) Low current plasmatron fuel converter having enlarged volume discharges
US8387380B2 (en) Catalytic burner apparatus for Stirling Engine
CN113048469A (en) Ammonia boiler for real-time cracking of ammonia fuel by using plasma based on energy storage of molten salt
JP4718188B2 (en) Non-catalytic combustor for reducing NOx emissions
US6863522B2 (en) Method for introducing fuel and/or thermal energy into a gas stream
JP2012153597A (en) Reformed multi fuel premixing low emission combustor and relating method
KR0148195B1 (en) Apparatus and method for decreasing nitrogen oxide emissions from internal combustion power sources
WO1996036680A1 (en) Underoxidized burner utilizing improved injectors
KR20140147077A (en) Method for organizing a working process for a gas piston engine with spark ignition
WO2013095190A1 (en) Multistage method for producing a hydrogen-containing gaseous fuel and thermal gas generator plant
CN201028506Y (en) Combustor with liquid methanol translated into hydrogen fuel
RU2779686C1 (en) Ammonia burning device
WO2023121501A1 (en) Device for combusting ammonia
US20090239181A1 (en) Combustor
CA2055028A1 (en) Method of stabilizing a combustion process
JPH1121572A (en) Process and apparatus for combusting fossil fuel
RU2374560C1 (en) Igniting device
KR101751984B1 (en) Streamer induction type combustor for improving flame stability
RU205967U1 (en) STEAM PLASMA BURNER WITH INTERNAL CYCLE GASIFICATION OF FUEL
RU2769172C1 (en) Steam plasma burner device with in-cycle gasification of fuel
RU126376U1 (en) GASIFIER FOR OPEN DIAGRAM LIQUID ROCKET ENGINE

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21969169

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1