[发明专利]一种氢气水蒸气富氧无焰燃烧器

说明书

本发明属于无焰燃烧器领域，并具体公开了一种氢气水蒸气富氧无焰燃烧器，其中氢气喷管与燃烧室连接；第一水蒸气喷管套设在氢气喷管的外侧，并与燃烧室连接，用于在预热阶段向燃烧室喷射水蒸气；一次风喷管套设在第一水蒸气喷管的外侧，并与燃烧室连接，用于在预热阶段向燃烧室喷射一次风；二次风喷管与燃烧室连接，用于在无焰燃烧阶段向燃烧室喷射二次风；燃烧室用于为氢气进行富氧燃烧提供空间。本发明利用水蒸气将一次风与氢气分隔，能够有效降低氢气的燃烧速率，从而提高燃烧器的安全性，待达到预设温度后，切换为二次风喷管提供氧气以此实现氢气的无焰燃烧，能够保证燃烧器内的温度分布较为均匀，从而避免了氢气燃烧产生的安全隐患。

技术领域

本发明属于无焰燃烧器领域，更具体地，涉及一种氢气水蒸气富氧无焰燃烧器。

背景技术

近年来，随着人类对化石能源的快速消费，环境问题日趋严重，其中化石能源燃烧产生的氮氧化物是形成酸雨和PM2.5的主要原因之一，同时化石燃料燃烧产生的CO₂也会加剧温室气体效应，对环境造成极大的影响。氢气作为一种新型燃料因其具有诸多优点而备受关注，例如氢气因燃烧热值高，故燃烧氢气产生的能量较高；氢气燃烧之后的产物只有水，因此氢气燃烧具有清洁无污染的特点；此外，氢气可以直接由水获得，可以循环使用。然而，氢气燃烧也有难以克服的缺点：氢气热值高，相应的燃烧温度高，导致伴随着氢气燃烧的氮氧化物(NOx)排放也较高；氢气的燃烧速率极快又极易爆炸，所以氢气燃烧的安全隐患也限制了氢气的大规模使用。

此外，寻找一种新的燃烧技术也是降低污染物排放的另一条途径，富氧燃烧和无焰燃烧近年来受到持续关注，传统富氧燃烧是以二氧化碳代替氮气稀释氧气，使得烟气中含有大量的二氧化碳，从而有利于对二氧化碳的捕集和封存，同时二氧化碳相对于氮气具有更高的热容，因此燃烧温度相对较低，进而NOx的排放量会在一定程度上降低。无焰燃烧作为一种新兴技术具有如下优点：反应速率低、局部释热少、热流分布均匀、燃烧温度低且分布均匀、无火焰锋面、噪音极小，且NOx排放极低。富氧燃烧和无焰燃烧结合起来的技术被称为富氧无焰燃烧技术，该技术综合了富氧燃烧和无焰燃烧的优点，能够更大程度的降低氮氧化物的排放。

目前对无焰燃烧技术的研究已取得较大进展，例如CN201310624080.3提出了一种煤粉富氧无焰燃烧方法及其系统，该发明在富氧燃烧富集二氧化碳的基础上通过无焰燃烧提高其稳定性、燃尽率和辐射换热；CN201410528106.9提出了一种富氧燃气无焰燃烧器，该发明可将无焰燃烧和富氧燃烧有机结合，实现了无焰燃烧，优化了炉内温度分布同时降低了NOx排放。然而，目前现有的富氧燃烧器均是以二氧化碳作为氧化剂稀释剂，而针对氢气燃料采用水蒸气作为稀释剂可以获得高纯度的水蒸气烟气，利于烟气捕水和降低NOx生成；同时，对于氢气这种燃烧速率极快的燃料，目前还没有相关无焰燃烧器的发明专利，这使得氢气这种清洁能源的利用受到一定限制。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种氢气水蒸气富氧无焰燃烧器，其中结合富氧燃烧和无焰燃烧自身的特征，对其关键组件如第一水蒸气喷管、一次风喷管和二次风喷管的结构及其具体设置方式进行研究和设计，相应的可实现氢气的富氧无焰燃烧，并有效解决燃料燃烧过程产生大量氮氧化物的问题，且能直接实现烟气捕水，因而尤其适用于氢气燃烧的应用场合。

为实现上述目的，本发明提出了一种氢气水蒸气富氧无焰燃烧器，包括氢气喷管、第一水蒸气喷管、一次风喷管、二次风喷管、第一保温管道、第二保温管道和燃烧室，其中：

所述氢气喷管与所述燃烧室连接，用于向所述燃烧室喷射氢气；