一种等离子体助燃式低NOx排放氨平焰燃烧器及燃烧方法

本发明涉及一种低污染物排放燃烧设备，具体是一种采用等离子体助燃式低nox平焰氨燃烧器及燃烧方法。

背景技术：

1、氨作为一种无碳、清洁、高热值的替代燃料受到广泛关注，可成为与可再生能源匹配的化学能储能载体。然而目前氨燃烧仍然存在一定的技术难题：由于氨的着火温度较高和火焰传播速率慢，因此燃烧不稳定，输出功率小，且燃烧利用过程中产生大量nox污染物。目前为了改善氨燃烧特性，采用碳氢燃料与氨混合燃烧来提高燃烧速度和温度性，但也因此带来碳排放的增加。因此需要寻找新的技术手段对氨燃烧特性进行改善，提高燃烧稳定性并降低nox生成。

2、采用等离子体助燃技术及相配套的燃烧系统可大大降低燃料消耗，扩展低热值燃料的利用。等离子体辅助氨燃烧作为一种新兴的能源技术，具有广泛的应用前景和市场潜力，因为它将等离子体技术和氨燃料结合起来，产生一种高效、清洁的能源。等离子体辅助燃烧是指将氨燃料引入等离子体中，实现等离子体和氨燃料的相互耦合。在这个过程中，等离子体可以实现氨燃料的低温燃烧、提高燃烧效率、实现零污染排放。同时氨燃烧易于产生高浓度的nox，但氨也是良好的nox还原剂。因此合理组织火焰结构，充分利用氨对nox的还原有利于降低nox的生成与排放。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种等离子体助燃式低nox平焰氨燃烧器及燃烧方法，通过等离子体使得氨快速着火且稳定燃烧，并通过在高温火焰中直接喷入氨降低nox的生成。

2、为达到上述目的，本发明提供了一种采用燃料分级和空气分级的低氮等离子体助燃技术助燃平焰氨燃烧器，其中氨燃料和助燃空气实行分级供入，首先利用等离子体将一次氨燃料在预燃室与助燃空气实现稳定的着火燃烧；然后，通过涡流进气结构将二次空气送入燃烧室；同时，通过燃烧器结构布置的二次燃料通道喷入氨气，在形成的氨气平面燃烧火焰中喷入氨燃料，在高温低氧燃烧条件下，发挥氨气的燃烧及还原作用，从而降低整体氨气燃烧nox的生成。

3、本发明的一种采用燃料分级和空气分级的低nox等离子体助燃式平焰氨燃烧器，包括等离子体结构，空气套管结构，涡流进气结构，二次燃料管，烧嘴砖结构。

4、具体地，一种采用燃料分级的低nox蓄热式平焰氨燃烧器，包括等离子体结构，空气套管结构，涡流进气结构，二次燃料管，喇叭型烧嘴砖，预燃室和燃烧室；等离子体结构包括高压电极、绝缘介质、旋流器和接地金属外壳；喇叭型烧嘴砖设置在燃烧室上；优选地，接地电极套设在绝缘介质外部，高压电极位于绝缘介质内部，接地电极和绝缘介质之间形成空腔，所述的空腔为一次风氨气通路(105)，旋流器(104)设置在一次风氨气通路内部；空气套管结构与预燃室连接；所述等离子体结构与空气套管结构连接；

5、所述等离子体结构中含有旋流器将燃料火焰产生旋流；

6、等离子体结构穿过空气套管结构后与燃烧室连接，其内含有氨气旋流结构，使氨气旋转，等离子体产生能量强大的高温、高速火焰点燃氨气，产生的大密度活性粒子有利于强化氨气的燃烧性能；

7、二次空气通过涡流进气结构与氨气充分混合燃烧经过喇叭型烧嘴砖形成平面火焰；喇叭型烧嘴砖内的不同位置设置有多个二次燃料孔道；所述二次燃料管，通过设置于烧嘴砖内的不同位置的二次燃料孔道将氨气直接喷入到平焰燃烧器的燃烧室内。

8、进一步的，所述等离子体结构与空气套管结构连接，一次氨燃料通过等离子体结构进行燃烧，所述等离子体结构含有旋流器将氨气产生旋流。

9、进一步的，所述涡流进气结构与预燃室连接，二次助燃空气通过涡流进气结构在预燃室与氨气进行充分混合燃烧，并使得空气与氨气充分混合燃烧并在燃烧室内形成旋流火焰。

10、进一步的，空气与氨气混合燃烧经过喇叭型烧嘴砖形成平面火焰。

11、进一步的，所述二次燃料管，通过设置于烧嘴砖内的不同位置的二次燃料喷管将氨气直接喷入到火焰中。

12、一种采用燃料分级的低nox等离子体助燃式平焰氨燃烧器的燃烧方法，使用如上所述的等离子体助燃式平焰氨燃烧器，具体包括如下步骤：

13、步骤(1)：氨气进入等离子体结构后，通过等离子体产生能量强大的高温、高速火焰点燃氨气后，经过等离子体旋流器产生旋流火焰进入空气套管结构内与一次助燃空气混合燃烧，同时二次助燃空气通过涡流进气结构在预燃室与氨气进行充分混合形成强旋流燃烧，通过喇叭型烧嘴砖内形成氨平面燃烧火焰，并且由于形成的强旋流产生中心高温回流区，进一步促进氨气的稳定燃烧，同时构建高温低氧浓度火焰，抑制nox的生成；

14、步骤(2)：通过二次燃料管在形成的氨气平面燃烧火焰中喷入氨燃料，在高温低氧燃烧条件下，二次氨气在低氧高温火焰中燃烧，抑制nox的生成，同时对已经生成的nox起到还原作用，从而降低了整体氨气燃烧nox的生成。

15、作为本发明更进一步的改进，通过等离子体可以增强气流流动稳定性，还可以在燃烧室中产生能量强大的高温、高速火焰来点燃可燃混合气和大密度的活性粒子来强化燃烧性能，使得氨气得以点火并稳定燃烧，降低了氨的点火难度和不稳定性。

16、采用本发明提供的技术方案，具有如下显著效果：

17、(1)利用等离子体助燃氨气，促进了氨气的着火，提高了氨气燃烧的速度，保证了氨气燃烧的稳定性；利用气体旋流结构和喇叭型烧嘴砖产生平面火焰，进一步促进氨气的稳定燃烧且提高燃烧效率；

18、(2)利用涡流进气结构输入二次空气，使得空气与氨气进一步充分混合燃烧并形成强旋流气流，提高氨气燃烧效率和稳定性；

19、(3)利用多孔结构布置氨气输入喷管，将氨气直接喷入高温火焰中，使二次氨燃料在燃烧室均匀分布燃烧，可以进一步降低nox排放，达到低氮氧化物排放高效燃烧的效果。

技术特征：

1.一种等离子体助燃式低nox排放氨平焰燃烧器，其特征在于，包括等离子体结构(100)，空气套管结构(200)，涡流进气结构(300)，二次燃料管(400)，喇叭型烧嘴砖(500)，预燃室和燃烧室；等离子体结构(100)包括接地电极(101)，绝缘介质(102)，高压电极(103)，旋流器(104)和一次风氨气通路(105)；喇叭型烧嘴砖(500)设置在燃烧室上；优选地，接地电极(101)套设在绝缘介质(102)外部，高压电极(103)位于绝缘介质内部，接地电极(101)和绝缘介质(102)之间形成空腔，所述的空腔为一次风氨气通路(105)，旋流器(104)设置在一次风氨气通路(105)内部；

2.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，一次氨燃料流过等离子体结构(100)进行燃料点燃。

3.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述空气通过套管结构(200)与旋转空气及氨气混合燃烧形成平面火焰。

4.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，涡流进气结构(300)，为设置于平焰燃烧器预燃室位置的蜗壳进气通道。

5.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，二次燃料管(400)为二次燃料输送总管。

6.一种采用等离子体助燃式低nox排放氨平焰燃烧器的燃烧方法，其特征在于，使用如上所述的蓄热式平焰氨燃烧器，具体包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

技术总结本发明提供了一种等离子体助燃式低NOx排放氨平焰燃烧器及燃烧方法，所述燃烧器包括等离子体结构，空气套管结构，涡流进气结构，二次燃料管，烧嘴砖结构，预燃室和燃烧室。其中燃料和空气实行分级供入，利用等离子体点燃氨气后，经过等离子体旋流器产生旋流火焰与一次助燃空气混合燃烧，同时二次助燃空气在预燃室与氨气进行充分混合并产生强旋流火焰稳定燃烧。同时，在形成的平面燃烧火焰中直接通过二次燃料喷管喷入氨气，在高温低氧燃烧条件下，发挥氨气的燃烧及还原作用，从而降低整体氨气燃烧NOx的生成。技术研发人员：顾明言,位鑫,李双龙,吴勇,王双,黄痒永,陈萍受保护的技术使用者：安徽工业大学技术研发日：技术公布日：2024/3/27