氢燃料分级无焰燃烧方法及燃烧装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种氢燃料分级无焰燃烧方法及燃烧装置，其中方法包括：获取燃料供应系统提供的一部分氢燃料，并与压气机提供的一部分压缩空气进行均匀混合，得到混合后气体；将所述混合后气体送入催化燃烧室进行催化燃烧，生成第一级高温燃气；将所述第一级高温燃气送入柔和燃烧室，并与燃料供应系统提供的剩余部分氢燃料和压气机提供的另一部分压缩空气掺混，进行柔和燃烧，生成第二级高温燃气；输出所述第二级高温燃气用于透平做功，完成氢燃料分级无焰燃烧。本发明专利技术通过相继使用催化燃烧和柔和燃烧技术，有效解决了氢燃烧中的NO

【技术实现步骤摘要】
氢燃料分级无焰燃烧方法及燃烧装置


[0001]本专利技术涉及氢燃料燃烧
，具体地，涉及一种氢燃料分级无焰燃烧方法及燃烧装置。

技术介绍

[0002]氢是一种清洁能源，由混氢逐渐过渡到纯氢燃料，是燃气轮机逐步实现深度脱碳的必然选择。为了获得低NO
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排放，现役燃气轮机采用的主流燃烧技术是贫预混燃烧技术，其运行在贫燃料极限附近。相比天然气，氢的燃烧速度更快、点火延迟时间更短和热值更大，导致燃料由天然气切换为氢时，贫预混燃烧极易产生热声振荡和回火等不稳定现象，危害部件安全和寿命，并且NOx排放高，难以满足环境排放标准。
[0003]采用稀释扩散燃烧，可解决氢燃料回火和自燃等安全问题，但存在显著缺点：与没有稀释的燃机系统相比，效率下降；与贫预混系统相比，NO
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排放更高，燃烧噪声更大，系统更复杂，因此投资和运营成本更高。
[0004]无焰燃烧是指燃烧过程中没有显著火焰锋面的燃烧过程，因此燃烧过程中温度梯度小，能量损失小。无色分布燃烧和催化燃烧均属于无焰燃烧范畴。
[0005]无色分布燃烧(colorless distributed combustion,CDC)，也称柔和燃烧(moderate or intense low oxygen dilution,MILD)、无焰燃烧等，其特点为反应物入口温度高于自燃点，燃烧温升低于自燃点。燃烧空间内，反应物均匀分布，燃烧温升小，因此燃烧温度低和燃烧面弥散，NO
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排放和噪声都很低；可采用非预混的燃烧方式，避免回火、热声振荡等燃烧不稳定现象；燃烧室内及出口温度品质高,无超高温区域,且最高温度点低，燃烧室和涡轮叶片的热应力显著降低，可减少燃烧室冷却困难，提高透平叶片寿命。但是，传统柔和燃烧采用烟气回流实现可燃混合物稀释、掺混等过程，导致部分负荷时传统柔和燃烧性能恶化严重。
[0006]催化燃烧是反应物在催化剂表面发生的复杂物理化学过程。催化剂降低了燃料的活化能，可实现低温燃烧，低NO
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排放；燃烧发生在催化剂表面，可适应宽广燃料浓度范围，易于控制。已有催化燃烧燃气轮机技术中，燃料为天然气，催化燃烧室包含了负载型贵金属催化剂；燃料先进入催化燃烧室，然后在常规燃烧室中发生均相燃烧。所以，催化燃烧技术主要存在贵金属催化剂成本高昂，且易烧结失活等问题；未对均相燃烧采用控制技术，导致NOx排高。
[0007]综上所述，氢虽然是一种无碳能源载体，但作为燃气轮机燃料时，存在NO
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排放高、易热声振荡和易回火等问题，而贫预混燃烧、稀释扩散燃烧、传统柔和燃烧和催化燃烧利用氢燃料时仍存在诸多问题，如部分负荷时柔和燃烧性能恶化严重，催化燃烧成本高昂，导致贫预混燃烧、稀释扩散燃烧、柔和燃烧和催化燃烧难以成为氢燃气轮机全工况运行的解决方案。目前没有发现同本专利技术类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种氢燃料分级无焰燃烧方法及燃烧装置。
[0009]根据本专利技术的一个方面，提供了一种氢燃料分级无焰燃烧方法，包括：
[0010]获取燃料供应系统中一部分氢燃料，并与部分压缩空气进行均匀混合，得到混合后气体；
[0011]将所述混合后气体进行催化燃烧，生成第一级高温燃气；
[0012]将所述第一级高温燃气与剩余氢燃料和剩余压缩空气发生卷吸掺混，并进行柔和燃烧，生成第二级高温燃气；
[0013]输出所述第二级高温燃气用于透平做功，完成氢燃料分级无焰燃烧。
[0014]优选地，所述获取燃料供应系统中一部分氢燃料，并与部分压缩空气进行均匀混合，包括：
[0015]获取燃料供应系统提供的氢燃料中的一部分，并与压气机提供的一部分压缩空气进行均匀混合；
[0016]其中：
[0017]所述一部分氢燃料占氢燃料流量的20～50％；
[0018]所述部分压缩空气占空气流量的50～70％；
[0019]所述氢燃料和压缩空气的混合比例为：1:30～1:90；
[0020]所述压缩空气的温度高于所述氢燃料的催化起燃温度。
[0021]优选地，所述将所述第一级高温燃气与剩余氢燃料和剩余压缩空气发生卷吸掺混，包括：
[0022]将所述第一级催化燃烧产生的高温燃气与剩余氢燃料和剩余压缩空气进行卷吸、掺混和稀释，并使掺混后的气体和燃料在燃烧空间内均匀分布；其中：
[0023]所述剩余氢燃料占氢燃料流量的50～80％；
[0024]所述剩余压缩空气占空气流量的30～50％；
[0025]所述第一级高温燃气、氢燃料和压缩空气的流量混合比例为：31:1:30～91:1:90；
[0026]所述掺混后气体的温度高于氢燃料的自燃温度。
[0027]优选地，所述氢燃料包括：富氢燃料、纯氢燃料和/或氢基燃料。
[0028]优选地，所述第一级高温燃气的温度为1000～1300K。
[0029]优选地，所述第二级高温燃气的温度为1500～1900K。
[0030]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种氢燃料分级无焰燃烧装置，包括依次连接的混合器、催化燃烧室以及柔和燃烧室；其中：
[0031]所述混合器，用于获取供应燃料中的一部分氢燃料和部分压缩空气，并均匀混合所述氢燃料和所述压缩空气，得到均匀混合的混合气体；
[0032]所述催化燃烧室，用于获取所述混合气体并进行催化燃烧，生成第一级高温燃气；
[0033]所述柔和燃烧室，用于获取所述第一级高温燃气、剩余氢燃料和剩余压缩空气，并进行卷吸掺混；对掺混后气体进行柔和燃烧，生成第二级高温燃气。
[0034]优选地，所述催化燃烧室，其主体为整体式蜂窝状陶瓷反应器，非贵金属催化剂负载于所述反应器基体。
[0035]优选地，还包括燃料供应系统和压气机；其中：
[0036]所述燃料供应系统和压气机分别与所述混合器和所述柔和燃烧室连接，用于提供氢燃料和压缩空气。
[0037]优选地，所述掺混后气体均匀分布于所述柔和燃烧室内。
[0038]优选地，所述一部分氢燃料占氢燃料流量的20～50％；
[0039]所述部分压缩空气占空气流量的50～70％。
[0040]优选地，所述剩余氢燃料占氢燃料流量的50～80％；
[0041]所述剩余压缩空气占空气流量的30～50％。
[0042]优选地，所述第一级高温燃气的温度为1000～1300K。
[0043]优选地，所述第二级高温燃气的温度为1500～1900K。
[0044]由于采用了上述技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有如下至少一项的有益效果：
[0045]本专利技术提供的氢燃料分级无焰燃烧方法及燃烧装置，属于一种氢燃料高效低排放的分级无焰燃烧技术，通过相继使用催化燃烧与柔和燃烧技术，实现氢燃料的高效率低NO...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢燃料分级无焰燃烧方法，其特征在于，包括：获取供应燃料中一部分氢燃料，并与部分压缩空气进行均匀混合，得到混合后气体；将所述混合后气体进行催化燃烧，生成第一级高温燃气；将所述第一级高温燃气与剩余氢燃料和剩余压缩空气发生卷吸掺混，并进行柔和燃烧，生成第二级高温燃气；输出所述第二级高温燃气用于透平做功，完成氢燃料分级无焰燃烧。2.根据权利要求1所述的氢燃料分级无焰燃烧方法，其特征在于，所述获取供应燃料中一部分氢燃料，并与部分压缩空气进行均匀混合，包括：获取燃料供应系统提供的氢燃料中的一部分，并与压气机提供的一部分压缩空气进行均匀混合；其中：所述一部分氢燃料占氢燃料流量的20～50％；所述部分压缩空气占空气流量的50～70％；所述氢燃料和压缩空气的混合比例为：1:30～1:90；所述压缩空气的温度高于所述氢燃料的催化起燃温度。3.根据权利要求1所述的氢燃料分级无焰燃烧方法，其特征在于，所述将所述第一级高温燃气与剩余氢燃料和剩余压缩空气发生卷吸掺混，包括：将所述第一级催化燃烧产生的高温燃气与剩余氢燃料和剩余压缩空气进行卷吸、掺混和稀释，并使掺混后的气体和燃料在燃烧空间内均匀分布；其中：所述剩余氢燃料占氢燃料流量的50～80％；所述剩余压缩空气占空气流量的30～50％；所述第一级高温燃气、氢燃料和压缩空气的流量混合比例为：31:1:30～91:1:90；所述掺混后气体的温度高于氢燃料的自燃温度。4.根据权利要求1所述的氢燃料分级无焰燃烧方法，其特征在于，所述氢燃料包括：富氢燃料、纯氢燃料和/或氢基燃料。5.根据权利要求1所述的氢燃料分级无...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑振坤，陈方，孟宇，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：