一种基于湿氧气的氢微混燃烧器，包括氢气组件、氧气组件和水蒸气组件；所述氢气组件向燃烧器喷嘴供给氢气燃料；所述氧气组件供给氧气；所述水蒸气组件供给两路水蒸气，第一路水蒸气被配置为环绕出所述燃烧器喷嘴的氢气燃料喷出，在氢气燃料外层形成水蒸气氛围；第二路水蒸气与所述氧气混合形成湿氧气，所述湿氧气从喷出的所述第一路水蒸气与出所述燃烧器喷嘴的氢气燃料之间喷出。本发明专利技术解决了现有氢燃烧器安全性、稳定性和高效性无法兼顾的问题。题。题。
【技术实现步骤摘要】
一种基于湿氧气的氢微混燃烧器与燃烧方法
[0001]本专利技术属于燃烧器
，涉及氢等类似可燃气体的燃烧控制应用，特别涉及一种基于湿氧气的氢微混燃烧器与燃烧方法。
技术介绍
[0002]氢(H2)是优良的可再生能源载体。在低碳能源系统中，可将风能、光能、潮汐能等波动的可再生能源以电解水方式存储为氢，再在有能源需求时，通过燃气轮机、内燃机或工业炉等设备将氢通过燃烧方式进行能源转化。
[0003]氢具有反应活性和扩散性强、燃烧温度高、容易产生回火、自燃、振荡不稳定和NOx排放恶化等问题。氢燃烧组织技术面临燃烧稳定组织、灵活燃料适应性、NOx排放恶化等方面的巨大挑战，这给高效、稳定、低排放的氢燃烧器设计带来困难。传统氢燃烧组织采用空气做氧化剂，空气中的N2使NOx排放无法避免。与传统燃烧组织不同，循环工质为水蒸气时，以氢燃料为核心搭配纯氧作氧化剂，无NOx生成，理论上可以实现零碳、零排放燃烧，是一种真正的清洁燃烧技术。
[0004]燃烧方式一般分为扩散燃烧和预混燃烧。现有氢燃烧组织多采用纯氢纯氧扩散燃烧，其最大问题是局部燃烧温度甚至高至3000K，对设备金属部件烧蚀造成极大潜在危害；同时，由于热辐射强度基本与燃烧温度正相关，其高温燃烧使辐射热损失非常明显；最后，扩散燃烧虽然稳定性较强，但其燃料转化不充分，燃烧效率不易保证。另一方面，若采用预混燃烧，氢燃料高反应活性带来的回火、自燃和振荡等燃烧不稳定性问题便十分显著，不过其优势在于燃烧效率高，燃料易充分燃烧转化。
技术实现思路
[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于湿氧气的氢微混燃烧器与燃烧方法，以解决现有氢燃烧器安全性、稳定性和高效性无法兼顾的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种基于湿氧气的氢微混燃烧器，包括氢气组件、氧气组件和水蒸气组件；所述氢气组件向燃烧器喷嘴供给氢气燃料；所述氧气组件供给氧气；所述水蒸气组件供给两路水蒸气，第一路水蒸气被配置为环绕出所述燃烧器喷嘴的氢气燃料喷出，在氢气燃料外层形成水蒸气氛围；第二路水蒸气与所述氧气混合形成湿氧气，所述湿氧气从喷出的所述第一路水蒸气与出所述燃烧器喷嘴的氢气燃料之间喷出。
[0008]在一个实施例中，所述氢气组件为氢气喷管，所述氢气喷管为末端带喷嘴的单管结构，喷嘴处采用若干周向分布的呈扩散状的喷射小孔，使氢气燃料分散喷射，实现与湿氧气的微混燃烧。
[0009]在一个实施例中，所述氧气组件包括氧供给管，所述氧供给管的出口接内旋流器，所述内旋流器连通所述第二路水蒸气，且所述内旋流器的出口环绕在所述燃烧器喷嘴外部。
[0010]在一个实施例中，所述氧供给管为环形管，环绕所述氢气喷管设置，环空间通入氧气，末端开有与所述内旋流器连通的氧气喷出小孔；所述内旋流器的主体为管状，中部设置与第二路水蒸气连通的内旋流组件，前端通过所述氧气喷出小孔连通所述氧供给管，末端为湿氧气喷出口。
[0011]在一个实施例中，所述内旋流组件由若干呈旋流方向分布的第二路水蒸气进口组成，以使进入的第二路水蒸气形成旋流并与氧气混合形成湿氧气。
[0012]在一个实施例中，所述水蒸气组件包括水蒸气供给管，与内旋流器和外旋流器连通，其中外旋流器设置在水蒸气供给管的末端，且所述外旋流器的出口环绕在所述内旋流器出口的外部。
[0013]在一个实施例中，所述外旋流器的主体为管状，内设与第一路水蒸气连通的外旋流组件，所述外旋流组件由若干呈旋流方向分布的第一路水蒸气进口组成，以使进入的第一路水蒸气形成旋流。
[0014]在一个实施例中，所述外旋流组件与所述内旋流组件的旋向相同。
[0015]在一个实施例中，喷出的氢气燃料与湿氧气的径向间距范围为1
‑
2mm，喷出的湿氧气与水蒸气的径向间距范围为2
‑
3mm。
[0016]本专利技术还提供了一种基于湿氧气的氢微混燃烧方法，沿自内向外的三个径向，依次喷出氢气燃料、湿氧气和水蒸气，喷射方向均为前方或斜前方；喷出的所述水蒸气，在喷出的所述氢气燃料外层形成水蒸气氛围，喷出的所述湿氧气在水蒸气与氢气燃料之间参与燃烧。
[0017]在一个实施例中，所述氢气燃料与氧气的体积流量比为3/5～2/1，氧气与水蒸气的体积流量比为10/90～25/75，水蒸气总量的65％～75％与氧气混合形成湿氧气。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0019](1)本专利技术采用了湿氧气方法，将氧气提前用水蒸气稀释再与氢气进行混合燃烧，避免了纯氧燃烧的局部超高温区域的形成，提高燃烧的安全性，降低辐射热损失。
[0020](2)本专利技术构造了水蒸气氛围，阻隔内部氢氧燃料溢出，并减小高温燃烧区对壁面的影响。
[0021](3)本专利技术结合了微混燃烧技术，氢通过分散小孔直接喷射进湿氧气环境中进行小尺度扩散燃烧，一方面避免了全预混燃烧带来的不稳定性问题，另一方面燃料分散喷射有利于氢氧完全反应。
[0022](4)本专利技术为一个单头部燃烧器，其结构设计仅包含5个主要零件，易加工、易组装。本专利技术使用十分方便，仅需将燃烧器安装至燃烧室中，水蒸气、氢、氧按一定设计工况分别供给，即可点火。该单头部燃烧器也可以多个集群式阵列分布，以满足较大的燃烧功率需求。
附图说明
[0023]图1是本专利技术结构示意图。
[0024]图2是本专利技术等轴测图
[0025]图3是本专利技术主体壳的等轴测图。
[0026]图4是本专利技术主体壳的下视图。
[0027]图5是本专利技术主体壳的上视图。
[0028]图6是图5中A
‑
A向视图。
[0029]图7是本专利技术外旋流器的等轴测图。
[0030]图8是本专利技术外旋流器的下视图。
[0031]图9是本专利技术外旋流器的上视图。
[0032]图10是图9中A
‑
A向视图。
[0033]图11是图10中B
‑
B向视图。
[0034]图12是本专利技术内旋流器的等轴测图。
[0035]图13是本专利技术内旋流器的下视图。
[0036]图14是本专利技术内旋流器的上视图。
[0037]图15是图14中A
‑
A向视图。
[0038]图16是图15中B
‑
B向视图。
[0039]图17是本专利技术氧供给管的等轴测图。
[0040]图18是本专利技术氧供给管的下视图。
[0041]图19是本专利技术氧供给管的上视图。
[0042]图20是图19中A
‑
A向视图。
[0043]图21是本专利技术氢气喷管结构示意图。
[0044]图22是本专利技术氢气喷管结构喷口端示意图。
[0045]图23是图22中A
‑
A向视图。
具体实施方式
[0046]为使本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于湿氧气的氢微混燃烧器，其特征在于，包括氢气组件、氧气组件和水蒸气组件；所述氢气组件向燃烧器喷嘴供给氢气燃料；所述氧气组件供给氧气；所述水蒸气组件供给两路水蒸气，第一路水蒸气被配置为环绕出所述燃烧器喷嘴的氢气燃料喷出，在氢气燃料外层形成水蒸气氛围；第二路水蒸气与所述氧气混合形成湿氧气，所述湿氧气从喷出的所述第一路水蒸气与出所述燃烧器喷嘴的氢气燃料之间喷出。2.根据权利要求1所述基于湿氧气的氢微混燃烧器，其特征在于，所述氢气组件为氢气喷管(5)，所述氢气喷管(5)为末端带喷嘴的单管结构，喷嘴处采用若干周向分布的呈扩散状的喷射小孔，使氢气燃料分散喷射，实现与湿氧气的微混燃烧。3.根据权利要求2所述基于湿氧气的氢微混燃烧器，其特征在于，所述氧气组件包括氧供给管(4)，所述氧供给管(4)的出口接内旋流器(3)，所述内旋流器(3)连通所述第二路水蒸气，且所述内旋流器(3)的出口环绕在所述燃烧器喷嘴外部。4.根据权利要求3所述基于湿氧气的氢微混燃烧器，其特征在于，所述氧供给管(4)为环形管，环绕所述氢气喷管(5)设置，环空间通入氧气，末端开有与所述内旋流器(3)连通的氧气喷出小孔(4
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3)；所述内旋流器(3)的主体为管状，中部设置与第二路水蒸气连通的内旋流组件(3
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2)，前端通过所述氧气喷出小孔(4
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3)连通所述氧供给管(4)，末端为湿氧气喷出口。5.根据权利要求4所述基于湿氧气的氢微混燃烧器，其特征在于，所述内旋流组件(3
【专利技术属性】
技术研发人员：张玮杰，王子淇，王金华，黄佐华，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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