本發(fā)明屬于氫能利用，特別涉及一種氫氣燃燒器及燃煤機(jī)組摻氫燃燒系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、隨著國家對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)的高度重視，2022年出臺(tái)的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021—2035年）》明確了氫能產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略地位，將其列為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和未來產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展方向。在此基礎(chǔ)上，2024年又陸續(xù)印發(fā)了《2024—2025年節(jié)能降碳行動(dòng)方案》等文件，大力推進(jìn)氫能“制儲(chǔ)輸用”全鏈條發(fā)展。
2、在我國能源結(jié)構(gòu)中，燃煤發(fā)電機(jī)組是主要的碳排放來源之一，其co2排放量約占我國總co2排放量的34%左右。因此，如何將氫能與燃煤機(jī)組有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)氫能在燃煤機(jī)組中的穩(wěn)定、清潔、高效摻燒，對(duì)于降低燃煤機(jī)組碳排放量、推動(dòng)中國能源應(yīng)用向綠色低碳轉(zhuǎn)型具有至關(guān)重要的意義，其影響將深刻改變中國能源應(yīng)用的前景。
3、氫氣本身具有獨(dú)特的燃燒特性，其可燃極限范圍較寬，為4.0%-74.2%，火焰?zhèn)鞑ニ俣葮O快，可達(dá)數(shù)百米甚至千米每秒以上，且火焰溫度極高，在2000℃以上。當(dāng)氫氣與煤混燃時(shí)，一方面有助于降低燃煤產(chǎn)生的碳排放，另一方面能夠?qū)崿F(xiàn)燃煤鍋爐在低負(fù)荷下的穩(wěn)定燃燒。然而，氫氣燃燒也存在一些問題，如著火提前、火焰長(zhǎng)度短以及局部火焰峰值溫度高等，這些問題可能導(dǎo)致燃燒器燒損以及局部高溫區(qū)產(chǎn)生大量熱力型nox，從而影響燃燒過程的穩(wěn)定性和環(huán)保性。
4、目前針對(duì)這些問題，現(xiàn)有技術(shù)有提出采用氫氣中摻混不可燃?xì)怏w（如氮?dú)饣騝o2）的方案，以此來減緩燃燒速度、增加火焰長(zhǎng)度并降低火焰峰值溫度。但氮?dú)夂蚦o2本身不具備燃燒活性，摻混后可能會(huì)對(duì)燃燒穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，而且氮?dú)膺€是熱力型nox的主要來源之一，這在一定程度上限制了該方案的應(yīng)用效果。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種氫氣燃燒器及燃煤機(jī)組摻氫燃燒系統(tǒng)，利用氨氣作為調(diào)節(jié)氫氣燃燒活性的氣體，減慢氫氣燃燒速度，增加火焰長(zhǎng)度，有利于安全、穩(wěn)定燃燒。
2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種氫氣燃燒器，包括：由外向內(nèi)依次設(shè)置的第一管體、第二管體和第三管體、氫氣噴管、點(diǎn)火槍、第一擴(kuò)散筒、第二擴(kuò)散筒和第三擴(kuò)散筒，所述第一管體、所述第二管體和所述第三管體均為直管，所述第一擴(kuò)散筒、所述第二擴(kuò)散筒和所述第三擴(kuò)散筒均為漸擴(kuò)管；
3、所述第一擴(kuò)散筒、所述第二擴(kuò)散筒和所述第三擴(kuò)散筒的第一端分別與所述第三管體、所述第二管體和所述第一管體的第二端連接，所述氫氣噴管和所述點(diǎn)火槍均位于所述第三管體的內(nèi)腔；
4、所述第一管體和所述第二管體之間形成用于通入直流助燃?xì)怏w的直流助燃風(fēng)通道，所述第二管體和所述第三管體之間形成用于通入氫氣和氨氣混合氣體的第二氣體通道，所述第三管體和所述氫氣噴管之間形成用于通入旋流助燃?xì)怏w的旋流助燃風(fēng)通道，所述氫氣噴管具有用于通入氫氣的第一氣體通道；
5、所述第一擴(kuò)散筒、所述第二擴(kuò)散筒和所述第三擴(kuò)散筒的第二端在軸向長(zhǎng)度依次遞增。
6、可選的，在上述氫氣燃燒器中，所述氫氣噴管的數(shù)量為多個(gè)，多個(gè)所述氫氣噴管中的至少兩個(gè)長(zhǎng)度不同。
7、可選的，在上述氫氣燃燒器中，所述第一管體、所述第二管體、所述第三管體、所述點(diǎn)火槍、所述第一擴(kuò)散筒、所述第二擴(kuò)散筒和所述第三擴(kuò)散筒同軸設(shè)置。
8、可選的，在上述氫氣燃燒器中，所述旋流助燃風(fēng)通道的旋流助燃?xì)怏w占所述氫氣燃燒器中總風(fēng)量的20%~30%；
9、和/或，所述第二氣體通道內(nèi)的混合氣體為高速直流風(fēng)；
10、和/或，所述直流助燃風(fēng)通道的直流助燃?xì)怏w占所述氫氣燃燒器中總風(fēng)量的70%~80%；
11、和/或，所述第二氣體通道內(nèi)氨氣體積流量占?xì)錃怏w積流量的10%~50%；
12、和/或，所述氫氣噴管中的氫氣占燃料總熱值的15%~25%；
13、和/或，所述第一擴(kuò)散筒、所述第二擴(kuò)散筒和所述第三擴(kuò)散筒的擴(kuò)散角度為15°~30°。
14、可選的，在上述氫氣燃燒器中，還包括設(shè)置于所述旋流助燃風(fēng)通道內(nèi)的旋流葉片。
15、本發(fā)明還提供一種燃煤機(jī)組摻氫燃燒系統(tǒng)，包括鍋爐、煤粉燃燒器以及氫氣燃燒器，所述煤粉燃燒器和所述氫氣燃燒器分別設(shè)置于所述鍋爐內(nèi)；
16、所述氫氣燃燒器為如上文所述的氫氣燃燒器。
17、可選的，在上述燃煤機(jī)組摻氫燃燒系統(tǒng)中，所述氫氣燃燒器布置在所述鍋爐的主燃區(qū)中下層位置或還原區(qū)。
18、可選的，在上述燃煤機(jī)組摻氫燃燒系統(tǒng)中，所述氫氣燃燒器的數(shù)量為多個(gè)，多個(gè)所述氫氣燃燒器沿所述鍋爐的高度方向布置。
19、可選的，在上述燃煤機(jī)組摻氫燃燒系統(tǒng)中，還包括制氫單元、儲(chǔ)氫單元、合成氨單元和儲(chǔ)氨單元，所述制氫單元的出口分別與所述儲(chǔ)氫單元和所述合成氨單元的入口連通，所述儲(chǔ)氫單元的出口通過第一調(diào)節(jié)閥與所述氫氣燃燒器的第二氣體通道入口連通，所述合成氨單元的出口通過第二調(diào)節(jié)閥與所述氫氣燃燒器的第二氣體通道入口連通。
20、可選的，在上述燃煤機(jī)組摻氫燃燒系統(tǒng)中，所述儲(chǔ)氫單元的出口通過第三調(diào)節(jié)閥與所述第一氣體通道的入口連通。
21、本發(fā)明提供了一種氫氣燃燒器，其有益效果在于：
22、通過由內(nèi)向外依次套設(shè)三個(gè)管體，并形成旋流助燃風(fēng)通道、第二氣體通道和直流助燃風(fēng)通道，在三個(gè)管體的端部分別連接三個(gè)擴(kuò)散筒，由內(nèi)向外的三個(gè)擴(kuò)散筒出口的軸向長(zhǎng)度依次遞增。位于最內(nèi)側(cè)的管體內(nèi)分別設(shè)置氫氣噴管和所述點(diǎn)火槍。工作時(shí)，氫氣噴管中的氫氣與旋流助燃風(fēng)通道的旋流助燃?xì)怏w逐級(jí)混合，旋流助燃?xì)怏w具有助燃作用，被點(diǎn)火槍點(diǎn)燃。擴(kuò)散筒內(nèi)被點(diǎn)燃的高溫氣體為高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，繼續(xù)卷吸第二氣體通道內(nèi)的氫氨氣體，為第二氣體通道內(nèi)氫氨氣體的混合燃燒提供熱量。之后再與來自直流助燃風(fēng)通道的直流助燃?xì)怏w進(jìn)行混合，從而實(shí)現(xiàn)徑向分級(jí)燃燒。利用旋流助燃?xì)怏w和直流助燃?xì)怏w兩種助燃?xì)怏w實(shí)現(xiàn)助燃?xì)怏w分級(jí)配入，氫氣燃燒器實(shí)現(xiàn)了分級(jí)、分段燃燒，有效實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定著火，抑制nox生成。采用氫氣摻混氨氣燃燒方式，利用氨氣作為調(diào)節(jié)氫氣燃燒活性的氣體，減慢氫氣燃燒速度，增加火焰長(zhǎng)度，有利于安全、穩(wěn)定燃燒。
1.一種氫氣燃燒器，其特征在于，包括：由外向內(nèi)依次設(shè)置的第一管體（110）、第二管體（120）和第三管體（130）、氫氣噴管（140）、點(diǎn)火槍（150）、第一擴(kuò)散筒（171）、第二擴(kuò)散筒（172）和第三擴(kuò)散筒（173），所述第一管體（110）、所述第二管體（120）和所述第三管體（130）均為直管，所述第一擴(kuò)散筒（171）、所述第二擴(kuò)散筒（172）和所述第三擴(kuò)散筒（173）均為漸擴(kuò)管；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫氣燃燒器，其特征在于，所述氫氣噴管（140）的數(shù)量為多個(gè)，多個(gè)所述氫氣噴管（140）中的至少兩個(gè)長(zhǎng)度不同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫氣燃燒器，其特征在于，所述第一管體（110）、所述第二管體（120）、所述第三管體（130）、所述點(diǎn)火槍（150）、所述第一擴(kuò)散筒（171）、所述第二擴(kuò)散筒（172）和所述第三擴(kuò)散筒（173）同軸設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫氣燃燒器，其特征在于，所述旋流助燃風(fēng)通道（131）的旋流助燃?xì)怏w占所述氫氣燃燒器中總風(fēng)量的20%~30%；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫氣燃燒器，其特征在于，還包括設(shè)置于所述旋流助燃風(fēng)通道（131）內(nèi)的旋流葉片（160）。
6.一種燃煤機(jī)組摻氫燃燒系統(tǒng)，其特征在于，包括鍋爐（700）、煤粉燃燒器（600）以及氫氣燃燒器（100），所述煤粉燃燒器（600）和所述氫氣燃燒器（100）分別設(shè)置于所述鍋爐（700）內(nèi)；
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃煤機(jī)組摻氫燃燒系統(tǒng)，其特征在于，所述氫氣燃燒器（100）布置在所述鍋爐（700）的主燃區(qū)（710）中下層位置或還原區(qū)（720）。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃煤機(jī)組摻氫燃燒系統(tǒng)，其特征在于，所述氫氣燃燒器（100）的數(shù)量為多個(gè)，多個(gè)所述氫氣燃燒器（100）沿所述鍋爐（700）的高度方向布置。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃煤機(jī)組摻氫燃燒系統(tǒng)，其特征在于，還包括制氫單元（200）、儲(chǔ)氫單元（300）、合成氨單元（400）和儲(chǔ)氨單元（500），所述制氫單元（200）的出口分別與所述儲(chǔ)氫單元（300）和所述合成氨單元（400）的入口連通，所述儲(chǔ)氫單元（300）的出口通過第一調(diào)節(jié)閥（820）與所述氫氣燃燒器（100）的第二氣體通道（121）入口連通，所述合成氨單元（400）的出口通過第二調(diào)節(jié)閥（830）與所述氫氣燃燒器（100）的第二氣體通道（121）入口連通。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃煤機(jī)組摻氫燃燒系統(tǒng)，其特征在于，所述儲(chǔ)氫單元（300）的出口通過第三調(diào)節(jié)閥與所述第一氣體通道（141）的入口連通。