[发明专利]一种零碳排放燃烧系统

说明书

本发明涉及一种零碳排放燃烧系统，属于节能减排领域。包括依次相连的燃料管路、燃烧器、炉膛、排烟管、循环风机，所述循环风机回连至所述燃料管路或所述燃烧器；所述排烟管和循环风机之间设有烟气冷却装置及冷凝水收集装置；所述燃烧器上连接有氧化剂管路。本发明采用氢为燃料，并且将燃烧后的烟气，经过烟气冷却装置和冷凝集水装置后，再循环至氢燃料的管路，与氢燃料混合后，进入燃烧器。本发明的优点在于，氢燃料掺混烟气后，其燃烧速度减慢，混合气体喷出的动量增加，有利于组织形成温度均匀、充分燃烧的火焰，从而满足各种加热工艺需求，且燃烧系统最终排放物为氮气，实现燃烧系统的零碳排放。

技术领域

本发明属于节能减排领域，涉及一种零碳排放燃烧系统。

背景技术

在当前的技术发展形势下，低碳和零碳的供热技术需求日趋强烈。但当前，燃烧仍然是能源利用的主要方式，如何实现低碳或者零碳燃烧，在近年开展了非常多的研究。

氢具有高发热值，以及极低密度的特性，其燃烧性好、燃烧速度快，并且燃烧产物为水，整个燃烧过程基本没有环境污染问题，氢燃烧能够实现零碳排放。但也是由于氢气具有燃烧速度快、热值高，且密度非常低的特性，其燃烧器设计存在较大的技术难点，很容易出现局部高温、NOx生成量大等问题，也很难组织形成长条状火焰，无法满足大多数加热场景的工艺需求。加上氢气燃烧速度快，在燃烧负荷发生变化时，也容易发生回火的情况。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种零碳排放燃烧系统，可实现氢燃料的安全稳定的燃烧，并且能组织形成长条状火焰，从而满足回转窑、热轧加热炉等场景的加热工艺需要。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种零碳排放燃烧系统，包括依次相连的燃料管路、燃烧器、炉膛、排烟管、循环风机，所述循环风机回连至所述燃料管路或所述燃烧器；所述排烟管和循环风机之间设有烟气冷却装置及冷凝水收集装置；所述燃烧器上连接有氧化剂管路。

氢燃料和氧化剂通入燃烧器后，在炉膛内燃烧，燃烧产生的烟气经过烟气冷却装置降温，由冷凝积水装置收集液态水后，再将部分或全部烟气，经过循环风机，通入燃料管路，与氢燃料混合后进入燃烧器，在炉膛内燃烧。

由于氧化剂一般为空气，当与氢气发生燃烧反应后，烟气中剩余成分主要为氮气和气态水，经过烟气冷却装置和冷凝积水装之后，烟气温度降低，且烟气中大部分水凝结并排出。此时烟气中绝大部分是氮气，而氮气是一种惰性气体。利用循环风机将烟气通入燃料管路后，烟气与氢气混合，一方面由于烟气密度比氢气大很多，混合气体的密度要远大于氢气的密度。并且惰性气体氮气与氢气混合后，混合气体中氢气浓度变低，混合气体的燃烧速度也随之而降低。这样，混合气体密度加大，热值降低，再进入燃烧器以后，混合气体的动量要远大于氢气喷出的动量，这非常有利于形成长条状火焰。并且混合气体热值降低，燃烧速度减慢，能够减缓与氧化剂反应的速度，来防止形成局部高温区，不仅使得火焰温度均匀，并且能大幅降低NOx生成。

可选的，所述循环风机回连至所述燃烧器，烟气与燃料同轴喷出至所述炉膛。

对于燃烧系统燃烧器数量较少，甚至只有一台燃烧器时，利用循环风机，可将烟气直接通入燃烧器，在燃烧器中与氢气喷管同轴喷出，同样可以起到稀释气体，增大混合气体动量的作用。由于烟气中绝大部分成分为惰性气体，当氢燃料与惰性气体混合后，不易发生回火的问题。

可选的，沿烟气流动方向，所述烟气冷却装置设置在所述冷凝水收集装置之前。

可选的，所述烟气冷却装置连通至所述氧化剂管路，通过氧化剂作为冷却介质，将烟气热量传递至氧化剂对其进行预热后通入燃烧器。利用氧化剂吸收烟气热量，并再将热量经过管路和燃烧器后，带入炉膛内，这样就提高了整个系统的热效率。起到节能效果。