[发明专利]一种增加氢气火焰辐射效率的燃烧器和方法

说明书

本发明提供一种增加氢气火焰辐射效率的燃烧器和方法。燃烧器包括由内向外依次套设的固体物料输送管、氢气管、第一氧化剂管和第二氧化剂管；所述固体物料输送管端部设有固体颗粒物入口，固体颗粒物经气体输送达到燃烧端。采用本发明技术方案，通过在氢气燃烧的火焰中增加固体颗粒物，固体颗粒物吸收氢气燃烧产生的高能量至灼热状态，形成固体发热体，补充氢气火焰在红外波段的光谱能量密度的缺失，从而提高氢气燃烧火焰的辐射能量密度，能广泛应用于工业加热领域。本发明燃烧器结构简单，改造成本低，能可靠提高火焰的辐射密度，提高辐射效率，助力能源转型升级，有助于碳达峰、碳中和目标的实现。

技术领域

本发明涉及低碳燃烧技术领域，具体是一种增加氢气火焰辐射效率的燃烧器和方法。

背景技术

随着碳达峰、碳中和目标任务的逐步落实，工业系统燃料需要从天然气向氢气等清洁能源转型升级。氢气燃烧火焰温度比天然气火焰温度更高，但是由于氢气燃烧火焰的能量密度在整个光谱范围内较低，辐射传热的效果较差。目前氢气燃烧仅仅局限于少量的金属切割、玻璃管的封装，在工业加热的应用几乎为零。

对于玻璃熔化工艺来讲，最佳的辐射能对应的光谱最好在红外段0.3-2.5μm，因为该波段的辐射穿透玻璃进入到窑炉底部的能力最强。天然气燃烧的辐射密度在红外段可以达到0.6-0.8w/cm²，而氢气燃烧最强辐射的频谱在1-3μm，但辐射密度只有0.001-0.1w/cm²，这样的辐射能量密度是天然气的15％左右。故如何提升氢气燃烧在工业加热中的辐射密度成为亟需解决的技术难题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种增加氢气火焰辐射效率的燃烧器和方法。

为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种增加氢气火焰辐射效率的燃烧器，包括由内向外依次套设的固体物料输送管、氢气管、第一氧化剂管和第二氧化剂管；所述固体物料输送管端部设有固体颗粒物入口，固体颗粒物经气体输送达到燃烧端；所述氢气管上设有氢气入口，所述第一氧化剂管上设有第一氧化剂入口，所述第二氧化剂管上设有第二氧化剂入口。

采用本发明技术方案，通过在氢气燃烧的火焰中增加固体颗粒物，固体颗粒物吸收氢气燃烧产生的高能量至灼热状态，形成固体发热体，补充氢气火焰在红外波段的光谱能量密度的缺失，从而提高氢气燃烧火焰的辐射能量密度，能广泛应用于工业加热领域。本发明燃烧器结构简单，改造成本低，能可靠提高火焰的辐射密度，提高辐射效率，助力能源转型升级，有助于碳达峰、碳中和目标的实现。

进一步地，还包括用于调节进入第一氧化剂管内和第二氧化剂管内氧化剂流量的流量调节阀。

采用上述优选的方案，可以设置不同的分配比，便于调节火焰长度和火焰温度。

进一步地，所述固体物料输送管位于燃烧器的中心，还包括用于输送固体颗粒物的物料输送器，所述物料输送器能调节固体颗粒物的输送量。

采用上述优选的方案，通过调节物料输送器，可以调节固体颗粒物进入到燃烧端的量，实现最优的辐射能效。

进一步地，还包括主控制器和用于检测火焰的多光谱火焰成像分析仪，所述流量调节阀、物料输送器和多光谱火焰成像分析仪均与主控制器信号连接，所述多光谱火焰成像分析仪用于采集燃烧器火焰的光谱图像并分析得出发光火焰长度、发光火焰温度、不发光火焰范围和不发光火焰温度。

采用上述优选的方案，实现对氢气火焰辐射能力监测和自动调节。

进一步地，所述固体物料输送管的燃烧端具有外扩的喇叭口，喇叭口的管壁上设有多个开口，且喇叭口的外口圆周与所述氢气管之间具有间隙。

采用上述优选的方案，部分氢气经喇叭口管壁的开口进入喇叭口内部，与输送用的氧化剂燃烧，实现一次燃烧，对固体颗粒物和从喇叭口外口间隙进入的另一部分氢气以及外二层的氧化剂进行预热，降低NOx的生成。