CN113932217B - 带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器，包括：燃烧壳体，所述燃烧壳体具有中空的燃烧室，所述燃烧壳体具有第一端与第二端；氨气流输送结构，包括气流入管、气流分配室、气流预热组件以及气流汇集室，所述气流预热组件设置于所述燃烧壳体的外壁，所述气流分配室设置于所述燃烧壳体的第一端，所述气流汇集室设置于所述气流分配室与所述第一端之间，所述气流分配室连通所述气流入管及所述气流预热组件，所述气流预热组件连通所述气流汇集室；中心输送结构，用于向所述燃烧室输送预混气体以及氧化剂；以及氨气流输出结构，用于将所述氨气流输送至所述中心输送结构中，保证氨气流后续的着火及稳定燃烧性能。

Description

带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器

技术领域

本发明涉及燃烧设备技术领域，特别是涉及一种带有周向环形预热段的氨 燃料旋流燃烧器。

背景技术

在燃料燃烧利用领域，亟需开发针对低碳及零碳燃料的高效稳定燃烧技术。 氨作为氢的一种高效零碳载体，质量含氢率高达17.6％，常温下8atm即可液化， 制备和储运产业链成熟，并且，液氨能量密度为18.8MJ/kg，是最具潜力替代传 统化石能源应用于动力锅炉、燃气轮机等发电设备的零碳燃料。

然而，氨气燃烧利用中存在难于着火、掺烧比例低的问题，同时需要降低 氨燃烧技术成本，对于目前用于燃烧氨气的方法和装备，通常燃烧需在高温高 压(1400～2100K，10～30bar)条件下，才能确保氨气的快速着火及稳定燃烧，且 装置结构复杂，成本高昂，不利于氨燃烧技术的推广应用。

发明内容

基于此，有必要针对氨燃料着火难、燃烧稳定性差等问题，提供一种利于 氨燃料燃烧的带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器。

一种带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器，包括：

燃烧壳体，所述燃烧壳体具有中空的燃烧室，所述燃烧壳体具有相对设置 的第一端与第二端，所述燃烧室通过所述第二端与所述燃烧壳体外联通；

氨气流输送结构，用于输送并对氨气流预热，所述氨气流输送结构包括气 流入管、气流分配室、气流预热组件以及气流汇集室，所述气流预热组件设置 于所述燃烧壳体的外壁，所述气流分配室设置于所述燃烧壳体的第一端，所述 气流汇集室设置于所述气流分配室与所述第一端之间，所述气流分配室连通所 述气流入管及所述气流预热组件，所述气流预热组件连通所述气流汇集室；

中心输送结构，设置于所述燃烧壳体，且所述中心输送结构的一端穿过所 述燃烧壳体伸入所述燃烧室中，用于向所述燃烧室输送预混气体以及氧化剂； 以及

氨气流输出结构，设置于所述中心输送结构中，并连通所述气流汇集室， 用于将所述氨气流输送至所述中心输送结构中。

在其中一个实施例中，所述中心输送结构包括中心管以及氧化剂管，所述 氧化剂管套设于所述中心管的外侧，所述氧化剂管用于输送氧化剂，所述中心 管用于输送预混气体。

在其中一个实施例中，所述氨气流输出结构包括氨气流管以及多个切向管， 所述氨气流管位于所述中心管与所述氧化剂管之间，所述氨气流管的一端连通 所述燃烧室，多个所述切向管在所述氨气流管的周侧连通所述气流分配室，所 述气流分配室将预热后的氨气流经所述氨气流管输送至所述燃烧室。

在其中一个实施例中，在所述燃烧室中，所述中心管的端部、所述氨气流 管的端部、所述氧化剂管的端部从内向外呈台阶形布置。

在其中一个实施例中，所述中心输送结构还包括倾斜板，所述倾斜板设置 于所述氧化剂管位于所述燃烧室的端部，所述倾斜板与所述氧化剂管连接一端 的截面积小于所述倾斜板远离所述氧化剂管一端的截面积；

所述中心输送结构还包括多个轴向叶片，多个所述轴向叶片设置于所述氧 化剂管与所述氨气流管之间。

在其中一个实施例中，所述气流预热组件包括预热壳体以及封闭挡板，所 述预热壳体套设于所述燃烧壳体的外侧，所述封闭挡板连接所述预热壳体与所 述燃烧壳体的第二端，所述封闭挡板、所述预热壳体与所述燃烧壳体围设成环 形的预热腔；

所述气流分配室具有多个支路通道，所述气流汇集室具有多个预热气出口， 所述气流分配室通过所述支路通道连通所述预热腔，所述预热腔通过所述预热 气出口连通所述气流汇集室。

在其中一个实施例中，所述气流预热组件还包括多个预热部，多个所述预 热部沿所述燃烧壳体的周向间隔设置于所述预热腔，相邻的所述预热部围设成 预热通道，每一所述预热通道连通一个所述支路通道以及所述预热气出口。

在其中一个实施例中，每一所述预热部包括第一分隔板与第二分隔板，多 个所述预热部的所述第一分隔板与多个所述第二分隔板交错且间隔设置，所述 第一分隔板连接所述气流分配室与所述封闭挡板，所述第二分隔板的一端连接 所述气流分配室，所述第二分隔板的另一端与所述封闭挡板之间存在预设间距；

所述第二分隔板的一表面与相邻的第一分隔板围设成一次预热通道，并连 通所述支路通道，第二分隔板的端部与所述封闭挡板围设成转向通道，所述第 二分隔板的另一表面与相邻的所述第一分隔板围设成二次预热通道，并连通所 述预热气出口，所述支路通道、所述一次预热通道、所述转向通道、所述二次 预热通道以及所述预热气出口依次连通。

在其中一个实施例中，所述燃烧壳体的截面积从所述第一端至所述第二端 逐渐增加，形成扩口形的筒体。

在其中一个实施例中，所述预热壳体呈扩口形的环形筒体。

采用上述技术方案后，本发明至少具有如下技术效果：

本发明的带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器，燃烧壳体的第一端安 装气流分配室、气流汇集室以及中心输送结构，中心输送结构穿过气流分配室、 气流汇集室及燃烧壳体伸入燃烧室中，气流预热组件设置于燃烧壳体的外侧， 气流入管、气流分配室、气流预热组件、气流汇集室以及氨气流输出结构连通， 气流输出结构设置于中心输送结构中。工作时，中心输送结构向燃烧室中输送 预混气体以在燃烧室中着火燃烧，对燃烧室及气流预热组件进行预热。氨气流 经气流入管进入气流分配室中进而分配到各气流预热组件中预热，预热后的氨 气流回到气流汇集室中，通过气流汇集室输送到氨气流输出结构中，进而经过 中心输送结构输送到燃烧室中，同时，中心输送结构输送氧化剂，有助于氨气流的燃烧，保证氨气流后续的着火及稳定燃烧性能。而且，该带有周向环形预 热段的氨燃料旋流燃烧器的结构简单，运行可靠性强，利于氨燃料技术的推广 应用。

附图说明

图1为本发明的带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器的俯视图；

图2为图1所示的带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器在A-A处的剖 视图；

图3为图2所示的带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器中轴向叶片的 立体图；

图4为图2所示的带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器的侧视图；

图5为图2所示的带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器的立体图；

图6为图5所示的带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器的预热腔的剖 视图；

图7为图6所示的带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器的预热腔内部 风道的展开图；

图8为图5所示的带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器的气流流动及 原理图。

其中：100、带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器；110、燃烧壳体； 111、燃烧室；112、第一端；113、第二端；120、氨气流输送结构；121、气流 入管；122、气流分配室；1221、支路通道；123、气流预热组件；1231、预热 壳体；1232、预热部(没有问题)；12321、第一分隔板；12322、第二分隔板； 12323、一次预热通道；12324、转向通道；12325、二次预热通道；124、气流 汇集室；1241、预热气出口；130、中心输送结构；131、中心管；132、氧化剂 管；133、倾斜板；134、轴向叶片；140、氨气流输出结构；141、切向管；142、 氨气流管。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对 本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以 便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实 施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发 明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、 “宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、 “底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方 位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和 简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定 的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对 重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二” 的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个” 的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、 “固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或 成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中 间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除 非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解 上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下” 可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。 而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正 上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二 特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅 仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接 在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个 元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使 用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为 了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

参见图1至图8，本发明提供一种带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器 100。该带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器100能够实现对氨气的快速点 火及燃烧利用，实现氨气的稳定燃烧。当然，在本发明的其他实施方式中，该 带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器100还可应用于除氨气外的其他难燃 清洁气体的燃烧利用领域。

可以理解的，目前氨气燃烧利用中存在难于着火、掺烧比例低的问题，且 相关的燃烧设备结构较为复杂、成本高昂，不利于氨燃烧技术的推广应用。为 此，本发明提供一种带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器100，能够促进氨 燃料的燃烧，保证氨燃料燃烧的稳定性，同时，该带有周向环形预热段的氨燃 料旋流燃烧器100的结构简单，运行可靠性强，便于氨燃料燃烧技术的推广应 用。以下具体介绍带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器100的具体结构。

参见图1和图2，在一实施例中，带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器 100包括燃烧壳体110、氨气流输送结构120、中心输送结构130以及氨气流输 出结构140。燃烧壳体110具有中空的燃烧室111，燃烧壳体110具有相对设置 的第一端112与第二端113，燃烧室111通过第二端113与燃烧壳体110外联通。 氨气流输送结构120用于输送并对氨气流预热，氨气流输送结构120包括气流 入管121、气流分配室122、气流预热组件123以及气流汇集室124，气流预热 组件123设置于燃烧壳体110的外壁，气流分配室122设置于燃烧壳体110的 第一端112，气流汇集室124设置于气流分配室122与第一端112之间，气流分 配室122连通气流入管121及气流预热组件123，气流预热组件123连通气流汇 集室124。中心输送结构130设置于燃烧壳体110，且中心输送结构130的一端 穿过燃烧壳体110伸入燃烧室111中，用于向燃烧室111输送预混气体及氧化剂。 氨气流输出结构140，设置于中心输送结构130中，并连通气流汇集室124，用 于将氨气流输送至中心输送结构130中。

燃烧壳体110为带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器100的进行燃烧 的主体结构。燃烧壳体110具有第一端112与第二端113，燃烧壳体110具有中 空的燃烧室111，第二端113为开口结构，第二端113能够连通燃烧室111与燃 烧壳体110的外部。氨气流被输送至燃烧室111后，在燃烧室111中进行燃烧。 如图2所示，燃烧壳体110的第一端112为燃烧壳体110的顶部，燃烧壳体110 的第二端113为燃烧壳体110的底部。

氨气流输送结构120部分设置在燃烧壳体110的第一端112，部分设置在燃 烧壳体110的周侧，氨气流输送结构120能够将氨气流输送至燃烧室111中。在 将氨气流输送至燃烧室111的过程中，氨气流能够吸收位于燃烧室111内高温火 焰的热量，达到对氨气流预热的目的，氨气流预热后进入燃烧室111中，能够 促进氨气流的着火以及稳定燃烧。

中心输送结构130穿过氨气流输送结构120及燃烧壳体110的第一端112 伸入到燃烧室111中，此时，中心输送结构130的一端位于燃烧壳体110的外侧， 另一端位于燃烧壳体110的内侧，中心输送结构130能够将预混气体以及氧化 剂等输送至燃烧室111中。可以理解的，中心输送结构130向燃烧室111输送预 混气体时，预混气体能够在燃烧室111中着火燃烧，产生高温的火焰对燃烧壳 体110加热，进而通过燃烧壳体110对氨气流输送结构120中的氨气流进行预 热。这里的预混气体是指助燃气流(甲烷或氢气等)及空气混合而成。

而且，中心输送结构130还能够向燃烧室111输送氧化剂，该氧化剂被输 送入燃烧室111后，氧化剂能够与氨气流输送结构120输送预热后的氨气流混 合，在为氨气流燃烧补氧的同时，促进氨气流的稳定燃烧。氨气流输出结构140 设置在中心输送结构130中，并与氨气流输送结构120连通，氨气流输出结构 140用于将氨气流输送结构120预热后的氨气流输送至燃烧室111中。具体的， 预热后的氨气流经氨气流输送结构120进入氨气流输出结构140中，氨气流输 出结构140的端部能够连通燃烧室111，以将预热后的氨气流输送至燃烧室111 中，便于氨气流后期的稳定燃烧。

本发明的带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器100，通过燃烧壳体110 对氨气流输送结构120中的氨气流进行预热，并通过氨气流输出结构140将预 热后的氨气流输送至燃烧室111中，通过中心输送结构130输送氧化剂，有助 于氨气流的燃烧，保证氨气流后续的着火及稳定燃烧性能。而且，该带有周向 环形预热段的氨燃料旋流燃烧器100的结构简单，利于氨燃料技术的推广应用。

在一具体实施例中，氨气流输送结构120用于输送并对氨气流预热，氨气 流输送结构120包括气流入管121、气流分配室122、气流预热组件123以及气 流汇集室124，气流预热组件123设置于燃烧壳体110的外壁，气流分配室122 设置于燃烧壳体110的第一端112，气流汇集室124设置于气流分配室122与第 一端112之间，气流分配室122连通气流入管121及气流预热组件123，气流预 热组件123连通气流汇集室124。

气流入管121为氨气流输送的管道，气流入管121与气流分配室122连通， 用于将氨气流输送至气流分配室122中。气流分配室122与气流汇集室124设 置在燃烧壳体110的第一端112，气流汇集室124位于气流分配室122与燃烧壳 体110的第一端112之间。气流入管121设置在气流分配室122的侧面。可选 地，气流分配室122的截面积大于所述燃烧壳体110的截面积。这样，能够便 于气流预热组件123与气流分配室122连通。当然，气流汇集室124的周侧也 可设置径向凸出，该径向凸出与气流预热组件123连接。可选地，气流预热组件123分别与气流分配室122的底部以及气流汇集室124的底部连通。

气流入管121能够将氨气流输送至气流分配室122中，通过气流分配室122 将氨气流分配至气流预热组件123中，气流预热组件123中的氨气流能够吸收 燃烧壳体110的热量，实现氨气流的预热。预热后的氨气流能够进入到气流汇 集室124中，实现预热后的氨气流的汇集。气流汇集室124再将预热后的氨气 流分配至氨气流输出结构140，通过氨气流输出结构140将预热后的氨气流输送 至燃烧室111中，便于氨气流在燃烧室111燃烧。

该带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器100使用时，助燃气流(甲烷 或氢气等)及空气的预混气体通过中心输送结构130输送至燃烧室111中，并 在燃烧室111中着火燃烧，产生的高温火焰对燃烧壳体110、气流预热组件123 进行预热。在燃烧壳体110的内壁升温至预设温度如500℃时，氨气流通过气流 入管121通入气流分配室122中，通过气流分配室122进入气流预热组件123 中，受位于燃烧室111中心区域的高温火焰热辐射作用，使得氨气流迅速升温。 预热后的氨气流进入到气流汇集室124中，并由气流汇集室124将预热后的氨 气流输送至氨气流输出结构140中，通过氨气流输出结构140将氨气流产生高 速旋转流后输出。

这样一方面有助于在中心输送结构130的出口区域产生高温烟气回流，另 一方面有助于加快高温氨气流与附近火焰和空气的湍流混合过程，促进氨气流 喷出后的快速着火及稳定燃烧。与此同时，中心输送结构130还能够输送空气 流等氧化剂，在为氨气流补氧的同时，进一步强化高温回流区的形成，促进稳 定燃烧。而后，当氨气流着火稳定后，逐渐减少助燃气的供给量，从而实现在 大氨气流量下的稳定燃烧。

参见图2，在一实施例中，燃烧壳体110的截面积从第一端112至第二端113 逐渐增加，形成扩口形的筒体。如图所示，燃烧壳体110为由上至下截面积增 加的扩口形，也就是说，燃烧壳体110呈圆台形。当然，在本发明的其他实施 方式中，燃烧壳体110也可呈柱形或截面呈方形。

参见图2和图3，在一实施例中，中心输送结构130包括中心管131以及氧 化剂管132，氧化剂管132套设于中心管131的外侧，氧化剂管132用于输送氧 化剂，中心管131用于输送预混气体。中心管131的直径小于氧化剂管132的 直径，且中心管131安装于氧化剂管132之后，中心管131与氧化剂管132之 间存在一定的空间，中心管131与氧化剂管132之间的空间用于安装氨气流输 出结构140。

氧化剂管132的一端顺次穿过气流分配室122、气流汇集室124及燃烧壳体 110的第一端112伸入到燃烧室111中。此时，氧化剂管132的一端露出燃烧室 111，另一端位于燃烧室111中。中心管131位于氧化剂管132的内侧，并伸入 到燃烧室111中。在实际使用时，通过中心管131向燃烧室111中输送预混气体， 通过氧化剂管132向燃烧室111输送空气等氧化剂或助燃气。

可选地，中心管131与氧化剂管132同轴设置。可选地，中心管131与燃 烧壳体110同轴设置。

参见图1和图2，在一实施例中，氨气流输出结构140包括氨气流管142以 及多个切向管141，氨气流管142位于中心管131与氧化剂管132之间，氨气流 管142的一端连通燃烧室111，多个切向管141在氨气流管142的周侧连通气流 分配室122，气流分配室122将预热后的氨气流经氨气流管142输送至燃烧室 111。

氨气流管142为一端封闭、一端开口的结构，氨气流管142设置在中心管131与氧化剂管132之间，氨气流管142的一端与中心管131的外壁连接，另一 端沿中心管131的轴向方向延伸，并伸入到燃烧室111中。切向管141沿切向 方向设置在氨气流管142的周侧，切向管141的一端连接氨气流管142，切向管 141的另一端穿过氧化剂管132，并与氧化剂管132外侧的气流汇集室124连接。 此时切向管141连通气流汇集室124与氨气流管142，切向管141的内部空间为 预热后的氨气流通道。气流汇集室124中的氨气流能够通过切向管141进入到 氨气流管142中，通过氨气流管142输送至燃烧室111中。

通过切向管141将气流汇集室124中的氨气流输送至氨气流管142后，受 多个切向设置的切向管141的导向作用，切向管141输出的氨气流能够在氨气 流管142的内部及出口处产生高速旋转流，一方面有助于氨气流管142出口区 域产生高温烟气回流，另一方面有助于加快高温氨气流与附近火焰和空气的湍 流混合过程，促进氨气流喷出后的快速着火及稳定燃烧。

可选地，切向管141的数量为三个及以上，并沿圆周方向均匀切向布置于 氨气流管142的上端部。在本实施例中，切向管141的数量为四个，四个切向 管141沿氨气流管142的周向间隔且切向布置。可选地，氨气流管142、中心管 131以及氧化剂管132形成整体结构固定在燃烧壳体110的一端。

参见图2，在一实施例中，在燃烧室111中，中心管131的端部、氨气流管 142的端部、氧化剂管132的端部从内向外呈台阶形布置。在燃烧室111中，氨 气流管142的端部位于氧化剂管132的内侧，中心管131的端部位于氨气流管 142的内部。也就是说，中心管131、氨气流管142以及氧化剂管132在燃烧室 111中的长度从短到长、从内向外布置。

参见图2，在一实施例中，中心输送结构130还包括倾斜板133，倾斜板133 设置于氧化剂管132位于燃烧室111内的端部，倾斜板133与氧化剂管132连 接一端的截面积小于倾斜板133远离氧化剂管132一端的截面积。

倾斜板133为环形扩口结构，倾斜板133的一端连接到氧化剂管132位于 燃烧室111的端部，倾斜板133的另一端朝向燃烧室111延伸。并且，倾斜板 133呈扩口形，倾斜板133从上至下的截面积逐渐增加。通过倾斜板133能够增 加氧化剂管132与燃烧室111的连通面积，用于稳定燃烧火焰，保证氨气流能 够稳定燃烧。

参见图2和图3，在一实施例中，中心输送结构130还包括多个轴向叶片 134，多个轴向叶片134设置于氧化剂管132与氨气流管142之间。轴向叶片134 设置于氧化剂管132与氨气流管142之间，并靠近氨气流管142的出口处，用 于将直流气流导向为旋转射流。

参见图1至图7，在一实施例中，气流预热组件123包括预热壳体1231以 及封闭挡板，预热壳体1231套设于燃烧壳体110的外侧，封闭挡板连接预热壳 体1231与燃烧壳体110的第二端113，封闭挡板、预热壳体1231与燃烧壳体110 围设成环形的预热腔。气流分配室122具有多个支路通道1221，气流汇集室124 具有多个预热气出口1241，气流分配室122通过支路通道1221连通预热腔，预 热腔通过预热气出口1241连通气流汇集室124。

预热壳体1231呈环形设置，预热壳体1231套设于燃烧壳体110的外侧， 预热壳体1231与燃烧壳体110的外壁围设成预热腔。该预热腔的入口处与气流 分配室122连通，该预热腔的出口处连通气流汇集室124。燃烧室111内着火燃 烧时的热量能够辐射传递至预热壳体1231和燃烧壳体110上，氨气流经气流分 配室122的多个支路通道1221进入预热腔后，氨气流能够快速吸热升温。预热 后的氨气流通过预热气出口1241进入到气流汇集室124中，完成氨气流的预热， 进而通过气流汇集室124将氨气流输送至燃烧室111中进行燃烧。

可选地，预热壳体1231的轴向长度与燃烧壳体110相同。也就是说，预热 壳体1231与燃烧壳体110的端部相平齐。这样能够增加预热腔的尺寸，保证氨 气流的预热效果。可选地，预热壳体1231呈扩口形的环形筒体。也就是说，预 热壳体1231的形状与燃烧壳体110的形状相一致。

在一实施例中，气流预热组件123还包括多个预热部1232，多个预热部1232 沿燃烧壳体110的周向间隔设置于预热腔，相邻的预热部1232围设成预热通道， 每一预热通道连通一个支路通道1221以及预热气出口1241。多个预热部1232 用于实现氨气流的预热。相邻的预热部1232之间围设成预热通道，气流分配室 122中的氨气流通过支路通道进入到预热通道中，在预热通道中通过火焰的辐射 加热迅速升温，预热后的氨气流通过预热气出口1241进入到气流汇集室124中。

可选地，预热部1232的数量为六个及以上。相应的，支路通道1221的数 量、预热气出口1241的数量与预热部1232的数量相同，保证每一预热通道连 通一个支路通道1221以及一个预热气出口1241。

气流分配室122为圆环形气流通道，气流入管121位于气流分配室122的 一端，与气流分配室122连接并连通。在气流分配室122的下端，沿圆周方向 均匀布置有多个支路通道1221，支路通道1221的一端与气流分配室122的下端 连接并连通，支路通道1221的另一端与预热通道连通。气流汇集室124位于燃 烧室111与气流分配室122之间，且紧邻燃烧室111的上端；气流汇集室124 在圆周方向与各个支路通道1221的侧壁固定连接，从而在各个相邻支路通道 1221间形成预热气出口1241。

参见图2、图6和图7，在一实施例中，每一预热部1232包括第一分隔板 12321与第二分隔板12322，多个预热部1232的第一分隔板12321与多个第二 分隔板12322交错且间隔设置，第一分隔板12321连接气流分配室122与封闭 挡板，第二分隔板12322的一端连接气流分配室122，第二分隔板12322的另一 端与封闭挡板之间存在预设间距。第二分隔板12322的一表面与相邻的第一分 隔板12321围设成一次预热通道12323，并连通支路通道1221，第二分隔板12322 的端部与封闭挡板围设成转向通道12324，第二分隔板12322的另一表面与相邻 的第一分隔板12321围设成二次预热通道12325，并连通预热气出口1241，支路通道1221、一次预热通道12323、转向通道12324、二次预热通道12325以及 预热气出口1241依次连通。

如图1、图6和图7所示，在预热腔中，沿着圆周方向均匀设置有数量相同 的多个第二分隔板12322和多个第一分隔板12321。每一第二分隔板12322与一 个第一分隔板12321形成一个预热部1232。第一分隔板12321与第二分隔板 12322沿着燃烧室111的外壁圆周方向，依次交替布置。其中一个预热部1232 中的第一分隔板12321与相邻预热部1232中的第二分隔板12322围设成一次预 热通道12323，其中一个预热部1232中的第二分隔板12322与其中的第一分隔 板12321围设成二次预热通道12325。由于第一分隔板12321的长度大于第二分 隔板12322，从而使第二分隔板12322的底部与封闭挡板围设成转向通道12324。

一次预热通道12323的一端与支路通道1221连接并连通，一次预热通道 12323的另一端与转向通道12324连接并连通，二次预热通道12325的一端与转 向通道12324连接并连通，二次预热通道12325的另一端与预热气出口1241连 接并连通。这样，气流分配室122将氨气流通过支路通道1221输送至对应的各 一次预热通道12323，氨气流在一次预热通道12323流动过程中，受位于燃烧室 111中心区域的高温火焰热辐射作用，使氨气流迅速升温，而后，经过转向通道 12324的导流作用，进入二次预热通道12325，再次经历燃烧室111中心区域的 高温火焰热辐射作用，进一步升温，能够使氨气流升温至500℃以上。经快速升温后的氨气流通过各个预热气出口1241，进入到气流汇集室124内，并由四周 向中心聚集，流入各个切向管141，并最终由氨气流管142的下端出口流出。

参见图2和图8，本发明的带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器100的 使用过程如下：

首先，助燃气流(甲烷或氢气等)及空气的预混气体由中心管131的上端 入口流入，并在距离中心管131的下端出口一段距离处着火燃烧，产生的高温 火焰对燃烧壳体110、预热壳体1231进行预热。在燃烧壳体110的内壁面升温 至500℃附近后，氨气流由气流入管121流入，并依次经由气流分配室122及与 之连通的各个支路通道1221，流入至各一次预热通道12323，氨气流在一次预 热通道12323流动过程中，受位于燃烧室111中心区域的高温火焰热辐射作用， 使氨气流迅速升温，而后，经过转向通道12324的导流作用，进入二次预热通 道12325，再次经历燃烧室111中心区域的高温火焰热辐射作用，进一步升温， 能够使氨气流升温至500℃以上。经快速升温后的氨气流通过各个预热气出口 1241，进入到气流汇集室124内，并由四周向中心聚集，流入各个切向管141 内，并最终由氨气流管142的下端出口流出。

在氨气流由氨气流管142流出过程中，受切向布置的多个切向管141的导 向作用，将在氨气流管142的内部及下端出口处产生高速旋转流，一方面有助 于在近氨气流管142出口区域产生高温烟气回流，另一方面有助于加快高温氨 气流与附近火焰和空气的湍流混合过程，促进氨气流喷出后的快速着火及稳定 燃烧。与此同时，空气流由氧化剂管132的上端出口流入，沿着氧化剂管132 下行，并受轴向叶片134的旋流导向作用，在氧化剂管132的下端出口处产生 高速旋转流，在为氨气流燃烧补氧的同时，进一步强化高温回流区的形成，促 进稳定燃烧。而后，当氨气流着火稳定后，逐渐减少助燃气的供给量，从而实 现在大氨气流量下的稳定燃烧。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对 上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技 术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的 普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改 进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权 利要求为准。

Claims (10)

1.一种带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器，其特征在于，包括：

燃烧壳体，所述燃烧壳体具有中空的燃烧室，所述燃烧壳体具有相对设置的第一端与第二端，所述燃烧室通过所述第二端与所述燃烧壳体外联通；

氨气流输送结构，用于输送并对氨气流预热，所述氨气流输送结构包括气流入管、气流分配室、气流预热组件以及气流汇集室，所述气流预热组件设置于所述燃烧壳体的外壁，所述气流分配室设置于所述燃烧壳体的第一端，所述气流汇集室设置于所述气流分配室与所述第一端之间，所述气流分配室连通所述气流入管及所述气流预热组件，所述气流预热组件连通所述气流汇集室；

中心输送结构，设置于所述燃烧壳体，且所述中心输送结构的一端穿过所述燃烧壳体伸入所述燃烧室中，用于向所述燃烧室输送预混气体以及氧化剂；以及

氨气流输出结构，设置于所述中心输送结构中，并连通所述气流汇集室，用于将所述氨气流输送至所述中心输送结构中。

2.根据权利要求1所述的带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器，其特征在于，所述中心输送结构包括中心管以及氧化剂管，所述氧化剂管套设于所述中心管的外侧，所述氧化剂管用于输送氧化剂，所述中心管用于输送预混气体。

3.根据权利要求2所述的带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器，其特征在于，所述氨气流输出结构包括氨气流管以及多个切向管，所述氨气流管位于所述中心管与所述氧化剂管之间，所述氨气流管的一端连通所述燃烧室，多个所述切向管在所述氨气流管的周侧连通所述气流分配室，所述气流分配室将预热后的氨气流经所述氨气流管输送至所述燃烧室。

4.根据权利要求3所述的带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器，其特征在于，在所述燃烧室中，所述中心管的端部、所述氨气流管的端部、所述氧化剂管的端部从内向外呈台阶形布置。

5.根据权利要求3所述的带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器，其特征在于，所述中心输送结构还包括倾斜板，所述倾斜板设置于所述氧化剂管位于所述燃烧室的端部，所述倾斜板与所述氧化剂管连接一端的截面积小于所述倾斜板远离所述氧化剂管一端的截面积；

所述中心输送结构还包括多个轴向叶片，多个所述轴向叶片设置于所述氧化剂管与所述氨气流管之间。

6.根据权利要求3至5任一项所述的带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器，其特征在于，所述气流预热组件包括预热壳体以及封闭挡板，所述预热壳体套设于所述燃烧壳体的外侧，所述封闭挡板连接所述预热壳体与所述燃烧壳体的第二端，所述封闭挡板、所述预热壳体与所述燃烧壳体围设成环形的预热腔；

所述气流分配室具有多个支路通道，所述气流汇集室具有多个预热气出口，所述气流分配室通过所述支路通道连通所述预热腔，所述预热腔通过所述预热气出口连通所述气流汇集室。

7.根据权利要求6所述的带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器，其特征在于，所述气流预热组件还包括多个预热部，多个所述预热部沿所述燃烧壳体的周向间隔设置于所述预热腔，相邻的所述预热部围设成预热通道，每一所述预热通道连通一个所述支路通道以及所述预热气出口。

8.根据权利要求7所述的带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器，其特征在于，每一所述预热部包括第一分隔板与第二分隔板，多个所述预热部的所述第一分隔板与多个所述第二分隔板交错且间隔设置，所述第一分隔板连接所述气流分配室与所述封闭挡板，所述第二分隔板的一端连接所述气流分配室，所述第二分隔板的另一端与所述封闭挡板之间存在预设间距；

所述第二分隔板的一表面与相邻的第一分隔板围设成一次预热通道，并连通所述支路通道，第二分隔板的端部与所述封闭挡板围设成转向通道，所述第二分隔板的另一表面与相邻的所述第一分隔板围设成二次预热通道，并连通所述预热气出口，所述支路通道、所述一次预热通道、所述转向通道、所述二次预热通道以及所述预热气出口依次连通。

9.根据权利要求6所述的带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器，其特征在于，所述燃烧壳体的截面积从所述第一端至所述第二端逐渐增加，形成扩口形的筒体。

10.根据权利要求6所述的带有周向环形预热段的氨燃料旋流燃烧器，其特征在于，所述预热壳体呈扩口形的环形筒体。

Images