氨燃料的燃烧装置及其燃烧方法

1.本公开属于燃料燃烧的技术领域，尤其涉及一种氨燃料的燃烧装置及其燃烧方法。


背景技术：

2.传统化石燃料如煤炭、石油、天然气等在现代能源体系中的过度使用导致温室效应加重，造成了严重的环境污染问题。氨作为一种零碳燃料受到广泛关注，如氨气作为燃料燃烧时具有较高的能量密度，可作为氢能载体用于燃烧系统。然而，氨的着火温度较高，火焰传播速度较慢，导致氨燃烧的稳定性较差，同时，氨气在燃烧时会产生燃料型氮氧化合物(no
x
)，导致氨作为燃料时着火困难，产生氮氧化合物(no
x
)污染物排放的问题，严重影响了氨作为新型能源燃料的发展前景。


技术实现要素：

3.针对上述技术问题，本公开提供了一种氨燃料的燃烧装置及其燃烧方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题。
4.为了解决上述技术问题，本公开提供的技术方案如下：
5.作为本公开的一个方面，提供了一种氨燃料的燃烧装置，包括：
6.壳体；
7.旋流燃烧区，旋流燃烧区包括设置在壳体前端的鼓风机和设置在壳体内的旋流燃烧器，旋流燃烧器的入口处设置有助燃气入口、点火器接口，旋流燃烧区用于使助燃气在旋流燃烧器中燃烧，产生燃烧气体；
8.混合反应区，混合反应区设置在壳体内、位于旋流燃烧区下游，包括由多个催化反应器、多个孔管道与多个氨燃料入口组成的混合反应区，其中多个催化反应器沿着气体流动方向依次排列；
9.氨燃料输送区，设置在壳体的外部，氨燃料输送区包括氨燃料储罐和多个支路管道，氨燃料输送区与混合反应区相连，用于通过多个支路管道将氨燃料从不同位置输运至混合反应区；
10.其中，氨燃料的燃烧装置还包括：
11.设置在旋流燃烧器和混合反应区之间的整流器，用于将旋流燃烧器产生的燃烧气体的火焰熄灭。
12.在其中一个实施例中，其中，混合反应区用于燃烧气体与氨燃料混合，并在低于生成no
x
的温度下经催化反应器的催化进行催化燃烧。
13.在其中一个实施例中，氨燃料的燃烧装置还包括：设置在旋流燃烧器和鼓风机之间的另一整流器，用于将鼓风机吸入的不规则流动的空气转变成规则流动的空气。
14.在其中一个实施例中，氨燃料的燃烧装置还包括：
15.尾气收集与排放区，尾气收集与排放区设置在壳体内，位于混合反应区下游，其
中，尾气收集与排放区包括尾气收集区和尾气排放区，尾气收集区设置有连接口，用于连接烟气分析设备和/或尾气收集装置。
16.在其中一个实施例中，其中，催化反应器包括催化整流器和催化剂，多个催化反应器的催化剂种类和/或面积相同或不同。
17.在其中一个实施例中，氨燃料的燃烧装置还包括：多个流量计；
18.其中，在鼓风机的一端设置有流量计，以控制吸入空气的流量；
19.在助燃气入口设置有流量计，以控制助燃气的流量；
20.氨燃料储罐和多个支路管道之间通过主管道连接，在主管道上设置有流量计，以控制氨燃料的流量；
21.在多个支路管道上设置有流量计，以控制不同位置的支路管道内氨燃料的流量。
22.在其中一个实施例中，氨燃料的燃烧装置还包括：多个热电偶；
23.其中，在氨燃料输送区的主管道上设置热电偶，用于检测氨燃料的温度；
24.在旋流燃烧器入口设置有热电偶，用于检测旋流燃烧器内燃烧的温度；
25.在旋流燃烧区的出口端设置有热电偶，用于检测燃烧气体进入混合反应区的温度；
26.在混合反应区的入口端设置有热电偶，用于检测燃烧气体进入混合反应区后的温度；以及
27.在多个催化反应器之间设置有多个热电偶，用于检测催化反应器催化反应后的温度。
28.在其中一个实施例中，其中，氨燃料输送区内每个支路管道呈圆周均匀分布在壳体外部；
29.旋流燃烧区、混合反应区和尾气收集与排放区之间依次用垫片进行密封，并用法兰连接；
30.氨燃料输送单元的主管道与多个支路管道连接的方式包括焊接或法兰连接，多个支路管道与混合反应区的多个孔管道连接方式包括焊接或法兰连接。
31.作为本公开的另一个方面，提供了一种氨燃料的燃烧方法，采用上述的氨燃料的燃烧装置进行，其中，该方法包括：
32.将空气通入至旋流燃烧区内，与通过旋流燃烧区内的助燃气在旋流燃烧器中进行燃烧，产生燃烧气体；
33.将氨燃料从不同位置输送至混合反应区内，与混合反应区内的燃烧气体进行分级混合，并在混合反应区内的多个催化反应器的催化作用下进行催化燃烧，得到尾气；
34.其中，在燃烧气体进入混合反应区之前，通过整流器将燃烧气体的火焰熄灭。
35.在其中一个实施例中，氨燃料的燃烧方法还包括：
36.对尾气进行收集、降温、检测后排放。
37.基于上述技术方案，本公开提供的氨燃料的燃烧装置及其燃烧方法至少包括以下有益效果之一：
38.(1)在本公开的实施例中，利用本公开提供的装置将空气通入旋流燃烧区，与助燃气在旋流燃烧器中进行燃烧得到带有火焰的燃烧气体，通过设置在旋流燃烧器和混合反应区之间的整流器将火焰熄灭，避免火焰进入混合反应区，仅使不含火焰的燃烧气体进入混
合反应区，以便将混合反应区内的温度提升到催化剂的催化温度，同时燃烧气体与经氨燃烧输送区的多个支路管道从不同位置输运至混合反应区的氨燃料进行混合，以便燃烧气体与氨燃料在混合反应区内进行催化燃烧反应。混合反应区设置在壳体内部，位于旋流燃烧区下游，由多个催化反应器、多个孔管道与多个氨燃料入口组成，其中多个催化反应器沿着气体流动方向依次排列，以此实现分级催化燃烧。当从氨燃料输送区不同位置的支路管道向混合反应区输送氨燃料时，能够实现氨燃料与燃烧气体在混合反应区内的充分混合和分级催化燃烧，每一级催化反应器催化燃烧产生的热量将用于下一级混合的氨燃料加热并在催化反应器内进行催化燃烧，依次进行多级混合、催化燃烧，可以降低旋流燃烧区内助燃气的使用。同时通过分级催化燃烧将催化反应区的温度控制在低于氨燃料燃烧产生no
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的催化反应温度，降低了由于氨燃烧温度过高生成氮氧化合物的可能性，有助于实现氨燃料的高效清洁的利用。另外，本装置结构较为紧凑、流程简单，适用于新建设备或者旧设备改造。
39.(2)在本公开的实施例中，采用本公开提供的氨燃料的燃烧装置能够实现氨燃料的清洁燃烧，具体地，通过调整混合反应区催化反应器中催化剂的尺寸、组成成分和布置形式，可以对分级催化反应过程进行调控，以减少no
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的产生，且催化反应器所带来的压力损失与传热损失会逆向影响混合反应区的催化燃烧反应，进一步解决催化燃烧过于缓慢或过于剧烈引起氨燃料燃烧不充分、不稳定的问题。
40.(3)在本公开的实施例中，本公开提供的氨燃料的燃烧方法通过将氨燃料从不同位置输送至混合反应区内与燃烧气体进行分级混合并控制反应进程，提高氨燃料的燃烧速度，并且在催化反应器的催化作用下进行催化燃烧，得到的催化产物具有选择性，可以促进氨直接向氮气转化，减少氮氧化合物的产生。
附图说明
41.图1为本公开实施例中氨燃料的燃烧装置的结构示意图；
42.图2为本公开实施例中蜂窝状整流器的截面示意图；
43.图3为本公开另一实施例中氨燃料的燃烧装置的结构示意图；
44.图4为本公开实施例中氨燃料的燃烧方法的流程图。
45.【附图标记】
46.1-壳体、2-鼓风机、3-旋流燃烧器、4-助燃气入口、5-点火器；
47.6-催化反应器、7-孔管道、8-氨燃料入口；
48.9-氨燃料储罐、10-支路管道；
49.11-整流器、12-尾气收集与排放区、13-流量计、14-热电偶。
具体实施方式
50.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开作进一步的详细说明。
51.由于氨燃料存在着火温度较高，火焰传播速度慢，且燃烧温度过高会产生燃料型氮氧化合物污染排放的问题，相关技术中实现氨燃料燃烧的方式所需的热负荷较高，且难以达到氨气的催化温度，影响氨气的燃烧稳定性。
52.有鉴于此，本公开提供了一种氨燃料的燃烧装置及其燃烧方法，可以有效地提高
氨燃料的燃烧速度和燃烧稳定性，解决了氨燃料燃烧时生成氮氧化合物的问题，且该装置结构紧凑，应用流程简单便于调控和安装。
53.具体地，作为本公开的一个方面，提供了一种氨燃料的燃烧装置，包括：
54.壳体；
55.旋流燃烧区，旋流燃烧区包括设置在壳体前端的鼓风机和设置在壳体内的旋流燃烧器，旋流燃烧器的入口处设置有助燃气入口、点火器接口，旋流燃烧区用于使助燃气在旋流燃烧器中燃烧，产生燃烧气体；
56.混合反应区，混合反应区设置在壳体内、位于旋流燃烧区下游，包括由多个催化反应器、多个孔管道与多个氨燃料入口组成的混合反应区，其中多个催化反应器沿着气体流动方向依次排列；
57.氨燃料输送区，设置在壳体的外部，氨燃料输送区包括氨燃料储罐和多个支路管道，氨燃料输送区与混合反应区相连，用于通过多个支路管道将氨燃料从不同位置输运至混合反应区；
58.其中，氨燃料的燃烧装置还包括：
59.设置在旋流燃烧器和混合反应区之间的整流器，用于将旋流燃烧器产生的燃烧气体的火焰熄灭。
60.图1为本公开实施例中氨燃料的燃烧装置的结构示意图，以下结合图1对本实施例中氨燃料的燃烧装置进行详细说明。
61.具体地，如图1所示，本公开提供的氨燃料的燃烧装置包括：壳体1、旋流燃烧区、混合反应区、氨燃料输送区、尾气收集与排放区12。
62.壳体1，由不锈钢或其他耐高温金属如：钛、钼、钨、钽、铌等组成，壳体1内部形成气流管道，壳体1表面可根据需要设置助燃气入口4、多个气体流量计接口、热电偶测温端口等。
63.旋流燃烧区，包括设置在壳体1前端的鼓风机2和设置在壳体1内的旋流燃烧器3，旋流燃烧器3由轴体与导流叶片组成，旋流燃烧器3入口处设置有助燃气入口4和点火器接口5。其中，鼓风机2用于吸入空气进入气流管道以进入整个燃烧装置内；助燃气入口4用于通入助燃气，由于氨燃料燃烧的速度较低，通过加入助燃气可增加氨燃料的燃烧速度，扩大氨燃料的燃烧范围，其中助燃气可选为氢气、甲烷或其他碳氢类可燃气体；点火器接口5用于放置电火花点火器，以点燃旋流燃烧区中的助燃气和空气的混合气体，也可以采用其它种类的点火器。旋流燃烧区用于使助燃气和空气混合后在旋流燃烧器3中燃烧，形成带有旋流火焰的燃烧气体。在旋流燃烧器3的入口处还设置有热电偶(未示出)，用于检测旋流燃烧器3内燃烧的温度，即检测助燃气与空气混合燃烧时的温度；在旋流燃烧区的出口端设置有热电偶14，用于检测燃烧气体进入混合反应区的温度。
64.混合反应区，设置在壳体1内、位于旋流燃烧区下游，包括沿着气体流动方向依次排列的多个催化反应器6、多个孔管道7与多个氨燃料入口8(图中未全部标出)，以便进行氨燃料分级混合和催化燃烧，其中孔管道7可以理解为具有多孔的管道，催化反应器6包括催化整流器和催化剂，多个催化反应器6中催化剂种类和/或面积相同，催化剂可以为金属催化物如泡沫铜、泡沫镍、泡沫铁等；催化整流器一种多孔装置，孔的形状可以是圆形、方形、六边形等规则形状，如蜂窝状的催化整流器。混合反应区可以理解为，混合反应区内包含一
段固定在壳体1内的多个孔管道7，混合反应区的壳体1上设置有多个氨燃料入口8，混合反应区内设置有多个催化反应器6，其中根据需要可在多个孔管道7的不同位置布置热电偶14，便于监控混合反应区内的温度变化，其中，热电偶的材质可根据混合反应区中不同位置的温度范围进行筛选，在不同位置安装不同类型的热电偶，如采用耐高温的热电偶。
65.例如：在混合反应区的入口端的两侧设置有热电偶14，其中位于整流器11与混合反应区入口端之间的耐高温热电偶14用于检测燃烧气体经整流器11处理后的气体温度，即检测经整流器11处理后的燃烧气体(高温气体)进入混合反应区前的温度。在混合反应区入口端与催化反应器6之间设置有热电偶，用于检测燃烧气体进入混合反应区后的温度；以及在多个催化反应器6之间设置有多个热电偶，用于检测不同位置催化反应器6催化反应后的温度。混合反应区用于燃烧气体与氨燃料混合，多个氨燃料入口8可以有效增加氨燃料和燃烧气体混合程度，并根据混合反应区的多个孔管道7上布置的热电偶检测的温度调节氨燃料进入量，调控氨燃料与燃烧气体的燃烧程度，通过将混合反应区的温度控制在低于生成氮氧化合物的温度下，如可以将温度控制在1000℃左右，氨燃料和燃烧气体混合后经催化反应器6的催化作用进行催化燃烧，能够提高氨燃料燃烧的稳定性和减少no
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生成。
66.氨燃料输送区，设置在壳体1外部，包括氨燃料储罐9和多个支路管道10，氨燃料输送区通过多个支路管道10与混合反应区相连，其中多个支路管道10的出口与混合反应区的氨燃料入口8相连通，用于氨燃料储罐9通过多个支路管道10将氨燃料从不同位置经氨燃料入口8输送至混合反应区与不含火焰的燃烧气体混合并在多个催化反应器的作用下进行分级催化燃烧，通过控制不同位置的支路管道10输送的氨燃料实现分级燃烧，从而控制反应进程，其中氨燃料储罐选自液氨瓶或氨气瓶。在氨燃料输送区的主管道上还设置热电偶14，用于检测氨燃料的温度。
67.氨燃料的燃烧装置还包括：设置在旋流燃烧器3与混合反应区之间的整流器11，用于将旋流燃烧器3产生的带有火焰的燃烧气体的火焰熄灭，避免火焰进入混合反应区，仅使不含火焰的燃烧气体进入混合反应区内与氨燃料进行混合，并在催化反应器内催化剂的作用下使燃烧气体和氨燃料进行催化燃烧使氨燃料直接转化为氮气，减少no
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的产生，其中该整流器11的截面可以为蜂窝状。
68.根据本公开的实施例，在旋流燃烧器3和鼓风机2之间还设置另一整流器11，用于将鼓风机2吸入的不规则流动的空气转变成规则流动的空气。其中，整流器11是一种多孔装置，孔的形状可以是圆形、方形、六边形等规则形状，具体结构如图2所示。
69.根据本公开的实施例，本实施例中的氨燃料的燃烧装置还包括尾气收集与排放区12，尾气收集与排放区12设置在壳体1内，位于混合反应区下游，其中，尾气收集与排放区12包括尾气收集区和尾气排放区。尾气收集区设置有连接口，用于连接烟气分析设备和/或尾气收集装置，其中尾气收集装置可以为捕气袋，烟气分析设备可以选择烟气分析仪、傅里叶变换红外吸收光谱测试器(ftir)等。可以理解为：利用捕气袋对氨燃料与燃烧气体催化燃烧产生的尾气进行收集，再使用傅里叶变换红外吸收光谱测仪器对收集到的尾气进行检测，分析氨燃料燃烧生成的反应物种类及反应物浓度，探测氨燃料催化燃烧后的最终产物，所产生的尾气经过尾气排放区循环最终排放。
70.根据本公开的实施例，本实施例中的氨燃料的燃烧装置还包括多个流量计13。具体地，在鼓风机2的一端设置有流量计(未示出)，以控制吸入空气的流量；在助燃气入口4设
置有流量计(未示出)，以控制助燃气的流量，通过利用鼓风机2处的流量计和助燃气入口4的流量计来控制空气与助燃气的混合比，进而控制燃烧气体的热量。
71.氨燃料储罐9和多个支路管道10之间通过主管道连接，在主管道上设置有流量计13，以控制主管道内氨燃料的流量。在氨燃料输送区和混合反应区相连的多个支路管道10上也设置有流量计13，以控制不同位置的支路管道10内氨燃料的流量，实现氨燃料经多个氨燃料入口8分级进入混合反应区内与燃烧气体混合后进行催化燃烧。通过控制不同位置的支路管道10的流量控制氨燃料和燃烧气体的反应进程，减少no
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的产生。需要说明的是，对于具有与流量计相同控制流量或流速作用的阀门或流量控制单元也可以采用，在此不再详细赘述。
72.根据本公开的实施例，氨燃料输送区内每个支路管道10呈圆周均匀分布在壳体1外部，可根据实际设备的尺寸及需求设计调整支路管道10的位置及数量，如还可以在图1所示的氨燃烧输送区对侧的壳体1上设置另一个氨燃料输送区为混合反应区提供氨燃料，支路管道10的数量不局限于图1所示的数量。
73.根据本公开的实施例，旋流燃烧区、混合反应区和尾气收集与排放区12之间依次用垫片进行密封，并用法兰连接。如以旋流燃烧区举例，从左至右鼓风机2、鼓风机2与旋流燃烧器3之间的整流器11、和旋流燃烧器3与混合反应区之间的整流器11依次用垫片密封，并用法兰进行连接。
74.氨燃料输送单元的主管道与多个支路管道10连接的方式包括焊接或法兰连接，多个支路管道10与混合反应区的多个孔管道7连接方式包括焊接或法兰连接。
75.图3为本公开另一实施例中氨燃料的燃烧装置的结构示意图。
76.如图3所示，该氨燃料的燃烧装置包括壳体1、旋流燃烧区、混合反应区、氨燃料输送区、尾气收集与排放区12。图3中示出的各部分结构与图1基本相同，并使用相同的附图标记指代相同的具体结构及功能，在此不作赘述。以下仅针对不同之处进行介绍。
77.其中，图3与图1所示装置的不同之处在于混合反应区布置的多个催化反应器6中的催化剂种类和/或尺寸不相同。通过在混合反应区不同位置上设置的热电偶检测氨燃料和燃烧气体混合后的催化燃烧温度，依据混合反应区中不同位置的催化燃烧温度选用不同种类的催化剂，以提高混合反应区催化反应器6的催化效果，降低no
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的产生。如因旋流燃烧产生的燃烧气体温度较高，因此靠近旋流燃烧区的催化剂可以为耐高温催化剂、而靠近尾气收集与排放区的温度较低，因此尾气收集和排放区的催化剂选用为适用于较低温度的催化剂，或者整个氨燃料的燃烧装置均使用耐高温的催化剂。同时，可根据混合反应区不同位置的催化燃烧反应温度、反应生成物浓度、生成物成分等对催化剂的种类和尺寸进行调整，进一步调控反应程度和降低no
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的产生，并且可以有效降低燃烧装置的成本。
78.作为本公开的另一个方面，提供了一种氨燃料的燃烧方法，采用上述氨燃料的燃烧装置。
79.图4为本公开实施例中氨燃料的燃烧方法的流程图，如图4所示，该氨燃料的燃烧方法包括：
80.步骤s401：将空气通入至旋流燃烧区内，与通过旋流燃烧区内的助燃气在旋流燃烧器中进行燃烧，产生燃烧气体。
81.步骤s402：将氨燃料从不同位置输送至混合反应区内，与混合反应区内的燃烧气
体进行分级混合，并在混合反应区内的多个催化反应器的催化作用下进行催化燃烧，得到尾气；
82.其中，在燃烧气体进入混合反应区之前，通过整流器将燃烧气体的火焰熄灭。
83.根据本公开的实施例，上述步骤s401～步骤s402可以同时将空气、助燃气、及氨燃料输送到氨燃料的燃烧装置中，也可以先将其中任意一种气体先通入氨燃料的燃烧装置中。
84.采用上述方法实现氨燃料的燃烧，结合图1所示装置进行详细说明，具体如下：
85.步骤s401：在壳体1的前端设置有鼓风机2，壳体1内部设置有旋流燃烧器3。打开鼓风机2的电源，利用鼓风机2吸入空气进入壳体1内部的气流管道，通过设置在鼓风机2与旋流燃烧器3之间的整流器11，将鼓风机2吸入的不规则流动的空气转变成规则流动的空气。旋流燃烧器3的入口处斜上方对应的壳体1外表面上设置有助燃气入口4，助燃气入口4与气流管道相连，经助燃气入口4向旋流燃烧器3内通入助燃气，助燃气可选用甲烷或其他可燃碳氢类气体，壳体1上的旋流燃烧器3的入口处还设置有点火器接口5，用于放置电火花点火器。打开电火花点火器，在旋流燃烧器3中点燃助燃气与空气的混合气体。助燃气与空气在旋流燃烧器中被点燃形成带有旋流火焰的燃烧气体，燃烧气体通过旋流燃烧器3与混合反应区之间设置的整流器11后，将旋流火焰熄灭，仅使燃烧气体进入混合反应区。
86.步骤s402：混合反应区位于壳体1内部，位于旋流燃烧区下游，具有多个催化反应器6、多个孔管道7与多个氨燃料入口8。在壳体1的外部设置有氨燃料输送区，氨燃料输送区包括氨燃料储罐9和多个支路管道10，氨燃料储罐9与多个支路管道10之间通过主管道相连通，多个支路管道10与混合反应区的氨燃料入口8相连通，其中在主管道和多个支路管道10上设置有流量计13。打开壳体1外部氨燃料输送区的氨燃料储罐9与主管道上的流量计，以及多个支路管道10上的流量计13，通过流量计13控制主管道和各个支路管道10的开关和流量大小，以便将氨燃料从不同位置输送至混合反应区内与燃烧气体混合，达到控制反应进程的目的。
87.氨燃料与燃烧气体在混合反应区内催化反应器6的催化作用下进行催化燃烧，其中催化燃烧器6由催化整流器和催化剂构成，其中催化剂可选用泡沫铜、泡沫镍、泡沫铁等金属催化剂，催化整流器可选用蜂窝状的多孔装置，可进一步避免火焰进入混合反应区，仅使燃烧气体通过，并在催化整流器和催化剂的作用下进行催化燃烧，使氨燃料转化成氮气。根据需要可以在混合反应区的多个孔管道7的不同位置上设置热电偶14，以检测不同位置催化反应后的温度；多个氨燃料入口8与多个支路管道10相对应连通，通过调节支路管道10上的流量计13控制氨燃料的流量大小，使氨燃料在不同位置与燃烧气体混合，多个燃料入口8可以有效增加氨燃料和燃烧气体的混合程度，实现多级燃烧且使燃烧更均匀，同时也便于控制反应进程。将催化温度控制在低于nox生成的温度，如1000℃左右，避免氮氧化合物(nox)的生成，当检测温度不符合反应需求时，通过调节空气与助燃气的混合比例或调节支路管道10上的流量计13控制进氨燃料的通入量，以控制反应温度及进程，使氨燃料发生催化燃烧直接转化为氮气和二氧化碳，保证氨燃料燃烧的速度以及燃烧稳定性。
88.根据本公开的实施例，氨燃料的燃烧方法还包括：对尾气进行收集、降温、检测后排放。
89.具体地，在尾气收集与排放区12处连接排气管与烟气分析仪对尾气进行检测，或
使用捕气袋收集尾气后再用傅里叶变换红外吸收光谱仪器进行检测，用于探测及分析氨燃料发生催化燃烧后的最终生成物的成分及其浓度，再对尾气进行相应的其他处理以达到排放标准后排放。此外，也可以根据收集的尾气来分析不同位置加入的氨燃料进行催化燃烧反应得到的生成物及生成物浓度，或对不同种类、不同面积催化剂的催化性能进行比较，以此研究不同催化剂的催化性能。
90.综上所述，本公开实施例中使用的催化燃烧是将少部分助燃气和空气混合后在旋流燃烧器中进行燃烧，产生的燃烧气体在混合反应区中与从不同位置氨燃料入口进入混合反应区的氨燃料进行分级混合，并利用燃烧气体将混合反应区的温度提升至催化剂的催化反应温度，同时燃烧气体与氨燃料在混合反应区发生催化燃烧反应，通过分级燃烧将混合反应区温度控制在低于no
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生成的温度。通过调整催化剂尺寸、组成和布置形式可以加快或减慢反应过程，解决催化燃烧过程过于缓慢或剧烈导致的燃烧稳定性问题，催化剂的选择性能够促进氨燃料直接向氮气转化，减少no
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产生。另外，利用催化反应器的多孔结构对气流管道中的燃烧气体带来压力损失与传热损失，逆向影响催化反应的温度，提高氨燃料燃烧的稳定性，同时催化剂多孔结构产生的淬灭，能够避免产生的烟气逆向传播，进一步避免回火发生。
91.采用本公开提供的氨燃料的燃烧方法和装置实现氨燃料的高效、清洁燃烧，有效地解决了氨燃料燃烧速度慢，燃烧稳定性差的问题，减少了氨燃烧温度过高产生氮氧化合物的可能性。另外，本公开提供的装置结构紧凑，流程简单，适用于新建设备或者旧设备改造，本公开提供的催化燃烧技术在实现低碳燃料高效清洁稳定燃烧方面具有较大的潜力。
92.以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

技术特征：
1.一种氨燃料的燃烧装置，包括：壳体；旋流燃烧区，所述旋流燃烧区包括设置在所述壳体前端的鼓风机和设置在所述壳体内的旋流燃烧器，所述旋流燃烧器的入口处设置有助燃气入口、点火器接口，所述旋流燃烧区用于使助燃气在所述旋流燃烧器中燃烧，产生燃烧气体；混合反应区，所述混合反应区设置在所述壳体内、位于所述旋流燃烧区下游，包括由多个催化反应器、多个孔管道与多个氨燃料入口组成的混合反应区，其中所述多个催化反应器沿着气体流动方向依次排列；氨燃料输送区，设置在所述壳体的外部，所述氨燃料输送区包括氨燃料储罐和多个支路管道，所述氨燃料输送区与所述混合反应区相连，用于通过多个所述支路管道将氨燃料从不同位置输运至所述混合反应区；其中，所述氨燃料的燃烧装置还包括：设置在所述旋流燃烧器和所述混合反应区之间的整流器，用于将所述旋流燃烧器产生的燃烧气体的火焰熄灭。2.根据权利要求1所述的氨燃料的燃烧装置，其中，所述混合反应区用于燃烧气体与氨燃料混合，并在低于生成no
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的温度下经所述催化反应器的催化进行催化燃烧。3.根据权利要求1所述的氨燃料的燃烧装置，还包括：设置在所述旋流燃烧器和所述鼓风机之间的另一整流器，用于将所述鼓风机吸入的不规则流动的空气转变成规则流动的空气。4.根据权利要求1所述的氨燃料的燃烧装置，还包括：尾气收集与排放区，所述尾气收集与排放区设置在所述壳体内，位于所述混合反应区下游，其中，所述尾气收集与排放区包括尾气收集区和尾气排放区，所述尾气收集区设置有连接口，用于连接烟气分析设备和/或尾气收集装置。5.根据权利要求4所述的氨燃料的燃烧装置，其中，所述催化反应器包括催化整流器和催化剂，多个所述催化反应器的催化剂种类和/或面积相同或不同。6.根据权利要求5所述的氨燃料的燃烧装置，还包括：多个流量计；其中，在所述鼓风机的一端设置有流量计，以控制吸入所述空气的流量；在所述助燃气入口设置有流量计，以控制所述助燃气的流量；所述氨燃料储罐和多个支路管道之间通过主管道连接，在所述主管道上设置有流量计，以控制所述氨燃料的流量；在多个所述支路管道上设置有流量计，以控制不同位置的所述支路管道内氨燃料的流量。7.根据权利要求6所述的氨燃料的燃烧装置，还包括：多个热电偶；其中，在所述氨燃料输送区的主管道上设置热电偶，用于检测所述氨燃料的温度；在所述旋流燃烧器入口处设置有热电偶，用于检测所述旋流燃烧器内燃烧的温度；在所述旋流燃烧区的出口端设置有热电偶，用于检测所述燃烧气体进入所述混合反应区的温度；在所述混合反应区的入口端设置有热电偶，用于检测所述燃烧气体进入所述混合反应区后的温度；以及
在多个所述催化反应器之间设置有多个热电偶，用于检测所述催化反应器催化反应后的温度。8.根据权利要求6所述的氨燃料的燃烧装置，其中，所述氨燃料输送区内每个所述支路管道呈圆周均匀分布在所述壳体外部；所述旋流燃烧区、混合反应区和尾气收集与排放区之间依次用垫片进行密封，并用法兰连接；所述氨燃料输送单元的主管道与多个所述支路管道连接的方式包括焊接或法兰连接，多个所述支路管道与所述混合反应区的多个所述孔管道连接方式包括焊接或法兰连接。9.一种氨燃料的燃烧方法，采用权利要求1-8任一项所述的氨燃料的燃烧装置，所述方法包括：将空气通入至旋流燃烧区内，与通过所述旋流燃烧区内的助燃气在旋流燃烧器中进行燃烧，产生燃烧气体；将氨燃料从不同位置输送至混合反应区内，与所述混合反应区内的燃烧气体进行分级混合，并在所述混合反应区内的多个催化反应器的催化作用下进行催化燃烧，得到尾气；其中，在所述燃烧气体进入所述混合反应区之前，通过整流器将所述燃烧气体的火焰熄灭。10.根据权利要求9所述的方法，还包括：对所述尾气进行收集、降温、检测后排放。

技术总结
本公开提供了一种氨燃料的燃烧装置及其燃烧方法，其中，该装置包括：壳体；旋流燃烧区，包括设置在壳体前端的鼓风机和设置在壳体内的旋流燃烧器，旋流燃烧器的入口处设置有助燃气入口、点火器接口，旋流燃烧区用于使助燃气在旋流燃烧器中燃烧产生燃烧气体；混合反应区，设置在壳体内、位于旋流燃烧区下游，包括由多个催化反应器、多个孔管道与多个氨燃料入口组成的混合反应区，其中多个催化反应器沿着气体流动方向依次排列；氨燃料输送区，设置在壳体的外部与混合反应区相连，包括氨燃料储罐和多个支路管道，用于通过多个支路管道将氨燃料从不同位置输运至混合反应区；该装置还包括：整流器，用于将旋流燃烧器产生的燃烧气体的火焰熄灭。焰熄灭。焰熄灭。


技术研发人员：田振玉 邝九杰 王杜 吴俊恺 吴令男
受保护的技术使用者：中国科学院工程热物理研究所
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/8/13