CN103574606B - 一种氢气燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氢气燃烧装置，其特征在于：主要包括助燃气体供气仓、燃烧套管、燃烧头、燃气供气管道、辅助燃气体供气管道、点火组件和燃烧控制系统；由燃烧套管、燃烧头、燃气供气管道、辅助燃气体供气管道相互配合形成中心助燃气体出风口、内环形燃气出风口、内环旋流助燃气体出风口、外环助燃气体出风口、外环燃气出风口，进而构成一个多层环绕的助燃气体与燃气混合出风形式，混合均匀，杜绝了剩余氢气的发生、积聚，提高安全性能；通过辅燃气供气管道与导流罩配合进行气流导向，使得燃烧时在火焰中心区域产生一个强制性的回流，与中心助燃气体出风口的助燃氧气混合形成一个中心火焰，确保燃烧不会脱焰、爆炸和回火，更加安全可靠。

Description

一种氢气燃烧装置

技术领域

本发明涉及一种锅炉，特别涉及一种氢气燃烧装置。

背景技术

钛白粉学名为二氧化钛，钛白粉被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，占全部白色颜料使用量的80%，被广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。

在以硫酸法制备钛白粉的过程中，会产生副产品稀硫酸，稀硫酸的浓度在20~25%左右，该稀硫酸可通过与铁屑、铁粉反应生成硫酸亚铁，既可以消耗稀硫酸，又可以生产硫酸亚铁等产品，达到环保与经济效益的双丰收。铁粉与稀硫酸反应生产硫酸亚铁的过程中，会副产大量的氢气，大部分钛白粉制造企业基本采用放空的方式处理氢气，造成能源的浪费。

后来出现一些燃氢蒸汽锅炉，将反应过程中的氢气作为燃料然后后产生蒸汽实现其能源的利用。如专利号ZL03231105.2公开了一种燃氢蒸汽锅炉，其采用立式结构，对流室和燃烧室自上而下设置，该种结构中对流室的水应结构的限制，在运行中液位拨动大，难以控制，且蒸发、换热面积均有一定的限制，因此换热效率仍存在一定的局限性；再如专利申请号201120231835.X公开了一种卧式燃氢蒸汽锅炉，其采用卧式结构，具有较好的蒸发和换热面积；其采用的扩散外混式燃烧头结构为通用结构，在使用过程中利用燃烧盘具有的旋流气槽以及导流片对助燃空气产生旋流作用，进而与氢气混合燃烧，但由于扩散外混式燃烧头的助燃空气仅仅在氢气的外围进行混合，因此存在微量氢气无法充分燃烧的问题，仍然存在一定的安全隐患。

因此在上述技术的基础上研发一种热能利用率高、且安全可靠的氢气燃烧锅炉及其专用燃烧套管势在必行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种燃烧充分的氢气燃烧装置。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种氢气燃烧装置，其创新点在于：主要包括助燃气体供气仓、燃烧套管、燃烧头、燃气供气管道、辅助燃气体供气管道、点火组件和燃烧控制系统；助燃气体供气仓的仓体前端设置有燃烧套管，仓体下部内置风量风压开关以及由伺服电机驱动的风门调节挡板组，仓体下端设置有由变频电机驱动的助燃气体供气风机；燃烧套管设置在助燃气体供气仓的侧壁上，且其前端伸出助燃气体供气仓侧壁；燃烧套管由同轴设置的内管和外管构成，内管、外管的末端与助燃气体供气仓连通；外管的前端螺纹连接有一导流罩，该导流罩的前端内折向内管侧；燃烧头焊接在内管前端，该燃烧头具有一个位于燃烧头中心的球面形凸起以及一个位于球面形凸起外的环形平面；所述的球面形凸起中心设置一个大圆形通孔，并在大圆形通孔外沿球面形凸起的球面均匀分布若干小圆形通孔，且小圆形孔的轴线穿过球面形凸起的球心；所述的环形平面上设置有若干以燃烧头中心为圆心呈环形阵列分布的弧形孔；燃气供气管道具有一个主燃气供气管道以及若干以主燃气供气管道为中心呈环形分布的辅燃气供气管道，辅燃气供气管道的末端与主燃气供气管道的中部连通，主燃气供气管道末端具有一个燃气流量调节阀；主燃气供气管道设置在内管中，主燃气供气管道的前端与燃烧头球面形凸起的环形边沿连接固定，并与燃烧头球面形凸起的小圆形通孔连通；辅燃气供气管道分布在内管与外管之间，辅燃气供气管道的前端伸出内管前端且倾斜向内管侧；辅助燃气体供气管道内置于主燃气供气管道中心，其前端与燃烧头球面形凸起的大圆形通孔连通，该辅助燃气体供气管道由助燃气体供气风机通过独立的辅助燃气体流量调节阀供气；点火组件包括点火器以及给点火器提供高压的点火变压器，点火器的点火头位于燃烧头的侧前方；所述的风压开关、伺服电机、变频电机、燃气流量调节阀、辅助燃气体流量调节阀、点火变压器均接入燃烧控制系统。

本发明的优点在于：由辅助燃气体供气管道的前端与燃烧头球面形凸起的大圆形通孔连通形成中心助燃气体出风口；主燃气供气管道与燃烧头球面形凸起、辅助燃气体供气管道配合形成内环形燃气出风口；内管与燃烧头环形平面、主燃气供气管道配合形成内环旋流助燃气体出风口；外管与内管的前端配合形成外环助燃气体出风口；呈环形分布的辅燃气供气管道形成位于外环助燃气体出风口内的外环燃气出风口。进而构成一个多层环绕的助燃气体与燃气混合出风形式，混合均匀，燃烧率达到100%，杜绝了剩余氢气的发生、积聚，提高安全性能；而辅燃气供气管道的前端伸出内管前端且倾斜向内管侧，同时配合导流罩进行气流导向，使得燃烧时在火焰中心区域产生一个强制性的回流，与中心助燃气体出风口的助燃氧气混合形成一个中心火焰，且中心助燃气体出风口的助燃氧气流量通过独立的流量调节阀调节，确保燃烧不会脱焰、爆炸和回火，更加安全可靠。

附图说明

图1为本发明氢气燃烧装置结构示意图。

图2为本发明中燃烧套管、燃烧头、燃气供气管道和辅助燃气体供气管道连接关系示意图。

图3为本发明中燃烧头剖视图。

图4为本发明中燃烧头侧视图。

具体实施方式

请参阅图1、2，本发明揭示了一种氢气燃烧装置，主要包括助燃气体供气仓、燃烧套管、燃烧头、燃气供气管道、辅助燃气体供气管道、点火组件和燃烧控制系统。

一助燃气体供气仓1，该仓体的前端设置有燃烧套管2，仓体下部内置风量风压开关以及由伺服电机51驱动的风门调节挡板组5，仓体下端设置有由变频电机41驱动的助燃气体供气风机4。

一燃烧套管2，设置在助燃气体供气仓的侧壁上，且其前端伸出助燃气体供气仓1侧壁。燃烧套管2由同轴设置的内管22和外管21构成，内管22、外管21的末端与助燃气体供气仓1连通；外管21的前端螺纹连接有一导流罩23，该导流罩23的前端内折向内管侧。

一焊接在内管前端的燃烧头3，如图3、4所示，该燃烧头3具有一个位于燃烧头中心的球面形凸起31以及一个位于球面形凸起31外的环形平面32；球面形凸起31中心设置一个大圆形通孔31a，并在大圆形通孔31a外沿球面形凸起31的球面均匀分布若干小圆形通孔31b，且小圆形孔31b的轴线穿过球面形凸起31的球心；在环形平面32上设置有若干以燃烧头3中心为圆心呈环形阵列分布的弧形孔32a。

一燃气供气管道6，具有一个主燃气供气管道61以及若干以主燃气供气管道61为中心呈环形分布的辅燃气供气管道62；主燃气供气管道61设置在内管22中，主燃气供气管道61的前端与燃烧头球面形凸起31的环形边沿连接固定，并与燃烧头球面形凸起31的小圆形通孔31b连通；辅燃气供气管道62分布在内管22与外管21之间，辅燃气供气管道62的前端伸出内管22前端且倾斜向内管侧。辅燃气供气管道62的末端与主燃气供气管道61的中部连通，主燃气供气管道61末端具有一个燃气流量调节阀63；

一辅助燃气体供气管道7，该辅助燃气体供气管道7内置于主燃气供气管道61中心，其前端与燃烧头球面形凸起31的大圆形通孔31a连通。该辅助燃气体供气管道7由助燃气体供气风机4通过独立的流量调节阀7供气。

点火组件（图中未示出）包括点火器以及给点火器提供高压的点火变压器，点火器的点火头位于燃烧头2的侧前方；上述的风压开关、伺服电机51、变频电机41、燃气流量调节阀63、辅助燃气体流量调节阀7、点火变压器均接入燃烧控制系统。

工作原理：

助燃气体路径：

变频电机驱动的助燃气体供气风机工作，将大量的空气送入助燃气体供气仓，并从由内管与燃烧头环形平面、主燃气供气管道配合形成内环旋流助燃气体出风口；外管与内管的前端配合形成外环助燃气体出风口排出；

助燃气体供气风机工作时，辅助燃气体供气管道通过辅助燃气体流量调节阀调节空气流量，由辅助燃气体供气管道的前端与燃烧头球面形凸起的大圆形通孔连通形成中心助燃气体出风口排出；

燃气路径：

通过燃气流量调节阀调节流量后进入燃气供气管道，分成两路，一路从主燃气供气管道与燃烧头球面形凸起、辅助燃气体供气管道配合形成内环形燃气出风口排出；另一路由呈环形分布的辅燃气供气管道形成位于外环助燃气体出风口内的外环燃气出风口排出；进而与助燃气体均匀混合形成可燃混合气；

燃烧原理：

点火元件通过点火变压器提供的高压电进行放电，进而产生电弧点燃混合气体进行燃烧；辅燃气供气管道的前端伸出内管前端且倾斜向内管侧，同时配合导流罩进行气流导向，使得燃烧时在火焰中心区域产生一个强制性的回流，与中心助燃气体出风口的空气混合燃烧形成一个中心火焰，避免燃烧过程中出现脱焰、爆炸和回火。

Claims (1)

1.一种氢气燃烧装置，其特征在于：主要包括助燃气体供气仓、燃烧套管、燃烧头、燃气供气管道、辅助燃气体供气管道、点火组件和燃烧控制系统；

助燃气体供气仓的仓体前端设置有燃烧套管，仓体下部内置风量风压开关以及由伺服电机驱动的风门调节挡板组，仓体下端设置有由变频电机驱动的助燃气体供气风机；

燃烧套管设置在助燃气体供气仓的侧壁上，且其前端伸出助燃气体供气仓侧壁；燃烧套管由同轴设置的内管和外管构成，内管、外管的末端与助燃气体供气仓连通；外管的前端螺纹连接有一导流罩，该导流罩的前端内折向内管侧；

燃烧头焊接在内管前端，该燃烧头具有一个位于燃烧头中心的球面形凸起以及一个位于球面形凸起外的环形平面；所述的球面形凸起中心设置一个大圆形通孔，并在大圆形通孔外沿球面形凸起的球面均匀分布若干小圆形通孔，且小圆形孔的轴线穿过球面形凸起的球心；所述的环形平面上设置有若干以燃烧头中心为圆心呈环形阵列分布的弧形孔；

燃气供气管道具有一个主燃气供气管道以及若干以主燃气供气管道为中心呈环形分布的辅燃气供气管道，辅燃气供气管道的末端与主燃气供气管道的中部连通，主燃气供气管道末端具有一个燃气流量调节阀；主燃气供气管道设置在内管中，主燃气供气管道的前端与燃烧头球面形凸起的环形边沿连接固定，并与燃烧头球面形凸起的小圆形通孔连通；辅燃气供气管道分布在内管与外管之间，辅燃气供气管道的前端伸出内管前端且倾斜向内管侧；

辅助燃气体供气管道内置于主燃气供气管道中心，其前端与燃烧头球面形凸起的大圆形通孔连通，该辅助燃气体供气管道由助燃气体供气风机通过独立的辅助燃气体流量调节阀供气；

点火组件包括点火器以及给点火器提供高压的点火变压器，点火器的点火头位于燃烧头的侧前方；

所述的风压开关、伺服电机、变频电机、燃气流量调节阀、辅助燃气体流量调节阀、点火变压器均接入燃烧控制系统。