一种氨燃烧的控制方法以及氨燃烧装置

摘要

本发明涉及氨燃烧技术领域，具体涉及一种氨燃烧的控制方法以及氨燃烧装置，本发明提供了一种氨燃烧的控制方法，包括依次进行的启动燃烧控制阶段、持续燃烧控制阶段和结束燃烧控制阶段，本发明通过控制氨燃烧各阶段中混合气体的组成，使得氨气能够在微正压条件下即实现完全燃烧，同时向外界提供热量，相比于传统的高压条件，降低了能耗和对设备的要求，降低了生产成本。采用本发明提供的控制方法操作简便，安全高效，能够确保氨燃烧过程安全稳定进行。

说明书

技术领域

本发明涉及氨燃烧技术领域，具体涉及一种氨燃烧的控制方法以及氨燃烧装置。

背景技术

企业生产过程中常常需要冷量和热量，而氨作为一种可以被人工合成的储能物质，具有液化压力低、存储安全、燃烧产物无碳无颗粒等特点，是一种可再生的清洁燃料。中国作为氨生产大国，有望在中小型供热燃气锅炉中，利用氨部分代替天然气等气体燃料，缓解我国的天然气短缺及用气紧张问题。液态氨具有气化潜热大的特点(如在-10℃时，气化潜热为309.73kcal/kg)，可以在气化的过程中提供大量冷量，为厂房或设备制冷提供冷源。中国专利CN 107810365A公开了一种用于燃烧氨气的方法和装备，该装置为双燃烧室设计，燃烧需在高温高压(1400～2100K，10～30bar)条件下进行，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

本发明的目的在于提供一种氨燃烧的控制方法以及氨燃烧装置，采用本发明提供的氨燃烧控制方法，能够在微正压条件下即实现氨的燃烧，且在氨燃烧过程中同时向外界提供热量，装置结构简单，适宜工业生产应用。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种氨燃烧的控制方法，包括依次进行的启动燃烧控制阶段、持续燃烧控制阶段和结束燃烧控制阶段；

所述启动燃烧控制阶段的控制方式为以下三种方式中的任一种：

方式一、将气态氨与含碳可燃性气体和空气混合后，进行第一燃烧反应，同时向外界提供热量；其中，所述气态氨与含碳可燃性气体、空气的体积比为1:b:c，其中，b＞0.3，c＝(3.57+b×d)×(0.85～1.2)，d为含碳可燃性气体的化学计量空燃比；

方式二、取部分气态氨进行裂解，得到氢气和氮气的混合物，然后将剩余气态氨、氢气和氮气的混合物以及空气混合，进行第二燃烧反应，同时向外界提供热量；其中，所述剩余气态氨、氢气和氮气的混合物以及空气的体积比为1:a:c'，其中，a＞0.2，c'＝(3.57+1.786×a)×(0.85～1.2)；

方式三、取部分气态氨进行裂解，得到氢气和氮气的混合物，然后将剩余气态氨、氢气和氮气的混合物、含碳可燃性气体以及空气混合，进行第三燃烧反应，同时向外界提供热量；其中，所述剩余气态氨、氢气和氮气的混合物、含碳可燃性气体以及空气的体积比为1:a':b':c”，其中，a'+b'>0.1，c”＝(3.57+1.786×a'+b'×d)×(0.85～1.2)，d为含碳可燃性气体的化学计量空燃比；

所述持续燃烧控制阶段的控制方式为：按照所述启动燃烧控制阶段中的比例关系实时调整各气体的进气流量，同时调整向外界提供的热量，使氨燃烧过程持续进行；

所述结束燃烧控制阶段的控制方式为：按照所述启动燃烧控制阶段中的比例关系逐步减少各气体的进气流量，直至熄火。

优选地，当所述启动燃烧控制阶段的控制方式为方式三时，在所述持续燃烧控制阶段中，含碳可燃性气体的进气流量逐渐减少为零，所述剩余气态氨、氢气和氮气的混合物以及空气的体积比为1:a:c'，其中，a＞0.2，c'＝(3.57+1.786×a)×(0.85～1.2)。

优选地，所述第一燃烧反应、第二燃烧反应和第三燃烧反应的压力独立地为1～1.3atm；温度独立地为400～2000K。

优选地，所述含碳可燃性气体为甲烷、丙烷、一氧化碳、天然气和液化石油气中的一种或几种。

优选地，所述气态氨由液态氨吸收热量进行气化得到，在所述气化过程中，向外界提供冷量。

优选地，所述热量来源于空气或循环水，所述空气的温度为常温，所述循环水的温度为8～12℃。

本发明提供了一种氨燃烧装置，包括以下三种装置中的任一种：

装置一，包括燃烧室4、换热盘管6、燃烧器5和控制器7，其中，所述换热盘管6和燃烧器5设置在所述燃烧室4的内部；所述控制器7独立地与所述燃烧器5和换热盘管6通信连接；

装置二，在装置一的基础上还包括换热器2和热裂解器3，所述热裂解器3与所述换热器2之间双向连通；所述换热器2的裂解气出口与所述燃烧器5相连通；所述控制器7独立地与所述换热器2、热解器3、燃烧器5和换热盘管6通信连接；

装置三，在装置一的基础上还包括辅助热裂解器8，所述辅助热裂解器8与所述换热器2之间双向连通；所述控制器7独立地与所述换热器2、热解器3、燃烧器5、换热盘管6和辅助热解器8通信连接。

优选地，所述燃烧器5设置于所述燃烧室4内部的底部。

优选地，所述热裂解器3设置于所述燃烧室4的内部。

优选地，还包括蒸发箱1，所述蒸发箱1的第一出气口经燃烧器5与燃烧室4相连通；所述蒸发箱1的第二出气口与所述换热器2的氨气进口相连通。

本发明提供了一种氨燃烧的控制方法，包括依次进行的启动燃烧控制阶段、持续燃烧控制阶段和结束燃烧控制阶段，本发明通过控制氨燃烧各阶段中混合气体的组成，使得氨气能够在微正压条件下即实现完全燃烧，同时向外界提供热量，相比于传统的高压条件，降低了能耗和对设备的要求，降低了生产成本。采用本发明提供的控制方法操作简便，安全高效，能够确保氨燃烧过程安全稳定进行。

本发明提供了一种氨燃烧装置，本发明对设备的抗压能力要求较低，装置结构简单，适宜工业生产应用。由实施例结果可知，采用本发明提供的氨燃烧装置，在燃烧室4内通入20℃的冷水，每小时可输出7.1～17吨的80℃高温热水，说明采用本发明提供的氨燃烧装置能够在保证氨气充分燃烧的同时对外提供热量，具有产业意义上的进步。

附图说明

图1为本发明实施例1的氨燃烧装置结构示意图；

图2为本发明实施例2的氨燃烧装置结构示意图；

图3为本发明实施例3的氨燃烧装置结构示意图；

图4为本发明实施例4的氨燃烧装置结构示意图；

其中，1-蒸发箱，2-换热器，3-热裂解器，4-燃烧室，5-燃烧器，6-换热盘管，7-控制器，8-辅助热裂解器，9-鼓风机。

具体实施方式

本发明提供了一种氨燃烧的控制方法，包括依次进行的启动燃烧控制阶段、持续燃烧控制阶段和结束燃烧控制阶段；

所述启动燃烧控制阶段的控制方式为以下三种方式中的任一种：

方式一、将气态氨与含碳可燃性气体和空气混合后，进行第一燃烧反应，同时向外界提供热量；其中，所述气态氨与含碳可燃性气体、空气的体积比为1:b:c(式Ⅰ)，其中，b＞0.3，c＝(3.57+b×d)×(0.85～1.2)，d为含碳可燃性气体的化学计量空燃比；

方式二、取部分气态氨进行裂解，得到氢气和氮气的混合物，然后将剩余气态氨、氢气和氮气的混合物以及空气混合，进行第二燃烧反应，同时向外界提供热量；其中，所述剩余气态氨、氢气和氮气的混合物以及空气的体积比为1:a:c'(式Ⅱ)，其中，a＞0.2，c'＝(3.57+1.786×a)×(0.85～1.2)；

方式三、取部分气态氨进行裂解，得到氢气和氮气的混合物，然后将剩余气态氨、氢气和氮气的混合物、含碳可燃性气体以及空气混合，进行第三燃烧反应，同时向外界提供热量；其中，所述剩余气态氨、氢气和氮气的混合物、含碳可燃性气体以及空气的体积比为1:a':b':c”(式Ⅲ)，其中，a'+b'>0.1，c”＝(3.57+1.786×a'+b'×d)×(0.85～1.2)，d为含碳可燃性气体的化学计量空燃比；

所述持续燃烧控制阶段的控制方式为：按照所述启动燃烧控制阶段中的比例关系实时调整各气体的进气流量，同时调整向外界提供的热量，使氨燃烧过程持续进行；

所述结束燃烧控制阶段的控制方式为：按照所述启动燃烧控制阶段中的比例关系逐步减少各气体的进气流量，直至熄火。

在本发明中，当所述启动燃烧控制阶段的控制方式为方式一时，所述第一燃烧反应的压力优选为1～1.3atm，更优选为1.05～1.1atm；所述第一燃烧反应的温度优选为600～2000K。

在本发明中，当所述启动燃烧控制阶段的控制方式为方式二时，所述第二燃烧反应的压力优选为1～1.3atm，更优选为1.05～1.2atm；所述第二燃烧反应的温度优选为500～2000K。

在本发明中，当所述启动燃烧控制阶段的控制方式为方式三时，所述第三燃烧反应的压力优选为1～1.3atm，更优选为1.05～1.3atm；所述第三燃烧反应的温度优选为400～1900K。

在本发明中，当所述启动燃烧控制阶段的控制方式为方式三时，在所述持续燃烧控制阶段中，所述含碳可燃性气体的进气流量优选逐渐减少为零，此时，剩余气态氨、氢气和氮气的混合物以及空气的体积比满足式Ⅱ。

在本发明中，所述含碳可燃性气体优选为甲烷、丙烷、一氧化碳、天然气和液化石油气中的一种或几种。

本发明中，所述持续燃烧控制阶段，气态氨与含碳可燃性气体和空气的总流量优选为k，k/k_max＝0.2～1，其中，k_max为燃烧器5可保持稳定燃烧火焰的最大气体总流量。

在本发明中，所述气态氨优选由液态氨吸收热量进行气化得到，在所述气化过程中，向外界提供冷量。在本发明中，所述热量优选来源于空气或循环水，所述空气的温度优选为常温，所述循环水的温度优选为8～12℃，更优选为10℃。在本发明中，所述气态氨的温度优选为4～12℃，更优选为8℃。在本发明中，利用空气或循环水提供的热量将液态氨进行气化后，所述空气或循环水的温度降低，利用这些冷空气或冷水向外界提供冷量。在本发明中，所述冷空气的温度优选为14～25℃，更优选为20℃；所述冷水的温度优选为3～6℃，更优选为4℃。在本发明的具体实施例中，当通入10℃的循环水时，每小时可输出0.9～10吨的4℃冷水。

在本发明中，所述向外界提供热量的方式优选为：利用燃烧反应产生的热量使循环水的温度升高，利用得到的高温热水或高温蒸汽向外界提供热量。在本发明中，当对外提供高温热水时，所述循环水的温度优选为4～25℃，更优选为20℃；所述高温热水的温度优选为60～85℃，更优选为80℃。在本发明中，当对外提供高温蒸汽时，所述循环水的温度优选为80～100℃，更优选为95℃；所述高温蒸汽的温度优选为180～190℃，更优选为185℃，压力优选为0.7～1.1MPa，更优选为1.0MPa。在本发明的具体实施例中，当通入20℃的冷水，每小时可输出7.1～17吨的80℃高温热水。

本发明提供了一种氨燃烧装置，包括以下三种装置中的任一种：

装置一，包括燃烧室4、换热盘管6、燃烧器5和控制器7，其中，所述换热盘管6和燃烧器5设置在所述燃烧室4的内部；所述控制器7独立地与所述燃烧器5和换热盘管6通信连接；

装置二，在装置一的基础上还包括换热器2和热裂解器3，所述热裂解器3与所述换热器2之间双向连通；所述换热器2的裂解气出口与所述燃烧器5相连通；所述控制器7独立地与所述换热器2、热解器3、燃烧器5和换热盘管6通信连接；

装置三，在装置一的基础上还包括辅助热裂解器8，所述辅助热裂解器8与所述换热器2之间双向连通；所述控制器7独立地与所述换热器2、热解器3、燃烧器5、换热盘管6和辅助热解器8通信连接。

本发明提供的氨燃烧装置包括燃烧室4。在本发明中，所述燃烧室4用于进行气态氨的燃烧反应，本发明对所述燃烧室4没有特殊的要求，保证燃烧反应顺利进行即可。作为本发明的一个实施例，气态氨在燃烧室4内进行燃烧时，产生的高温烟气在自然上升的过程中，同换热盘管6进行热交换，自身温度逐步降低并形成温度梯度分布，温度范围为400～2300K。

本发明提供的氨燃烧装置包括设置于所述燃烧室4内部的燃烧器5。作为本发明的一个实施例，所述燃烧器5设置于所述燃烧室4内部的底部。所述燃烧器5用于混合气态氨以及外界提供的含氧气体，然后送入燃烧室4进行燃烧，所述含氧气体优选为空气，或者为含碳可燃性气体和空气的混合气体。作为本发明的一个实施例，所述燃烧器5将混合气体喷出，产生稳定燃烧火焰。本发明对所述燃烧器5没有特殊的要求，保证混合气体顺利进入燃烧室4进行燃烧即可。本发明对所述含氧气体进入燃烧器5的方式没有特殊的限定，作为本发明的一个实施例，优选采用鼓风机9将含氧气体送入燃烧器5内。

本发明提供的氨燃烧装置包括设置于燃烧室4内的换热盘管6，气态氨在燃烧室4中燃烧时会释放大量热，由换热盘管6向外界提供热量。具体来说，在本发明的实施例中，向所述换热盘管6内通入循环水，利用燃烧反应产生的热量使循环水的温度升高，利用得到的高温热水或高温蒸汽向外界提供热量。

本发明提供的氨燃烧装置还包括换热器2和热裂解器3；所述热裂解器3与所述换热器2之间双向连通；所述换热器2的裂解气出口与所述燃烧器5相连通。进一步具体来说，所述热裂解器3的氨气进口与所述换热器2的第一氨气出口相连通；所述热裂解器3的出气口与所述换热器2的第一裂解气进口相连通。在本发明中，部分气态氨通过换热器2进行升温后，进入热裂解器3中，所述热裂解器3用于将部分气态氨裂解成氮气和氢气，进而使氨更易燃烧，且能够持续燃烧；热裂解器3中生成的氮气和氢气温度较高，借助换热器2进行降温后再与含氧气体和剩余气态氨在燃烧器5的喷口处混合，防止爆炸危险；氮气和氢气在换热器2中进行降温的同时将热量传递给进入换热器2中的气态氨，实现对热量的循环利用。本发明对所述换热器2没有特殊的要求，能够保证将氮气和氢气携带的热量传递给部分气态氨，同时实现自身降温即可。

作为本发明的一个实施例，所述热裂解器3设置于所述燃烧室4的内部。本发明将所述热裂解器3设置于所述燃烧室4内，能够利用燃烧室4内的高温为部分气态氨的裂解提供所需的能量。在本发明中，所述热裂解器3在燃烧室4内的位置取决于构成热裂解器3的材料的耐温性能以及热裂解器3内部填充的催化剂的工作温度，作为本发明的一个实施例，所述热裂解器3中设置有铁触媒催化剂或镍触媒催化剂。作为本发明的一个实施例，所述热裂解器3设置于所述燃烧室4内800～1300K的温度区间。

本发明提供的氨燃烧装置还包括辅助热裂解器8；所述辅助热裂解器8与所述换热器2之间双向连通。具体来说，所述辅助热裂解器8的氨气进口与所述换热器2的第二氨气出口相连通，所述辅助热裂解器8的出气口与所述换热器2的第二裂解气进口相连通。所述辅助热裂解器8的作用为：当没有外界含碳可燃性气体提供时，先行将部分气态氨裂解产生氢气和氮气的混合物，用于引燃通入燃烧室4的剩余气态氨。所述辅助热裂解器8不设置于燃烧室4内，其裂解的能量来源于外界，具体可以为电能、汽/柴油燃烧提供热能或者其他形式的热能。所述辅助热裂解器8主要在系统启动时使用，即当燃烧室4内设置的热裂解器3温度达到其内部填充的催化剂工作温度后，热裂解器3启动工作，同时辅助热裂解器8逐步停止工作。

作为本发明的一个实施例，本发明提供的氨燃烧装置还包括蒸发箱1，所述蒸发箱1的第一出气口经燃烧器5与燃烧室4相连通；所述蒸发箱1的第二出气口与所述换热器2的氨气进口相连通。所述蒸发箱1用于使液态氨气化，并向外界提供冷量，本发明对所述蒸发箱1没有特殊的要求，能够保证液态氨气化过程顺利进行即可。作为本发明的一个实施例，向外界提供冷量的实现方式为：向所述蒸发箱1内通入空气或循环水，输出冷空气或冷水。

本发明提供的氨燃烧装置还包括控制器7，所述控制器7独立地与所述燃烧器5和换热盘管6通信连接。作为本发明的一个实施例，所述控制器7可以独立地通信控制蒸发箱1、换热器2、热裂解器3、燃烧器5、换热盘管6、辅助热裂解器8和鼓风机9的工作状态。作为本发明的一个实施例，所述控制器7根据液态氨及含碳可燃性气体的供应情况，人为设定参数、燃烧状态等，自动优化计算得到进入燃烧室4的气态氨、气态氨裂解产生的氢气和氮气混合物、含氧气体的比例，并通过比例阀等装置实时控制各气体体积流量比。本发明对所述控制器7的具体位置没有特殊的限定，采用本领域常规的放置位置即可。作为本发明的一个实施例，所述控制器7可以控制启动燃烧阶段、持续燃烧阶段以及结束燃烧阶段的整个过程，具体如下：

所述启动燃烧阶段的控制方法优选为：将气态氨或蒸发箱1中产生的气态氨通入燃烧器5中，与含碳可燃性气体和空气混合后点火，在燃烧室4内进行燃烧，逐步增加通入燃烧器5的气态氨、含碳可燃性气体和空气的流量，使得气体间比例满足混合要求式Ⅰ，并借助换热盘管6向外提供热量；或者，

将含碳可燃性气体通入燃烧器5中，与空气混合后点火；待热裂解器3所处位置达到预定温度后，控制器7控制部分气态氨通入换热器2升温后进入热裂解器3中，热裂解器3中产生的氢气和氮气混合物流经换热器2降温后进入燃烧器5；逐步增加通入燃烧器5的剩余气态氨、氢气和氮气的混合物的流量，并调整含碳可燃性气体和空气的流量，使得气体间比例满足混合要求，具体要求见式Ⅲ；特殊地，在该种启动方式中，含碳可燃性气体的流量可以逐步减少为零，此时气体间比例满足式Ⅱ；或者，

启动辅助氨裂解器，控制器7控制另一部分气态氨通入换热器2升温后进入辅助热裂解器8中，辅助热裂解器8中产生的氢气和氮气混合物经由换热器2降温后进入燃烧器5，与空气混合后点火；待热裂解器3所处位置达到预定温度后，控制器7控制部分气态氨通入换热器2升温后进入热裂解器3中，热裂解器3中产生的氢气和氮气混合物流经换热器2降温后进入燃烧器5；逐步增加通入燃烧器5的剩余气态氨、氢气和氮气的混合物的流量，并调整空气的流量，使得气体间比例满足混合要求式Ⅱ。

所述持续燃烧阶段的控制方法优选为：根据外界需求或换热盘管6内蒸汽压力，按比例实时调整气态氨、气态氨裂解产生的氢气和氮气混合物、含碳可燃性气体与空气的进气流量，同时相应调整通过蒸发箱1和换热盘管6的媒介(具体指蒸发箱1内的空气或循环水，换热盘管6内的循环水)流量，使得整体装置保持稳定运行。

所述结束燃烧阶段的控制方法优选为：在气体间的相对比例满足式Ⅰ、式Ⅱ或式Ⅲ的前提下，逐步减少通入燃烧器5中气态氨的流量，并相应减少空气流量，逐步减少通入燃烧器5中气态氨裂解产生的氢气和氮气混合物的流量，以及含碳可燃气体，实现熄火；继续通入空气，对燃烧室4进行吹扫后停止。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

结合图1所示氨燃烧装置对本实施例进行说明，所述氨燃烧装置设置有蒸发箱1、燃烧室4、燃烧器5、换热盘管6和控制器7。

在控制器7的实时控制下，液态氨在蒸发箱1内全部气化，在对外提供冷量的同时，所得到的气态氨与含碳可燃性气体一起通入燃烧器5，与空气混合后在燃烧室4内稳定燃烧，通过换热盘管6对外提供热量；

燃烧器5内通入的气态氨、含碳可燃性气体与空气的标准状态体积流量比为1:b:c，其中，b>0.3，c＝(3.57+b×d)×(0.85～1.2)，d为含碳可燃性气体的化学计量空燃比。例如，选用丙烷作为含碳可燃性气体，b>0.5，c＝((3.57+23.8×b)×(0.9～1.15)；

在本实施例中，b＝1.0，c＝27.92；最大功率稳定燃烧时，通入燃烧器5的气态氨流量为24.5m³/h，丙烷流量为24.5m³/h，空气流量为684m³/h，燃烧室4内温度分布为500～2200K，压力为1.01～1.1atm；蒸发箱1内通入10℃的循环水，每小时可输出4℃的冷水0.9吨；换热盘管6内通入20℃的冷水，每小时可输出80℃的高温热水11吨；

在本实施例中，氨燃烧的启动方法为：a)丙烷以24.5m³/h的流量通入燃烧器5，与600m³/h的空气混合后点火；b)逐步增加通入燃烧器5的气态氨流量至约24.5m³/h，同时相应调整空气进量至684m³/h，使得混合气体在燃烧室4内稳定燃烧；

在本实施例中，持续燃烧阶段的控制方法为：根据外界对高温热水的流量需求，按比例实时同步调整气态氨、丙烷与空气的进气量，同时相应调整通过蒸发箱1的循环水流量，调整通过换热盘管6的冷水流量。如某个工况下，气态氨、丙烷与空气的进气量分别约为15.0m³/h、15.0m³/h、420m³/h，4℃的冷水输出量为0.55吨/小时，80℃的高温热水输出量为7.1吨/小时；而另一个工况下，气态氨、丙烷与空气的进气量分别约为20.0m³/h、20.0m³/h、560m³/h，4℃的冷水输出量为0.75吨/小时，80℃的高温热水输出量为9.6吨/小时。

实施例2

结合图2所示氨燃烧装置对本实施例进行说明，所示氨燃烧装置设置有蒸发箱1、换热器2、热裂解器3、燃烧室4、燃烧器5、换热盘管6和控制器7。

在本实施例中，热裂解器3内填充有镍触媒催化剂(西南院Z204)，工作温度为1000K～1100K；所述热裂解器3放置于燃烧室4内高温烟气温度1050K～1150K的区域内；

在本实施例中，在控制器7的实时控制下，液态氨在蒸发箱1内全部气化，在对外提供冷量的同时，所得到的剩余气态氨、部分气态氨裂解产生的氢气和氮气混合物、含碳可燃性气体一起通入燃烧器5，与空气混合后在燃烧室4内稳定燃烧，通过换热盘管6对外提供热量；

在本实施例中，燃烧器5内通入的剩余气态氨、部分气态氨裂解产生的氢气和氮气混合物、含碳可燃性气体与空气的标准状态体积流量比为1:a':b':c”，其中，a'+b'>0.1，c”＝(3.57+1.786×a+b×d)×(0.85～1.2)，d为含碳可燃性气体的化学计量空燃比；例如，选用天然气作为含碳可燃性气体，a'+b'>0.5，c”＝(3.57+1.786×a'+9.52×b')×(0.9～1.15)。

在本实施例中，a'＝1.0，b'＝0.2，c”＝7.4；最大功率稳定燃烧时，通入燃烧器5的剩余气态氨流量为280m³/h，部分气态氨裂解产生的氢气和氮气混合物流量为280m³/h，天然气流量为56m³/h，空气流量为2073m³/h，燃烧室4内温度分布为500～2000K，压力为1.05～1.2atm；蒸发箱1内通入10℃的循环水，每小时可输出4℃的冷水10吨；换热盘管6通入95℃的循环水，对外提供的1.0MPa的高温蒸汽约为3.5吨/小时；

在本实施例中，氨燃烧的启动方法为：a)天然气以200m³/h的流量通入燃烧器5，与1904m³/h的空气混合后点火；b)待热裂解器3所处位置达到预定温度1050K后，部分气态氨受控通入换热器2，进入热裂解器3中，气态氨在热裂解器3中发生裂解反应，产生的氢气和氮气混合物流经换热器2进入燃烧器5；c)逐步增加通入燃烧器5的剩余气态氨流量至约280m³/h，逐步增加通入换热器2和热裂解器3的部分气态氨流量，使得部分气态氨裂解产生的氢气和氮气混合物流量逐步增加至280m³/h，同步调整天然气流量至56m³/h，同时相应调整空气进量至约2073m³/h，使得混合气体在燃烧室4内稳定燃烧。

在本实施例中，持续燃烧阶段的控制方法为：根据换热盘管6内蒸汽压力，实时同步调整剩余气态氨、天然气、部分气态氨裂解产生的氢气和氮气混合物与空气的进气量，同时相应调整通过蒸发箱1的循环水流量；如换热盘管6通入95℃左右循环水时，当内蒸汽压力为0.9MPa时，剩余气态氨、部分气态氨裂解产生的氢气和氮气混合物、天然气与空气的进气量分别约为120m³/h、120m³/h、24m³/h，890m³/h，每小时可输出4℃的冷水4.5吨；当换热盘管6内蒸汽压力为0.7MPa时，通入燃烧器5的剩余气态氨流量为280m³/h，气态氨裂解产生的氢气和氮气混合物流量为280m³/h，天然气流量为56m³/h，空气流量为2073m³/h；蒸发箱1内通入10℃的循环水，每小时可输出4℃的冷水10吨；换热盘管6对外提供的1.0MPa的高温蒸汽为3.5吨/小时。

实施例3

结合图3所示氨燃烧装置对本实施例进行说明，所示氨燃烧装置设置有蒸发箱1、换热器2、热裂解器3、燃烧室4、燃烧器5、换热盘管6、控制器7和辅助氨热裂解器8。

在本实施例中，含碳可燃性气体不做配置。

在本实施例中，热裂解器3内填充有铁触媒催化剂(A106型)，工作温度为800K～950K；所述热裂解器3放置于燃烧室4内高温烟气温度850K～1000K的区域内；

在本实施例中，在控制器7的实时控制下，液态氨在蒸发箱1内全部气化，在对外提供冷量的同时，所得到的剩余气态氨、部分气态氨裂解产生的氢气和氮气混合物一起通入燃烧器5，与空气混合后在燃烧室4内稳定燃烧，通过换热盘管6对外提供热量；

在本实施例中，燃烧器5内通入的剩余气态氨、部分气态氨裂解产生的氢气和氮气混合物与空气的标准状态体积流量比为1:a:c'，其中，a>0.2，c'＝(3.57+1.786×a)×(0.85～1.2)；例如，a>0.4，c'＝(3.57+1.786×a)×(0.9～1.15)。

在本实施例中，a＝0.8，c'＝5.1；最大功率稳定燃烧时，通入燃烧器5的剩余气态氨流量为210m³/h，部分气态氨裂解产生的氢气和氮气混合物为170m³/h，空气流量为1080m³/h，燃烧室4内温度分布为400～1900K，压力为1.05～1.3atm；蒸发箱1内通入10℃的循环水，每小时可输出4℃的冷水11吨；换热盘管6内通入20℃的冷水，每小时可输出80℃的高温热水17吨；

在本实施例中，氨燃烧的启动方法为：a)启动辅助氨热裂解器8，将其产生的氢气和氮气混合物经换热器2进入燃烧器5，与空气混合后点火，其中氢气和氮气混合物流量为20m³/h，空气流量为36.4m³/h；b)待热裂解器3所处位置达到预定温度850K后，部分气态氨受控通入换热器2及热裂解器3，产生氢气和氮气混合物经换热器2进入燃烧器5；c)逐步增加通入燃烧器5的剩余气态氨、部分气态氨裂解产生的氢气和氮气混合物的流量，关闭辅助氨热裂解器8，并相应调整空气进量，使得气体间的相对比例满足式Ⅱ的要求。

在本实施例中，持续燃烧阶段的控制方法为：根据外界对高温热水的流量需求，按比例实时同步调整剩余气态氨、部分气态氨裂解产生的氢气和氮气混合物与空气的进气量，同时相应调整通过蒸发箱1的循环水流量，调整通过换热盘管6的循环水流量；如某个工况下，剩余气态氨、部分气态氨裂解产生的氢气和氮气混合物与空气的进气量分别约为120m³/h、96m³/h、612m³/h，每小时可输出4℃的冷水6.3吨，每小时可输出80℃的高温热水9.5吨；而另一个工况下，剩余气态氨、部分气态氨裂解产生的氢气和氮气混合物与空气的进气量分别约为180m³/h、144m³/h、920m³/h，每小时可输出4℃的冷水9.5吨，每小时可输出80℃的高温热水14吨。

实施例4

结合图4所示氨燃烧装置对本实施例进行说明，所述氨燃烧装置设置有燃烧室4、燃烧器5、换热盘管6和控制器7。本实施例也可视为实施例1～3的一个特殊简化应用场景。

在控制器7的实时控制下，在钢制液氨储罐内直接气化生成的气态氨与含碳可燃性气体一起通入燃烧器5，与空气混合后在燃烧室4内稳定燃烧，通过换热盘管6对外提供热量；

燃烧器5内通入的气态氨、含碳可燃性气体与空气的标准状态体积流量比为1:b:c，其中，b>0.3，c＝(3.57+b×d)×(0.85～1.2)，d为含碳可燃性气体的化学计量空燃比。例如，选用丙烷作为含碳可燃性气体，b>0.5，c＝((3.57+23.8×b)×(0.9～1.15)；

在本实施例中，b＝1.0，c＝27.92；最大功率稳定燃烧时，通入燃烧器5的气态氨流量为1.0m³/h，丙烷流量为1.0m³/h，空气流量为28m³/h，燃烧室4内温度分布为600～2000K，压力为1.01～1.1atm；换热盘管6内通入20℃的冷水，每小时可输出80℃的高温热水0.4吨；

在本实施例中，氨燃烧的启动方法为：a)丙烷以1.0m³/h的流量通入燃烧器5，与25m³/h的空气混合后点火；b)逐步增加通入燃烧器5的气态氨流量至约1.0m³/h，同时相应调整空气进量至28m³/h，使得混合气体在燃烧室4内稳定燃烧；

在本实施例中，持续燃烧阶段的控制方法为：根据外界对高温热水的流量需求，按比例实时同步调整气态氨、丙烷与空气的进气量，同时相应调整通过换热盘管6的冷水流量。如某个工况下，气态氨、丙烷与空气的进气量分别约为0.5m³/h、0.5m³/h、14m³/h，80℃的高温热水输出量为0.2吨/小时；而另一个工况下，气态氨、丙烷与空气的进气量分别约为0.8m³/h、0.8m³/h、23m³/h，80℃的高温热水输出量为0.35吨/小时。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。