本实用新型涉及用于将燃料混合的装置，尤其涉及一种套管燃烧咀，以及具有该燃烧咀的燃烧器。
背景技术：
目前的依靠热量供给运转的装置如锅炉、热水器、燃气轮机等仍是人类社会高速发展的基石。由于热量的供给仍是由不可再生的化石燃料如煤、石油等的燃烧而来，不仅污染地球环境，大量排放二氧化碳造成臭氧层破坏等严重后果，并且化石燃料也已经接近枯竭，寻找可持续的替代能源成为了全世界重点关注的焦点。
氨燃料具有高热值、高辛烷值性质，燃烧产物只有氮气和水无污染可循环利用，是一种清洁燃料。我国是目前世界上氨产量和用量最多的国家，占世界总产量的1/3左右，具有较为全面系统的氨生产布局，有望逐步实现从现有的化石能源转向可再生的氨能源。但是氨的燃点高，有可能出现燃烧不充分的现象。为了使氨更充分的燃烧往往添加烃类或者氢燃料作为助燃剂。因此使用氨与其他易燃燃气如天然气、水煤气等燃气组成热水器的混合燃料可保证氨的充分燃烧又减少化石燃料的使用。但如何实现氨气连同另一种火焰传播速度高于氨气的燃料的混合使用作为工程应用问题上引起广泛关注。目前可以应用的其他混合装置由四通结构(十字型)、三通结构(T字型)等只是单纯将氨气和另一种火焰传播速度高于氨气的燃料汇集在一起，再进入燃烧室燃烧。由于氨气燃烧速度缓慢，火焰传播速度小，难以及时燃烧完全，导致氨燃料没有完全燃烧造成燃料浪费并且产生有害气体，因而现有技术中的类似气体混合装置无法实现氨气的完全燃烧。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种三层套管燃烧咀，以克服现有技术中氨气和另一种烃类燃气混合后存在的氨气无法完全燃烧问题。
本实用新型解决该技术问题所采用的技术方案之一是：
三层套管燃烧咀，包括内层套管、中层套管和外层套管。内层套管的出口端、中层套管的出口端和外层套管的出口端依次嵌套，内层套管的入口端通入含有氨气的混合气。中层套管的入口端通入火焰传播速度高于氨气的燃料，外层套管的入口端通入空气。在本实用新型的燃烧咀中，内层套管被中层套管嵌套，可以实现内层套管中的含有氨气的混合气与中层套管中的火焰传播速度高于氨气的燃料充分混合。由于氨的火焰传播速度慢，气态氨在混入火焰传播速度高于氨气的燃料后可以加速氨的燃烧，从而解决氨燃料没有完全燃烧造成的燃料浪费问题，并且显著减少有害气体的产生。
进一步地，所述中层套管的出口包绕所述内层套管的出口。从而实现火焰传播速度高于氨气的燃料包裹含有氨气的混合气的技术效果。现有技术的四通结构(十字型)和三通结构(T字型)混合装置均无法实现火焰传播速度高于氨气的燃料包裹含有氨气的混合气的技术效果。
进一步地，所述外层套管的出口包绕所述中层套管的出口。从而防止氨向四周环境中扩散，实现混合燃料在外层套管出口喷出的空气气氛下充分燃烧。
进一步地，所述内层套管、中层套管和外层套管的径向中心轴重合。各层套管内的气流更为通畅，且更易加工和制造。
进一步地，该火焰传播速度高于氨气的燃料可以为：含有氢气、天然气、水煤气、石油气、煤油、汽油、柴油、甲醇、乙醇、乙醚或二甲醚的燃料。火焰传播速度高于氨气的燃料起到辅助含有氨气的混合气燃烧的作用。
进一步地，本实用新型还提供一种燃烧器，包括燃烧室和燃烧咀，所述燃烧咀为上述的三层套管燃烧咀，所述燃烧咀喷出的含有氨气的混合气与火焰传播速度高于氨气的燃料在所述燃烧室内混合燃烧。燃烧产生的烟气中有N2，CO2， H2O，均为对环境友好气体，减少有毒有害气体的产生。
进一步地，本实用新型还提供一种包括有上述燃烧器的锅炉。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
本实用新型三层套管燃烧咀能解决氨燃料没有完全燃烧造成的燃料浪费问题，并且显著减少有害气体的产生。其中，采用中层套管的出口包绕所述内层套管的出口设计，能实现火焰传播速度高于氨气的燃料包裹含有氨气的混合气，起到辅助含有氨气的混合气的效果。并且，外层套管的出口包绕所述中层套管的出口使燃料更加充分。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
图1是实施例一的一种三层套管燃烧咀的结构图；
图2是实施例二的燃烧器的结构图；
图3是实施例三的锅炉的结构图。
具体实施方式
实施例一：
如图1所示的三层套管燃烧咀，包括内层套管3、中层套管2和外层套管1，内层套管3的入口通入氨气和空气的混合气，中层套管2的入口通入火焰传播速度高于氨气的燃料(本实施例为：天然气)，外层套管1的入口通入空气以防止氨气扩散到周围环境中。该三层套管燃烧咀是基于氨以及火焰传播速度高于氨气的燃料的特性而设计的，目的在于让火焰传播速度较快的火焰传播速度高于氨气的燃料在燃料过程中带动火焰传播速度较慢的氨气燃烧，此外火焰传播速度高于氨气的燃料完全将氨气包裹在内部燃烧有助于提高燃烧温度，以确保氨的充分燃烧。在本实用新型的燃烧咀中，内层套管3被中层套管2包裹，可以实现内层套管3中的氨气被中层套管2中的天然气包裹。由于氨的火焰传播速度为6～8cm/s，相比于天然气的火焰传播速度40cm/s慢得多，气态氨在混入天然气后可以加速氨的燃烧，从而解决氨燃料没有完全燃烧造成的燃料浪费问题，并且显著减少有害气体的产生。除了天然气之外，氢气、天然气、水煤气、石油气、煤油、汽油、柴油、甲醇、乙醇、乙醚、二甲醚的火焰传播速度均快于氨气，因此均可以作为辅助氨气燃烧的燃料。
中层套管的出口21包绕所述内层套管的出口31。天然气与含有氨气的混合气喷出后混合，天然气的着火点较低，容易被点燃。首先天然气在空气中燃烧产生大量热量，再引燃氨气与天然气构成的混合燃料，使氨气充分燃烧。
实施例二：
氨气作为燃料存在点火性较差的问题，氨的自燃温度与最小点火能量高。此外，氨的火焰传播速度小，这使得其在燃烧器内燃烧时所需时间较长，且当该种混合燃料热水器在较低或者较高负荷运转时，导致氨的燃烧不充分，都不利于燃烧器高效性能的实现。为了使氨更充分的燃烧往往添加火焰传播速度高于氨气的燃料、氢气、醚类等作为助燃剂，形成含有氨气的混合气。
因此本实施例设计了如图2的燃烧器用于将含有氨气的混合气、火焰传播速度高于氨气的燃料和空气充分混合。本实施例中火焰传播速度高于氨气的燃料为汽油，其火焰传播速度为62cm/s，远高于氨气的火焰传播速度6～8cm/s。三层套管燃烧咀由内层套管3、中层套管2、外层套管1组成。三种气体的混合过程为：氨气由最中心的内层套管3内通入，火焰传播速度高于氨气的燃料由中层套管2通入，空气由外层套管1通入。三层套管燃烧咀的末端设置在燃烧室5内部。在燃烧咀的燃料喷出方向上设置有点火器5，在汽油喷出后首先被点燃，随后氨气到达汽油的燃烧范围处在在汽油包裹下燃烧产生高温烟气。图2 所示的三层套管燃烧咀与图1中的三层套管燃烧咀结构不同之处在于，该三层套管燃烧咀的外层套管1的出口包绕所述中层套管2的出口。外层套管1的出口与中层套管2的出口存在一定距离。内层套管3出口的氨与中层套管2出口的燃料在该距离通路内进行充分混合后，再与空气混合后由外层套管1出口喷出燃烧。混合燃料燃烧产生的烟气中有N2，CO2，H2O，不产生有毒有害气体。
其中内层套管1、中层套管2、外层套管3的管径相对大小可以根据锅炉的不同功率或者不同的使用需求而在制造时做出相应的调整。由于内层套管与腐蚀性气体氨气直接接触，故采用不锈钢作为材料，或根据燃料的不同性质将本实用新型更换为其他适用材料。
实施例三：
如图3所示为一种氨燃料燃烧咀在混合燃气锅炉上的应用，其中主要由外层套管1，中层套管2，内层套管3以及锅炉内部的其他部件。如连接通入一次空气入口的外层套管1区域的鼓风机5，点火器装置(图中未画出)等。
一般普遍锅炉的功都在0.23MW-7MW之间，其功率相对于热水器来说大了很多，在相同时间内需要提供更多的热水或者热量。这同时意味着需要更多的燃气、空气供应。其中氨气作为混合燃料热水器的燃料之一，存在火焰传播速度慢的问题，这使得其在锅炉燃烧室内燃烧时所需时间较长，且当该种混合燃气锅炉在较低或者较高负荷运转时，导致氨的燃烧不充分，都不利于锅炉高效低碳的实现。为了使氨更充分的燃烧往往添加火焰传播速度快于氨气的燃料等作为助燃剂，如天然气、石油气、汽油、柴油等烃类燃料。并且在燃料的混合方式上也应该作相应的调整。氨气和火焰传播速度高于氨气的燃料由压力阀和流量控制器按照一定比例控制通入以确保锅炉正常工作。
火焰传播速度较快的燃料在燃料过程中带动火焰传播速度较慢的氨气燃烧，该燃料将氨气包围在其内部范围内燃烧有助于提高燃烧温度确保氨的完全高效燃烧。此氨燃料燃烧咀的内层套管3、中层套管2、外层套管1的管径相对大小可以根据锅炉的不同功率或者不同的使用需求而做出相应的调整。由于锅炉功率一般都比较大，所需空气量也大大增加。因此在不过度改变现有锅炉设备的情况下，仍然采用空气分三路通入的方式。氨气、天然气和空气组成的混合气由最内层套管3通入，火焰传播速度高于氨气的燃料由中层套管2处通入，使得在两种气体在到达燃烧室内并且刚刚出燃烧咀的时候确保火焰传播速度高于氨气的燃料能够包裹氨气燃烧。一次空气由外层套管1处由鼓风机5强制通入，并且在燃烧室的内部设有两处空气补偿通道。二次空气在靠近燃烧室器壁上通入，三次空气在二次空气入口的更低部位通入。以确保在燃烧过程中有足够的氧气供应，并且形成空气包围燃烧火焰确保氨气和火焰传播速度高于氨气的燃料的完全燃烧，既不产生污染空气的气体，同时也能够提供足够的热量确保混合燃气锅炉的正常工作。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。