基于熔盐储能的等离子体实时裂解氨燃料的氨锅炉制造技术

本发明专利技术公开了一种基于熔盐储能的磁环增强旋转电弧等离子体实时裂解氨燃料的氨锅炉，涉及新能源锅炉技术领域。包括氨分解箱，氨分解箱包含有等离子体氨裂解器、温度传感器、气压力传感器和氢组分传感器；氨燃料源在与空气源混合燃烧之前，先经过氨分解箱，通过磁环增强旋转电弧等离子体氨裂解器实时对氨燃料源进行裂解，制备氨/氢混合气；等离子体点火器和等离子体助燃器安装在氨锅炉的燃烧室内。本发明专利技术通过调节磁环增强旋转电弧等离子体氨裂解器的放电功率可以精确调节氨气/氢气的比例以使得氨/氢混合燃料能够在锅炉燃烧室内稳定地燃烧，在线氨锅炉尾气处理系统利用燃烧系统已有的氨燃料对尾气进行净化处理，以达到排放标准。准。

【技术实现步骤摘要】
基于熔盐储能的等离子体实时裂解氨燃料的氨锅炉


[0001]本专利技术属于新能源锅炉
，特别是涉及一种基于熔盐储能的等离子体实时裂解氨燃料的氨锅炉，具体为基于磁环增强旋转电弧等离子体实时在线裂解氨燃料、点火与助燃的氨锅炉。

技术介绍

[0002]目前的民用和工业锅炉大部分都是使用化石燃料进行燃烧，但是化石燃料燃烧过程中产生的CO2造成显著的温室效应，无论是煤还是天然气，锅炉的二氧化碳的排放贡献了相当大一部分的温室效应。若要减少温室效应，采用新的燃料来替代或者部分替代现有的化石燃料是必经途径之一，氢能源作为一种清洁能源，燃烧过程稳定，燃烧释放的热值高，但是氢能源的储运问题始终无法得到有效地解决。
[0003]氨能作为很好的储氢介质，不仅其燃烧过程中不会产生温室气体，而且氨燃料的辛烷值很高，因此其防爆性能优异，有着优异的安全性能，但是目前的氨能也仍然存在一定的问题，由于氨的燃点高和火焰的传播速率慢，因此当锅炉使用纯氨作为燃料时，很容易燃烧不稳定，输出功率小，因此需要寻找新的技术手段对氨锅炉进行优化，提高燃烧稳定性和燃烧充分性。
[0004]以及在氨锅炉燃烧利用后如何对产生的余热进行回收利用或余热进行热量储能，以进一步的利用燃烧产生的能量，提高能源利用率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于熔盐储能的磁环增强旋转电弧等离子体实时裂解氨燃料的氨锅炉，以提供锅炉使用无碳排放的氨燃料，并解决氨燃料燃烧不稳定、燃烧不充分等问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]本专利技术为一种基于熔盐储能的等离子体实时裂解氨燃料的氨锅炉，包括氨分解箱，所述氨分解箱包含有等离子体发生器、温度传感器、气压力传感器和氢组分传感器；氨燃料源和空气源，所述氨燃料源在与空气源混合燃烧之前，经过氨分解箱实时在线对氨燃料源加热和分解；等离子体点火器，所述等离子体点火器包括电火花等离子体发生器；等离子体助燃器，所述等离子体助燃器包括微波等离子体发生器；其中，所述等离子体点火器和等离子体助燃器安装在氨锅炉的燃烧室内；控制系统，实时控制系统控制的信号包括：气压力传感器的压力信号、氨燃料裂解箱氢组分传感器信号、进气温度传感器的温度信号、氨锅炉出口蒸汽压力信号。
[0008]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述液态氨燃料汽化后或者氨气燃料以气态形式进入氨分解箱即时在线部分分解为氨气和氢气的混合气体；氨气的分解速率由等离子体发生器输入功率、分解温度和催化剂控制；所述氨分解箱的等离子体输入功率由控制系统控制。
[0009]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述等离子体发生器为磁环增强旋转电弧式等离子体发生器或阵列式等离子体发生器。
[0010]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述的磁环增强旋转电弧式等离子体发生器总体结构采用同轴结构；磁环增强旋转电弧等离子体发生器包括高压电极、磁环、旋气环、地电极和喷嘴；高压电极为棒状结构，地电极为渐缩管状结构，喷嘴采用圆锥状结构；磁环、高压电极、地电极和喷嘴三者在空间上采用同轴方式固定；高压电极、喷嘴分别与地电极固定连接。
[0011]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述的喷嘴上设有收缩装置。
[0012]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述等离子体发生器在等离子体放电区域放置氨分解催化剂。
[0013]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述氨分解催化剂包括Ru、Rh、Ni、Co、Ir、Fe、Pt、Cr、Pd中的一种或两种或两种以上。
[0014]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述空气源在入气口还设有用于提高空气和燃料混合比例的空压机。
[0015]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述氨锅炉燃烧后的余热连接到储热设备或发电设备中。
[0016]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述的控制系统，控制步骤如下：
[0017]SS01燃料分解设定步骤：在控制系统的设定单元中根据氨分解箱中氢组分传感器信号，或者预先设定的氨燃料氢气比例设定等离子体射频功率；
[0018]SS02锅炉燃烧室微波功率优化步骤：在氨锅炉燃烧时，控制系统根据所设定的燃料组分以及进气压力传感器、进气温度传感器、蒸汽出口压力的数值来控制微波等离子体输入功率。
[0019]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述所述储热设备包括冷熔盐储罐、低温熔盐泵、热熔盐储罐、高温熔盐泵、第一换热器、第二换热器、蒸汽汽包、第三换热器和第四换热器组成；所述氨锅炉燃烧后的余热与冷熔盐储罐中的熔盐通过热传导的方式进行加热熔盐，在冷熔盐储罐的周侧贯穿有若干管道，管道一端通入氨锅炉燃烧后的余热，管道另一端汇聚成尾气。
[0020]所述尾气处理工艺为：
[0021]首先通入氨水中去除酸性气体CO2和NO2，随后经过配置有检测NO
x
浓度的NO
x
传感器和NH3浓度的NH3传感器；
[0022]如果氨的浓度较高，则将尾气导入线路A中通过选择性催化还原催化剂净化NO
x
，处理后的含有较高浓度NH3的尾气导入氨锅炉进行再利用，部分经过净化的NH3通入氨水中保持氨水浓度处于吸收酸性气体的最佳值；
[0023]如果氨的浓度较低，则进入配置有适宜催化剂的线路B中通过NH3+NO
x
→
N2+H2O反应进行NH3和NO
x
净化，随后处理净化CO可利用高温水煤气变换、低温水煤气变换和选择氧化(Pt催化剂)；
[0024]处理后再进行尾气检测，如果污染物浓度达到排放要求则直接排放，如果未达排放要求，则将尾气再送入线路B中再净化，直到达到排放要求。
[0025]为了解决实时在线裂解氨燃料制氢问题，利用滑动电弧等离子体或者其他等离子
体对氨燃料进行快速重整，等离子体放电产生的高能电子能够打破氨分子的化学键，使其分解为原子态的氢原子和氮原子，两个氢原子结合产生氢气。为了解决氨燃料燃烧不充分问题，采用电火花等离子体对燃烧室燃料进行点火，电火花放电电极上加载的电压在空载时可达两万伏特以上，即使燃烧室内的气压达到了十个大气压，也可以稳定地产生电火花等离子体，采用微波等离子体对燃料燃烧进行助燃，对电火花等离子体产生的种子电子和离子可进一步地吸收微波，碰撞、激发、电离产生更多的自由电子和离子，进而产生微波等离子体。
[0026]本专利技术具有以下有益效果：
[0027]1、本专利技术通过在氨燃料的进料管道内引入滑动电弧等离子体的方式，对氨燃料进行快速重整，并且可以通过调节等离子体放电功率可以精确调节氨气/氢气的比例以使得氨/氢混合燃料能够在锅炉燃烧室内稳定地燃烧。
[0028]2、本专利技术通过在燃烧室内安装等离子体点火器和等离子体助燃器，实现氨/氢混合物稳定地点火与助燃，有效地提升燃料燃烧效率和燃烧充分度。
[0029]3、本专利技术通过等离子体改变锅炉的工作气体成分和在锅炉内产生等离子体，将会有效提高氨燃料锅炉的稳定性。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于熔盐储能的磁环增强旋转电弧等离子体实时裂解氨燃料的氨锅炉，其特征在于：包括氨分解箱，所述氨分解箱包含有磁环增强旋转电弧等离子体氨裂解器、温度传感器、气压力传感器和氢组分传感器；氨燃料源和空气源，所述氨燃料源在与空气源混合燃烧之前，经过氨分解箱实时在线对氨燃料源进行裂解制备氨/氢混合气；所述空气源在入气口还设有用于提高空气和燃料混合比例的空压机；等离子体点火器，所述等离子体点火器包括电火花等离子体发生器；等离子体助燃器，所述等离子体助燃器包括微波等离子体发生器；所述等离子体点火器和等离子体助燃器安装在氨锅炉的燃烧室内；控制系统，实时控制系统控制的信号包括：气压力传感器的压力信号、氨燃料裂解箱氢组分传感器信号、进气温度传感器的温度信号、氨锅炉出口蒸汽压力信号；所述的控制系统，控制步骤如下：SS01燃料分解设定步骤：在控制系统的设定单元中根据氨分解箱中氢组分传感器信号，或者预先设定的氨燃料氢气比例设定等离子体氨裂解器的放电功率；SS02锅炉燃烧室微波功率优化步骤：在氨锅炉燃烧时，控制系统根据所设定的燃料组分以及进气压力传感器、进气温度传感器、蒸汽出口压力的数值来控制微波等离子体放电功率。2.根据权利要求1所述的基于熔盐储能的磁环增强旋转电弧等离子体实时裂解氨燃料的氨锅炉，其特征在于，液态氨燃料汽化后或者氨气燃料以气态形式进入氨分解箱即时在线部分分解为氨气和氢气的混合气体；氨气的分解速率由磁环增强旋转电弧等离子体氨裂解器输入功率、分解温度和催化剂控制；所述氨分解箱的等离子体输入功率由控制系统控制。3.根据权利要求1所述的基于熔盐储能的等离子体实时裂解氨燃料的氨锅炉，其特征在于，所述磁环增强旋转电弧等离子体氨裂解器为滑动电弧式等离子体发生器或阵列式等离子体发生器。4.根据权利要求3所述的基于熔盐储能的磁环增强旋转电弧等离子体实时裂解氨燃料的氨锅炉，其特征在于，所述的磁环增强旋转电弧等离子体发生器总体结构采用同轴结构；磁环增强旋转电弧等离子体发生器包括高压电极、磁环、旋气环、地电极和喷嘴；高压电极为棒状结构，磁环安装在高压电机外部区域，地电极为渐缩管状结构，喷嘴采用圆锥状结构；磁环、高压电极、地电极和喷嘴三者在空间上采用同轴方式固定；高压电极、喷嘴分别与地电极固定连接。5.根据权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁军，陈龙威，方世东，林启富，章文扬，香开新，丛杰，陈祥松，李建刚，
申请(专利权)人：合肥综合性国家科学中心能源研究院安徽省能源实验室，
类型：发明
国别省市：