一种等离子体辅助燃煤锅炉掺氨燃烧及NO制造技术

本发明专利技术公开了一种等离子体辅助燃煤锅炉掺氨燃烧及NOx超低排放系统和方法，采用等离子体辅助燃烧、在线裂解技术和氨氢一体再燃脱硝技术实现氨的稳定高效燃烧及炉膛出口NOx超低排放。氨气分两路进入炉膛燃烧，一路经过布置于炉膛主燃烧区下面两层的氨煤混合燃烧器进入炉膛实现氨煤混烧，利用等离子体炬技术进行点火和助燃，等离子体炬加载在助燃空气侧；一路经过等离子体

【技术实现步骤摘要】
一种等离子体辅助燃煤锅炉掺氨燃烧及NO
x
超低排放系统及方法


[0001]本专利技术属于燃料燃烧
，具体涉及一种等离子体辅助燃煤锅炉掺氨燃烧及NOx 超低排放系统及方法。

技术介绍

[0002]随着国家“碳达峰碳中和”目标的提出，电力行业尤其是火力发电行业燃煤锅炉减碳成为实现双碳目标的重中之重，众多减碳方案中，利用可再生能源制新型零碳燃料替代或部分替代煤炭发电成为可行的技术路线。氨作为新型零碳燃料，具有高含氢量、高体积能量密度和高安全性的特点。更重要的是氨相较于氢更易液化便于运输和储存，因此氨被认为是更具潜力的清洁燃料。将氨作为煤炭等化石燃料的替代品，等热值替代能够有效降低火力发电行业 CO2排放量。同时氨燃烧存在一些技术问题，一方面氨燃烧特性较差，点火和稳燃困难，燃烧效率和燃尽率低，需要与高热值燃料进行混烧或者借助其他辅助燃烧技术实现氨的稳定高效自持燃烧和燃尽；另一方面，氨本身含有大量氮元素(质量比例82.4％)，燃烧时容易产生大量的NOx等温室气体，而NOx的温室效应远远强于CO2，若不能很好的组织氨的清洁低燃烧，将大大降低氨作为零碳燃料替代煤炭等化石燃料实现降碳减排的优势。
[0003]针对氨燃烧特性差的问题，目前已有相关专利(申请号“202110585729.X”、“202210461572.4”、“202210113343.3”)利用氨煤混合燃烧等技术提高氨的燃烧稳定性。专利“202110585729.X”利用煤粉热解炉生成煤气化气与氨气进行混烧增强燃烧强度和稳定性；专利“202210461572.4”利用25％～35％氧气比例的富养空气作为助燃剂实现氨的高效燃烧，并在炉膛内进行氨气和煤粉的分级燃烧，利用主燃烧区纯煤粉富燃燃烧生成的CO、H2等可燃气体增强煤粉燃烧器上方的氨气的燃烧特性；专利“202210113343.3”在燃烧器内利用常开式等离子体点火器先点燃中心通道内的氨气再引燃浓测煤粉，经过氨煤混合燃料逐级放大燃烧后喷入炉膛。以上技术存在锅炉设备和系统复杂、需要借助其他易燃燃料进行冷启动、助燃剂成本高、常开式等离子体点火器电极易被氨腐蚀寿命短等问题。我们之前已授权的专利(授权号“CN 112483243 B”和“CN 113074046 B”)通过等离子体在线裂解将氨气裂解成氨氢混合气体并利用等离子体助燃技术实现氨气稳定燃烧，此两项专利主要针对氨内燃机和涡喷/涡扇航空发动机领域。
[0004]针对氨燃烧高NOx排放的问题，目前相关专利(申请号“202110354073.0”、“202111366833.6”、“202210327223.3”和“202210178269.3”)针对锅炉掺氨燃烧系统，均采用单独的SNCR和SCR脱硝技术或者两者联合使用，利用氨水分解气化或直接用氨气作为还原剂实现锅炉尾气中NOx达标排放。SNCR技术脱硝效率低，一般仅有50％左右，氨逃逸难控制，SCR技术脱硝效率一般能达到90％以上，缺点是要加装V2O5、WO3、TiO2等催化剂且催化剂需要定期更换，设备投资和运行维护成本较高。除此之外，针对煤粉燃烧锅炉，还可以利用先进再燃技术实现降低NOx浓度，是在锅炉再燃区不同位置分别通入天然气、超细煤粉或者生物质等燃料和氨、尿素等氮基还原剂实现燃料再燃的同时还原烟气中NOx，该技术存在燃
料种类多样、再燃燃料和还原剂结合较差，NOx 还原效果有限等缺点。
[0005]针对上述专利中存在的问题，需要开发新技术来解决燃煤锅炉掺氨稳定高效燃烧和如何更经济有效实现NOx超低排放的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种等离子体辅助燃煤锅炉掺氨燃烧及NOx超低(NOx≤50mg/Nm3，干基， 6％O2)排放系统及方法，本专利技术所述系统和方法一方面能够实现氨在燃煤锅炉大比例稳定高效掺烧并不依赖其他燃料实现冷启动，另一方面通过氨在线裂解制氨氢混合气，然后利用氨氢一体再燃技术与浓淡分离低氮燃烧技术联合使用直接实现炉膛出口NOx超低排放，尾部氨逃逸不超标，节约SNCR和SCR运行费用。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]本专利技术所述系统及方法采用等离子体辅助燃烧、在线裂解技术和氨氢一体再燃脱硝技术实现氨的稳定高效燃烧及炉膛出口NOx超低排放，系统主要包括锅炉、氨煤混合燃烧器、煤粉燃烧器、氨氢再燃喷射器、燃尽风喷口、氨气供给装置、等离子体炬、等离子体
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热协同裂解器、炉烟风机、烟气连续在线监测装置。
[0009]一种等离子体辅助燃煤锅炉掺氨燃烧及NOx超低排放系统，包括锅炉、氨煤混合燃烧器、煤粉燃烧器、氨氢再燃喷射器、燃尽风喷口、氨气供给装置、等离子体炬、等离子体
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热协同裂解器和烟气连续在线监测装置；
[0010]氨气供给装置的出口管道分成两路，一路依次连接等离子体
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热协同裂解器和氨氢再燃喷射器，另一路连接氨煤混合燃烧器；等离子体炬设置于氨煤混合燃烧器内部；
[0011]锅炉的顶部连接尾部烟道，在尾部烟道内设置有烟气连续在线监测装置；所述锅炉的炉膛内部由下至上依次分为主燃烧区、再燃区和燃尽区；
[0012]锅炉的炉膛侧壁或角上由下至上依次设置有氨煤混合燃烧器连接口、煤粉燃烧器连接口、氨氢再燃喷射器连接口和燃尽风喷口；氨煤混合燃烧器通过氨煤混合燃烧器连接口设置在锅炉的炉膛侧壁或角上；煤粉燃烧器通过煤粉燃烧器连接口设置在锅炉的炉膛侧壁或角上；氨氢再燃喷射器通过氨氢再燃喷射器连接口设置在锅炉的炉膛侧壁或角上；
[0013]氨煤混合燃烧器连接口和煤粉燃烧器连接口均设置在主燃烧区；氨氢再燃喷射器连接口设置在再燃区；燃尽风喷口设置在燃尽区。
[0014]所述锅炉炉膛布置如下：
[0015](1)主燃烧区下面两层布置氨煤混合燃烧器，上面布置若干层煤粉燃烧器，氨煤混合燃烧器和煤粉燃烧器均为浓淡分离低氮燃烧器。氨煤混合燃烧器布置在下面两层有利于增加氨气在主燃烧区内的停留时间，提高燃尽率，同时提高锅炉低负荷时的稳燃效果；
[0016](2)再燃区布置一层氨氢再燃喷射器，该层氨氢再燃喷射器并联后总管与等离子体
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热协同裂解器出口连接，氨氢再燃喷射器使用热一次风助燃；
[0017](3)燃尽区布置若干层燃尽风喷口，燃尽风使用热二次风。
[0018]氨气分两路通入炉膛燃烧，一路经氨煤混合燃烧器进入主燃烧区与煤混燃，一路经等离子体
‑
热协同裂解器裂解成氨氢混合气后通过氨氢再燃喷射器进入炉膛再燃区再燃并还原 NOx。
[0019]锅炉采用氨氢一体再燃脱硝技术，主燃烧区过量空气系数＜1，再燃区过量空气系
数＜1，燃尽区过量空气系数＞1。
[0020](1)主燃烧区进行氨煤混燃，为降低主燃烧区生成的NOx浓度，氨煤混合燃烧器和煤粉燃烧器均采用浓淡分离低氮燃烧器，主燃烧区过量空气系数为0.9～1.0，停留时间0.5s～ 1s；
[0021](2)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等离子体辅助燃煤锅炉掺氨燃烧及NOx超低排放系统，其特征在于，包括锅炉(10)、氨煤混合燃烧器(7)、煤粉燃烧器(8)、氨氢再燃喷射器(6)、燃尽风喷口(9)、氨气供给装置、等离子体炬(14)、等离子体
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热协同裂解器(4)和烟气连续在线监测装置(15)；氨气供给装置的出口管道分成两路，一路依次连接等离子体
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热协同裂解器(4)和氨氢再燃喷射器(6)，另一路连接氨煤混合燃烧器(7)；等离子体炬(14)设置于氨煤混合燃烧器(7)内部；锅炉(10)的顶部连接尾部烟道，在尾部烟道内设置有烟气连续在线监测装置(15)；所述锅炉(10)的炉膛内部由下至上依次分为主燃烧区(11)、再燃区(12)和燃尽区(13)；锅炉(10)的炉膛侧壁或角上由下至上依次设置有氨煤混合燃烧器连接口、煤粉燃烧器连接口、氨氢再燃喷射器连接口和燃尽风喷口(9)；氨煤混合燃烧器(7)通过氨煤混合燃烧器连接口设置在锅炉(10)的炉膛侧壁或角上；煤粉燃烧器(8)通过煤粉燃烧器连接口设置在锅炉(10)的炉膛侧壁或角上；氨氢再燃喷射器(6)通过氨氢再燃喷射器连接口设置在锅炉(10)的炉膛侧壁或角上；氨煤混合燃烧器连接口和煤粉燃烧器连接口均设置在主燃烧区(11)；氨氢再燃喷射器连接口设置在再燃区(12)；燃尽风喷口(9)设置在燃尽区(13)。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的氨气供给装置包括液氨储罐(1)、液氨泵(2)和两级换热蒸发器(3)；两级换热蒸发器(3)包括第一级换热蒸发器和第二级换热蒸发器；液氨储罐(1)依次连接液氨泵(2)第一级换热蒸发器和第二级换热蒸发器入口；第二级换热蒸发器出口管道分成两路，一路依次连接等离子体
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热协同裂解器(4)和氨氢再燃喷射器(6)，另一路连接氨煤混合燃烧器(7)。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述等离子体
‑
热协同裂解器(4)包括内筒和外筒，外筒同轴套设于内筒外部，内筒内部布置有等离子体放电装置(4
‑
4)和催化剂(4
‑
3)，内筒内设有第一氨气通道(4
‑
2)，外筒与内筒之间的空间为高温烟气通道(4
‑
1)。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，氨煤混合燃烧器(7)内部布置有等离子体炬(14)、助燃空气通道(7
‑
1)、第二氨气通道(7
‑
2)、浓风粉通道(7
‑
3)和淡风粉通道(7
‑
4)；助燃空气通道(7
‑
1)位于氨煤混合燃烧器(7)的内部中心，等离子体炬(14)布置在助燃空气通道(7
‑
1)上，助燃空气通道(7
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1)外侧布置一圈均匀分布的第二氨气通道(7
‑
2)，第二氨气通道(7
‑
2)外围有套管支撑，套管外侧再依次布置浓风粉通道(7
‑
3)和淡风粉通道(7
‑
4)。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述锅炉(10)炉膛布置如下：(1)主燃烧区(11)下面两层布置氨煤混合燃烧器(14)，上面布置若干层煤粉燃烧器(8)；(2)再燃区(12)布置一层氨氢再燃喷射器(6)，该层氨氢再燃喷射器(6)并联后的总管与等离子体
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热协同裂解器(4)出口连接；(3)燃尽区(13)布置若干层燃尽风喷口(9)。6.根据权利要求1所述的系统，所述锅炉采用氨氢一体再燃脱硝方法，所述方法包括：(1)主燃烧区(11)进行氨煤混燃，为降低主燃烧区生成的NOx浓度，氨煤混合燃烧器(7)和煤粉燃烧器(8)均采用浓淡分离低氮燃烧器，主燃烧区过量空气系数为0.9～1.0，停留时间0.5s～1s；(2)再燃区(12)利用氨氢混合气和主燃烧区(11)富燃燃烧生成的CO、H2、CH

【专利技术属性】
技术研发人员：孙王平，李海燕，林启富，程宇，庆绍军，崖华青，
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：