【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于热能工程，具体涉及一种一体化氨气裂解混合燃烧设备及方法。
技术介绍
1、由于温室气体的过量排放所引起的温室效应导致全球气候变暖已经成为全人类共同面临的环境挑战。短期内各项ccus技术仍然存在运行成本较高、技术成熟度有限等诸多问题，因此推广新型清洁能源替代传统的化石燃料已经成为减排降碳技术发展的重要方向。
2、近年来随着清洁、绿色制氢技术的不断完善，结合氢能本身高热值及低排放的优异特性使得氢能的推广迎来了一波热度，以氢能替代化石燃料看似可以成为减排降碳的发展方向。但是在实际应用中，由于氢能存在储运难度及成本较高、逃逸泄露风险较大、爆炸极限极宽及燃烧光线色谱频带超出观测范围等特性，使得其广泛应用存在极大的阻碍。
3、在此背景下，氨能源逐渐走进了大家的视野。同为无“碳”燃料，相比于氢气，氨气在-33℃或在常温下7~8个大气压下即可液化，因此氨能的储运十分便捷，具有成熟的氨能运输网。此外，氨燃料具有较高的体积能量密度，即使同在液态下，液氨的体积能量密度仍为液氢的1.5倍。另外，氨气的使用比较安全，一方面由于氨气具有刺激性气味，因此一旦发生氨逃逸人们可以第一时间察觉；另一方面氨气的爆炸极限较窄，不易发生爆炸事故。可见，氨能作为氢能2.0版本具有巨大的应用前景。
4、然而，在实际应用中由于氨气的低热值及高点火能量，使得以氨气作为单一燃料难以实现高效、稳定的燃烧，因此，采用氨气掺混少量氢气的方式提升燃料燃烧的稳定性并降低点火难度是一个较好的解决方法。如专利cn112984508b公开了一种氢气
5、专利cn210656142u公开了一种可实现氨氢掺混燃烧的辅助氨燃烧热裂解制氢装置。所述辅助氨燃烧的热裂解制氢装置包括燃烧室，燃烧室内设有管束式交叉流换热器及氨燃烧器，燃烧器与所述燃烧室的进气口相连，而管束式交叉流换热器内置氨气裂解设备，裂解后的混合气出气口与燃烧器相连。该专利技术利用氨燃烧向管束式交叉流换热器供热，氨经热裂解后产生的氢气-氮气混合气作为氨气的助燃气，实现氨的持续稳定燃烧。该设备虽然摆脱了原始燃料对氢气的需求，但需在炉膛内设置独立的氨气裂解装置及燃气回流管线，增大了装置的复杂程度及危险性。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的是提供一种一体化氨气裂解混合燃烧设备及方法。
2、根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提供了一种一体化氨气裂解混合燃烧锅炉。
3、一种一体化氨气裂解混合燃烧锅炉，包括炉膛；所述炉膛的下部设有高压喷射器，所述喷射器用来在炉膛内实现mild燃烧；所述炉膛的上部设有排烟设备；所述炉膛内上部设有盘管取热器；所述炉膛内下部设有环形填充型多孔介质蓄热催化装置，所述环形填充型多孔介质蓄热催化装置为正置圆台结构，环形填充型多孔介质蓄热催化装置内部由蓄热体及氨气裂解催化剂混合装填，环形填充型多孔介质蓄热催化装置表面由金属纤维丝网包裹。
4、进一步，所述多孔介质蓄热催化装置为中空圆台形状，轴线中空区为中空通道，中空通道可为圆柱状通道或圆台状的渐缩状通道，炉膛底端喷射器喷射出的高速混合气流经由通道底端入口喷射进入炉膛。环形多孔介质蓄热催化装置底面外径与内径之比优选为2~3.5。环形多孔介质蓄热催化装置外斜面与炉膛内壁夹角优选45~60°，炉膛内烟气及氨气侧线注入的氨气由于高速混合气流的引射作用将穿过环形多孔介质蓄热催化装置侧壁并与由喷射器喷射出的高速混合气流充分混合并向上喷出并迅速扩散至整个炉膛空间，形成mild燃烧。
5、进一步，所述的氨气裂解催化剂优选工作温度段较高的镍基催化剂（工作温度一般为850~1000℃）。
6、根据本专利技术的第二个方面，本专利技术提供了一种一体化氨气裂解混合燃烧设备，其中包括上面所述的一体化氨气裂解混合燃烧燃烧锅炉。
7、具体的，本专利技术的一体化氨气裂解混合燃烧设备，包括：一体化氨气裂解混合燃烧锅炉、液氨管线、空气管线、天然气管线、气体换热器和配气系统；其中，所述配气系统包括热电偶、dcs控制器、流量控制器ⅰ、流量控制器ⅱ和气体混合器；所述热电偶设于锅炉内多孔介质蓄热催化装置附近，用于监测燃烧锅炉的运行状态和多孔介质蓄热催化装置的周围温度；所述dcs控制器用于接收热电偶的检测信号，并用来动态调整配气系统（对流量控制器ⅰ、流量控制器ⅱ发出操作指令）；所述流量控制器ⅰ用来调整进入多孔介质蓄热催化装置的氨气的流量，所述流量控制器ⅱ用来控制进入气体高压喷射器的氨气的流量。
8、进一步，所述液氨管线通过气化换热器后分别与流量控制器ⅰ和流量控制器ⅱ的入口相连，流量控制器ⅰ出口通过若干氨气侧线与多孔介质蓄热装置相连，流量控制器ⅱ出口同气体混合器入口相连。
9、进一步，所述燃烧锅炉的排烟设备通过管线分别与气体换热器和大气相连通。
10、进一步，所述系统还包括天然气流量控制器，其在燃烧系统启动初期用来控制进入高压喷射器的天然气流量。
11、进一步，所述空气管线通过风机与所述气体混合器的入口相连。
12、进一步，所述配气系统可根据燃烧系统的运行状况动态调节燃料向燃烧系统的供给状态。
13、进一步，根据氨氢混燃特性及多孔介质蓄热催化装置内催化剂实现氨气裂解所需的实际温度，热电偶的工作温度基本在800~1200℃之间。热电偶可以选择本领域的常规热电偶，优选s型或b型铂铑热电偶，外配99号刚玉套管。
14、进一步，所述dcs控制器输入端与热电偶连接，收集热电偶测得的温度数据，而dcs控制器的输出端分别与流量控制器ⅰ、流量控制器ⅱ相连，通过检测炉内温度的高低来调节两个流量控制器的分流量。
15、进一步，所述流量控制器ⅰ、流量控制器ⅱ的上游为液氨管线。液氨经气化换热器换热形成氨气并通入所述流量控制器ⅰ与流量控制器ⅱ。
16、进一步，所述流量控制器ⅰ下游分支为2~8条侧线，各侧线与多孔介质蓄热催化装置连通。
17、进一步，所述流量控制器ⅱ与气体混合器侧线连通，二者中间设置阀门（针阀）。所述气体混合器左侧入口与风机相连，气体混合器的出口与高压喷射器的入口相连。
18、根据本专利技术的第三个方面，本专利技术还提供了一种一体化氨气裂解混合燃烧方法，其中应用了上述的一体化氨气裂解混合燃烧设备。
19、具体的，所述的一种一体化氨气裂解混合燃烧方法，包括如下内容：
20、（1）燃烧系统启动本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种一体化氨气裂解混合燃烧锅炉，包括炉膛；其特征在于，所述炉膛的下部设有高压喷射器，所述喷射器用来在炉膛内实现MILD燃烧；所述炉膛的上部设有排烟设备；所述炉膛内上部空间设有盘管取热器；所述炉膛内下部设有环形填充型多孔介质蓄热催化装置，所述环形填充型多孔介质蓄热催化装置为正置中空圆台结构或正置中空棱台结构，环形填充型多孔介质蓄热催化装置内填充蓄热体及氨气裂解催化剂，环形填充型多孔介质蓄热催化装置表面包覆金属纤维丝网。
2.根据权利要求1所述的燃烧锅炉，其特征在于，所述环形填充型多孔介质蓄热催化装置为中空圆台形状，其底面外径与内径之比优选2~3.5。
3.根据权利要求1所述的燃烧锅炉，其特征在于，环形多孔介质蓄热催化装置外斜面与炉膛内壁夹角为45~60°。
4.根据权利要求1所述的燃烧锅炉，其特征在于，所述的氨气裂解催化剂为镍基催化剂。
5.一种一体化氨气裂解混合燃烧设备，其特征在于，含有权利要求1-4任一所述的一体化氨气裂解混合燃烧燃烧锅炉。
6.根据权利要求5所述的一体化氨气裂解混合燃烧设备，其特征在于，所述一体化
7.根据权利要求6所述的一体化氨气裂解混合燃烧设备，其特征在于，所述液氨管线通过气化换热器后分别与流量控制器Ⅰ和流量控制器Ⅱ的入口相连，流量控制器Ⅰ出口通过若干氨气侧线与多孔介质蓄热装置相连，流量控制器Ⅱ出口同气体混合器入口相连。
8.根据权利要求6所述的一体化氨气裂解混合燃烧设备，其特征在于，所述系统还包括天然气流量控制器，其在燃烧系统启动初期用来控制进入高压喷射器的天然气流量。
9.根据权利要求6所述的一体化氨气裂解混合燃烧设备，其特征在于，所述空气管线通过风机与所述气体混合器的入口相连。
10.根据权利要求6所述的一体化氨气裂解混合燃烧设备，其特征在于，所述配气系统根据燃烧系统的运行状况动态调节燃料向燃烧系统的供给状态。
11.根据权利要求6所述的一体化氨气裂解混合燃烧设备，其特征在于，所述DCS控制器输入端与热电偶连接，用于收集热电偶测得的温度数据，而DCS控制器的输出端分别与流量控制器Ⅰ、流量控制器Ⅱ相连，通过检测炉内温度的高低来调节两个流量控制器的分流量。
12.根据权利要求6所述的一体化氨气裂解混合燃烧设备，其特征在于，所述流量控制器Ⅰ、流量控制器Ⅱ的上游为液氨管线。
13.根据权利要求6所述的一体化氨气裂解混合燃烧设备，其特征在于，所述流量控制器Ⅰ下游分支为2~8条侧线，各侧线与多孔介质蓄热催化装置连通。
14.根据权利要求6所述的一体化氨气裂解混合燃烧设备，其特征在于，所述流量控制器Ⅱ与气体混合器侧线连通，二者中间设置阀门，所述气体混合器左侧入口与风机相连，气体混合器的出口与高压喷射器的入口相连。
15.一种一体化氨气裂解混合燃烧方法，其中应用了权利要求5-14任一所述的一体化氨气裂解混合燃烧设备。
16.根据权利要求15所述的混合燃烧方法，其特征在于，包括如下内容：
17.根据权利要求16所述的混合燃烧方法，其特征在于，所述高压喷射器喷射速度不低于90m/s。
...【技术特征摘要】
1.一种一体化氨气裂解混合燃烧锅炉，包括炉膛；其特征在于，所述炉膛的下部设有高压喷射器，所述喷射器用来在炉膛内实现mild燃烧；所述炉膛的上部设有排烟设备；所述炉膛内上部空间设有盘管取热器；所述炉膛内下部设有环形填充型多孔介质蓄热催化装置，所述环形填充型多孔介质蓄热催化装置为正置中空圆台结构或正置中空棱台结构，环形填充型多孔介质蓄热催化装置内填充蓄热体及氨气裂解催化剂，环形填充型多孔介质蓄热催化装置表面包覆金属纤维丝网。
2.根据权利要求1所述的燃烧锅炉，其特征在于，所述环形填充型多孔介质蓄热催化装置为中空圆台形状，其底面外径与内径之比优选2~3.5。
3.根据权利要求1所述的燃烧锅炉，其特征在于，环形多孔介质蓄热催化装置外斜面与炉膛内壁夹角为45~60°。
4.根据权利要求1所述的燃烧锅炉，其特征在于，所述的氨气裂解催化剂为镍基催化剂。
5.一种一体化氨气裂解混合燃烧设备，其特征在于，含有权利要求1-4任一所述的一体化氨气裂解混合燃烧燃烧锅炉。
6.根据权利要求5所述的一体化氨气裂解混合燃烧设备，其特征在于，所述一体化氨气裂解混合燃烧设备包括：一体化氨气裂解混合燃烧锅炉、液氨管线、空气管线、天然气管线、气体换热器和配气系统；其中，所述配气系统包括热电偶、dcs控制器、流量控制器ⅰ、流量控制器ⅱ和气体混合器；所述热电偶设于锅炉内多孔介质蓄热催化装置附近，用于监测燃烧锅炉的运行状态和多孔介质蓄热催化装置的周围温度；所述dcs控制器用于接受热电偶的检测信号，并用来动态调整配气系统；所述流量控制器ⅰ用来调整进入多孔介质蓄热催化装置的氨气的流量，所述流量控制器ⅱ用来控制进入气体高压喷射器的氨气的流量。
7.根据权利要求6所述的一体化氨气裂解混合燃烧设备，其特征在于，所述液氨管线通过气化换热器后分别与流量控制器ⅰ和流量控...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾翔宇，金平，廖昌建，刘志禹，孟凡飞，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。