本發(fā)明涉及一種利用循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行氨燃燒的系統(tǒng)，具體涉及一種采用獨(dú)特的逆流式輸送方式提高燃燒系統(tǒng)和氮氧化物減排的燃燒系統(tǒng)，屬于氨燃燒。

背景技術(shù)：

1、隨著我國“雙碳”政策的逐步推進(jìn)，在傳統(tǒng)火力發(fā)電領(lǐng)域，燃用低碳甚至零碳燃料替代傳統(tǒng)的化石燃料，已經(jīng)成為行業(yè)的發(fā)展共識。氨作為一種清潔的零碳燃料，越來越受到業(yè)界的關(guān)注，相關(guān)的科研工作也在逐年增加和加速。目前針對氨燃燒的技術(shù)研究多針對傳統(tǒng)煤粉鍋爐大比例摻氨燃燒方面，而針對純燒氨的循環(huán)流化床燃燒技術(shù)方面的研究較少。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種針對純燒氨的循環(huán)流化床燃燒系統(tǒng)。

2、為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種氨燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)，其包括：

3、用于儲存氨氣的氨儲罐；

4、流化床爐，流化床爐的爐膛的上部為稀相區(qū)，下部為密相區(qū)，流化床爐的爐膛內(nèi)設(shè)有至少一個(gè)用于燃燒氨氣的氨燃燒器，氨燃燒器上設(shè)有噴嘴；

5、用于將空氣加熱成一次熱風(fēng)、二次熱風(fēng)的空氣預(yù)熱器，一次熱風(fēng)通過一次熱風(fēng)管道進(jìn)入密相區(qū)的底部，二次熱風(fēng)通過二次熱風(fēng)管道進(jìn)入密相區(qū)的側(cè)壁；

6、用于向空氣預(yù)熱器供氣的一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)；

7、用于收集氨燃燒器的燃燒產(chǎn)物的旋風(fēng)分離器；

8、用于將旋風(fēng)分離器分離出的氣體輸送至空氣預(yù)熱器內(nèi)與一次熱風(fēng)、二次熱風(fēng)進(jìn)行熱交換的尾部煙道；

9、用于將旋風(fēng)分離器分離出的固體輸送至密相區(qū)的回料器。

10、優(yōu)選地，所述的氨燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)還包括用于向密相區(qū)補(bǔ)料的床料補(bǔ)充罐。

11、優(yōu)選地，所述的氨燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)還包括用于收集流化床爐的爐膛內(nèi)渣料的冷渣器。冷渣器以及床料補(bǔ)充罐，用以維持循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)正常運(yùn)行的灰平衡。

12、優(yōu)選地，所述的氨燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)還包括用于對尾部煙道內(nèi)煙氣進(jìn)行除塵的除塵器。

13、優(yōu)選地，所述氨燃燒器在流化床爐的爐膛內(nèi)以直排管、膜式管、交叉直排管或交叉膜式管排型式布置。

14、更優(yōu)選地，所述氨燃燒器的管排外敷設(shè)有耐火耐磨材料。

15、優(yōu)選地，所述氨燃燒器上設(shè)有至少一層噴嘴，噴嘴與氨氣輸送管連通，氨氣通過氨氣輸送管、噴嘴進(jìn)入流化床爐的爐膛內(nèi)。氨燃燒器的作用是：氨氣從爐膛頂部引入，通過氨燃燒器進(jìn)入稀相區(qū)和密相區(qū)，其流動方向?yàn)椤白陨隙隆?；而來自空氣預(yù)熱器的空氣則由爐膛底部進(jìn)入密相區(qū)和稀相區(qū)，其流動方向?yàn)椤白韵露稀?。氨氣跟空氣總體上呈現(xiàn)出“逆流式”流動并在密相區(qū)相遇發(fā)生燃燒反應(yīng)。

16、優(yōu)選地，氨氣由氨儲罐引入氨燃燒器，再通過氨燃燒器向下進(jìn)入流化床爐的爐膛，通過氨燃燒器的噴嘴進(jìn)入密相區(qū)；空氣通過一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)進(jìn)入空氣預(yù)熱器加熱，一次熱風(fēng)通過一次熱風(fēng)管道進(jìn)入密相區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)，一次熱風(fēng)跟通過氨燃燒器引入的氨氣發(fā)生燃燒反應(yīng)；從空氣預(yù)熱器引出的二次熱風(fēng)通過二次熱風(fēng)管道進(jìn)入密相區(qū)，補(bǔ)充燃燒所需的空氣，增加燃燒效率；燃燒反應(yīng)后生成的煙氣進(jìn)入稀相區(qū)，然后離開流化床爐進(jìn)入旋風(fēng)分離器，在旋風(fēng)分離器內(nèi)進(jìn)行氣固分離，固體顆粒進(jìn)入回料器，并且通過回料器返回密相區(qū)；從旋風(fēng)分離器分離出來的煙氣通過尾部煙道進(jìn)入空氣預(yù)熱器與一次熱風(fēng)、二次熱風(fēng)進(jìn)行熱交換。

17、優(yōu)選地，所述一次風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口還通過下空氣輸送管道與流化床爐的底部連通，二次風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口還通過上空氣輸送管道與流化床爐的頂部連通；所述氨燃燒器還設(shè)有空氣輸送管，下空氣輸送管道、上空氣輸送管道通過空氣輸送管與噴嘴連通。一部分來自一次風(fēng)機(jī)和二次風(fēng)機(jī)的空氣分別通過空氣管道引入氨燃燒器，并通過氨燃燒器的空氣輸送管和相應(yīng)的噴嘴進(jìn)入爐膛，作為燃燒所需的額外補(bǔ)充空氣，輔助氨氣燃燒。

18、更優(yōu)選地，氨氣由氨儲罐引入氨燃燒器，再通過氨燃燒器向下進(jìn)入流化床爐的爐膛，通過氨燃燒器的噴嘴進(jìn)入密相區(qū)；空氣通過一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)進(jìn)入空氣預(yù)熱器加熱，一次熱風(fēng)通過一次熱風(fēng)管道進(jìn)入密相區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)，一次熱風(fēng)跟通過氨燃燒器引入的氨氣發(fā)生燃燒反應(yīng)；從空氣預(yù)熱器引出的二次熱風(fēng)通過二次熱風(fēng)管道進(jìn)入密相區(qū)，補(bǔ)充燃燒所需的空氣，增加燃燒效率；從一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口分別進(jìn)入下空氣輸送管道、上空氣輸送管道的空氣進(jìn)入氨燃燒器，并通過氨燃燒器的空氣輸送管、噴嘴進(jìn)入流化床爐的爐膛，作為燃燒所需的額外補(bǔ)充空氣，輔助氨氣燃燒；燃燒反應(yīng)后生成的煙氣進(jìn)入稀相區(qū)，然后離開流化床爐進(jìn)入旋風(fēng)分離器，在旋風(fēng)分離器內(nèi)進(jìn)行氣固分離，固體顆粒進(jìn)入回料器，并且通過回料器返回密相區(qū)；從旋風(fēng)分離器分離出來的煙氣通過尾部煙道進(jìn)入空氣預(yù)熱器與一次熱風(fēng)、二次熱風(fēng)進(jìn)行熱交換。

19、優(yōu)選地，所述氨氣替換為甲烷、氫氣、高爐煤氣中的任意一種或至少兩種的混合可燃?xì)怏w。

20、本發(fā)明采用循環(huán)流化床燃燒方式進(jìn)行氨氣的高效、低污染燃燒，從而實(shí)現(xiàn)零碳排放，是一種滿足未來清潔能源發(fā)展需求的新技術(shù)。該發(fā)明提出的鍋爐燃燒系統(tǒng)將氨氣輸送與空氣輸送分開，并且跟已有的常規(guī)氨燃燒技術(shù)有所區(qū)別，即氨氣從爐膛頂部加入，通過爐內(nèi)的氨燃燒器進(jìn)入爐膛的稀相區(qū)和密相區(qū)，其流動方向?yàn)椤白陨隙隆?；而來自空氣預(yù)熱器的空氣則由爐膛底部進(jìn)入爐膛密相區(qū)和稀相區(qū)，其流動方向?yàn)椤白韵露稀薄０睔飧諝饪傮w上呈現(xiàn)出“逆流式”流動并在爐膛密相區(qū)相遇發(fā)生燃燒反應(yīng)。這樣不僅可以避免氨氣和空氣在爐外混合從而增加氨氣輸運(yùn)的安全性，也可以進(jìn)行靈活的爐膛內(nèi)部燃燒分級以及實(shí)現(xiàn)氮氧化物的還原反應(yīng)，從而增加了燃燒效率、進(jìn)一步降低nox排放濃度，是一種全新理念的流化床氨燃燒技術(shù)。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

22、1、將氨氣單獨(dú)從爐膛頂部輸送進(jìn)入爐膛，其流動方向?yàn)椤白陨隙隆保欢紵諝鈩t由爐膛底部進(jìn)入爐膛，其流動方向?yàn)椤白韵露稀保睔飧諝饪傮w上呈現(xiàn)出“逆流式”流動并在爐堂內(nèi)部相遇發(fā)生燃燒反應(yīng)。這樣使氨氣在爐內(nèi)“自上而下”的輸送過程中進(jìn)行預(yù)熱，并且使氨氣在爐膛內(nèi)部的分布更加均勻，同時(shí)可以進(jìn)行靈活的燃燒分級，保證高的燃燒效率。

23、2、在爐膛出口區(qū)域設(shè)置氨氣噴口，可以起到還原氮氧化物的作用，進(jìn)一步減少氮氧化物的排放濃度；

24、3、將氨氣和空氣分開輸送，消除氨氣在爐外跟空氣混合可能發(fā)生爆燃等的安全隱患；

25、4、將氨氣和部分空氣通過爐內(nèi)氨燃燒器直接輸送進(jìn)入爐膛，可以使燃料和空氣在爐內(nèi)混合更加均勻，從而可以進(jìn)一步提高燃燒效率。

技術(shù)特征：

1.一種氨燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的氨燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于向密相區(qū)(3)補(bǔ)料的床料補(bǔ)充罐(11)。

3.如權(quán)利要求1所述的氨燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于收集流化床爐的爐膛內(nèi)渣料的冷渣器(10)。

4.如權(quán)利要求1所述的氨燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于對尾部煙道(7)內(nèi)煙氣進(jìn)行除塵的除塵器(9)。

5.如權(quán)利要求1所述的氨燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)，其特征在于，所述氨燃燒器(2)在流化床爐的爐膛內(nèi)以直排管、膜式管、交叉直排管或交叉膜式管排型式布置。

6.如權(quán)利要求5所述的氨燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)，其特征在于，所述氨燃燒器(2)的管排外敷設(shè)有耐火耐磨材料。

7.如權(quán)利要求1所述的氨燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)，其特征在于，所述氨燃燒器(2)上設(shè)有至少一層噴嘴(2-1)，噴嘴(2-1)與氨氣輸送管(2-2)連通，氨氣通過氨氣輸送管(2-2)、噴嘴(2-1)進(jìn)入流化床爐的爐膛內(nèi)。

8.如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的氨燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)，其特征在于，所述一次風(fēng)機(jī)(12)的出風(fēng)口還通過下空氣輸送管道(17)與流化床爐的底部連通，二次風(fēng)機(jī)(13)的出風(fēng)口還通過上空氣輸送管道(16)與流化床爐的頂部連通；所述氨燃燒器(2)還設(shè)有空氣輸送管(2-4)，下空氣輸送管道(17)、上空氣輸送管道(16)通過空氣輸送管(2-4)與噴嘴(2-1)連通。

9.如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的氨燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)，其特征在于，氨氣由氨儲罐(1)引入氨燃燒器(2)，再通過氨燃燒器(2)向下進(jìn)入流化床爐的爐膛，通過氨燃燒器(2)的噴嘴(2-1)進(jìn)入密相區(qū)(3)；空氣通過一次風(fēng)機(jī)(12)、二次風(fēng)機(jī)(13)進(jìn)入空氣預(yù)熱器(8)加熱，一次熱風(fēng)通過一次熱風(fēng)管道(14)進(jìn)入密相區(qū)(3)，在此區(qū)域內(nèi)，一次熱風(fēng)跟通過氨燃燒器(2)引入的氨氣發(fā)生燃燒反應(yīng)；從空氣預(yù)熱器(8)引出的二次熱風(fēng)通過二次熱風(fēng)管道(15)進(jìn)入密相區(qū)(3)，補(bǔ)充燃燒所需的空氣，增加燃燒效率；燃燒反應(yīng)后生成的煙氣進(jìn)入稀相區(qū)(4)，然后離開流化床爐進(jìn)入旋風(fēng)分離器(5)，在旋風(fēng)分離器(5)內(nèi)進(jìn)行氣固分離，固體顆粒進(jìn)入回料器(6)，并且通過回料器(6)返回密相區(qū)(3)；從旋風(fēng)分離器(5)分離出來的煙氣通過尾部煙道(7)進(jìn)入空氣預(yù)熱器(8)與一次熱風(fēng)、二次熱風(fēng)進(jìn)行熱交換。

10.如權(quán)利要求8所述的氨燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)，其特征在于，氨氣由氨儲罐(1)引入氨燃燒器(2)，再通過氨燃燒器(2)向下進(jìn)入流化床爐的爐膛，通過氨燃燒器(2)的噴嘴(2-1)進(jìn)入密相區(qū)(3)；空氣通過一次風(fēng)機(jī)(12)、二次風(fēng)機(jī)(13)進(jìn)入空氣預(yù)熱器(8)加熱，一次熱風(fēng)通過一次熱風(fēng)管道(14)進(jìn)入密相區(qū)(3)，在此區(qū)域內(nèi)，一次熱風(fēng)跟通過氨燃燒器(2)引入的氨氣發(fā)生燃燒反應(yīng)；從空氣預(yù)熱器(8)引出的二次熱風(fēng)通過二次熱風(fēng)管道(15)進(jìn)入密相區(qū)(3)，補(bǔ)充燃燒所需的空氣，增加燃燒效率；從一次風(fēng)機(jī)(12)、二次風(fēng)機(jī)(13)的出風(fēng)口分別進(jìn)入下空氣輸送管道(17)、上空氣輸送管道(16)的空氣進(jìn)入氨燃燒器(2)，并通過氨燃燒器(2)的空氣輸送管(2-4)、噴嘴(2-1)進(jìn)入流化床爐的爐膛，作為燃燒所需的額外補(bǔ)充空氣，輔助氨氣燃燒；燃燒反應(yīng)后生成的煙氣進(jìn)入稀相區(qū)(4)，然后離開流化床爐進(jìn)入旋風(fēng)分離器(5)，在旋風(fēng)分離器(5)內(nèi)進(jìn)行氣固分離，固體顆粒進(jìn)入回料器(6)，并且通過回料器(6)返回密相區(qū)(3)；從旋風(fēng)分離器(5)分離出來的煙氣通過尾部煙道(7)進(jìn)入空氣預(yù)熱器(8)與一次熱風(fēng)、二次熱風(fēng)進(jìn)行熱交換。

11.如權(quán)利要求1所述的氨燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)，其特征在于，所述氨氣替換為甲烷、氫氣、高爐煤氣中的任意一種或至少兩種的混合可燃?xì)怏w。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種氨燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)，其包括用于儲存氨氣的氨儲罐；流化床爐，流化床爐的爐膛的上部為稀相區(qū)，下部為密相區(qū)，流化床爐的爐膛內(nèi)設(shè)有至少一個(gè)用于燃燒氨氣的氨燃燒器，氨燃燒器上設(shè)有噴嘴；用于將空氣加熱成一次熱風(fēng)、二次熱風(fēng)的空氣預(yù)熱器，一次熱風(fēng)、二次熱風(fēng)通過一次熱風(fēng)管道、二次熱風(fēng)管道進(jìn)入密相區(qū)；用于向空氣預(yù)熱器供氣的一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)；用于收集氨燃燒器的燃燒產(chǎn)物的旋風(fēng)分離器；用于將旋風(fēng)分離器分離出的氣體輸送至空氣預(yù)熱器內(nèi)與一次熱風(fēng)、二次熱風(fēng)進(jìn)行熱交換的尾部煙道；用于將旋風(fēng)分離器分離出的固體輸送至密相區(qū)的回料器。本發(fā)明采用循環(huán)流化床燃燒方式進(jìn)行氨氣高效、低污染燃燒，從而實(shí)現(xiàn)零碳排放。

技術(shù)研發(fā)人員：王冬福,張佩云,陳文強(qiáng),張?zhí)仗?孫秋辰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海鍋爐廠有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/12