CN220852134U - 一种采用氨气为掺烧燃料的低氮燃气锅炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种采用氨气为掺烧燃料的低氮燃气锅炉，包括由下向上依次排列设置的主燃区、还原区和燃尽区，还包括调温区与氨气输入控制系统，通过氨气输入控制系统可按预先设定的配比提供相应设定量的燃烧氨气及还原氨气，使得采用氨气为掺烧燃料完全燃烧时所产生的NOx在还原区的高温烟气中都能得到充分还原，从而确保外排烟气的稳定达标；另外，通过调温区能够使燃烧产生的烟气降温至还原区所要求的最佳还原反应温度范围，以确保烟气在还原区能充分还原。
Description
技术领域
本实用新型属于锅炉低氮燃烧技术领域、具体涉及一种采用氨气为掺烧燃料的低氮燃气锅炉。
背景技术
目前中国的能源结构仍为化石能源为主，我国的发电厂仍以煤、天然气、工业废气等有机化合物为主燃料，这些燃料燃烧过程中均会产生有大量CO2，因而必须对锅炉的外排烟气进行严格监控，业界经过多年研究和实践，降排/脱硝技术日趋成熟，基本都能达到行规排放标准。近几年来，随着全球“低碳化”呼声的日趋强化，我国也提出了要在2030年前达到“碳达峰”，2060年前实现“碳中和”的发展决策。所以，利用“零碳”燃料代替传统的化石燃料已势在必行，目前已成为业界普遍关注和探索研究的重要课题。
氨气NH3，是一种典型的氢能载体，其在燃烧过程中不仅释放热量多，而且无碳化物生成，其本身比较容易储存和液化，且自身有异味，一旦发生泄漏易及时发现的特点，故业界公认是一种很有应用潜力的“零碳”型清洁燃料。将氨气作为主燃料或将氨气作为掺烧燃料引用于燃气锅炉中，目前仅处于研究开发的探索阶段。实现氨气的燃烧比较容易，但氨气燃烧时极易生成氮氧化物NO，导致锅炉烟气中的NOx排放浓度高达几千甚至上万，且控制难度较大，成为目前困扰业界的一大难点。经检索发现，我国于2021年09月24日公开的CN202110888922.0《一种掺烧氨气的四角切圆煤粉锅炉系统》专利申请中，给示了一种采用氨气与煤粉掺烧的技术方案：主体包括从下向上依次设置在锅炉上的氨气/煤粉燃烧部和氨气燃尽区；氨气/煤粉燃烧部包括煤粉燃烧区和氨气/煤粉燃烧区；煤粉燃烧区中控制煤粉处于非完全燃烧状态，为上层的氨气/煤粉燃烧区进行氨气燃烧时提供较多的CO，使氨气更易于燃烧，且通过在锅炉的氨气/煤粉燃烧区所在的炉墙铺设卫燃带，保证了燃烧区域的温度，在锅炉的上部设置氨气燃尽区，保证氨气完全燃烧，在氨气燃尽区的上方设置SOFA区，可降低热力型NOx的生成，设置SNCR脱硝设备可减少炉膛NOx的排放。显然，该方案仅属于起步探索阶段的雏形成果，由于没有从源头上内部解决降氮问题，因而结构相对比较复杂，必须在锅炉燃烧室烟气流中下游处附加设置专用降排设施，不仅结构相对比较复杂、投入成本较高，而且日常监察工作量较大，实际效果又较难保证。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种采用氨气为掺烧燃料的低氮燃气锅炉，通过氨气输入控制系统按预先设定比例分别向炉膛内相关区域输送相应设定量的氨气，使产生的高温烟气中所富含的NOx在还原区内及时充分加以还原，能确保燃气锅炉低氮达标排放的低氮燃气锅炉。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：
一种采用氨气为掺烧燃料的低氮燃气锅炉，包括由下向上依次排列设置的主燃区、还原区和燃尽区，还包括调温区与氨气输入控制系统，其中：
所述的主燃区对应炉壁上固设有燃气燃烧器，所述燃气燃烧器上设有助燃空气入口、点火枪、氨气专用输入口和其他燃气输入口；
所述的还原区对应炉壁上固设有若干还原剂喷入口；
所述的燃尽区对应炉壁上固设有包括若干燃尽风喷口的燃尽风装置；
所述的调温区设置在主燃区和还原区之间，其对应炉壁上固设有包含若干温度探测器和降温介质输入喷口的温控装置；
所述的氨气输入控制系统固设在炉膛外侧，包括供气总管道、与供气总管道分支相连的主燃区供气管道和还原区供气管道，以及设于相应管道上的调节阀，主燃区供气管道连接至所述的氨气专用输入口，还原区供气管道连接至所述的还原剂喷入口。
所述的调节阀至少设置有两个。
所述的调节阀分别固设在所述主燃区供气管道上和还原区供气管道上。
所述的调节阀分别固设在供气总管道上和主燃区供气管道上。
所述的调节阀分别固设在供气总管道上和还原区供气管道上。
采用本实用新型的一种采用氨气为掺烧燃料的低氮燃气锅炉，具有以下优点：
1、采用氨气输入控制系统的主燃区供气管道和还原区供气管道及调节阀，能够按预先设定的比例进行掺烧氨气与还原氨气的分配定量供给，使得采用氨气为掺烧燃料完全燃烧时所产生的NOx在还原区的高温烟气中都能得到充分还原，从而确保外排烟气的稳定达标；
2、采用调温区，能够使燃烧产生的烟气降温至还原区所要求的最佳还原反应温度范围，以确保烟气在还原区能充分还原；
3、采用调节阀，还能够根据其他燃气燃烧产生的NOx量，进行相应调节还原氨气的供给量，有利于烟气在还原区能充分还原；
4、通过调节阀还可对各供气量进行实时微调，以排除运行过程中有可能发生的不确定因素的干扰，确保还原效率、系统的总体降氮效果及工作稳定性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对实用新型进行详细说明：
图1是本实用新型实施例的总体结构示意图；
图2是本实用新型实施例中采用氨气为掺烧燃料的燃烧器结构示意图；
图3是本实用新型实施例中高精度调节阀布设之一示意图；
图4是本实用新型实施例中高精度调节阀布设之二示意图。
图中：
1.主燃区、11.燃气燃烧器、111.助燃空气入口、112.点火枪、113.氨气专用输入口、114.其他燃气输入口、2.还原区、21.还原剂喷入口、3.燃尽区、31.燃尽风装置、311.燃尽风喷口、4.调温区、41.温控装置、411.温度探测器、412.降温介质输入喷口、5.氨气输入控制系统、51.供气总管道、511.主燃区供气管道、512.还原区供气管道、52.高精度调节阀。
具体实施方式
在图1到图4中，本实用新型采用氨气为掺烧燃料的低氮燃气锅炉，主体包括由下向上依次排列设置的主燃区1、还原区2和燃尽区3，还包括有调温区4和氨气输入控制系统5，其中：
所述的主燃区1位于炉膛近底部，对应炉壁上固设有燃气燃烧器11，所述的燃气燃烧器11上设有助燃空气入口111、点火枪112、氨气专用输入口113和其他燃气输入口114；
所述的还原区2位于炉膛的中部位置上，其对应炉壁上固设有若干还原剂喷入口21，用以输入还原剂NH3，降低烟气流中NOx浓度；
所述的燃尽区3位于炉膛的最上部，其对应炉壁上固设有包括若干燃尽风喷口311的燃尽风装置31，用以充分燃烧烟气中未燃尽燃料；
所述的调温区4设置在主燃区1和还原区2之间交接处，其炉壁上对应固设有主要包含若干温度探测器411和降温介质输入喷口412的温控装置41，通过温度探测器411检测来自主燃区1的高温烟气温度，通过降温介质输入喷口412输入降温介质，使高温烟气降温后满足还原区2所限定的最佳还原反应温度范围要求，以达到最佳还原效果的功能；
所述的氨气输入控制系统5固设在炉膛外侧，主要包括供气总管道51、与供气总管道51分支相连的主燃区供气管道511和还原区供气管道512，以及分别设置在所述供气总管道51和主燃区供气管道511或还原区供气管道512上的高精度的调节阀52，主燃区供气管道511连接至所述的氨气专用输入口113，还原区供气管道512连接至所述的还原剂喷入口21。
其工作原理如下：
根据氨气燃烧方程式4NH3+5O2＝4NO+6H2O和氨气还原NOx的方程式
4NH3+6NO＝＝5N2+6H2O(还原环境，850-1100℃)
8NH3+6NO2＝7N2+12H2O(还原环境，850-1100℃)，
可得到定量氨气在主燃区1内完全燃烧所产生的NOx量，和用于充分还原主燃区1内燃烧生成的所述NOx量所需要的必定量氨气，即可推算出在氨气供给总量已知的条件下，掺烧氨气和还原氨气两者之间的分配比例。
因此，在工作时，主燃区1内燃料燃烧时所需的助燃空气由燃烧器11上的助燃空气输入口111送入，参与掺烧的氨气和其他燃气由燃烧器11上的对应输入口113、114送入，根据预先设定的分配比例，通过主燃区供气管道511及氨气专用输入口113向主燃区1内连续、且稳定地喷射入相应设定量的掺烧氨气，同时通过与还原区供气管道512相连通的还原剂喷入口21向还原区2内喷射入相应设定量的还原氨气。另外，燃烧氨气和还原氨气的输入量还可在额定量的基础上根据实时运行工况通过调节阀52进行相应调节，以实现最佳的降氮效果。所述的参与掺烧的氨气和其他燃气在主燃区1内点火后进行燃烧，并按4NH3+5O2＝4NO+6H2O氨气燃烧方程式和其他燃气的燃烧规律生成富含NOx的高温烟气，当高温烟气进入调温区4时，先由温度探测器411进行温度检测，当高温烟气温度高于最佳还原反应温度范围上限1100℃时，还可开启降温介质输入喷口412，并喷入低温烟气或水类降温介质，使烟气降温至还原区2所要求的最佳还原反应温度范围，然后进入还原区2，在高温低氧的理想环境中按
4NH3+6NO＝＝5N2+6H2O(还原环境，850-1100℃)
8NH3+6NO2＝7N2+12H2O(还原环境，850-1100℃)
还原反应方程式进行反应，以还原其中的NOx，经还原反应去除NOx后的烟气进入燃尽区3，再由所述的燃尽风喷口311喷入少量助燃空气，使烟气中未燃尽的燃料进行最后完全燃烧，在确保以氨气为燃料或掺烧燃料的燃气锅炉实现环保低氮达标排放的同时，还确保了燃料的燃烧效率和锅炉的工作效率。
此外，所述的温度探测器411至少设置有两个；所述的高精度调节阀52至少设置有两个，或者分别固设在所述主燃区供气管道511上和还原区供气管道512上，或者分别固设在供气总管道51上和主燃区供气管道511上，或者分别固设在供气总管道51上和还原区供气管道512上。
但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。
Claims (5)
1.一种采用氨气为掺烧燃料的低氮燃气锅炉，包括由下向上依次排列设置的主燃区、还原区和燃尽区，其特征在于：还包括调温区与氨气输入控制系统，其中：
所述的主燃区对应炉壁上固设有燃气燃烧器，所述燃气燃烧器上设有助燃空气入口、点火枪、氨气专用输入口和燃气输入口；
所述的还原区对应炉壁上固设有若干还原剂喷入口；
所述的燃尽区对应炉壁上固设有包括若干燃尽风喷口的燃尽风装置；
所述的调温区设置在主燃区和还原区之间，其对应炉壁上固设有包含若干温度探测器和降温介质输入喷口的温控装置；
所述的氨气输入控制系统固设在炉膛外侧，包括供气总管道、与供气总管道分支相连的主燃区供气管道和还原区供气管道，以及设于相应管道上的调节阀，主燃区供气管道连接至所述的氨气专用输入口，还原区供气管道连接至所述的还原剂喷入口。
2.根据权利要求1所述的采用氨气为掺烧燃料的低氮燃气锅炉，其特征在于：所述的调节阀至少设置有两个。
3.根据权利要求1或2所述的采用氨气为掺烧燃料的低氮燃气锅炉，其特征在于：所述的调节阀分别固设在所述主燃区供气管道上和还原区供气管道上。
4.根据权利要求1或2所述的采用氨气为掺烧燃料的低氮燃气锅炉，其特征在于：所述的调节阀分别固设在供气总管道上和主燃区供气管道上。
5.根据权利要求1或2所述的采用氨气为掺烧燃料的低氮燃气锅炉，其特征在于：所述的调节阀分别固设在供气总管道上和还原区供气管道上。
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