CN209511995U - 一种氨混配煤粉锅炉燃烧系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种氨混配煤粉锅炉燃烧系统，所述系统包括：一次风供给装置、二次风供给装置、助燃燃料系统，其中,一次风供给装置、二次风供给装置和助燃燃料系统分别与锅炉炉膛连接;氨输送系统；氨混配燃烧器与锅炉炉膛连接；氨储存装置储存的氨为氨气、液氨或氨水中的一种，并与氨混配燃烧器相连，向其供氨；氨混配燃烧系统控制器，接收氨检测器的数据以控制向氨混配燃烧器输入的氨量。利用氨作为燃料，不但可以降低现有化石燃料燃烧的碳排放强度，而且可以大量利用可再生能源发电电解制氢并合成氨，从而使人类摆脱化石能源的桎梏，进入氨能源的新时代。

Description

一种氨混配煤粉锅炉燃烧系统

技术领域

本实用新型涉及燃料燃烧技术领域，尤其涉及一种氨混配煤粉锅炉燃烧系统。

背景技术

全球气候变暖和应对气候变化，中国政府承诺的减排任务和十三五能源规划里对国内五大电力集团的燃煤火电机组的碳排放强度均提出了具体要求，即到2020年，五大电力的燃煤火电机组的平均碳排放强度要在650kgCO₂/kWh以下。未来燃煤电厂都需要通过购买绿色证书或碳指标来维持全年发电负荷量，或者就需要进行燃料灵活性改造，变成低碳排放强度的火力发电厂。

燃煤火电厂是碳排放大户，目前的燃料灵活性改造方案主要有燃煤掺烧生物质粉末、燃煤掺烧生物质气、燃煤掺烧垃圾或污泥等，可有效降低火电厂碳排放量的可再生资源燃料。但这些掺烧的可再生能源燃料存在能量密度低、燃烧不稳定、需要大面积的燃料储运场地、烟气处理费用高、二恶因排放及其他污染物排放控制难等诸多问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型直接或间接利用可再生能源电力空分制氮和电解制氢，然后合成氨，将氨作为一种零碳排放的燃料，应用于电站煤粉锅炉内。

氨作为燃料具有能量密度高、燃料储运方便，其燃烧热值的体积能量密度和质量能量密度均接近燃油。仅需对现有大型火电站某一层煤粉燃烧器结构进行改造，在传统煤粉锅炉燃烧器的一次风和二次风的基础上，通过增加氨供给枪、氧气供给枪、氢/油燃气供给枪及相应管道、控制阀和传感器，可以使氨与各种燃料灵活组合进行燃烧，实现了对现有煤粉锅炉的低成本改造。

如此操作实现了真正的燃料灵活性，即，锅炉在不同时段根据燃料的供给和价格情况，及当前的碳市场价格和本电厂的碳配额使用情况，可以采用不同的燃料进行燃烧发电。

采用本实用新型的燃烧器，使得传统火电厂的煤粉锅炉具有燃烧其他燃料的可能性，降低火电机组的碳排放强度，使电厂可以避免未来征收碳排放税或额外购买碳配额的巨额支出；从而使电厂在未来碳税和绿色证书强制执行阶段在电力市场的竞争中处于有利地位。氨、纯氧的引入，可以实现火电机组锅炉的低负荷稳燃，提高了锅炉低负荷调峰的负荷范围，加大火电机组的调峰能力，通过全年参与电网的深度调峰，使电厂获得调峰补贴。

本实用新型解决上述问题采用的技术方案如下:

一种氨混配煤粉锅炉燃烧系统，包括，一次风供给装置、二次风供给装置、助燃燃料系统;一次风供给装置、二次风供给装置和助燃燃料系统分别与锅炉炉膛连接;氨输送系统；氨混配燃烧器与锅炉炉膛连接；氨储存装置储存的氨为氨气、液氨或氨水中的一种，并与氨混配燃烧器相连，向其供氨；氨混配燃烧系统控制器接收氨检测器的数据以控制向氨混配燃烧器输入的氨量。

进一步,所述氨输送系统包括氨供给管路、氨控制阀和氨供给枪。

进一步,氨检测器检测氨供给管路中氨的浓度、压力和流量，反馈给氨混配燃烧系统控制器,其根据检测的数据，控制氨控制阀向氨混配燃烧器供氨。

所述氨混配煤粉锅炉燃烧系统包括一次风供给装置向所述系统输送煤粉；

一次风检测器检测一次风的压力、温度和煤粉浓度，并反馈给氨混配燃烧系统控制器，以调节输入锅炉炉膛的一次风量和煤粉量。

所述氨混配煤粉锅炉燃烧系统包括二次风供给装置向所述系统输送纯净空气；

二次风检测器检测二次风的压力、温度和风量，并反馈给氨混配燃烧系统控制器，以调节输入锅炉炉膛的二次风量。

所述助燃燃料系统包括氢、油或燃气供给枪和助燃燃料控制阀；

进一步,助燃燃料检测器检测向氨混配燃烧器提供的助燃燃料的温度、压力和浓度。

其中,助燃燃料包括天然气、甲烷气、煤气、氢气、汽油、柴油中的一种或几种。

进一步,所述氨混配煤粉锅炉燃烧系统包括纯氧检测器,其检测供给氨混配燃烧器的氧的浓度、压力和流量，反馈给氨混配燃烧系统控制器。

进一步,所述氨混配煤粉锅炉燃烧系统包括燃煤检测器,其检测供给氨混配燃烧器的煤粉的浓度，并反馈给氨混配燃烧系统控制器。

本实用新型实现低成本的对现有化石能源锅炉的改造，低成本燃烧设备的部分燃料的去碳化改造，具体有益效果如下：

1.利用氨作为常温常压的储氢介质，可大量低能耗地储能。

2.与可再生能源制氢或火电厂调峰电力制氢结合，利用富余电力和火电厂高温高压环境，可经济性地实现合成氨工艺。

3.氨作为零碳排放的燃料，可以利用掺烧快速降低燃煤燃气火电站的碳排放强度。

4.提高锅炉热效率、节能降耗。

附图说明

图1为本实用新型提供的电站煤粉锅炉氨混配燃烧器结构示意图；

图2为本实用新型氨混配煤粉锅炉燃烧系统整体示意图。

附图标记：

1氨供给管路、2氨控制阀、3氨供给枪、4供氧控制阀、5纯氧供给枪、6一次风流道、7二次风引入管、8氢、油或燃气供给枪、9助燃燃料控制阀、10大型火电电站锅炉四角切圆燃烧区域、11氨混配燃烧器、12纯氧检测器、13助燃燃料检测器、14燃煤检测器、15氨检测器、16点火器、17氨混配燃烧系统控制器、18氨储存装置、19锅炉炉膛

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，以下说明中省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

图1所示为电站煤粉锅炉氨混配燃烧器结构示意图。

该燃烧器包括：1氨供给管路、2氨控制阀、3氨供给枪、4供氧控制阀、5纯氧供给枪、6一次风流道、7二次风引入管、8氢、油或燃气供给枪、9助燃燃料控制阀和10大型火电电站锅炉四角切圆燃烧区域。

一次风流道6，其一端侧壁上设置有一次风入口，另一端延伸到大型火电电站锅炉四角切圆燃烧区域10并形成一次风出口。

一次风流道6用来输送煤粉与空气的混合物。

一次风流道6的出口设置压力传感器、温度探头和浓度传感器，当输送的一次风的压力、温度和煤粉浓度不在规定范围时，氨混配燃烧系统控制器17发出指令调整煤粉与空气混合物的各项参数。

二次风引入管7，其一端侧壁上设置有二次风入口，另一端延伸到大型火电电站锅炉四角切圆燃烧区域10并形成二次风出口。

二次风引入管7用来输送预热的空气。

二次风引入管7的出口设置压力传感器、温度探头，当输送的空气压力高于规定数值、温度大于预设温度时，氨混配燃烧系统控制器17发出指令调整所述空气的压力、温度。

二次风引入管7的出口可以设置风量监测器，监测二次风的进风量并反馈给氨混配燃烧系统控制器17，以调整进风量。

氨控制阀2控制氨供给管路1，将氨通过氨供给枪3直接输送到大型火电电站锅炉四角切圆燃烧区域10。

氨供给管路1的截面包括但不限于圆形。

氨供给管路1和氨供给枪3的截面直径范围为0.5mm-500mm。

可选的,氨供给管路1的出口端设置有压力传感器和温度探头，当压力传感器检测到氨供给管路1内的压力低于预设压力时，或者当温度探头检测到的温度高于预设温度时，则控制指令控制氨控制阀2关闭。

可选的,氨供给管路1的出口端设置有流量传感器，当其检测到氨供给管路1中的流量不在规定的范围内时，氨混配燃烧系统控制器17发出指令调整氨流量。

纯氧供给枪5的截面包括但不限于圆形。

纯氧供给枪5的截面直径范围为0.1mm-500mm。

供氧控制阀4控制纯氧供给枪5，将氧气直接输送到大型火电电站锅炉四角切圆燃烧区域10。

可选的，纯氧供给枪5的出口端设置有压力传感器和温度探头，当压力传感器检测到纯氧供给枪5内的压力低于预设压力时，或者当温度探头检测到的温度高于预设温度时，则控制指令控制供氧控制阀4关闭。

可选的,纯氧供给枪5的出口端设置有流量传感器，当其检测到纯氧供给枪5中的氧流量不在规定范围内时，氨混配燃烧系统控制器17发出指令调整纯氧的供给流量。

氢、油或燃气供给枪8，其一端形成油气入口，另一端延伸到大型火电电站锅炉四角切圆燃烧区域10形成为油气出口，用于分时输送液体或气体燃料。

油包括但不限于重油、轻质油。

燃气包括但不限于天然气、生物质气。

氢、油或燃气供给枪8的轴线与一次风流道6的轴线形成第一夹角。

第一夹角的角度范围为0°-30°。

氢、油或燃气供给枪8的截面包括但不限于圆形。

氢、油或燃气供给枪8的截面直径范围为0.5mm-200mm。

可选的,氢、油或燃气供给枪8的出口端设置有温度探头，当温度探头检测到的温度高于预设温度时，则控制指令控制助燃燃料控制阀9关闭。

可选的,氢、油或燃气供给枪8的出口端设置有压力传感器，当压力传感器检测到的气压或油压低于预设压力时，则控制指令控制助燃燃料控制阀9关闭。

氢、油或燃气供给枪8出口端设置温度探头和压力传感器，避免回火事故的发生，提高设备的安全性。

可选的,氢、油或燃气供给枪8的出口端设置有浓度传感器，当其检测到氢、油或燃气供给枪8中油气的浓度不在规定的阈值范围时候，氨混配燃烧系统控制器17发出指令调整氢、油或燃气的浓度。

图2为本实用新型氨混配煤粉锅炉燃烧系统整体示意图。

所述氨混配煤粉锅炉燃烧系统包括：氨混配燃烧器11、纯氧检测器12、助燃燃料检测器13、燃煤检测器14、氨检测器15、点火器16、氨混配燃烧系统控制器17、氨储存装置18和锅炉炉膛19。

氨混配燃烧器11具有一种或多种燃料进口，使得不同形态的氨、纯氧、主燃料或助燃燃料进入其中混合配制后，输送到与之相连的锅炉炉膛19中，点火器16点燃进行燃烧。

氨供给管路1与氨储存装置18相连，向氨混配燃烧器11供应氨，氨检测器15检测氨的压力、温度和流量并反馈给氨混配燃烧系统控制器17，其控制氨控制阀2调整氨的输入量。

燃煤检测器14检测输入的煤粉浓度，将其调整至规定范围内，输入氨混配燃烧器11中。

助燃燃料包括煤粉、天然气、甲烷气、煤气、氢气、汽油、柴油中的一种或几种。

助燃燃料检测器13检测所用燃料的压力、温度和浓度，调整至预定范围内，输入至氨混配燃烧器11。

一次风供给装置向所述系统输送煤粉；

一次风检测器检测一次风的压力、温度和煤粉浓度，并反馈给氨混配燃烧系统控制器17，以调节输入锅炉炉膛19的一次风量和煤粉量。

二次风供给装置向所述系统输送纯净空气；

二次风检测器检测二次风的压力、温度和风量，并反馈给氨混配燃烧系统控制器17，以调节输入锅炉炉膛19的二次风量。

本实用新型所提供的以氨作为燃料的必须组成部分的燃烧器，可以应用于火力发电厂。这样做，不但降低了现有化石燃料燃烧的碳排放强度，减少环境的污染；同时可以大量利用再生能源发电、电解制氢并合成氨，充分高效利用现有能源，使人类摆脱化石能源的束缚，进入氨能源的新时代。

应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种氨混配煤粉锅炉燃烧系统，包括，一次风供给装置、二次风供给装置、助燃燃料系统，一次风供给装置、二次风供给装置和助燃燃料系统分别与锅炉炉膛(19)连接，其特征在于，所述系统还包括：氨输送系统；氨混配燃烧器(11)，与锅炉炉膛(19)连接；氨储存装置(18)，其储存的氨为氨气、液氨或氨水中的一种，并与氨混配燃烧器(11)相连，向其供氨；氨混配燃烧系统控制器(17)，接收氨检测器(15)的数据以控制向氨混配燃烧器(11)输入的氨量。

2.根据权利要求1所述的氨混配煤粉锅炉燃烧系统，其特征在于，所述氨输送系统包括氨供给管路(1)、氨控制阀(2)和氨供给枪(3)。

3.根据权利要求1所述的氨混配煤粉锅炉燃烧系统，其特征在于：

氨检测器(15)检测氨供给管路(1)中氨的浓度、压力和流量，反馈给氨混配燃烧系统控制器(17),其根据检测的数据，控制氨控制阀(2)向氨混配燃烧器(11)供氨。

4.根据权利要求1所述的氨混配煤粉锅炉燃烧系统，其特征在于：

一次风供给装置向所述系统输送煤粉；

一次风检测器检测一次风的压力、温度和煤粉浓度，并反馈给氨混配燃烧系统控制器(17)，以调节输入锅炉炉膛(19)的一次风量和煤粉量。

5.根据权利要求4所述的氨混配煤粉锅炉燃烧系统，其特征在于：

二次风供给装置向所述系统输送纯净空气；

二次风检测器检测二次风的压力、温度和风量，并反馈给氨混配燃烧系统控制器(17)，以调节输入锅炉炉膛(19)的二次风量。

6.根据权利要求1所述的氨混配煤粉锅炉燃烧系统，其特征在于：

助燃燃料系统包括氢、油或燃气供给枪(8)和助燃燃料控制阀(9)。

7.根据权利要求1所述的氨混配煤粉锅炉燃烧系统，其特征在于：

助燃燃料检测器(13)检测向氨混配燃烧器(11)提供的助燃燃料的温度、压力和浓度。

8.根据权利要求7所述的氨混配煤粉锅炉燃烧系统，其特征在于：

助燃燃料包括天然气、甲烷气、煤气、氢气、汽油、柴油中的一种或几种。

9.根据权利要求1所述的氨混配煤粉锅炉燃烧系统，其特征在于，所述系统包括：

纯氧检测器(12)检测供给氨混配燃烧器(11)的氧的浓度、压力和流量，反馈给氨混配燃烧系统控制器(17)。

10.根据权利要求1所述的氨混配煤粉锅炉燃烧系统，其特征在于，所述系统包括：

燃煤检测器(14)检测供给氨混配燃烧器(11)的煤粉的浓度，并反馈给氨混配燃烧系统控制器(17)。