本发明属于降低超临界二氧化碳锅炉氮氧化物排放技术领域，具体涉及一种基于高温还原区喷氨降低氮氧化物的超临界二氧化碳旋风炉。
背景技术：
不断提高发电机组的效率是电力行业研究的永恒主题和目标。对于发电企业而言，系统的循环效率越高，单位发电量的能耗就越低，对应的能源消耗量和污染物排放量就越低。
超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统是目前火力发电效率突破50％最具竞争优势的技术路线之一。对于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统，由于系统回热量大，锅炉进口工质温度显著升高(高达500℃左右)，给超临界二氧化碳锅炉的设计和运行带来巨大挑战。
对于超临界二氧化碳锅炉的炉型选取，如果仍参照传统蒸汽锅炉选用π型或塔式锅炉，由于π型或者塔式锅炉均存在热负荷很高的炉膛燃烧器区，使得该区域的气冷壁辐射受热面极易发生管壁超温问题，从而给超临界二氧化碳锅炉的正常安全运行带来严重威胁。
旋风炉燃料的着火和燃烧过程主要在旋风筒内进行，而烟气的换热过程主要在主炉膛内进行。旋风炉这种燃烧和换热在空间上彼此分离的特点能够很好地解决超临界二氧化碳锅炉所存在的燃烧器区气冷壁超温问题。然而，旋风炉由于燃烧温度高，燃烧过程中会产生大量的氮氧化物，严重限制了超临界二氧化碳旋风炉技术的推广和应用。
技术实现要素：
本发明针对超临界二氧化碳锅炉所存在的气冷壁辐射受热面易于超温的问题，提出了一种基于高温还原区喷氨降低氮氧化物的超临界二氧化碳旋风炉。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于高温还原区喷氨降低氮氧化物的超临界二氧化碳旋风炉，包括旋风筒1，主炉膛5和与主炉膛5连通的尾部烟道；
所述旋风筒1入口设置有燃料/一次风喷口2，侧面设置有二次风喷口3，旋风筒1的出口与主炉膛5的入口相连通；主炉膛5内从入口到出口依次布置有一次气气冷壁6、再热气冷壁8和高温再热器9，主炉膛5沿高度方向从下到上依次布置有氨剂喷口4和燃尽风喷口7；与主炉膛5连通的尾部烟道沿烟气流通方向依次布置有高温过热器10、低温过热器11、低温再热器12、烟气冷却器13、scr脱硝装置14和空气预热器15，其中低温过热器11和低温再热器12并排布置；
超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中高温回热器的冷侧出口工质与烟气冷却器13的出口工质经过管道并管后依次经一次气气冷壁6、低温过热器11和高温过热器10后与超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中高压透平的入口相连通；
超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中高压透平的出口工质依次经过再热气冷壁8、低温再热器12、高温再热器9后与超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中低压透平的入口相连通。
所述旋风筒1的内壁为由耐火浇注料和销钉构成的绝热筒壁，旋风筒1内过量空气系数范围为0.6～0.95。
所述主炉膛5的氨剂喷口4处的烟气环境为还原性气氛，所需氨剂的量由氨氮摩尔比决定，氨氮摩尔比的取值范围为0.8～2.0。
所述主炉膛5的氨剂喷口4采用多层布置，并且喷口下倾预设角度。
所述主炉膛5的燃尽风喷口7采用多层对称布置或多层不对称布置，其过量空气系数为1.1～1.3。
尾部烟道布置有烟气冷却器13，烟气冷却器13中的工质引自超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中低温回热器的冷侧出口；对于超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统，其低温回热器的冷侧出口工质分成两路，一路工质与烟气冷却器13的入口相连通，另一路工质与超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中高温回热器的冷侧入口相连通，烟气冷却器13的出口工质与超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中高温回热器的冷侧出口工质经过管道并管后与超临界二氧化碳旋风炉工质入口相连通。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的一种基于高温还原区喷氨降低氮氧化物的超临界二氧化碳旋风炉，由于燃料的燃烧主要在旋风筒内进行，主炉膛内不存在热负荷急剧升高的区域，从而能够很好地解决超临界二氧化碳锅炉气冷壁超温问题。此外，通过在主炉膛的高温还原区喷入氨剂，利用还原性气氛下氨剂与烟气中氮氧化物进行反应，将氮氧化物高效还原成氮气，从而能显著降低燃料燃烧过程中所产生的氮氧化物。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为旋风筒、2为燃料/一次风喷口、3为二次风喷口、4为氨剂喷口、5为主炉膛、6为一次气气冷壁、7为燃尽风喷口、8为再热气冷壁、9为高温再热器、10为高温过热器、11为低温过热器、12为低温再热器、13为烟气冷却器、14为scr脱硝装置、15为空气预热器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1所示，本发明所述的一种基于高温还原区喷氨降低氮氧化物的超临界二氧化碳旋风炉，包括旋风筒1，主炉膛5和与主炉膛5连通的尾部烟道；旋风筒1的内壁由一层耐火浇注料和密置销钉组成，旋风筒1内过量空气系数为0.7左右，燃料在旋风筒1内为不完全燃烧。旋风筒1内的燃烧温度很高，高温使燃料燃烧后的灰分熔融成液态渣，液态渣由旋风筒1出口排入主炉膛5进而由主炉膛底部排出。
为了降低超临界二氧化碳旋风炉燃烧过程中氮氧化物的生成，在主炉膛下部高温还原区由氨剂喷口4喷入一定的氨剂，氨剂在高温还原性气氛下与烟气中的氮氧化物进行反应，将氮氧化物还原成氮气，氨剂喷口4中的氨剂流量由氨氮摩尔比决定，本实施例中，氨氮摩尔比为1.5。为了进一步增强氨剂与烟气的混合效果，实际应用中，氨剂喷口4可分成多层布置，并且喷口可采用倾斜布置，通过下倾一定角度来起到增强氨剂与烟气混合的作用。此外，实际应用中，可通过与sncr烟气脱硝系统进行组合以进一步降低氮氧化物的生成，其中，高温还原区喷氨的氨剂输送系统可与sncr共用一套氨剂系统和管路。
用于燃料完全燃烧所需的剩余空气由燃尽风喷口7送入，此处的过量空气系数为1.2左右。同样地，为了增强燃尽风与烟气的混合效果，燃尽风喷口7可采用多层布置，各层间的空气分配比例可根据需要灵活调整。
对于大型超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统来讲，其高温回热器的冷侧出口工质与烟气冷却器13的出口工质经过管道并管后依次经一次气气冷壁6、低温过热器11和高温过热器10后与超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中高压透平的入口相连通；
超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中高压透平的出口工质依次经过再热气冷壁8、低温再热器12、高温再热器9后与超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统中低压透平的入口相连通。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。