一种煤混氨掺烧的无焰燃烧装置

本发明涉及煤的燃烧装置领域，尤其是涉及一种煤混氨掺烧的无焰燃烧装置。

背景技术：

1、氨(nh3)与传统化石燃料相比，具有零碳排放的优点，因此可以作为大规模减少co2排放的锅炉燃料。但氨燃烧也存一些问题，如直接将氨喷入锅炉燃烧，氨与氧气结合会生成大量的nox，且nox的着火温度高、可燃极限范围窄、火焰传播速度慢。因此，抑制氨燃烧中nox的生成以及提高氨着火稳定性成为亟待解决的问题。

2、现有技术中，为了解决氨着火温度高、燃烧特性差的问题，通常采用使氨热解生成n2和h2，利用h2着火温度低，可燃下限低且可燃范围宽、着火稳定。但是，现有技术中目前常用氨喷入炉膛边燃烧边热解，热解效率低且热解的h2浓度不高或者利用外来蒸汽等作为氨热解热源，增加外来耗热量和供热系统，从而增加了锅炉的运行成本。

3、现有技术中，煤掺氨燃烧将氨燃料通过助燃空气供给到燃烧器外火焰的还原区域，以达到抑制nox生成的目的，然而在燃烧器出口复杂的流场组织下，不能保证精准的将氨燃料引入到还原区域，因此抑制nox生成效果不佳，反而因氨燃料与空气直接混合，给nox生成营造了更好的富氧条件。

4、为了解决上述现有技术问题，本发明公开一种煤混氨掺烧的无焰燃烧装置的技术方案，可实现氨气在进入燃烧腔室前，在氨气预分解室内分解成h2强化了氨气的稳定燃烧；而且，煤粉预燃室产生的不完全燃烧烟气因加热氨气使其分解而降温，再进入燃烧腔室，有效的减弱了燃烧中的氮氧化物的高温的生成条件；不完全燃烧烟气co、h2和残余煤焦以及氨气预分解气中h2与二次风强烈混合，降低了局部氧气浓度，有利于无焰燃烧状态的实现，抑制了氮氧化物的富氧生成条件。煤粉预燃室产生的不完全燃烧烟气以及氨气预分解室产生的预分解气(nh3，n2以及h2)进入燃烧腔室，创造了弱还原性气氛以及低氧条件，有效地抑制了氮氧化物生成。

技术实现思路

1、一种煤混氨掺烧的无焰燃烧装置，包括：煤粉预燃单元、氨分解单元、煤混氨掺烧单元。

2、所述煤粉预燃单元，包括：煤粉预燃室。

3、所述氨分解单元，包括：高温烟气风管、氨气预分解室、氨气罐。

4、所述煤混氨掺烧单元，包括：风机、流量控制阀、二次风管路、钝体、燃烧腔室。

5、所述煤粉预燃室中煤粉与一次风混合后，煤粉在乏氧的环境下发生热解以及不完全燃烧，产生不完全燃烧烟气(co2，h2o，co，h2)以及残余煤焦，烟气温度为1000℃以上。

6、所述高温烟气风管，一端从煤粉预燃室引出，另一端接入燃烧腔室，用于输送煤粉预燃室产生的高温的不完全燃烧烟气至燃烧腔室。

7、所述氨气预分解室，布置在高温烟气风管外，一端由氨气罐供入氨气，另一端接入燃烧腔室。氨气预分解室中的nh3被高温烟气风管中的高温烟气加热，并在氨气预分解室装填的氨分解催化剂作用下，部分氨气预分解为n2和h2，以nh3、n2、h2为主的混合气体成为氨气预分解气进入燃烧腔室；

8、所述燃烧腔室的前端中心轴线处与高温烟气风管相接，燃烧腔室的前端高温烟气风管外与氨气预分解室相接。

9、所述二次风管路入口布置在燃烧腔室前端、氨气预分解室外侧，可布置对称或非对称布置；对称布置时，二次风为2路气体或4路气体；非对称布置时，二次为1路气体。二次风速度由风机和流量控制阀调节，对称布置时，速度为50m/s～100m/s；非对称布置时，速度为10m/s～150m/s。

10、所述钝体布置在燃烧腔室前端、高温烟气风管接入燃烧腔室的中心轴线出口处，钝体可为圆锥状，增强不完全燃烧烟气与氨气预分解气的混合效果，有利于促进燃烧稳定性，以及抑制氮氧化物生成。

11、所述一种煤混氨掺烧的无焰燃烧装置的工作流程为：

12、①煤粉预燃单元：煤粉预燃室中，煤粉与一次风混合后，煤粉在乏氧的环境下发生热解以及不完全燃烧，产生不完全燃烧高温烟气，烟气组分为co2、h2o、co、h2以及携带残余煤焦。高温烟气从煤粉预燃室排出进入高温烟气风管。

13、②氨分解单元：氨气罐向氨气预分解室供入氨气。氨气预分解室中的nh3被高温烟气风管中的高温烟气加热，并在氨气预分解室装填的氨分解催化剂作用下，部分氨气预分解为n2和h2，以nh3、n2、h2为主的混合气体成为氨气预分解气进入燃烧腔室；

14、③煤混氨掺烧单元：二次风管路风量由风机和流量调节阀的控制，风机引入的二次风经二次风管路向燃烧腔室输送。二次风管路设置在氨气预分解室的出口外围，因此氨气预分解气进入燃烧腔室时首先和二次风混合，氨气预分解产生的h2快速燃烧；不完全燃烧高温烟气进入燃烧腔室，在钝体的作用下和氨气预分解气初步混合；在与二次风不断混合的过程中不完全燃烧烟气co、h2和残余煤焦与氧反应燃烧。

15、本发明带来的有益效果为：

16、1、有效提高煤混氨燃烧的热稳定性。

17、本发明中高温烟气风管中流动的高温烟气加热氨气预分解室内的氨气，使大部分氨气热分解。氨气在氨气预分解室内分解成h2，h2的燃烧下限低、着火温度低。含有h2的氨气预分解气进入燃烧腔室与不完全燃烧烟气掺混燃烧，有效的提高了燃烧的热稳定性。同时h2是清洁燃料，实现零碳排放。氨气预分解相比于现有技术中的在炉膛中边燃烧边分解，分解效率更高，燃烧更稳定。

18、2、有效的抑制氮氧化物的生成。氮氧化物的生成条件是高温和富氧。

19、控制高温方面：本发明中不需要利用外来热量使氨气热分解，而是充分利用了高温烟气的热量加热分解氨气，降温后的烟气喷入燃烧腔室，有效缓解氮氧化物在高温下的生成条件。

20、控制富氧方面：本发明中二次风管路设置在氨气预分解室的出口外围，因此氨气预分解气进入燃烧腔室时首先和二次风混合，因氨气预分解气中h2与氧结合的能力强，反应速度快，因此降低了氨气预分解气中n2与氧结合的速度，抑制了氮氧化物的富氧生成条件。本发明中煤粉预燃室中煤粉与一次风混合后，煤粉在乏氧的环境下发生热解以及不完全燃烧，产生不完全燃烧高温烟气送至燃烧腔室，在钝体的作用下和氨气预分解气初步混合，同样是在乏氧的环境下；在与二次风不断混合的过程中不完全燃烧烟气co、h2和残余煤焦以及氨气预分解气中h2比氨气预分解气中n2更容易与氧反应，降低了局部氧气浓度，有利于无焰燃烧状态的实现，进一步，抑制了氮氧化物的富氧生成条件。

技术特征：

1.一种煤混氨掺烧的无焰燃烧装置，包括：煤粉预燃单元、氨分解单元、煤混氨掺烧单元，其特征在于：煤粉预燃单元包括：煤粉预燃室(1)；氨分解单元包括：高温烟气风管(2)、氨气预分解室(4)；煤混氨掺烧单元包括：二次风管路(7)、钝体(8)、燃烧腔室(9)；所述氨气预分解室(4)布置在高温烟气风管(2)外，被高温烟气风管(2)加热，氨气预分解室(4)内装填氨分解催化剂；二次风管路(7)入口布置在燃烧腔室(9)前端、氨气预分解室(4)外侧。

2.根据权利要求1所述的一种煤混氨掺烧的无焰燃烧装置，其特征在于：所述高温烟气风管(2)，一端从煤粉预燃室(1)引出，另一端接入燃烧腔室(9)；所述氨分解单元还包括氨气罐(3)，氨气预分解室(4)的一端由氨气罐(3)供入氨气，氨气预分解室(4)的另一端接入燃烧腔室；所述燃烧腔室(9)的前端中心轴线处与高温烟气风管(2)相接，燃烧腔室(9)的前端高温烟气风管(2)外与氨气预分解室(4)相接。

3.根据权利要求1所述的一种煤混氨掺烧的无焰燃烧装置，其特征在于：钝体(8)布置在燃烧腔室(9)前端、高温烟气风管(2)接入燃烧腔室(9)中心轴线的出口处，钝体可为圆锥状。

4.根据权利要求1所述的一种煤混氨掺烧的无焰燃烧装置，其特征在于：所述煤混氨掺烧单元还包括：风机(5)、流量控制阀(6)；二次风管路(7)风量由流量调节阀(6)的控制，风机(5)引入的二次风经二次风管路(7)向燃烧腔室(9)输送；二次风管路(7)可布置对称或非对称布置，对称布置时二次风为2路气体或4路气体，非对称布置时二次风为1路气体；二次风速度由风机(5)和流量控制阀(6)调节，对称布置时，速度为50m/s～100m/s；非对称布置时，速度为100m/s～150m/s。

5.根据权利要求1-4所述的一种煤混氨掺烧的无焰燃烧装置，其特征在于：所述煤混氨掺烧的无焰燃烧装置的工作流程为：

技术总结
本发明公开一种煤混氨掺烧的无焰燃烧装置，包括：煤粉预燃单元、氨分解单元、煤混氨掺烧单元。在氨气预分解室的氨气与高温烟气风管中的高温烟气进行换热，在氨分解催化剂作用下，成为氨气预分解气(NH<subgt;3</subgt;，N<subgt;2</subgt;以及H<subgt;2</subgt;)进入燃烧腔室。在煤混氨掺烧单元，氨气预分解气进入燃烧腔室时首先和二次风混合；不完全燃烧高温烟气进入燃烧腔室，在钝体的作用下和氨气预分解气初步混合；不完全燃烧烟气中CO、H<subgt;2</subgt;和残余煤焦以及氨气预分解气中H<subgt;2</subgt;与二次风强烈混合。煤混氨掺烧的无焰燃烧装置不仅减少了纯燃煤方式的二氧化碳排放，同时强化了氨气的稳定燃烧，而且，煤粉预燃室产生的不完全燃烧烟气以及氨气预分解室产生的预分解气有效地抑制了氮氧化物生成。

技术研发人员：张泽武,张立麒,赵征鸿,查小健,邬凡,李小姗,罗聪
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12