本(ben)發明涉及(ji)氨(an)燃燒領(ling)域(yu)，具體涉及(ji)一種(zhong)氨(an)燃燒系統裝置(zhi)及(ji)其運行方(fang)法(fa)。

背景技術：

1、目前(qian)，由于液氨具有(you)宜儲宜運(yun)的(de)特性，是一(yi)種(zhong)優(you)質(zhi)的(de)氫能(neng)載(zai)體和(he)零碳燃料，以(yi)氨供氫、以(yi)氨代氫成為破解氫儲運(yun)難(nan)題的(de)一(yi)種(zhong)技術(shu)路徑。

2、然而(er)氨燃(ran)(ran)燒存在一些(xie)缺點包(bao)括(kuo):燃(ran)(ran)燒熱和層(ceng)流火焰速(su)度小(xiao)、可燃(ran)(ran)性范圍較(jiao)窄、點火溫度較(jiao)高、輻射(she)傳(chuan)熱較(jiao)差(cha)、氨轉(zhuan)化率有限、氮氧化物排放等問(wen)題(ti)，限制了氨燃(ran)(ran)料的穩(wen)定清潔(jie)高效利用。其中較(jiao)小(xiao)的層(ceng)流火焰速(su)度是決(jue)定燃(ran)(ran)燒溫度、穩(wen)燃(ran)(ran)范圍、火焰形態(tai)結構以及nox排放的關鍵因素，極大的影(ying)響了氨燃(ran)(ran)燒效率。

3、針(zhen)對氨(an)的(de)燃(ran)燒(shao)惰性問題，目前的(de)解決方案有兩(liang)種，一種是將氨(an)摻(chan)入其(qi)他燃(ran)燒(shao)系(xi)統，比如燃(ran)煤(mei)摻(chan)氨(an)，另一種混合(he)其(qi)它易燃(ran)燃(ran)料，比如氫(qing)氣或天然氣。

4、如(ru)cn117823899a公開了(le)一(yi)種離(li)散(san)(san)多火焰低(di)nox煤氨(an)(an)混燒(shao)燃(ran)燒(shao)器(qi)，包(bao)括(kuo)(kuo)點(dian)火系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)、燃(ran)煤系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)、二(er)次(ci)(ci)(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)、三(san)(san)次(ci)(ci)(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)及(ji)(ji)多級(ji)氨(an)(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)；點(dian)火系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)包(bao)括(kuo)(kuo)中心風(feng)(feng)(feng)(feng)管(guan)、點(dian)火套(tao)管(guan)及(ji)(ji)點(dian)火槍(qiang)；燃(ran)煤系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)包(bao)括(kuo)(kuo)一(yi)次(ci)(ci)(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)彎頭、一(yi)次(ci)(ci)(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)通道(dao)(dao)及(ji)(ji)一(yi)次(ci)(ci)(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)噴(pen)口(kou)；二(er)次(ci)(ci)(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)包(bao)括(kuo)(kuo)二(er)次(ci)(ci)(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)風(feng)(feng)(feng)(feng)門、二(er)次(ci)(ci)(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)通道(dao)(dao)、二(er)次(ci)(ci)(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)旋(xuan)流器(qi)及(ji)(ji)二(er)次(ci)(ci)(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)噴(pen)口(kou)；三(san)(san)次(ci)(ci)(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)包(bao)括(kuo)(kuo)三(san)(san)次(ci)(ci)(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)旋(xuan)流器(qi)、三(san)(san)次(ci)(ci)(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)通道(dao)(dao)及(ji)(ji)三(san)(san)次(ci)(ci)(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)噴(pen)口(kou)；多級(ji)氨(an)(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)系(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)包(bao)括(kuo)(kuo)均(jun)在周(zhou)向(xiang)均(jun)布(bu)于(yu)中心風(feng)(feng)(feng)(feng)管(guan)及(ji)(ji)二(er)次(ci)(ci)(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)通道(dao)(dao)中的(de)數支一(yi)級(ji)氨(an)(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)噴(pen)槍(qiang)和(he)(he)二(er)級(ji)氨(an)(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)噴(pen)槍(qiang)；每(mei)級(ji)氨(an)(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)噴(pen)槍(qiang)均(jun)與(yu)各(ge)(ge)自(zi)的(de)配氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)環相連(lian)，各(ge)(ge)配氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)環均(jun)與(yu)各(ge)(ge)自(zi)設有調節閥的(de)氨(an)(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)輸送管(guan)相連(lian)。本發明可形成煤粉(fen)和(he)(he)氨(an)(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)離(li)散(san)(san)多火焰燃(ran)燒(shao)，在實現不同(tong)比例氨(an)(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、煤粉(fen)穩定燃(ran)燒(shao)的(de)同(tong)時，達到低(di)nox排放的(de)效果(guo)。

5、如cn114636153a公開了一(yi)(yi)種用于燃(ran)(ran)(ran)(ran)氣(qi)(qi)(qi)(qi)鍋爐的氨氣(qi)(qi)(qi)(qi)和天然氣(qi)(qi)(qi)(qi)雙(shuang)燃(ran)(ran)(ran)(ran)料燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒器，包括中心(xin)風(feng)(feng)(feng)(feng)管(guan)(guan)(guan)；中心(xin)風(feng)(feng)(feng)(feng)管(guan)(guan)(guan)外依(yi)次(ci)(ci)套(tao)設(she)(she)一(yi)(yi)次(ci)(ci)燃(ran)(ran)(ran)(ran)氣(qi)(qi)(qi)(qi)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)、一(yi)(yi)次(ci)(ci)空氣(qi)(qi)(qi)(qi)套(tao)管(guan)(guan)(guan)、二次(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)套(tao)管(guan)(guan)(guan)以及周界(jie)(jie)風(feng)(feng)(feng)(feng)套(tao)管(guan)(guan)(guan)；一(yi)(yi)次(ci)(ci)燃(ran)(ran)(ran)(ran)氣(qi)(qi)(qi)(qi)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)側壁上(shang)設(she)(she)置(zhi)若(ruo)干(gan)氨氣(qi)(qi)(qi)(qi)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)；一(yi)(yi)次(ci)(ci)空氣(qi)(qi)(qi)(qi)套(tao)管(guan)(guan)(guan)側壁上(shang)設(she)(she)置(zhi)循環煙氣(qi)(qi)(qi)(qi)管(guan)(guan)(guan)道(dao)(dao)；二次(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)套(tao)管(guan)(guan)(guan)進氣(qi)(qi)(qi)(qi)端設(she)(she)置(zhi)二次(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)蝸(gua)殼(ke)，二次(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)套(tao)管(guan)(guan)(guan)內部設(she)(she)置(zhi)軸(zhou)向旋(xuan)流葉片；周界(jie)(jie)風(feng)(feng)(feng)(feng)套(tao)管(guan)(guan)(guan)進氣(qi)(qi)(qi)(qi)端設(she)(she)置(zhi)周界(jie)(jie)風(feng)(feng)(feng)(feng)蝸(gua)殼(ke)；中心(xin)風(feng)(feng)(feng)(feng)管(guan)(guan)(guan)出氣(qi)(qi)(qi)(qi)端設(she)(she)置(zhi)燃(ran)(ran)(ran)(ran)氣(qi)(qi)(qi)(qi)噴(pen)嘴，燃(ran)(ran)(ran)(ran)氣(qi)(qi)(qi)(qi)噴(pen)嘴上(shang)設(she)(she)置(zhi)穩(wen)燃(ran)(ran)(ran)(ran)鈍(dun)體；燃(ran)(ran)(ran)(ran)氣(qi)(qi)(qi)(qi)噴(pen)嘴上(shang)開設(she)(she)若(ruo)干(gan)一(yi)(yi)次(ci)(ci)燃(ran)(ran)(ran)(ran)氣(qi)(qi)(qi)(qi)噴(pen)口(kou)，穩(wen)燃(ran)(ran)(ran)(ran)鈍(dun)體上(shang)開設(she)(she)若(ruo)干(gan)氨氣(qi)(qi)(qi)(qi)噴(pen)口(kou)。

6、然而，上(shang)述(shu)兩種方案都無法(fa)解(jie)決(jue)氫儲運低(di)成本零碳清潔(jie)化、氨(an)(an)燃燒(shao)(shao)效率低(di)及鍋爐熱效率較低(di)的問題，亟需開發一種新型純氨(an)(an)燃燒(shao)(shao)系(xi)統(tong)工(gong)藝(yi)技術(shu)來解(jie)決(jue)現有氨(an)(an)燃燒(shao)(shao)工(gong)藝(yi)的缺點。

技術實現思路

1、鑒于(yu)現有技術(shu)中存在的(de)(de)問題(ti)(ti)，本(ben)發明的(de)(de)目的(de)(de)在于(yu)提供一種氨(an)燃燒(shao)系統裝置及其(qi)運行(xing)方(fang)法，以解決現有氨(an)燃燒(shao)系統存在的(de)(de)氨(an)燃燒(shao)效率(lv)低(di)(di)及鍋爐熱效率(lv)較低(di)(di)的(de)(de)問題(ti)(ti)。

2、為達此(ci)目的，本發明采用以下技術方案：

3、第一方(fang)面，本(ben)發明提供了一種氨燃(ran)燒(shao)系統(tong)裝置(zhi)(zhi)，所述氨燃(ran)燒(shao)系統(tong)裝置(zhi)(zhi)包括(kuo)燃(ran)燒(shao)腔，及沿流體(ti)流動方(fang)向(xiang)依次(ci)設置(zhi)(zhi)于所述燃(ran)燒(shao)腔內的至少(shao)1個第一燃(ran)燒(shao)器(qi)組和至少(shao)1個第二燃(ran)燒(shao)器(qi)組；

4、所述第一燃(ran)燒器(qi)組配置(zhi)有氨氣給(gei)入端和含助(zhu)燃(ran)氣給(gei)入端；

5、所述第二(er)燃燒器組配置有(you)氨(an)氣(qi)給入端和(he)含(han)惰性氣(qi)給入端。

6、本發明(ming)提(ti)供的氨(an)燃(ran)(ran)(ran)燒系(xi)統裝置(zhi)，通過對燃(ran)(ran)(ran)燒腔內(nei)燃(ran)(ran)(ran)燒器進行合(he)理的配置(zhi)，采用(yong)第(di)一燃(ran)(ran)(ran)燒器組的氨(an)燃(ran)(ran)(ran)料混氫不僅提(ti)高了(le)層流(liu)火焰速度，還可以降(jiang)低著火能，拓(tuo)寬穩燃(ran)(ran)(ran)范圍；同(tong)時結(jie)合(he)第(di)二燃(ran)(ran)(ran)燒器組改(gai)進了(le)火焰形態結(jie)構和爐膛(tang)燃(ran)(ran)(ran)燒氛圍，降(jiang)低nox排放，提(ti)高了(le)氨(an)燃(ran)(ran)(ran)燒效率。

7、作為本發明優選(xuan)的(de)技術方案，所(suo)述氨燃燒系(xi)統裝置還包(bao)括(kuo)液(ye)氨供(gong)給端(duan)、第(di)一(yi)換(huan)熱器、第(di)二換(huan)熱器、第(di)一(yi)分(fen)解器和第(di)二分(fen)解器和氫(qing)氮分(fen)離器。

8、作為本發明優(you)選的技術方案，所述(shu)液(ye)氨(an)供給端(duan)與第(di)一換(huan)熱(re)器、第(di)二(er)換(huan)熱(re)器的冷介質給入口分別相連接。

9、優(you)選地，所述液(ye)氨供給端與(yu)第一換熱(re)器之間設置有(you)第一閥(fa)。

10、優選地，所述(shu)液氨供(gong)給端與(yu)第二換(huan)熱器(qi)之間(jian)設置(zhi)有第二閥(fa)。

11、作為(wei)本發明優選的(de)技術方案，所述第(di)一換熱器(qi)和(he)第(di)二換熱器(qi)通過管路(lu)連接(jie)。

12、優選(xuan)地(di)，所述第一(yi)換熱(re)器通過管路(lu)與(yu)氨氣給(gei)入(ru)端相連接(jie)。

13、優選地(di)，所(suo)述第(di)一換熱器與氨氣給入(ru)端(duan)之間(jian)設置有第(di)三閥。

14、優選地，所述(shu)第二換熱器通過管路與(yu)氨氣給入(ru)端(duan)相連接。

15、優選地(di)，所述第(di)(di)一換(huan)熱器通過管(guan)路分(fen)(fen)別與第(di)(di)一分(fen)(fen)解(jie)器和第(di)(di)二(er)分(fen)(fen)解(jie)器相連接(jie)。

16、優選地，所述第(di)二換熱器通過管路(lu)分別與第(di)一分解(jie)器和第(di)二分解(jie)器相連(lian)接。

17、作為本發明優選的(de)技術方案，所述第一分解器(qi)、第二分解器(qi)和第二換熱(re)器(qi)依次設(she)置于(yu)氨燃燒(shao)系(xi)統(tong)裝置的(de)煙(yan)道(dao)或煙(yan)氣(qi)再循環回路內，沿(yan)煙(yan)道(dao)內氣(qi)體的(de)流向。

18、優選地，所述(shu)第(di)一(yi)分解(jie)器(qi)(qi)和第(di)二(er)分解(jie)器(qi)(qi)的物料出口(kou)通過管(guan)路(lu)依次與第(di)一(yi)換熱(re)器(qi)(qi)和氫氮(dan)分離(li)器(qi)(qi)相(xiang)連接。

19、優選(xuan)地，所(suo)述(shu)第(di)一(yi)分(fen)解器(qi)和(he)第(di)二分(fen)解器(qi)的(de)物(wu)料出口通過管路與第(di)二燃燒器(qi)的(de)氮氣(qi)給入端(duan)相連接(jie)。

20、優選(xuan)地(di)，所述第一分解(jie)(jie)器和第二分解(jie)(jie)器的物料出口與(yu)第二燃燒(shao)器的含惰性氣給入端之間設置有(you)第四閥。

21、優選地，所述(shu)氮氣分離器的含氫物料(liao)出口通(tong)過(guo)管路與含助燃氣給入端相連接。

22、優選地，所述氮(dan)氣分離(li)器的含氮(dan)物料出口通過管(guan)路(lu)與含惰性氣給入端相連接。

23、第二方面，本發明提供(gong)如第一(yi)方面所(suo)述氨燃燒(shao)系統裝置的運行(xing)方法(fa)，所(suo)述運行(xing)方法(fa)包括：

24、液氨經換熱(re)升溫氣化，一(yi)部(bu)分氨氣分別給入第一(yi)燃燒器組(zu)(zu)和(he)第二燃燒器組(zu)(zu)進行(xing)燃燒，剩余氨氣進行(xing)分解，分解后的物(wu)(wu)(wu)料(liao)進行(xing)氫氮(dan)分離，得到含氫物(wu)(wu)(wu)料(liao)和(he)含氮(dan)物(wu)(wu)(wu)料(liao)；

25、所述含(han)氫物料給入(ru)第一燃(ran)(ran)燒器組進行燃(ran)(ran)燒；

26、所述含(han)氮物料(liao)給(gei)入第二燃(ran)燒器組進行燃(ran)燒。

27、作為本發明(ming)優(you)選的(de)技(ji)術(shu)方(fang)案，進入所述第(di)一燃燒器組(zu)的(de)氨氣為總氨氣體積的(de)48-72％。

28、優選地，進入(ru)所述第二燃燒器組(zu)的氨氣(qi)為(wei)總氨氣(qi)體積的12-18％。

29、優選地，進入(ru)所述(shu)分解的氨(an)氣為總氨(an)氣體積的10-40％。

30、作(zuo)為本發明優選的技術方案，所述分解包(bao)括第一分解和(he)第二分解。

31、優選(xuan)地，所述第一分解(jie)的(de)作業溫度為600-900℃。

32、優選地，所述第二分解在催化劑下進(jin)行。

33、優選(xuan)地，所(suo)述第二分解的作業溫(wen)度為400-500℃。

34、作為本發明(ming)優(you)選的技術方案(an)，所述分解所得部分物料(liao)直接(jie)給入第二(er)燃燒器組進行燃燒。

35、優選地，給入所述第二燃燒器(qi)組進行燃燒的(de)分(fen)解物(wu)料(liao)占全部(bu)分(fen)解物(wu)料(liao)的(de)30-40％。

36、作為本發(fa)明優(you)選的(de)(de)技術方案(an)，所述氮氫(qing)分(fen)離的(de)(de)方式包括變壓吸附(fu)分(fen)離、化學吸收分(fen)離或膜分(fen)離中的(de)(de)1種。

37、與現有技(ji)術方案相比，本發(fa)明具有以下有益效(xiao)果：

38、本發明提供(gong)的燃(ran)燒(shao)(shao)系統(tong)裝置(zhi)，相較于燃(ran)料(liao)電池對(dui)(dui)氫(qing)燃(ran)料(liao)的純度(du)要求(h2>99.97％、nh3<0.1ppmv、n2<1000ppmv)，本發明的系統(tong)裝置(zhi)中(zhong)，第(di)一燃(ran)燒(shao)(shao)器組摻氫(qing)達到(dao)20％即(ji)可大幅提高系統(tong)性能，對(dui)(dui)助燃(ran)氣如氫(qing)氣純度(du)要求低，即(ji)使(shi)氨在分(fen)(fen)解(jie)器中(zhong)未完全分(fen)(fen)解(jie)，仍可在第(di)二燃(ran)燒(shao)(shao)器組燃(ran)盡，因此燃(ran)燒(shao)(shao)對(dui)(dui)氨分(fen)(fen)解(jie)及分(fen)(fen)離要求很低，工藝(yi)對(dui)(dui)不同工況(kuang)的適應性強。

技術特征：

1.一種(zhong)氨燃(ran)(ran)燒(shao)系(xi)統裝置，其特征在于，所述(shu)氨燃(ran)(ran)燒(shao)系(xi)統裝置包括燃(ran)(ran)燒(shao)腔(qiang)(qiang)，及沿流體流動方向(xiang)依次(ci)設置于所述(shu)燃(ran)(ran)燒(shao)腔(qiang)(qiang)內的至(zhi)少(shao)1個第(di)一燃(ran)(ran)燒(shao)器組(zu)和至(zhi)少(shao)1個第(di)二燃(ran)(ran)燒(shao)器組(zu)；

2.如(ru)權利要求(qiu)1所述(shu)氨燃燒(shao)系統裝(zhuang)置，其(qi)特征在于(yu)，所述(shu)氨燃燒(shao)系統裝(zhuang)置還(huan)包括液(ye)氨供給端、第一(yi)換(huan)(huan)熱器(qi)(qi)、第二換(huan)(huan)熱器(qi)(qi)、第一(yi)分解器(qi)(qi)和第二分解器(qi)(qi)和氫氮分離器(qi)(qi)。

3.如權利要求2所述氨燃燒(shao)系統(tong)裝(zhuang)置，其特征(zheng)在于，所述液氨供給端與第一換熱器(qi)、第二換熱器(qi)的冷介(jie)質給入口分別相連(lian)接；

4.如(ru)權(quan)利(li)要求2或3所(suo)述氨燃燒系統裝置，其特征在于，所(suo)述第一換(huan)熱器(qi)和第二換(huan)熱器(qi)通過管路(lu)連接；

5.如權利(li)要求2-4任一項所述(shu)氨(an)燃燒(shao)系(xi)統裝置，其特征在于，所述(shu)第(di)(di)一分(fen)解(jie)器(qi)、第(di)(di)二分(fen)解(jie)器(qi)和第(di)(di)二換熱(re)器(qi)依次設置于氨(an)燃燒(shao)系(xi)統裝置的煙(yan)(yan)道或(huo)煙(yan)(yan)氣(qi)再循環(huan)回路內(nei)，沿煙(yan)(yan)道內(nei)氣(qi)體的流向；

6.一種如權利(li)要求(qiu)1-5任一項所(suo)述氨燃燒系(xi)統裝置的運行(xing)方法(fa)，其特征在于，所(suo)述運行(xing)方法(fa)包括(kuo)：

7.如權利要求(qiu)6所(suo)述運行(xing)方(fang)法，其(qi)特(te)征(zheng)在于，進(jin)入所(suo)述第一燃燒器組(zu)的氨氣為總氨氣體(ti)積的48-72％；

8.如權(quan)利要求(qiu)6或7所(suo)述運行(xing)方(fang)法(fa)，其特征在于，所(suo)述分(fen)(fen)(fen)解包括第一分(fen)(fen)(fen)解和第二(er)分(fen)(fen)(fen)解；

9.如權利要求6-8任(ren)一(yi)項所(suo)述(shu)運(yun)行方法，其特(te)征在于(yu)，所(suo)述(shu)分解所(suo)得部分物料(liao)直接給入第二燃燒器組進行燃燒；

10.如權利要求6-9任一(yi)項所述運行方法，其特征在(zai)于(yu)，所述氮氫分(fen)離(li)(li)的方式包(bao)括(kuo)變壓吸附(fu)分(fen)離(li)(li)、化(hua)學吸收分(fen)離(li)(li)或膜分(fen)離(li)(li)中的1種。

技術總結
本發明涉及一種氨燃燒系統裝置及其運行方法，具體涉及氨燃燒領域，所述氨燃燒系統裝置包括燃燒腔，及沿流體流動方向依次設置于所述燃燒腔內的至少1個第一燃燒器組和至少1個第二燃燒器組；所述第一燃燒器組配置有氨氣給入端和含助燃氣給入端；所述第二燃燒器組配置有氨氣給入端和含惰性氣給入端。本發明提供的氨燃燒系統裝置，通過對燃燒腔內燃燒器進行合理的配置，采用第一燃燒器組的氨燃料混氫不僅提高了層流火焰速度，還可以降低著火能，拓寬穩燃范圍；同時結合第二燃燒器組改進了火焰形態結構和爐膛燃燒氛圍，降低NO<subgt;x</subgt;排放，提高了氨燃燒效率。

技術研發人員：郝世超,李易澤,康洪幸,陸王琳,陸啟亮,鮑佳麒,徐凡,黃鈺澤,杜燁,李政
受保護的技術使用者：上海發電設備成套設計研究院有限責任公司
技術研發日：
技術公布日：2024/10/10