一種低氮氨煤穩燃旋流燃燒器

本發明涉及一種燃燒器，具體涉及一種低氮氨煤穩燃旋流燃燒器，屬于燃煤低碳低氮清潔燃燒領域。

背景技術：

1、燃煤電站鍋爐是中國主要的co2排放源，在“碳達峰、碳中和”目標下，燃煤電站鍋爐碳減排備受重視。氨作為優良的無碳燃料，與煤摻混燃燒受到廣泛關注。然而，燃煤摻氨燃燒的應用也存在技術性問題。首先，nh3的層流燃燒速度比其他氣體燃料(如h2、ch4、合成氣)慢得多，表明nh3的燃燒特性較差。nh3的點燃需要更高的活化能，而nh3燃燒過程釋放的熱量又相對較低。其次，nox排放是nh3燃燒的另一個主要挑戰。nh3分子中n的質量分數高于82％，這可能導致燃料型氮氧化物大量生成。因此要實現氨煤混燃在電站鍋爐上的工程應用，必須要充分了解nh3的燃燒及nox排放特性，并針對性地研究燃燒強化及nox控制措施。

2、隨著中國風電、光伏發電等新能源裝機規模持續擴大，新能源出力波動性日益增強，對電力系統調節能力提出更高要求。目前電力系統調節能力尚難以完全適應新能源發展需要，導致電力運行高峰時段頂峰能力不足與低谷時段消納問題并存，成為影響電力供需平衡、制約新能源高效利用的突出問題。煤電做為基礎調節能源，承擔著負荷靈活性調節的關鍵職責。因此為使燃煤鍋爐在不進行重大改造的情況下實現氨煤混燃，需開發出基于氨煤混燃的、適用于靈活調峰過程的低碳、低nox旋流燃燒技術。

3、目前全球范圍內將氨作為低碳燃料的研究仍處于起步階段，在煤氨混燃過程中，由于氨氣在燃燒過程中未能完全燃燼，使得氨氣從鍋爐出口流出，造成氨氣逃逸的現象，導致氨氣從鍋爐中釋放到外部環境中。另外，因氨中富含82％的氮元素，使得nox的排放可達數千ppm級，且燃燒過程生成的nox對氣氛高度敏感，造成了nox排放量高。尚未有解決使用氨煤混燃技術所產生的氨逃逸和高nox排放的問題。

4、綜上所述，現有氨煤混燃技術存在氨逃逸和nox排放量高的問題。

技術實現思路

1、本發明的目的是為了解決現有氨煤混燃技術存在氨逃逸和nox排放量高的問題。進而提供一種低氮氨煤穩燃旋流燃燒器，其是一種氨煤混燃的、適用于靈活調峰過程的低碳、低nox旋流燃燒技術。

2、本發明的技術方案是：一種低氮氨煤穩燃旋流燃燒器包括中心nh3管道，所述中心nh3管道內通入nh3，它還包括一次風煤粉管道、外層nh3管道、內二次風管道、外二次風管道、切向葉片和第二軸向葉片，一次風煤粉管道套裝在中心nh3管道上，一次風煤粉管道和中心nh3管道之間形成一次風通道，外層nh3管道套裝在一次風煤粉管道上，外層nh3管道和一次風煤粉管道之間形成nh3通道，內二次風管道套裝在外層nh3管道上，內二次風管道和外層nh3管道之間形成內二次風通道，外二次風管道套裝在內二次風管道上，外二次風管道和內二次風管道之間形成外二次風通道，切向葉片和第二軸向葉片分別安裝在內二次風通道和外二次風通道上；一次風煤粉管道和外層nh3管道的內側設有收口結構，通過外層氨、中層煤和中心氨的方式實現依次點燃并分級燃燒。

3、進一步地，一次風煤粉管道的收口角度與外層nh3管道的收口角度相同。

4、更進一步地，外層nh3管道包括管體、第三管體、第一可調擋板和第二可調擋板，管體的外圓周上均布有多個開孔，第一可調擋板安裝在管體的內端面上并與一次風煤粉管道的收口處平行，第二可調擋板安裝在開孔的外端面上，第三管體套裝在管體上，且第三管體與管體之間形成回流環腔。

5、優選地，第一可調擋板和第二可調擋板均為環形擋板。

6、優選地，第一可調擋板的橫截面形狀為直角三角形，第二可調擋板的橫截面形狀為矩形。

7、進一步地，還包括回流發生器，回流發生器安裝在管體的右側端面上。

8、進一步地，內二次風管道和外二次風管道的開口側直徑漸增。

9、進一步地，管體與第三管體之間留有間隙。

10、優選地，切向葉片和第二軸向葉片安裝在同一個徑向平面上。

11、更進一步地，第一可調擋板的外側與管體的內側壁之間形成的區域為低壓區。

12、本發明與現有技術相比具有以下效果：

13、1.本發明使用nh3燃料與煤摻混燃燒，能夠有效減少co2的排放。氨燃料的利用對促進低碳能源發展具有重要價值，為實現熱力、電力行業碳達峰、碳中和提供了具有競爭力的技術路徑。作為化學儲能的一種形式，可消納富余的風電、光電等間歇性可再生能源，促進可再生能源的開發和利用.作為較高能量密度的化學燃料，易于存儲和運輸，可促進實現可再生能源的大規模、長時間存儲和遠距離、跨地域輸運.儲運及處置知識、技術和設施成熟，可適用于不同應用場景。

14、2.本發明提供的低nox氨煤混燃技術，通過外層氨→中層煤→中心氨依次點燃的分級燃燒方式，將火焰拉長，避免出現局部高溫區，降低nox的生成速率。

15、3.本發明提供的強化穩燃低nox氨煤混燃技術組織方式，通過建立具有可控高溫煙氣回流、外層氨-中層煤-中心氨分級燃燒以及多場協同的燃燒組織機制，能夠實現大比例摻氨高效低nox穩定運行。

16、4.本發明提供的裝置系統通過設置收縮口結構，使一次風及外層nh3通道在燃燒器內部形成高速射流，在射流根部形成低壓區。在壓差作用下，燃燒器出口的高溫煙氣通過回流環腔，流動至外層nh3通道根部。高溫回流在外層nh3高速射流的引射作用下，與其摻混，開始加熱外層nh3氣流。外層nh3氣流加熱至著火點(650℃)以上后，由內側一次風供氧，開始穩定燃燒。高溫煙氣的回流動力由收縮口結構作用下的高速射流提供，因此其自升溫穩燃能力突出。

17、5.本發明提供的中心與外層nh3通道，能夠靈活控制每個通道的nh3流量。能在不同負荷條件下通過調節中心和外層nh3通道的nh3流量，保持穩燃。實現靈活調峰運行下低nox氨煤穩定混燃。

18、6.本發明提供的移動滑塊，能夠通過滑塊移動靈活控制外層nh3流量及回流腔內的流量大小，以確保實現靈活調峰運行下低nox氨煤穩定混燃。

19、7.本發明提供的氨煤混燃技術可以實現氨煤混燃的低nox排放，可以避免重新設計與安裝新燃燒系統的高成本。

20、8.本發明提供的裝置系統將解決目前工業應用方面未實現的大比例摻氨穩燃與高效燃盡問題。內二次通道與外二次通道內的切向和軸向葉片采用的記憶合金具有形狀記憶效應、超彈性、良好的耐腐蝕性及力學性能功能等優點。

技術特征：

1.一種低氮氨煤穩燃旋流燃燒器，它包括中心nh3管道(1)，所述中心nh3管道(1)內通入nh3，其特征在于：它還包括一次風煤粉管道(2)、外層nh3管道(3)、內二次風管道(4)、外二次風管道(5)、第一軸向葉片(6)和第二軸向葉片(7)，

2.根據權利要求1所述的一種低氮氨煤穩燃旋流燃燒器，其特征在于：一次風煤粉管道(2)的收口角度與外層nh3管道(3)的收口角度相同。

3.根據權利要求2所述的一種低氮氨煤穩燃旋流燃燒器，其特征在于：外層nh3管道(3)包括管體(3-3)、第三管體(3-5)、第一可調擋板(3-1)和第二可調擋板(3-2)，

4.根據權利要求3所述的一種低氮氨煤穩燃旋流燃燒器，其特征在于：第一可調擋板(3-1)和第二可調擋板(3-2)均為環形擋板。

5.根據權利要求4所述的一種低氮氨煤穩燃旋流燃燒器，其特征在于：第一可調擋板(3-1)的橫截面形狀為直角三角形，第二可調擋板(3-2)的橫截面形狀為矩形。

6.根據權利要求5所述的一種低氮氨煤穩燃旋流燃燒器，其特征在于：它還包括回流發生器(10)，回流發生器(10)安裝在管體(3-3)的右側端面上。

7.根據權利要求6所述的一種低氮氨煤穩燃旋流燃燒器，其特征在于：內二次風管道(4)和外二次風管道(5)的開口側直徑漸增。

8.根據權利要求7所述的一種低氮氨煤穩燃旋流燃燒器，其特征在于：管體(3-3)與第三管體(3-5)之間留有間隙。

9.根據權利要求8所述的一種低氮氨煤穩燃旋流燃燒器，其特征在于：切向葉片(6)和第二軸向葉片(7)安裝在同一個徑向平面上。

10.根據權利要求9所述的一種低氮氨煤穩燃旋流燃燒器，其特征在于：第一可調擋板(3-1)的外側與管體(3-3)的內側壁之間形成的區域為低壓區。

技術總結
一種低氮氨煤穩燃旋流燃燒器，它涉及燃煤低碳低氮清潔燃燒領域。本發明為了解決現有氨煤混燃技術存在氨逃逸和NOx排放量高的問題。本發明的一次風煤粉管道套裝在中心NH<subgt;3</subgt;管道上，一次風煤粉管道和中心NH<subgt;3</subgt;管道之間形成一次風通道，外層NH<subgt;3</subgt;管道套裝在一次風煤粉管道上，外層NH<subgt;3</subgt;管道和一次風煤粉管道之間形成NH<subgt;3</subgt;通道，內二次風管道套裝在外層NH<subgt;3</subgt;管道上，內二次風管道和外層NH<subgt;3</subgt;管道之間形成內二次風通道，外二次風管道套裝在內二次風管道上，外二次風管道和內二次風管道之間形成外二次風通道，切向葉片和軸向葉片分別安裝在內二次風通道和外二次風通道上。本發明用于煤粉旋流燃燒。

技術研發人員：王浩鵬,鄧姍姍,曹西金,閆濤,彭建華,張坤,遆曙光,楊智
受保護的技術使用者：鄭州輕工業大學
技術研發日：
技術公布日：2024/10/21