一种微粉化煤与氨的低氮燃烧系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及燃煤机组技术领域，特别涉及一种微粉化煤与氨的低氮燃烧系统及其工作方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

氢(H

近一半的煤炭用于燃烧发电，是碳排放的最大单一来源。燃煤耦合氨燃烧被认为是一种快速可行的有效减少CO

鉴于上述煤粉掺氨燃烧的优点，国内外研究者开展了大量的研究工作，提出了一些新型的煤粉掺氨燃烧方法与技术。例如，中国专利公告号为“CN113217937 A”，名称为“一种利用氨燃烧降低燃煤机组二氧化碳排放的系统及方法”的专利；中国专利公布号为“CN114576647A”，专利名称为“一种燃煤锅炉掺氨燃烧与降氮调控系统及运行方法”的专利；中国专利公告号为“CN113154369A”，名称为“一种煤粉和氨混合燃料预热解燃烧系统和方法”的专利。

但是，以上专利技术虽可实现煤粉一定比例的替代燃烧减轻燃煤锅炉碳排放，但不可否认，为实现掺烧比例可调，在同一锅炉采用不同形式的掺混方式(燃烧器内混、燃烧器外混)，将导致系统较为复杂，运行调控难度增加；同时，现有专利技术更多的是关注掺烧过程的氮氧化物排放，并未解决掺烧过程中的氨逃逸以及煤粉燃尽等问题，这些问题将进一步抑制氨煤掺混燃烧技术的推广与应用。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种微粉化煤与氨的低氮燃烧系统及其工作方法，通过磨煤机、粗粉分离器和气流粉碎机等的组合，进行合格煤粉的筛选，并对合格煤粉进行微粉化，得到微粉化煤，进而将微粉化煤与氨气燃烧相结合，改善了氨气低劣的燃烧特性，避免了大比例掺烧时的氨逃逸，且降低了煤氮氧化物以及氨氮氧化物的生成。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种微粉化煤与氨的低氮燃烧系统，包括锅炉、储氨装置以及依次连接的原煤斗、下行干燥管、磨煤机、粗粉分离器、气流粉碎机和煤氨混合喷口；且粗粉分离器还与所述下行干燥管连接，所述煤氨混合喷口还连接所述储氨装置，所述煤氨混合喷口设置于锅炉内；

所述储氨装置，用于提供氨气；

所述原煤斗，用于提供原煤；

所述下行干燥管，用于混合并干燥原煤和不合格煤粉；

所述磨煤机，用于将干燥后的原煤和不合格煤粉磨制为煤粉；

所述粗粉分离器，用于将细度不合格的煤粉分离出来；

所述气流粉碎机，用于通过多股气流对合格煤粉进行粉碎，得到微粉化煤粉；

所述煤氨混合喷口，用于将氨气和微粉化煤粉混合后，喷入所述锅炉。

进一步地，还包括设置于所述原煤斗与所述下行干燥管之间的给煤机；

所述给煤机，用于将所述原煤从所述原煤斗输送至所述下行干燥管。

进一步地，还包括设置于所述原煤斗与所述给煤机之间的自动磅秤；

所述自动磅秤，用于对进入所述给煤机的煤粉定量。

进一步地，还包括设置于所述锅炉内的与所述储氨装置连接的氨气喷口，且所述氨气喷口与所述煤氨混合喷口设置于同一水平面；

所述氨气喷口，用于将氨气喷入所述锅炉。

进一步地，所述储氨装置包括液氨储罐和液氨蒸发器；

所述液氨储罐，用于存储液态氨；

所述液氨蒸发器，用于将所述液态氨蒸发为氨气。

进一步地，还包括设置于所述粗粉分离器和所述气流粉碎机之间的煤粉仓；

所述煤粉仓，用于存储所述合格煤粉。

进一步地，还包括送风机和设置于所述锅炉末端的空气预热器；

所述送风机，用于将空气送入所述空气预热器；

所述空气预热器，用于对空气进行加热。

进一步地，还包括与所述煤氨混合喷口连接的二次风箱，还包括设置于锅炉内的燃尽风喷口，且所述燃尽风喷口设置于所述煤氨混合喷口的正上方；

所述空气预热器分别与所述二次风箱、燃尽风喷口和下行干燥管连接。

进一步地，所述气流粉碎机连接有动力气源；

所述动力气源，用于为所述气流粉碎机提供气流。

本发明第二方面提供了如第一方面所述一种微粉化煤与氨的低氮燃烧系统的工作方法，包括如下步骤：

储氨装置提供氨气；

原煤斗提供原煤；

下行干燥管混合并干燥原煤和不合格煤粉；

磨煤机将干燥后的原煤和不合格煤粉磨制为煤粉；

粗粉分离器将细度不合格的煤粉分离出来；

气流粉碎机通过多股气流对合格煤粉进行粉碎，得到微粉化煤粉；

煤氨混合喷口将氨气和微粉化煤粉混合后，喷入锅炉。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过磨煤机、粗粉分离器和气流粉碎机等的组合，进行合格煤粉的筛选，并对合格煤粉进行微粉化，得到微粉化煤，并将微粉化煤与氨气燃烧相结合，改善了氨气低劣的燃烧特性，避免了大比例掺烧时的氨逃逸，未来有望成为一种可值得大力推广的新型的煤粉低碳高效清洁利用技术。

本发明将微粉化煤与氨气燃烧相结合，微粉化煤粉相较于传统煤粉，反应活性更高，挥发分可大量提前释放，可充分发挥以CH

本发明通过磨煤机、粗粉分离器和气流粉碎机等的组合，得到微粉化煤，微粉化煤由于粒径比普通煤粉要小，随着煤粉颗粒粒径的减小，其表面积显著增加，平均孔径减小，孔容积增加，这些将导致微粉化煤着火提前，着火提前，燃烧强度大，也更易燃尽。

本发明存在燃烧器内混以及燃烧器外混等多种方式，可根据锅炉实时燃烧状况灵活可调。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1的一种微粉化煤与氨的低氮燃烧系统的结构图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

本发明实施例1提供了一种微粉化煤与氨的低氮燃烧系统。

本实施例提供了一种微粉化煤与氨的低氮燃烧系统，旨在协同解决煤粉掺氨燃烧过程氮氧化物排放、氨逃逸以及煤粉燃尽等问题，对于燃煤机组，实现碳减排具有重要的意义。

本实施例提供了一种微粉化煤与氨的低氮燃烧系统，通过燃煤锅炉掺烧氨气进行大比例替代煤粉，在大幅度减碳的同时，控制氮氧化物排放浓度不超标，对于燃煤机组实现碳减排具有重要的意义。

本实施例提供了一种微粉化煤与氨的低氮燃烧系统，如图1所示，包括：原煤斗1、自动磅秤2、给煤机3、下行干燥管4、磨煤机5、粗粉分离器6、氨气喷口7、储氨装置(液氨蒸发器8、液氨储罐9)、煤粉仓10、气流粉碎机11、动力气源12、二次风箱13、煤氨混合喷口14、燃尽风喷口15、锅炉16、空气预热器17、送风机18。

其中，原煤斗1依次通过自动磅秤2和给煤机3，连接至下行干燥管4；下行干燥管4与磨煤机5连接；磨煤机5与粗粉分离器6连接，粗粉分离器6还与下行干燥管4连接；粗粉分离器6与煤粉仓10连接；煤粉仓10与气流粉碎机11连接；动力气源12与气流粉碎机11连接；气流粉碎机11通过热风管道输送燃料至锅炉16，具体的，气流粉碎机11连接煤氨混合喷口14，煤氨混合喷口14还连接储氨装置，煤氨混合喷口14设置于锅炉内；氨气喷口设置于锅炉内，与储氨装置连接，且氨气喷口与煤氨混合喷口设置于同一水平面；煤氨混合喷口连接二次风箱；空气预热器分别与二次风箱、燃尽风喷口和下行干燥管连接；燃尽风喷口设置于锅炉内，且燃尽风喷口设置于所述煤氨混合喷口的正上方；空气预热器17设置于锅炉末端，其与送风机连接。液氨储罐9与液氨蒸发器8相连；液氨蒸发器8与氨气喷口7以及煤氨混合喷口14连接，用于掺氨量的可控调节。

其中，原煤斗1，用于存储锅炉燃烧启动并稳定运行所需要的煤粉，用于提供原煤。

其中，自动磅秤2，用于对进入给煤机3的燃烧煤粉的定量。

其中，给煤机3，用于输送煤粉并保证一定的制粉出力，将原煤从原煤斗1输送至下行干燥管4。

其中，下行干燥管4，用于混合并干燥原煤和经粗粉分离器分离后的不合格煤粉。

其中，磨煤机5，用于将干燥后的原煤和不合格煤粉磨制为煤粉，保证单位时间内磨制具有一定细度的煤粉量。

其中，粗粉分离器6，用于一次分离合格的煤粉，通过改变上部导向叶片的倾角可调节煤粉的细度，将细度不合格的煤粉分离出来。

其中，氨气喷口7，用于将氨气喷入锅炉16，为锅炉提供低碳燃料，降低单位发电的碳排放强度。

其中，液氨蒸发器8，用于将液态氨转化氨气的相态，由易于存储的液态蒸发为易于燃烧释能的气态。

其中，液氨储罐9，用于存储液态氨燃料。

其中，煤粉仓10，用于存储符合细度要求的煤粉(合格煤粉)，保证磨煤机出力不受锅炉负荷限制，降低磨煤电耗和金属磨损量。

其中，微粉化煤破碎装置(气流粉碎机)11，用于通过多股气流对合格煤粉进行粉碎，得到微粉化煤粉，将传统粒径煤粉破碎至常规粒径以下并作为锅炉燃料，这样可以提高其比表面积，改善煤及氨的燃烧效率。

其中，动力气源12，用于为气流粉碎机11提供气流，提高粉碎所需要的动力。

其中，二次风箱13，用于提供锅炉燃烧所需要的二次风。

其中，煤氨混合喷口14，用于将微粉化煤粉与氨气混合后喷入锅炉的混合喷口，为锅炉提供燃料。

其中，燃尽风喷口15，用于保证煤粉与氨的充分燃烧。

其中，锅炉16，用于燃烧煤粉，并提供能量。

其中，空气预热器17，用于对空气进行加热，以预热二次风，燃料风以及磨煤机干燥风；空气预热器17经热风管道一路与下行干燥管4连接保证干燥热风量；一路与二次风箱13连接提供锅炉稳定高效燃烧所需要的二次风；另一路经热风管道将预热空气作为燃尽风送入炉膛保证煤粉完全燃烧。

其中，送风机18，作为空气传输的动力，用于保证一定的风煤比，用于将空气送入空气预热器17。

气流粉碎机11不同于传统的磨煤机，通过喷嘴高速喷射入粉碎腔，在多股高压气流的作用下物料被反复碰撞、磨擦、剪切而粉碎。该装置可提供粒径低于常规粒径的煤粉(0-40μm)，使煤粉着火提前，着火温度降低，燃尽率提高，同时煤粉经气流粉碎之后比表面积大大增加，从而更加有利于挥发分的析出，大幅度改善了氨气的燃烧状态。

氨气作为一种氢基燃料，相比于氢气，其合成及其配套工艺成熟，储运成本低，安全性高，可在全生命周期内实现零碳排放，是氢和能量的有效载体。在燃煤锅炉基础上掺烧氨气可以显著降低火电领域的二氧化碳排放。另外，本发明提供的氨气掺烧系统，存在燃烧器内混以及燃烧器外混等多种方式，可根据锅炉实时燃烧状况灵活可调。

氨气/空气混合物的着火温度较高、可燃范围较窄，且氨气/空气火焰的最大层流燃烧速度约为典型烃类燃料的20％，因此，氨的可燃性低、燃烧稳定性差。微粉化煤由于粒径比普通煤粉要小，随着煤粉颗粒粒径的减小，其表面积显著增加，平均孔径减小，孔容积增加，这些将导致微粉化煤着火提前，着火提前，燃烧强度大，也更易燃尽。因此，将微粉化煤与氨气燃烧相结合可改善氨气低劣的燃烧特性，避免大比例掺烧时的氨逃逸，未来有望成为一种可值得大力推广的新型的煤粉低碳高效清洁利用技术。

此外，氨中含氮量高，在燃烧利用过程中的大气污染物NO

传统的煤粉掺氨燃烧技术侧重于解决氨的高效稳燃，忽视了煤粉的燃尽问题，势必会导致火电厂运行燃料成本增加。相关实验研究表明，煤粉的加热、热解和释放挥发份大约需要0.1s，煤粉的着火时间一般在0.3s之内，因此焦炭的燃烧起决定性作用，煤粉经过所述系统微粉化之后，可以在较短的停留时间内实现较高的NO

实施例2

本发明实施例2提供了如实施例1中的一种微粉化煤与氨的低氮燃烧系统的工作方法，包括如下步骤：

储氨装置提供氨气；

原煤斗提供原煤；

下行干燥管混合并干燥原煤和不合格煤粉；

磨煤机将干燥后的原煤和不合格煤粉磨制为煤粉；

粗粉分离器将细度不合格的煤粉分离出来；

气流粉碎机通过多股气流对合格煤粉进行粉碎，得到微粉化煤粉；

煤氨混合喷口将氨气和微粉化煤粉混合后，喷入锅炉。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。