[发明专利]一种氨气的流化床燃烧装置和发电系统及其燃烧方法

说明书

本发明涉及氨气燃烧装置技术领域，一种氨气的流化床燃烧装置和发电系统及其燃烧方法；所述燃烧装置包括流化床燃烧器壳体、流化床床层、布风板、增压室、助燃气体进气口、燃料气进气管和烟气排气口；布风板整体安装在流化床燃烧器壳体的下部，流化床床层布置在布风板的上表面上；增压室位于布风板下方；助燃气体进气口设置在增压室上；燃料气进气管固定在布风板上，且与布风板内腔连通；烟气排气口设置在流化床燃烧器壳体的上部。本发明设计的流化床燃烧装置彻底解决了氨气燃烧面临的着火能高、火焰传播速度低、着火浓度范围窄、不易稳定燃烧的问题。使得发电系统能够成功地使用氨气作为燃料，从而带来显著的二氧化碳减排效果。

技术领域

本发明涉及氨气燃烧装置技术领域，尤其涉及一种氨气的流化床燃烧装置，基于该装置的发电系统以及基于该发电系统的燃烧方法。

背景技术

本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

自工业革命以来，大量煤、石油和天然气等化石燃料的燃烧导致大气层二氧化碳浓度升高，造成全球气候变化，带来寒带冰川融化、海平面上升、热带地区林火频发等诸多问题，已经严重影响了人类社会的可持续发展。与化石燃料相比，氨气(NH₃)不含碳元素，因此，氨气的燃烧不会释放出二氧化碳。同时，氨气与氢相比具有容易液化的显著优势。此外，氨气是最为常用的化学品之一，储藏及运输设施完善，可以作为替代燃料大规模推广使用，能够有效降低二氧化碳排放。

氨可以完全通过可再生资源来制取，比如用太阳能、风能电解水获取氢气；分离空气获得氮气，然后合成氨气。对于氨气的燃烧技术，申请号为201080004187.2的中国专利文献公开了一种氨气的内燃机燃烧技术，用于为交通运输装置提供动力。但本发明人发现内燃机技术不适用于大规模发电应用。再例如，申请号为201910739277.9的中国专利文献公开了一种氨气的燃烧控制方法和装置，但本发明人发现该方法和装置主要用于为工业生产提供热量，并不不适用于大规模发电应用。

发明内容

本发明的主要目的是解决氨气不易点燃、燃烧速率低、燃烧火焰不稳定，难以用于大规模发电的问题，因为与甲烷等燃气相比，氨气的最小点火能较高，导致氨气不易被点燃，氨气与氧气的反应活性相对较弱，导致其燃烧速率相对较慢。为此，本发明提出了一种氨气的流化床燃烧装置，并基于该燃烧装置提出了一系列不同的发电系统。该发电系统以氨气作为燃料，实现了大规模发电过程的零二氧化碳排放。

为解决上述问题，实现上述目的，本发明公开如下所述的技术方案。

本发明的第一方面，提供一种氨气的流化床燃烧装置，包括：流化床燃烧器壳体、流化床床层、布风板、增压室、助燃气体进气口、燃料气进气管和烟气排气口。所述布风板安装在流化床燃烧器壳体的下部，所述流化床床层布置在布风板的上表面上；所述增压室位于布风板下方；所述助燃气体进气口设置在增压室上；所述燃料气进气管与布风板连通；所述烟气排气口设置在流化床燃烧器壳体的上部。

进一步地，所述布风板包括上平板、下平板、助燃气体通道、燃料气通道和布风板内腔。所述上平板、下平板均固定在流化床燃烧器壳体内壁上，从而围成布风板内腔。助燃气体通道由若干根穿透上平板、下平板的管道组成；所述燃料气通道由若干根穿透上平板的管道组成；所述燃料气进气管固定在下平板上，且与布风板内腔连通。

本发明的布风板使燃料气体和助燃气体分别进入流化床层后再进行混合、燃烧，而不是先预混后再送入流化床层燃烧，能够有效规避预混合带来的回火和爆炸等安全隐患。

进一步地，所述助燃气体通道和/或燃料气通道的上端，即喷嘴处设有风帽结构，且风帽结构的侧壁上开设气孔，防止床料颗粒进入通道造成堵塞。

进一步地，所述烟气排气口的烟气排出管路上设置有氨气逃逸催化器，有利于净化烟气，减小污染。