[发明专利]一种基于电催化制氨的燃煤锅炉高温喷氨脱硝系统及方法

权利要求书

1.一种基于电催化制氨的燃煤锅炉高温喷氨脱硝系统，其特征在于，包括锅炉(1)、汽轮机(8)、发电机(9)，以及电解水制氢装置(10)、电催化制氨装置(13)和氨储罐(14)；

所述锅炉(1)采用空气分级燃烧，炉膛侧壁自下而上依次设置有低氮燃烧器(2)、还原剂喷口(4)和SOFA喷口(5)；

所述SOFA喷口(5)位于锅炉炉膛燃尽区；所述低氮燃烧器(2)和氨气喷口(4)位于锅炉炉膛主燃区；所述的汽轮机(8)的输入端高温蒸汽由锅炉提供，汽轮机(8)的动力输出端连接发电机(9)输入端，发电机(9)供电端分别与电解水制氢装置(10)的电源端、电催化制氨装置(12)的电源端和外部电网连接；

所述还原剂喷口(4)分别与电解制氢装置(10)的氢气输出端和氨储罐(14)的氨气输出端连接，还原剂喷口(4)与电解制氢装置(10)的氢气输出端的连接管道上设置氢气流量控制阀(11)，还原剂喷口(4)与氨储罐(14)的氨气输出端的连接管道上设置氨气流量控制阀(15)；

所述SOFA喷口(5)输入端与电解制氢装置(10)的氧气输出端连接；电解制氢装置(10)的氢气输出端还与电催化制氨装置(13)的氢气输入端连接，电催化制氨装置(13)的氨气输出端与氨储罐(14)连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于电催化制氨的燃煤锅炉高温喷氨脱硝系统，其特征在于，所述电解水制氢装置(10)包括阳极、阴极和电解槽，阳极作为氧气输出端，阴极作为氢气输出端；电解槽的电源端与所述发电机(9)的供电端连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于电催化制氨的燃煤锅炉高温喷氨脱硝系统，其特征在于，所述电解水制氢装置(10)的电解槽采用质子交换膜电解槽。

4.根据权利要求1所述的一种基于电催化制氨的燃煤锅炉高温喷氨脱硝系统，其特征在于，所述电催化制氨装置(13)包括阴极、阳极和电解质层，阳极作为氢气输入端，阴极作为氮气输入端，电解质层设置在阳极和阴极之间。

5.根据权利要求4所述的一种基于电催化制氨的燃煤锅炉高温喷氨脱硝系统，其特征在于，所述电催化制氨装置(13)的阴极和阳极均采用多孔结构。

6.根据权利要求4所述的一种基于电催化制氨的燃煤锅炉高温喷氨脱硝系统，其特征在于，所述电催化制氨装置(13)的电解质层采用固体氧化物材料。

7.根据权利要求1所述的一种基于电催化制氨的燃煤锅炉高温喷氨脱硝系统，其特征在于，炉膛侧壁设置有位于低氮燃烧器(2)和还原剂喷口(4)之间的氧浓度检测装置(3)，以及位于SOFA喷口(5)上方的NOx浓度检测装置(6)；氧浓度检测装置(3)的输出端分别连接氢气流量控制阀(11)和氨气流量控制阀(15)的控制端，NOx浓度检测装置(6)的输出端连接氨气流量控制阀(15)的控制端。

8.一种基于电催化制氨的燃煤锅炉高温喷氨脱硝方法，其特征在于，基于权利要求1-7任一种所述的脱硝系统，包括以下步骤，

锅炉(1)在最低稳燃负荷以下运行时，开启电解制氢装置(10)和电催化制氨装置(13)，发电机(9)的余电一部分传送至电解制氢装置(10)制备氢气，另一部分输送至电催化制氨装置(13)制备氨气作为脱硝还原剂；

电解制氢装置(10)制取的氢气一部分通过氢气输出端输送至电催化制氨装置(13)的氢气输入端作为制氨原料，氢气在电催化制氨装置(13)的阳极被氧化为H+后输送至电催化制氨装置(13)的阴极与氮气发生反应制备得到氨气，将制取的氨气输送至氨储罐(14)；

氨储罐(14)中的氨气通过与氨气输出端连接的还原剂喷口(4)喷入主燃区进行脱硝处理。