[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

说明书

本发明提供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，能够有效利用燃煤电厂波谷余电，提高机组的灵活性和经济性，实现废能再利用，同时提升最低稳燃负荷下主燃区喷氨的脱硝效率，降低炉膛出口氮氧化物排放量，设计合理，简单高效，稳定可行。其中，还原剂喷口分别与电解制氢装置的氢气输出端和氨储罐的氨气输出端连接，还原剂喷口与电解制氢装置的氢气输出端的连接管道上设置氢气流量控制阀，还原剂喷口与氨储罐的氨气输出端的连接管道上设置氨气流量控制阀；SOFA喷口输入端与电解制氢装置的氧气输出端连接；电解制氢装置的氢气输出端还与电催化制氨装置的氢气输入端连接。

技术领域

本发明涉及烟气脱硝技术领域，具体为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。

背景技术

随着电网装机容量的快速增加，电力供需不匹配问题日益严峻，居民用电量远小于供电量。在用电低谷时，燃煤电厂需参与深度调峰，为保证锅炉燃烧稳定性，锅炉负荷不能无限降低，存在一个最低稳燃负荷，导致燃煤机组在波谷用电时期存在余电浪费。此外，深度调峰期间锅炉长期处于低负荷运行，此时一次风煤比过大，燃烧初期氧量较高，导致煤粉燃烧产生的NOx质量浓度升高难以达到目前的排放标准，降低了火电机组深度调峰能力。

炉内高温还原区喷氨脱硝技术是建立在空气分级基础上的多种脱硝技术联合使用的方法，在炉内主燃区形成的高温(1200-1600℃)、缺氧环境下喷入氨基还原剂，从而还原烟气中的NOx。由于高温喷氨是空气分级与喷氨技术联合使用的方法，故能达到更高的脱硝效率。如果有过量的氨剂进入炉膛下游，即燃尽区，也会被过量空气所氧化，解决氨逃逸的问题。火电厂烟气脱硝常用氨作为还原剂，为运输及储存便利，通常将气态的氨气通过加压或冷却得到液态氨。液氨属于重大危险源，其运输和储存都具有较大的安全风险。工业上合成氨采用传统的Haber-Bosch法，以N₂和H₂为原料，在高温、高压和催化剂的作用下进行，该方法工艺流程复杂、氢的平衡转化率低、能耗高。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供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，能够有效利用燃煤电厂波谷余电，提高机组的灵活性和经济性，实现废能再利用，同时提升最低稳燃负荷下主燃区喷氨的脱硝效率，降低炉膛出口氮氧化物排放量，设计合理，简单高效，稳定可行。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于电催化制氨的燃煤锅炉高温喷氨脱硝系统，包括锅炉、汽轮机、发电机，以及电解水制氢装置、电催化制氨装置和氨储罐；

所述锅炉采用空气分级燃烧，炉膛侧壁自下而上依次设置有低氮燃烧器、还原剂喷口和SOFA喷口；

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

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

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

优选地，所述电解水制氢装置包括阳极、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的供电端连接。

优选地，所述电解水制氢装置的电解槽采用质子交换膜电解槽。

优选地，所述电催化制氨装置包括阴极、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。