[發(fā)明專利]一種基于氨分解的摻氫低氮燃燒系統(tǒng)和方法

有效

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• 申請日: 2021-03-08
• 公開（公告）號: CN112902163B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許煥煥;葛一;馬春元;王志強(qiáng);任霄漢;錢釗;盧林;朱子霖
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: F23D14/02
• 分類號: F23D14/02;F23L1/00;F23L9/00;F23J15/06;C01B3/04
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張曉鵬

本發(fā)明涉及一種基于氨分解的摻氫低氮燃燒系統(tǒng)和方法。包括氨氣分解裝置、空氣源、燃燒裝置，燃燒裝置包括第一燃燒區(qū)、第二燃燒區(qū)，氨氣分解裝置內(nèi)部設(shè)置除氮?dú)庋b置，氨氣分解裝置的分解氣出口分別與第一燃燒區(qū)、第二燃燒區(qū)的氣體入口連接，空氣源分別與第一燃燒區(qū)、第二燃燒區(qū)的氣體入口連接，另有部分新鮮氨氣與第二燃燒區(qū)的尾部連接，第一燃燒區(qū)為富燃區(qū)，第二燃燒區(qū)為貧燃區(qū)。提供了一種氨氣作為氫氣載體，氨氣分解氣作為燃燒氣體，空氣作為供氧體的低氮燃燒系統(tǒng)。解決了氫氣的運(yùn)輸問題，解決了提高燃燒熱釋放速率的問題，解決了降低氮氧化物排放的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氨分解產(chǎn)氫燃燒技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于氨分解的摻氫低氮燃燒系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

公開該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不必然被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

氫氣作為一種高反應(yīng)特性燃料，被認(rèn)為是未來最重要的綠色清潔能源之一。H₂燃燒速率快，熱釋放速率高，燃燒產(chǎn)物僅為H₂O，無CO₂排放。開發(fā)以氫為燃料的新型燃燒技術(shù)和裝備，已成為緩解全球溫室效應(yīng)以及能源緊缺的突破口。由于氫較高的擴(kuò)散特性以及較高的反應(yīng)活性，在其運(yùn)輸、存儲以及燃燒過程存在易泄漏、易爆炸和回火等一系列的安全問題，這也是研發(fā)氫燃料利用技術(shù)的關(guān)鍵瓶頸。

氨分子中含有三個氫原子，單位質(zhì)量氨含氫17.6％。氨的能量密度達(dá)到13.6GJ/m³，是氫的3倍之多，而具體能量成本僅為13.3$/GJ，僅是氫的三分之一。氨能量密度大、易液化、便于存儲及攜帶，是一種優(yōu)質(zhì)的H₂能源載體。此外，NH₃燃燒的理想產(chǎn)物為N₂和H₂O，燃燒過程無CO₂排放。利用NH₃作為燃料也是目前降低碳排放的途徑之一。氨利用過程中無CO₂排放，且國內(nèi)成熟的氨生產(chǎn)工藝為氨燃料的來源提供保證，若生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)無CO₂排放，如利用風(fēng)能、太陽能等新能源合成氨，則氨的整個生命周期鏈就能實(shí)現(xiàn)CO₂零排放。但是氨氣作為一種燃料，其可燃范圍窄，火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊停瑢?shí)際在空氣中進(jìn)行燃燒時會產(chǎn)生較多的氮氧化物，對空氣產(chǎn)生污染。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于氨分解的摻氫低氮燃燒系統(tǒng)和方法。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

第一方面，一種基于氨分解的摻氫低氮燃燒系統(tǒng)，包括氨氣分解裝置、空氣源、燃燒裝置，燃燒裝置包括第一燃燒區(qū)、第二燃燒區(qū)，氨氣分解裝置內(nèi)部設(shè)置除氮?dú)庋b置，氨氣分解裝置的分解氣出口分別與第一燃燒區(qū)、第二燃燒區(qū)的氣體入口連接，空氣源分別與第一燃燒區(qū)、第二燃燒區(qū)的氣體入口連接，另有未進(jìn)入氨氣分解裝置的部分新鮮氨氣與第二燃燒區(qū)的尾部連接，第一燃燒區(qū)為富燃區(qū)，第二燃燒區(qū)為貧燃區(qū)。

提供了一種氨氣作為氫氣載體，氨氣分解氣作為燃燒氣體，空氣作為供氧體的低氮燃燒系統(tǒng)。通過氨載氫解決了氫氣的運(yùn)輸問題，通過調(diào)節(jié)氨分解制氫和配風(fēng)解決了提高燃燒熱釋放速率和燃燒穩(wěn)定性的問題，通過燃燒初期欠氧和燃燒后期氨還原解決了降低氮氧化物排放的問題。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，第一燃燒區(qū)的內(nèi)部設(shè)置燃燒器與燃?xì)鈬娮臁?/p>

在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，第二燃燒區(qū)設(shè)置二次風(fēng)進(jìn)口和氨氣進(jìn)口，氨氣進(jìn)口與氨氣分解裝置的出口連接。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，還包括換熱器，氨氣分解裝置設(shè)置換熱夾套，燃燒裝置的煙氣出口分別與換熱器、氨氣分解裝置的換熱夾套連接。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，還包括供氨氣裝置，供氨氣裝置與換熱裝置連接，換熱裝置與氨氣分解裝置連接。