[發明專利]一種可實現純氨高效清潔燃燒的燃燒裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 202110579860.5
• 申請日: 2021-05-26
• 公開（公告）號: CN113294801B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 涂垚杰;劉豪;徐順塔;黃璞;朱寧靜
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: F23K5/00
• 分類號: F23K5/00;F23L15/00;F23J15/06;C01B3/04
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 藍曉玉

本發明涉及清潔燃燒技術領域，公開了一種可實現純氨高效清潔燃燒的燃燒裝置，包括燃燒室以及與燃燒室連通的氨氣罐和空氣預熱器，所述氨氣罐與燃燒室之間沿著氨氣進氣方向分別連接氨氣蒸發器以及氨熱解電加熱器，所述空氣預熱器依次連通有氨熱解反應器和SCR反應器；還公開了其控制方法，包括如下步驟：S1、啟動階段；S2、燃燒自維持階段。本發明，在不摻混其他可燃氣體的前提下實現純氨的高效穩定燃燒，同時在單一燃燒室中就能實現燃燒尾氣中氮氧化物的低水平排放，本發明結構緊湊，流程簡單，適用于新建設備或者舊設備改造。

技術領域

本發明涉及清潔燃燒技術領域，具體是一種可實現純氨高效清潔燃燒的燃燒裝置及其控制方法。

背景技術

在當前“碳達峰”和“碳中和”的環保背景下，常規化石燃料在我國能源消費中的比例將大幅降低。由于新能源目前還不能完全取代化石燃料成為能源供給的主體，開發新型“低碳”，甚至是“零碳”燃料對我國能源結構轉型具有重要意義。其中，氫氣是當前最受關注的清潔燃料，但氫氣具有極高的生產和存儲成本，同時運輸過程還存在較高的爆炸風險。鑒于這些問題，氨氣作為一種新型的氫能載體及“零碳”燃料，具有存儲成本低、安全性能高的優點，近年來受到了國內外廣泛的關注。

我國是氨氣的生產大國，但近年來氨氣持續產能過剩。若能將這些過剩的氨氣加以利用，將有助于加速實現我國能源結構轉型。此外，近年來隨著生產工藝的不斷進步，合成氨的成本不斷下降，這也為氨氣作為燃料被利用提供了極好的技術支持。然而，氨氣的化學活性較差，純氨燃燒時容易出現火焰不穩定、效率低、甚至熄火的問題；同時由于自身含氮元素，燃燒排放的氮氧化物水平顯著升高。因此，為了提高氨氣在工業生產中的利用率，必須解決其燃燒穩定性差、效率低以及高氮氧化物排放的技術問題。

為了改善氨氣燃燒的穩定性，目前普遍采用的方法是與活性更高的可燃氣體摻混燃燒，例如甲烷、丙烷及液化石油氣等，如同中國專利CN 110440251 B中所提供的一種氨氣燃燒的控制方法及燃燒裝置。該專利所述的燃燒裝置在啟動階段需要額外增加含碳可燃氣體的供給，不僅使系統更為復雜，同時也無法實現真正的“零碳”排放，此外該裝置還需額外對煙氣中的氮氧化物進行處理，增加成本。另一方面，中國專利CN 107810365 B將氨氣和氫氣混合，實現了氨氣的穩定燃燒，同時通過分級燃燒技術降低氮氧化物排放。但該專利中的燃燒裝置包含兩個串聯的燃燒室，且燃燒需在高溫高壓條件下(1400～2100K，10～30bar)進行，不僅結構復雜，控制成本也更高，且難以在常規工業加熱設備中推廣應用。

改善氨氣燃燒特性的另外一種有效方式是將氨氣進行部分裂解，使燃料成為氨氣、氫氣及氮氣的混合物。由于氫氣具有較高的化學活性，能夠加快該混合物的燃燒速度，改善燃燒的穩定性。中國專利CN 210656142 U提供了一種輔助氨燃燒的熱裂解制氫裝置，該專利將氨熱裂解制氫裝置和氨燃燒裝置一體化，能實現氨氣的穩定燃燒。但氨氣在常壓下的熱裂解溫度極高(1000℃)，該專利中的氨熱裂解制氫裝置位于氨燃燒裝置的下游，燃燒尾氣溫度較低，可能不足以產生足夠的氨熱裂解氣，將影響氨氣的穩定燃燒效果。中國專利CN 102348504 B提供了一種能夠在較低溫度下實現氨氣高效熱分解的催化劑，但該催化劑同時含有氨燃燒催化效果，這將導致氨熱解氣中含有大量水蒸氣和氮氣，不僅對氨氣的燃燒不利，同時尾部排放煙氣的熱量也無法回收，將造成能量浪費。

此外，上述專利均未對氨氣燃燒尾氣中的氮氧化物排放進行控制，也將制約氨氣的大規模應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可實現純氨高效清潔燃燒的燃燒裝置及其控制方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種可實現純氨高效清潔燃燒的燃燒裝置，包括燃燒室以及與燃燒室連通的氨氣罐和空氣預熱器，所述氨氣罐與燃燒室之間沿著氨氣進氣方向分別連接氨氣蒸發器以及氨熱解電加熱器，所述空氣預熱器依次連通有氨熱解反應器和SCR反應器。