一种用于燃煤锅炉掺氨降NOx的氨喷射系统和控制方法与流程

本发明属于燃煤锅炉减碳，具体涉及一种用于燃煤锅炉掺氨降nox的氨喷射系统和控制方法。

背景技术：

1、“碳达峰碳中和”目标的提出，对传统碳排放大户燃煤电站锅炉提出了严峻的挑战，当前主流技术路线除碳捕集外，还可用“零碳”燃料代替部分燃煤实现降碳。另一方面，为了充分消纳日益增长的可再生能源发电量，由可再生能源弃电来制取“绿氢”成为新的储能趋势。

2、而氨是一种无碳燃料，具有高含氢量、高体积能量密度和高安全性的特点，氨相较于氢更易液化便于运输和储存，因此氨被认为是更具潜力的清洁燃料。将氨作为煤炭等化石燃料的替代品，等热值代替能够有效降低电力行业co2排放量，氨燃料发电已经成为科学界和工业界的研发热点。

3、中国专利cn114576647a公开了一种燃煤锅炉掺氨燃烧与降氮调控系统及运行方法，锅炉的燃烧器设置为氨煤混燃燃烧器，若干台纯氨燃烧器并联并与氨气供给装置连接，氨煤混燃燃烧器与氨气供给装置连接；氨水多喷嘴喷枪设置于锅炉炉膛内并与氢氨混合调节装置的出口连接，氨水供给装置、氢气供给装置及压缩空气源的出口与氢氨混合调节装置连接，氨水多喷嘴喷枪的上方设有火焰温度可视化测量装置，整流装置、烟气连续在线监测装置依次设置于锅炉的省煤器下游的水平烟道，火焰温度可视化测量装置、氢氨混合调节装置、烟气连续在线监测装置以及所有流量调节装置均与dcs控制中心连接；但是现有系统中氨煤混燃燃烧器以及纯氨燃烧器均无法实现氨燃料的多点位喷射，导致炉膛内氨燃料喷射不均匀，使得氨燃料燃烧不充分，为了解决上述问题，我们提出了一种用于燃煤锅炉掺氨降nox的氨喷射系统和控制方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种用于燃煤锅炉掺氨降nox的氨喷射系统和控制方法，解决了现有系统中氨煤混燃燃烧器以及纯氨燃烧器均无法实现氨燃料的多点位喷射，导致炉膛内氨燃料喷射不均匀，使得氨燃料燃烧不充分的问题。

2、本发明是这样实现的，一种用于燃煤锅炉掺氨降nox的氨喷射系统，所述用于燃煤锅炉掺氨降nox的氨喷射系统包括：

3、锅炉模块，所述锅炉模块用于燃料的混合燃烧，所述锅炉模块包括炉膛，炉膛内依次设置有主燃烧区、再燃区、燃尽区以及喷射区，所述主燃烧区、再燃区以及燃尽区之间贯穿连通；

4、燃料供应模块，所述燃料供应模块用于向炉膛内供应燃烧燃料；

5、与燃料供应模块连通的多层级喷射模块，所述多层级喷射模块用于向炉膛内多层级喷射燃料；

6、烟气在线监测模块，所述烟气在线监测模块用于实时在线监测炉膛内烟气浓度；

7、其中，所述燃料供应模块包括：氨燃料总进口、氨燃料总气动阀门、氨燃料控制阀块、氨燃料压力传感器以及氨燃料压力表，所述氨燃料总进口上设置有氨燃料总气动阀门，氨燃料总气动阀门用于控制燃料供应模块的启闭，而氨燃料总气动阀门通过多支路连接有多层级喷射模块，氨燃料压力传感器以及氨燃料压力表设置在多层级喷射模块内；

8、所述多层级喷射模块包括：一号喷射单元、二号喷射单元、三号喷射单元、四号喷射单元以及五号喷射单元，所述一号喷射单元、二号喷射单元、三号喷射单元、四号喷射单元以及五号喷射单元分别设置在喷射区，且一号喷射单元电性连接有一号测温装置。

9、优选地，所述一号喷射单元与氨燃料进口球阀导通，氨燃料进口球阀通过氨燃料耐腐软管与氨燃料控制阀块导通，同时一号喷射单元与用于控制一号喷射单元运行的一号喷射装置控制块电性连接，而二号喷射单元、三号喷射单元、四号喷射单元以及五号喷射单元也分别电性连接有二号喷射装置控制块、三号喷射装置控制块、四号喷射装置控制块、五号喷射装置控制块。

10、优选地，所述燃料供应模块还包括：

11、蒸汽供应单元以及冷却风供应单元，所述蒸汽供应单元以及冷却风供应单元用于配合所述多层级喷射模块工作；

12、其中，所述蒸汽供应单元包括蒸汽总进气口、蒸汽控制阀块、蒸汽压力表、蒸汽压力传感器，所述蒸汽总进气口与多组蒸汽控制阀块连通，而蒸汽控制阀块、蒸汽压力表、蒸汽压力传感器分别与多组氨燃料耐腐软管连通。

13、优选地，所述冷却风供应单元包括：

14、冷却风控制块；

15、冷却风温度传感器，冷却风温度传感器用于检测耐温软管中冷却风的温度；

16、耐温软管，以及

17、冷却风压力传感器，其中，所述冷却风控制块电性连接有冷却风总开启阀，而冷却风总开启阀安装在冷却风总进口内。

18、优选地，所述燃料供应模块还包括：

19、氨燃料总管放净阀，所述氨燃料总管放净阀与氨燃料耐腐软管导通，氨燃料总管放净阀用于燃烧后氨燃料的排空；

20、蒸汽总管放净阀，所述蒸汽总管放净阀与蒸汽控制阀块导通；

21、所述烟气在线监测模块包括一号烟气在线监测系统以及二号烟气在线监测系统，而一号烟气在线监测系统以及二号烟气在线监测系统分别用于监测炉膛内烟气含量。

22、优选地，所述二号喷射单元包括二号测温装置、二号喷射装置控制块、丝杠装置、二号伸缩管速前进到位开关、二号伸缩管速后退到位开关、同步带装置、行星减速器以及伺服电机；

23、其中，所述伺服电机的输出端与行星减速器固定连接，而行星减速器通过同步带装置驱动所述丝杠装置，丝杠装置与二号喷射单元连接，二号喷射单元受丝杠装置驱动而运动。

24、优选地，所述氨燃料控制阀块包括氨燃料数字流量计、氨燃料管放气阀、氨燃料球阀、氨燃料气动调节阀、氨燃料气动球阀、氨燃料管路阻火器；

25、所述冷却风控制块包括风门调节阀前端插板阀、风门调节阀平行插板阀、风门调节阀、风门调节阀后端插板阀。

26、优选地，所述蒸汽控制阀块包括蒸汽后端止回阀、蒸汽气动调节阀、蒸汽前端闸阀、截止阀；

27、所述一号喷射单元包括：

28、喷射系统闭环反馈控制器，所述喷射系统闭环反馈控制器分别与燃煤锅炉dcs系统以及二号烟气在线监测系统电性连接；

29、固定式喷射装置；

30、与固定式喷射装置配合工作的伸缩式喷射装置，所述固定式喷射装置用于执行氨燃料的固定喷射工作，而伸缩式喷射装置用于执行氨燃料的伸缩喷射工作；

31、所述一号喷射单元还包括一号电动开关阀、一号蒸汽调节阀、一号蒸汽压力传感器、一号温度传感器、一号蒸汽压力传感器、一号风量调节阀、二号风量调节阀；

32、与伸缩式喷射装置电性连接的伸缩管速前进到位开关、伸缩管速后退到位开关、伺服驱动器。

33、另一方面，本发明还提供了一种用于燃煤锅炉掺氨降nox的氨喷射控制方法，所述用于燃煤锅炉掺氨降nox的氨喷射控制方法，具体包括：

34、依次启动预热蒸汽总进气口、冷却风总进口、氨燃料总进口、氨燃料总气动阀门、冷却风总开启阀、蒸汽总气动闸阀；

35、确定冷却风控制管路、蒸汽控制管路、氨燃料控制管路、报警系统、烟气在线监测系统、炉膛在线测温系统及电气控制系统正常；

36、多层级喷射模块执行氨燃料喷射工作，其中，多层级喷射模块执行氨燃料喷射工作，氨燃料喷射工作时一号喷射单元、二号喷射单元、三号喷射单元、四号喷射单元以及五号喷射单元中固定式喷射装置以及伸缩式喷射装置依次启动开始氨燃料喷射工作。

37、优选地，所述伸缩式喷射装置启动开始氨燃料喷射工作的方法，具体包括：

38、伸缩式喷射装置保持当前位置，并等待接收燃煤锅炉dcs系统发出的请求任务；

39、当伸缩式喷射装置启动条件满足，即管道吹扫气体压力满足要求、氨燃料处于正常运行状态、冷却风温度、压力、流量正常、系统阀门状态处于初始位置、氨燃料主管道开关已开启、氨燃料主管道压力满足要求、氨燃料检漏仪运行正常、喷射装置本体温度正常，喷射装置可以开始工作；

40、管路开始吹扫，涉及管路吹扫的相关阀门开启，开始对管道进行吹扫；

41、当吹扫时间到时，管路吹扫完成，如果吹扫失败，伸缩式喷射装置报警时，伸缩式喷射装置停止工作并复位；

42、伺服电机工作，伸缩式喷射装置燃料管束前进，当前进到位限位开关发讯，伸缩式喷射装置的燃料管束前进到位；

43、开启氨燃料球阀、氨燃料气动调节阀，伸缩式喷射装置投入工作，若开启阀门故障，喷射系统停止工作并复位。

44、氨燃料球阀、氨燃料气动调节阀根据nox燃料分析仪检测到nox值的大小并自动调节氨燃料球阀、氨燃料气动调节阀开度，伸缩式喷射装置正常投运，如nox值异常，伸缩式喷射装置停止工作并复位；

45、当系统发出停止指令，或手动停止信号发出，伸缩式喷射装置接收停止工作指令；

46、当系统发出停止指令或手动停止信号发出，伺服电机工作，伸缩式喷射装置燃料管束后退，当后退到位限位开关发讯，伸缩式喷射装置的燃料管束退回到位；

47、关闭氨燃料球阀、氨燃料气动调节阀，喷射装置停止；

48、管路开始吹扫，涉及管路吹扫的相关阀门开启，开始对管道进行吹扫；

49、当伸缩式喷射装置接收吹扫失败、开启阀门故障、氨燃烧检漏仪报警、nox值异常、系统异常信号、手动停止信号时，伸缩式喷射装置报警；

50、系统发出信号，伸缩式喷射装置停止工作并复位；

51、所述固定式喷射装置启动开始氨燃料喷射工作的方法，具体包括：

52、固定式喷射装置保持当前位置，并等待接收燃煤锅炉dcs系统发出的请求任务；

53、当固定式喷射装置启动条件满足，即管道吹扫气体压力满足要求、氨燃料处于正常运行状态、冷却风温度、压力、流量正常、系统阀门状态处于初始位置、氨燃料主管道开关已开启、氨燃料主管道压力满足要求、氨燃料检漏仪运行正常、喷射装置本体温度正常，喷射装置开始工作；

54、管路开始吹扫，涉及管路吹扫的相关阀门开启，开始对管道进行吹扫；

55、当吹扫时间到时，管路吹扫完成；如果吹扫失败，固定式喷射装置报警时，固定式喷射装置停止工作并复位；

56、开启氨燃料球阀、氨燃料气动调节阀，固定式喷射装置投入工作，如果开启阀门故障，固定式喷射装置停止工作并复位。

57、氨燃料气动调节阀根据nox燃料分析仪检测到nox值的大小并自动调节氨燃料气动调节阀的开度，固定式喷射装置正常投运，如nox值异常，固定式喷射装置停止工作并复位；

58、当系统发出停止指令，或手动停止信号发出，固定式喷射装置接收停止工作指令；

59、关闭氨燃料球阀、氨燃料气动调节阀，固定式喷射装置停止；

60、管路开始吹扫，涉及管路吹扫的相关阀门开启，开始对管道进行吹扫。

61、当固定式喷射装置接收吹扫失败、开启阀门故障、氨燃烧检漏仪报警、nox值异常、系统异常信号、手动停止信号时，喷射系统报警；

62、喷射系统发出信号，固定式喷射装置停止工作并复位。

63、与现有技术相比，本技术实施例主要有以下有益效果：

64、本发明实施例设置有多层级喷射模块以及烟气在线监测模块，多层级喷射模块的设置能够保证氨燃料在炉膛内喷射均匀，使得氨燃料燃烧更为充分，同时还可以通过烟气在线监测模块实时反馈炉膛中nox值，使得系统自动调节氨燃料流量，控制氨燃料供给流量，使得炉膛nox值实时可控和可调，保证掺氨燃料清洁燃烧和排放。