一种优化锅炉低温受热面的烟风氨换热系统的制作方法

本发明涉及余热回收，具体涉及一种优化锅炉低温受热面的烟风氨换热系统。

背景技术：

1、在传统的燃煤火力发电领域中，氨气作为一种高效的储氢介质和零碳燃料，已开始作为燃料用于锅炉的燃烧，起到取代煤炭的作用。在现有的火力发电厂中，锅炉的燃料主要以煤、天然气以及燃油等为主，由于这些传统燃料中含碳，在燃烧发电后会产生大量的二氧化碳，从而影响碳减排；氨气作为一种零碳燃料，其可以部分或完全取代碳基燃料用于锅炉燃烧发电。

2、如图1所示，由于氨气易燃，现有的氨燃烧技术是将常温的氨气送入锅炉的氨燃烧器中进行燃烧。锅炉燃烧产生的烟气经各级受热面放热降温到约530℃进入省煤器，在省煤器内放热降温到约400℃进入scr烟气脱硝装置，除去烟气中的nox，而后进入分段省煤器进一步放热降温到约370℃左右，然后进入空气预热器对二次风进行加热，加热完二次风后的烟气离开空气预热器进入后续的烟气排放步骤。由于氨气的燃料特性，在其燃烧后会生成大量的水，相比于纯煤燃烧锅炉，氨气燃烧后的烟气量会明显增加，排烟温度升高，造成锅炉的效率降低，增加了燃料消耗量，从而增加了运行的费用，经济性差。例如，对于目前的纯烧烟煤锅炉而言，掺氨60％燃烧后，锅炉排烟温度从114℃升高到140℃，锅炉效率从95.1％下降到93.35％。锅炉scr脱硝装置要求的脱硝反应温度在约400℃，为保持掺氨锅炉93.35％的效率，需要在scr脱硝装置出口设置分段省煤器，使进入空气预热器的烟气温度不高于约370℃，从而保证空气预热器出口的排烟温度不高于140℃，然而设置分段省煤器会造成系统结构复杂且投资高。

技术实现思路

1、针对现有的掺氨燃烧锅炉为了保持一定效率需要设置分段省煤器，其会造成燃烧锅炉系统整体结构复杂且投资高的问题，本发明设计了一种优化锅炉低温受热面的烟风氨换热系统，解决了以上问题。

2、本发明是通过如下技术方案实现的：

3、本发明提供了一种优化锅炉低温受热面的烟风氨换热系统，该换热系统包括：锅炉；设置于所述锅炉中的氨燃烧器；连通设置于所述锅炉烟气出口的省煤器；以及沿烟气流动方向依次与所述省煤器连通设置的scr脱硝反应器、空气预热器和烟风氨换热系统；所述的烟风氨换热系统用于完成烟气、氨气以及空气三者的换热；其中：氨气经所述烟风氨换热系统升温后直接供入所述氨燃烧器中进行燃烧；空气经所述烟风氨换热系统和/或空气预热器加热后供入所述锅炉中燃烧；烟气经所述烟风氨换热系统降温后进入下游的烟气排放处理系统。

4、本发明可以用于掺氨燃烧的锅炉，也可用于纯氨燃烧的锅炉，其中锅炉可选用煤粉锅炉、循环流化床锅炉、燃气锅炉或燃油锅炉。

5、进一步的，一种优化锅炉低温受热面的烟风氨换热系统：空气经所述烟风氨换热系统和空气预热器依次加热后形成热二次风，以供入所述锅炉中燃烧。

6、进一步的，一种优化锅炉低温受热面的烟风氨换热系统：空气经所述空气预热器直接加热后形成热风，以供入所述锅炉中燃烧。即在本发明设计的优化锅炉低温受热面的烟风氨换热系统中，可以设置冷风(空气)与烟气换热；也可以不设置冷风与烟气换热。

7、进一步的，一种优化锅炉低温受热面的烟风氨换热系统：所述的烟风氨换热系统包括与所述空气预热器依次串联设置的换热管和循环换热系统，或依次串联设置的循环换热系统和换热管；烟气依次与所述换热管和循环换热系统热交换，或依次与所述循环换热系统和换热管，以实现烟气降温、换热管和循环换热系统升温；

8、其中：所述氨气经所述换热管加热后直接供入所述氨燃烧器中进行燃烧；烟气经与所述循环换热系统换热降温后进入下游的烟气排放处理系统；空气经所述循环换热系统一次加热升温后进入所述空气预热器二次加热形成热二次风后供入所述锅炉中燃烧。

9、进一步的，一种优化锅炉低温受热面的烟风氨换热系统：所述的烟风氨换热系统包括至少一组循环换热系统；烟气先与所述循环换热系统热交换，以实现烟气降温、循环换热系统升温，而后氨气、空气分别独立的流经所述循环换热系统与之进行换热升温。

10、具体的，所述的循环换热系统中以水作为循环换热介质。

11、更进一步的，一种优化锅炉低温受热面的烟风氨换热系统：所述的烟风氨换热系统包括串联设置的两组循环换热系统；其中：氨气与位于上游的一组循环换热系统换热升温后直接供入所述氨燃烧器中燃烧，空气与另一组循环换热系统完成一次换热后进入所述空气预热器中进行二次加热。

12、进一步的，一种优化锅炉低温受热面的烟风氨换热系统：所述的烟风氨换热系统包括三组呈并联方式设置的循环换热系统，其中一组循环换热系统用于为剩余两组并联设置的循环换热系统进行供热。

13、进一步的，一种优化锅炉低温受热面的烟风氨换热系统：所述的烟风氨换热系统包括三组呈串并联方式设置的循环换热系统，其中一组循环换热系统用于为剩余两组串联设置的循环换热系统进行供热。

14、进一步的，一种优化锅炉低温受热面的烟风氨换热系统：下游的烟气排放处理系统包括依次连通设置的除尘器、脱硫吸收塔和排放烟囱。烟气经烟风氨换热系统降温后进入后续的排放步骤。

15、更进一步的，一种优化锅炉低温受热面的烟风氨换热系统：还包括连通设置于所述除尘器与脱硫吸收塔之间引风机。

16、具体的，本发明设计的一种优化锅炉低温受热面的烟风氨换热系统的整体结构可参照图2所示的结构(图2仅用于在原理上解释本发明的结构，其不代表具体的实施方案)。锅炉省煤器出口的烟气进入下游scr脱硝反应器，省煤器出口烟气温度满足脱硝反应窗口温度的上限值(370～420℃)。在本发明中scr脱硝反应器出口不设置分段省煤器，烟气经scr脱硝反应器后直接进入空气预热器中放热降温后离开空气预热器。本发明在空气预热器的下游设置烟风氨换热系统，烟气在烟风氨换热系统中放热降温后去往除尘器等下游烟气排放处理设备。此时，来自氨气制备系统的常温氨气经过烟风氨换热系统后，吸收烟气侧释放的热量，氨气的温度升高，流出烟风氨换热系统，进入锅炉的氨燃烧器。大气环境中的冷风(空气)经烟风氨换热系统和/或空气预热器加热后供入锅炉燃烧。在本发明的烟风氨换热系统内，烟气、氨气、空气采用以下换热方式：(1)烟气与氨气通过换热管进行直接换热，烟气与空气之间设置循环介质(例如水)进行热量传递，烟气先与低温循环介质水进行换热，释放热量给低温循环介质，使低温循环介质的温度升高，变为高温循环介质，高温循环介质再与空气进行换热，释放热量给空气，变为低温循环介质，返回烟气侧；(2)烟气与氨气和空气间设置循环介质(例如水)进行热量传递，烟气先与低温循环介质进行换热，释放热量给低温循环介质，使循环介质的温度升高，变为高温循环介质，高温循环介质再与氨气及空气进行换热，释放热量给氨气及空气，变为低温循环介质，返回烟气侧。

17、本发明的有益效果：

18、(1)本发明提出了一种优化锅炉低温受热面的烟风氨换热系统，拓展了锅炉的受热面，改善锅炉燃烧，提高了锅炉效率，提升电厂的热经济性，适合于掺氨或纯氨燃烧锅炉。本发明设计的烟风氨换热系统，可以使得锅炉的排烟温度降低，锅炉效率升高，锅炉性能提升，减少氨气及燃煤的消耗，从而节省了燃料成本，同时能够简化锅炉系统设置，降低设备初投资。

19、(2)相较于现有锅炉的烟氨系统，本发明不设置分段省煤器，烟气经scr脱硝反应器后直接进入空气预热器，简化了系统设置，节省设备初投资。由于不设置分段省煤器，进入空气预热器的烟气温度升高，使空气预热器出口的热二次风温度升高，锅炉效率升高。由于不设置分段省煤器，进入锅炉的允许给水温度升高，降低了汽轮机的热耗值，发电厂的热经济性提高。本发明用锅炉排放的烟气加热氨气和空气，将原本排放的烟气热量转移至氨气和空气，通过氨气在锅炉内的燃烧将原本浪费的能量进行回收，以及通过空气将烟气的部分能量带回锅炉中，提高了锅炉的热效率，降低了氨气及燃煤等燃料的消耗量，并减少了烟气中的污染物及二氧化碳的排放，同时降低了电厂的运行费用。