一种补燃型烟气熔盐换热装置及其工作机制的制作方法

本发明属于熔盐装备的，特别是一种补燃型烟气熔盐换热装置及其工作机制。

背景技术：

1、一些煤电机组被关停后，其功能一部分被燃气供热锅炉替代，一部分被燃气发电供热系统替代。对以上燃气锅炉的基本功能进行优化改造，形成了比较成熟的燃机加余热锅炉发电供热系统及燃机加储热发电供热系统等工艺技术方案。

2、专利 cn 213021144 u公开了一种熔盐烟气换热器，包括壳体、下封头、上封头、换热管、下管板和上管板。该专利技术方案虽然可实现间歇性高温烟气和熔盐换热的问题，但是未能实现换热器的补燃及烟气净化的功能。专利 cn 206973508 u公开了一种燃机余热熔盐储热系统，包括熔盐余热锅炉、低温熔盐罐、高温熔盐罐和蒸汽发生单元。该专利技术方案虽然采用熔盐余热锅炉对燃机排出的高温烟气热量的回收，但是也未能实现换热器的补燃及烟气净化的功能；该技术方案虽然具备蓄热储能的功能，但是该技术方案的热电具有耦合关系，即热的总量与发电总量存在相互关联的限制，即所储的热量不可能超过燃气轮机烟气的余热量，不能实现自主的对外供热或供电。

3、本发明专利针对以上技术方案中所存在的技术问题，所实现的技术方案在不仅可以实现燃气轮机发电后烟气余热的再利用，而且能做到燃机发电供热储能系统中的热电完全解耦，实现系统的烟气净化以及自主对外供电、储热或供热。

技术实现思路

1、本发明专利的目的是实现燃气轮机发电后烟气余热的再利用及燃机发电供热储能系统中的热电完全解耦，实现系统的烟气脱硝以及自主对外供电、储热或供热的功能。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种补燃型烟气熔盐换热装置及其工作机制，其特征在于：在烟气熔盐换热器的上游增加补燃装置，补燃装置与烟气熔盐换热器通过烟道连接，构成补燃型烟气熔盐换热一体化装置。

4、进一步，一种补燃型烟气熔盐换热装置及其工作机制，其特征在于：包括至少1个补燃装置（72-2），所述的补燃装置（72-2）包括至少1个第一补燃喷嘴（72-2-1-1）、第一补燃支管回路（72-2-1-2）、第一补燃混合管（72-2-1-3）、第一补燃点燃室（72-2-1-4）、第一补燃点燃观察窗（72-2-1-5）、第一补燃空气管（72-2-1-6）、第一补燃空气电动阀（72-2-1-7）、第一补燃电点火器（72-2-1-8）、第一补燃燃气管（72-2-1-9）、第一补燃燃气电动阀（72-2-1-10）、至少1个第m补燃喷嘴（72-2-m-1）、第m补燃支管回路（72-2-m-2）、第m补燃混合管（72-2-m-3）、第m补燃点燃室（72-2-m-4）、第m补燃点燃观察窗（72-2-m-5）、第m补燃空气管（72-2-m-6）、第m补燃空气电动阀（72-2-m-7）、第m补燃电点火器（72-2-m-8）、第m补燃燃气管（72-2-m-9）和第m补燃燃气电动阀（72-2-m-10）；所述的补燃装置（72-2）共有m个补燃支路回路、补燃混合管、补燃点燃室、补燃空气管、补燃空气电动阀、补燃电点火器、补燃燃气管和补燃燃气电动阀；其中m为自然数；

5、所述的第一补燃支管回路（72-2-1-2）的轴线与烟气第一等压力线（72-1-1）重合，第一补燃支管回路（72-2-1-2）是一个联通的回路；

6、所述的第一补燃喷嘴（72-2-1-1）的轴线顺着烟气流动方向、并垂直于第一补燃支管回路（72-2-1-2）轴线，第一补燃喷嘴（72-2-1-1）与第一补燃支管回路（72-2-1-2）贯通连接；多个第一补燃喷嘴（72-2-1-1）沿第一补燃支管回路（72-2-1-2）的轴线均匀布置；

7、所述的第一补燃混合管（72-2-1-3）的轴线与第一补燃支管回路（72-2-1-2）轴线连接，第一补燃混合管（72-2-1-3）与第一补燃支管回路（72-2-1-2）贯通连接；

8、所述的第一补燃点燃室（72-2-1-4）的对称线与第一补燃混合管（72-2-1-3）的轴线同向连接，第一补燃点燃室（72-2-1-4）与第一补燃混合管（72-2-1-3）贯通连接；

9、所述的第一补燃点燃观察窗（72-2-1-5）设置在第一补燃点燃室（72-2-1-4）的至少一侧，其设置的方式和数量以便于观察第一补燃点燃室（72-2-1-4）内点燃的情况为准；

10、所述的第一补燃空气管（72-2-1-6）的轴线与第一补燃点燃室（72-2-1-4）的对称线交叉斜向连接，第一补燃空气管（72-2-1-6）与第一补燃点燃室（72-2-1-4）斜向贯通连接；所述的第一补燃空气管（72-2-1-6）上设置有第一补燃空气电动阀（72-2-1-7）来控制空气的流量；

11、所述的第一补燃燃气管（72-2-1-9）的轴线与第一补燃点燃室（72-2-1-4）的对称线同向连接，第一补燃燃气管（72-2-1-9）插入第一补燃点燃室（72-2-1-4）一定长度后与其贯通连接；所述的第一补燃燃气管（72-2-1-9）上设置有第一补燃燃气电动阀（72-2-1-10）来控制燃气的流量；

12、所述的第一补燃电点火器（72-2-1-8）一端通过导线与第一补燃燃气管（72-2-1-9）的管壁连接，另一端设置有至少1个点火探头，所述的点火探头一端通过导线与第一补燃电点火器（72-2-1-8）连接，另一端与第一补燃燃气管（72-2-1-9）插入第一补燃点燃室（72-2-1-4）一定长度后的管口不接触，距离适合通电后产生电火花为宜；所述的第一补燃电点火器（72-2-1-8）内设置有低压电源；

13、所述的第m补燃支管回路（72-2-m-2）的轴线与烟气第m等压力线（72-1-m）重合，第m补燃支管回路（72-2-m-2）是一个联通的回路；

14、所述的第m补燃喷嘴（2-m-1）的轴线顺着烟气流动方向、并垂直于第m补燃支管回路（72-2-m-2）轴线，第m补燃喷嘴（2-m-1）与第m补燃支管回路（72-2-m-2）贯通连接；多个第m补燃喷嘴（2-m-1）沿第m补燃支管回路（72-2-m-2）的轴线均匀布置；

15、所述的第m补燃混合管（72-2-m-3）的轴线与第m补燃支管回路（72-2-m-2）轴线连接，所述的第m补燃混合管（72-2-m-3）与第m补燃支管回路（72-2-m-2）贯通连接；

16、所述的第m补燃点燃室（72-2-m-4）的对称线与第m补燃混合管（72-2-m-3）的轴线同向连接，第m补燃点燃室（72-2-m-4）与第m补燃混合管（72-2-m-3）贯通连接；

17、所述的第m补燃点燃观察窗（72-2-m-5）设置在第m补燃点燃室（72-2-m-4）的至少一侧，其设置的方式和数量以便于观察第m补燃点燃室内（72-2-m-4）点燃的情况为准；

18、第m补燃空气管（72-2-m-6）的轴线与第m补燃点燃室（72-2-m-4）的对称线交叉斜向连接，第m补燃空气管（72-2-m-6）与第m补燃点燃室（72-2-m-4）斜向贯通连接；所述的第m补燃空气管（72-2-m-6）上设置有第m补燃空气电动阀（72-2-m-7）来控制空气的流量；

19、所述的第m补燃燃气管（72-2-m-9）的轴线与第m补燃点燃室（72-2-m-4）的对称线同向连接，第m补燃燃气管（72-2-m-9）插入第m补燃点燃室（72-2-m-4）一定长度后与其贯通连接；所述的第m补燃燃气管（72-2-m-9）上设置有第m补燃燃气电动阀（72-2-m-10）来控制燃气的流量；

20、所述的第m补燃电点火器（72-2-m-8）一端通过导线与第m补燃燃气管（72-2-m-9）的管壁连接，另一端设置有至少1个点火探头，所述的点火探头一端通过导线与第m补燃电点火器（72-2-m-8）连接，另一端与第m补燃燃气管（72-2-m-9）插入第m补燃点燃室（72-2-m-4）一定长度后的管口不接触，距离适合通电后产生电火花为宜；所述的第m补燃电点火器（72-2-m-8）内设置有低压电源。

21、进一步，

22、一种补燃型烟气熔盐换热装置及其工作机制，其特征在于：包括一种烟气内部补燃外部点燃系统（72），所述的一种烟气内部补燃外部点燃系统（72）包括至少1个补燃装置（72-2）、至少1个补燃点燃视频监测器（72-7）、至少1个补燃喷嘴燃烧观察窗（72-3）、至少1个补燃喷嘴燃烧观察视频监测器（72-6）、补燃前烟气温度压力测量仪（72-4）和补燃后烟气温度压力测量仪（72-5）；

23、顺着烟气方向，所述的补燃装置（72-2）的下游的烟道壁上开至少1个孔，每个孔内嵌入1个补燃喷嘴燃烧观察窗（72-3）；补燃喷嘴燃烧观察视频监测器（72-6）布置在烟道外部某位置，其布置的位置和数量以能观测到所有补燃喷嘴的燃烧情况确定；

24、在补燃装置（72-2）的上游布置补燃前烟气温度压力测量仪（72-4），其探头沿烟道径向方向穿过烟道壁插入烟道；

25、在补燃装置（72-2）的下游布置补燃后烟气温度压力测量仪（72-5），其探头沿烟道径向方向穿过烟道壁插入烟道；其布置在补燃喷嘴燃烧观察窗（72-6）上游或下游均可，当布置在补燃喷嘴燃烧观察窗（72-6）上游时以不影响观察补燃喷嘴燃烧情况为准；

26、所述的补燃点燃视频监测器（72-7）布置在烟道外部某位置，其布置的位置和数量以能观测到所有补燃装置中补燃点燃室内部点燃情况确定；

27、所述的补燃装置（72-2）中的补燃喷嘴、补燃支管回路和部分补燃混合管布置在烟道内部，并通过支撑结构与烟道内壁相连接；补燃装置中的补燃混合管沿烟道径向方向穿过烟道壁。

28、进一步，一种补燃型烟气熔盐换热装置及其工作机制，其特征在于：包括补燃器系统（72）或补燃装置（72-2）、一级烟气熔盐换热组件（73-1）；

29、所述的补燃器系统（72）通过烟气管路（60）与一级烟气熔盐换热组件（73-1）连接。

30、进一步，一种补燃型烟气熔盐换热装置及其工作机制，其特征在于：烟道截面处所选择的烟气第一等压力线（72-1-1）至烟气第m等压力线（72-1-m）均匀分布在该截面处；同一等压线上烟气的压力相同；烟气第一等压力线（72-1-1）至烟气第m等压力线（72-1-m）的位置通过数值模拟计算得到。

31、进一步，一种补燃型烟气熔盐换热装置及其工作机制，其特征在于：所述的烟道截面内轮廓线（72-1-0）可是圆形、方形或多段闭合折线。

32、进一步，一种补燃型烟气熔盐换热装置及其工作机制，其特征在于：所述的第m补燃燃气管（72-2-m-9）内部的燃气是可燃气体、雾化后的可燃气液混合体、雾化后的可燃气粉混合体或雾化后的可燃气液粉混合体。

33、进一步，一种补燃型烟气熔盐换热装置及其工作机制，其特征在于：补燃装置（72-2）中所有补燃喷嘴的内部剖面轮廓线均为双曲线。

34、进一步，一种补燃型烟气熔盐换热装置及其工作机制，其特征在于：所述的这种烟气内部补燃外部点燃系统（72）工作过程如下：

35、烟气先经过补燃装置（72-2）上游的补燃前烟气温度压力测量仪（72-4）测得补燃前烟气温度和压力数值，补燃前烟气温度和压力数值通过变送器传入补燃智慧控制系统备用；

36、烟气通过补燃装置（72-2）时，经过补燃装置（72-2）加热后继续往下游流动；补燃喷嘴燃烧观察视频监测器（72-6）通过补燃喷嘴燃烧观察窗（72-3）将补燃装置（72-2）中所有喷嘴的燃烧情况记录下来，视频信号通过视频信号线传入补燃智慧控制系统，在该处经ai技术分析处理后的结果储存备用；

37、烟气通过补燃装置（72-2）补燃后经过补燃后烟气温度压力测量仪（72-5）测得补燃后烟气温度和压力数值，补燃后烟气温度和压力数值通过变送器传入补燃智慧控制系统备用；

38、传入补燃智慧控制系统备用的补燃前烟气温度和压力数值、补燃后烟气温度和压力数值、传入补燃智慧控制系统储存的补燃喷嘴燃烧观察视频监测器（72-6）记录的补燃装置（72-2）中所有喷嘴的燃烧情况经ai技术分析处理后的结果、传入补燃智慧控制系统储存的补燃点燃视频监测器记录（72-7）的补燃装置（72-2）中所有补燃点燃室的点燃情况经ai技术分析处理后的结果、第一补燃空气电动阀（72-2-1-7）、第一补燃电点火器（72-2-1-8）、第一补燃燃气电动阀（72-2-1-10）、第m补燃空气电动阀（72-2-m-7）、第m补燃电点火器（72-2-m-8）和第m补燃燃气电动阀（72-2-m-10）之间形成关系连锁，由补燃智慧控制系统中的算法执行控制逻辑。

39、进一步，一种补燃型烟气熔盐换热装置及其工作机制，其特征在于：当烟气需要补燃时，所述的补燃装置（72-2）从点燃到正常工作的过程如下：

40、当烟气需要补燃时，补燃智慧控制系统中的算法发出第一补燃空气电动阀（72-2-1-7）和/或第m补燃空气电动阀（72-2-m-7）开启的指令，1~2秒后；

41、补燃智慧控制系统中的算法发出第一补燃电点火器（72-2-1-8）与第一补燃燃气电动阀（72-2-1-10）同时开启，和/或第m补燃电点火器（72-2-m-8）与第m补燃燃气电动阀（72-2-m-10）同时开启的指令；

42、此时，第一补燃点燃观察窗（72-2-1-5）和/或第m补燃点燃观察窗（72-2-m-5）中可以观察到第一补燃点燃室（72-2-1-4）和/或第m补燃点燃室（72-2-m-4）中的混合气已被点燃，此点燃视频信息经补燃点燃视频监测器（72-7）记录后被传入补燃智慧控制系统储存，补燃装置（72-2）中所有补燃点燃室点燃情况的视频信息经ai技术分析处理后的结果为代表被点燃的数值，收到此数值后，补燃智慧控制系统中的算法发出关闭第一补燃电点火器（72-2-1-8）和/或第m补燃电点火器（72-2-m-8）的指令；

43、同时补燃智慧控制系统中的算法发出增大第一补燃空气电动阀（72-2-1-7）与第一补燃燃气电动阀（72-2-1-10）、和/或第m补燃空气电动阀（72-2-m-7）与第m补燃燃气电动阀（72-2-m-10）开度即增加流量的指令；

44、此时进入第一补燃点燃室（72-2-1-4）和/或第m补燃点燃室（72-2-m-4）中混合气的流量逐渐增大，通过算法控制混合气中空气与燃气的流量比例，使火焰随混合气的流动向前流动；火焰随着混合气的流动依次通过第一补燃混合管（72-2-1-3）、第一补燃支管回路（72-2-1-2）进入并从所有第一补燃喷嘴（72-2-1-1）喷出、和/或依次通过第m补燃混合管（72-2-m-3）、第m补燃支管回路（72-2-m-2）进入并从所有第m补燃喷嘴（72-2-m-1）喷出；

45、此时，补燃喷嘴燃烧观察窗（72-3）中可以观察到补燃装置（72-2）中所有补燃喷嘴混合气的燃烧情况，此燃烧情况视频信息被补燃喷嘴燃烧观察视频监测器（72-6）记录后被传入补燃智慧控制系统储存，补燃装置（72-2）中所有补燃喷嘴混合气的燃烧情况视频信息经ai技术分析处理后的结果为代表被点燃的数值，收到此数值后，补燃智慧控制系统中的算法发出保持第一补燃空气电动阀（72-2-1-7）与第一补燃燃气电动阀（72-2-1-10）、和/或第m补燃空气电动阀（72-2-m-7）与第m补燃燃气电动阀（72-2-m-10）当前开度的指令；随后补燃系统处于正常运行状态；

46、传入补燃智慧控制系统备用的补燃前烟气温度和压力数值、补燃后烟气温度和压力数值经ai技术分析处理后的结果作为判断补燃系统是否正常运行的参考。

47、进一步，一种补燃型烟气熔盐换热装置及其工作机制，其特征在于：

48、补燃装置（72-2）实现在烟气内部更均匀更高效地补燃传热的功能的工作原理是：

49、因为，首先，同一等压线上烟气的压力相同；其次，第一补燃支管回路（72-2-1-2）的轴线与烟气第一等压力线（72-1-1）重合，第一补燃支管回路（72-2-1-2）是一个联通的回路；第一补燃喷嘴（72-2-1-1）的轴线顺着烟气流动方向、并垂直于第一补燃支管回路（72-2-1-2）轴线，第一补燃喷嘴（72-2-1-1）与第一补燃支管回路（72-2-1-2）贯通连接，和/或第m补燃支管回路（72-2-m-2）的轴线与烟气第m等压力线（72-1-m）重合，第m补燃支管回路（72-2-m-2）是一个联通的回路；第m补燃喷嘴（72-2-m-1）的轴线顺着烟气流动方向、并垂直于第m补燃支管回路（72-2-m-2）轴线，第m补燃喷嘴（72-2-m-1）与第m补燃支管回路（72-2-m-2）贯通连接；所以，以上布置方式，可保证每个补燃喷嘴处的压力相同，从而可保证补燃的混合气可均匀地到达所有补燃喷嘴处进行燃烧；

50、因为，首先，烟道截面处所选择的烟气第一等压力线（72-1-1）和烟气第m等压线（72-1-m）均匀分布在该截面处；其次，多个第一补燃喷嘴（72-2-1-1）沿第一补燃支管回路（72-2-1-2）的轴线均匀布置，和/或多个第m补燃喷嘴（72-2-m-1）沿第m补燃支管回路（72-2-m-2）的轴线均匀布置；所以，以上布置方式，可保证烟道截面上补燃的热量分布相对均匀；

51、所述的补燃装置（72-2）中所有补燃喷嘴的内部剖面轮廓线均为双曲线，该结构不仅可提高混合气燃烧效率，而且可以提高燃烧后烟气的传热效率。下部由大到小，可提高烟气的动能，提高排烟速度；上部由小到大，逐渐向原烟气中扩散，可降低补燃所产生烟气的排烟阻力。

52、本发明与现有技术相比，具有如下优点及突出性的技术效果：

53、① 实现在烟气内部更均匀更高效地补燃传热的功能；

54、② 实现了在烟道外部补燃气体或雾化后的补燃气液（或气粉）混合体更安全的点燃方式；而且实现对补燃燃烧情况更方便地监控的功能；

55、③ 实现燃机发电供热储能系统中的热电完全解耦，实现系统的自主对外供电、储热或供热的功能。