一种适用于现役火电锅炉氢气燃烧改造系统的制作方法

本发明属于火力发电技术领域，涉及一种适用于现役火电锅炉氢气燃烧改造系统。

背景技术：

近年来，世界范围内的能源结构发生了巨大的调整，可再生能源的比例逐年提升，这一点在我国的电力结构中尤为明显，可再生能源的发展可以用高速来形容。可以预见，未来世界的能源必然是可再生能源主导的。氢能作为时下热门的研究方向，已成为未来能源重要的备选方案之一。通过各种方法制氢、储氢，再将其重新转化为高品质的电能是一条可行的技术路线。

将氢气作为燃料燃烧，进而将燃烧产生的热能通过朗肯循环转化为电能是一条非常成熟的技术路线，而燃烧氢气的锅炉设备在化工行业有应用的案例，但其规模小、系统简单，目前主要以回收废气、余能利用的形式存在。现有的氢气燃烧系统大多聚焦于维尺度燃烧器的研发，这主要是由于氢气的火焰传播速度快、燃烧强度高，这也使得大规模燃烧氢气较为困难。若想将氢气燃烧与现役规模化火电机组耦合，需解决燃烧、传热、设备匹配等诸多技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种适用于现役火电锅炉氢气燃烧改造系统，该改造系统能够有效解决火电锅炉氢气燃烧改造中燃烧、传热及设备匹配的技术问题。

为达到上述目的，本发明所述的适用于现役火电锅炉氢气燃烧改造系统包括锅炉本体以及设置于锅炉本体上的若干燃尽风喷口、若干氢气非预混燃烧器、若干下部调温烟气喷口及若干上部调温烟气消旋喷口；

上部调温烟气消旋喷口、燃尽风喷口、氢气非预混燃烧器及下部调温烟气喷口自上到下依次分布，且各上部调温烟气消旋喷口喷射的烟气的旋流方向与下部调温烟气喷口喷射的烟气的旋流方向相反。

各上部调温烟气消旋喷口沿周向依次分布。

各燃尽风喷口沿周向依次分布。

各上部调温烟气消旋喷口沿周向依次分布。

各上部调温烟气消旋喷口的轴线相切于第一圆上。

各下部调温烟气喷口的轴线相切于第二圆上。

第一圆的直径大于第二圆的直径。

还包括助燃风道，其中，助燃风道与锅炉本体上的助燃风箱相连通。

还包括氢燃料管道及压缩机，其中，氢燃料管道的出口经压缩机与氢气非预混燃烧器的入口相连通。

还包括调温烟气管道及调温烟气风机，其中，调温烟气风机的出口经调温烟气管道与下部调温烟气喷口及上部调温烟气消旋喷口相连通。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的适用于现役火电锅炉氢气燃烧改造系统在具体操作时，充分考虑氢气和燃煤在燃烧特性上的差异，通过锅炉炉膛底部布置调温烟气，并使调温烟气产生高强度旋转，从而卷吸氢气高强度燃烧产生的高温火焰，使两股气流快速混合，实现调节氢气燃烧产生的烟气温度的目的，以匹配现有的炉膛尺寸和锅炉各级受热面，继而解决火电锅炉氢气燃烧改造中燃烧、传热及设备匹配的技术问题，同时由于锅炉主燃烧区烟气的旋转可加快传热过程，但对尾部受热面的吸热均匀性有较大的影响，因此，在主燃烧区上部同时布置上部消旋调温烟气，以调节烟气温度，同时利用反向旋转的气流消除主燃烧区气流的旋转，以保证炉膛出口气流流动的均匀性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为氢气非预混燃烧器9的分布图；

图3为上部调温烟气消旋喷口6及下部调温烟气喷口5的分布图。

其中，1为氢燃料管道、2为压缩机、3为助燃风道、4为锅炉本体、5为下部调温烟气喷口、6为上部调温烟气消旋喷口、7为燃尽风喷口、8为助燃风箱、9为氢气非预混燃烧器、10为调温烟气管道、11为调温烟气风机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1至图3，本发明所述的适用于现役火电锅炉氢气燃烧改造系统包括锅炉本体4以及设置于锅炉本体4上的若干燃尽风喷口7、若干氢气非预混燃烧器9、若干下部调温烟气喷口5及若干上部调温烟气消旋喷口6；上部调温烟气消旋喷口6、燃尽风喷口7、氢气非预混燃烧器9及下部调温烟气喷口5自上到下依次分布，且各上部调温烟气消旋喷口6喷射的烟气的旋流方向与下部调温烟气喷口5喷射的烟气的旋流方向相反。

具体的，各上部调温烟气消旋喷口6沿周向依次分布；各燃尽风喷口7沿周向依次分布；各上部调温烟气消旋喷口6沿周向依次分布；各上部调温烟气消旋喷口6的轴线相切于第一圆上；各下部调温烟气喷口5的轴线相切于第二圆上；第一圆的直径大于第二圆的直径。

另外，本发明还包括助燃风道3、氢燃料管道1、压缩机2、调温烟气管道10及调温烟气风机11，其中，调温烟气风机11的出口经调温烟气管道10与下部调温烟气喷口5及上部调温烟气消旋喷口6相连通；氢燃料管道1的出口经压缩机2与氢气非预混燃烧器9的入口相连通，助燃风道3与锅炉本体4上的助燃风箱8相连通。

锅炉本体4上均匀布置多个氢气非预混燃烧器9，在炉膛主燃烧区内形成充满度高的氢气火焰，氢气非预混燃烧器9产生的高温烟气与下部调温烟气喷口5产生的强旋转气流快速混合，以达到调节主燃烧区气温的目的，烟气上行过程中经过燃尽风喷口7补充燃烧所需的氧气，然后在上部调温烟气消旋喷口6的位置处借助反向旋转气流消旋。

需要说明的是，基于本发明能够实现火电零排放、绿色可持续发展的目的，同时降低氢燃料转化为高品质电能的设备投资和技术风险，对未来以氢气作为储能介质的储能技术的发展提供一条成熟、可靠的技术路线。

技术特征：

1.一种适用于现役火电锅炉氢气燃烧改造系统，其特征在于，包括锅炉本体(4)以及设置于锅炉本体(4)上的若干燃尽风喷口(7)、若干氢气非预混燃烧器(9)、若干下部调温烟气喷口(5)及若干上部调温烟气消旋喷口(6)；

上部调温烟气消旋喷口(6)、燃尽风喷口(7)、氢气非预混燃烧器(9)及下部调温烟气喷口(5)自上到下依次分布，且各上部调温烟气消旋喷口(6)喷射的烟气的旋流方向与下部调温烟气喷口(5)喷射的烟气的旋流方向相反。

2.根据权利要求1所述的适用于现役火电锅炉氢气燃烧改造系统，其特征在于，各上部调温烟气消旋喷口(6)沿周向依次分布。

3.根据权利要求1所述的适用于现役火电锅炉氢气燃烧改造系统，其特征在于，各燃尽风喷口(7)沿周向依次分布。

4.根据权利要求2所述的适用于现役火电锅炉氢气燃烧改造系统，其特征在于，各上部调温烟气消旋喷口(6)沿周向依次分布。

5.根据权利要求4所述的适用于现役火电锅炉氢气燃烧改造系统，其特征在于，各上部调温烟气消旋喷口(6)的轴线相切于第一圆上。

6.根据权利要求5所述的适用于现役火电锅炉氢气燃烧改造系统，其特征在于，各下部调温烟气喷口(5)的轴线相切于第二圆上。

7.根据权利要求6所述的适用于现役火电锅炉氢气燃烧改造系统，其特征在于，第一圆的直径大于第二圆的直径。

8.根据权利要求1所述的适用于现役火电锅炉氢气燃烧改造系统，其特征在于，还包括助燃风道(3)，其中，助燃风道(3)与锅炉本体(4)上的助燃风箱(8)相连通。

9.根据权利要求1所述的适用于现役火电锅炉氢气燃烧改造系统，其特征在于，还包括氢燃料管道(1)及压缩机(2)，其中，氢燃料管道(1)的出口经压缩机(2)与氢气非预混燃烧器(9)的入口相连通。

10.根据权利要求1所述的适用于现役火电锅炉氢气燃烧改造系统，其特征在于，还包括调温烟气管道(10)及调温烟气风机(11)，其中，调温烟气风机(11)的出口经调温烟气管道(10)与下部调温烟气喷口(5)及上部调温烟气消旋喷口(6)相连通。

技术总结
本发明公开了一种适用于现役火电锅炉氢气燃烧改造系统，包括锅炉本体以及设置于锅炉本体上的若干燃尽风喷口、若干氢气非预混燃烧器、若干下部调温烟气喷口及若干上部调温烟气消旋喷口；上部调温烟气消旋喷口、燃尽风喷口、氢气非预混燃烧器及下部调温烟气喷口自上到下依次分布，且各上部调温烟气消旋喷口喷射的烟气的旋流方向与下部调温烟气喷口喷射的烟气的旋流方向相反，该改造系统能够有效解决火电锅炉氢气燃烧改造中燃烧、传热及设备匹配的技术问题。

技术研发人员：范庆伟;晋中华;刘洋;赵军旗;时勇强;敬小磊;张锋
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：2021.06.07
技术公布日：2021.07.27