一种适用于现役燃煤火电锅炉氢燃料零碳排放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燃煤火电锅炉氢燃料零碳排放改造系统。

背景技术：

我国电力工业起步晚，走的是技术引进、消化吸收、改进再创新的发展道路。在我国煤电结构体系内，300mw等级亚临界机组的数量最多，其中服役年限在20年以内的占比达到82.8％，这批机组近年将达到设计寿命。相比于发达国家，其电力工业起步早、机组服役时间长，全球范围内煤电机组平均服役30年以上的超过24％。日本近50％的煤电机组服役年限为30～39年，25％的煤电机组服役年限超过40年。美国燃煤发电厂的平均使用年限为42年，有11％的发电厂运行年限超过60年。由此可知，机组在达到设计寿命后通过延寿改造，仍可以长期安全、稳定运行，为社会和企业带来大量的边际效益。因此，现役燃煤火电机组未来的延寿改造是我国电力行业需要面对的问题之一。

近年来，世界范围内的能源结构都在发生巨大的调整，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。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。

一方面是发挥现役燃煤机组的剩余价值，避免资源的浪费，另一方面是氢能的大规模转化。而将两个问题耦合起来解决，即将现役燃煤火电机组的设备大部分利旧，实现氢燃料发电，则可同时满足上述两方面的需求。

将氢气作为燃料燃烧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。而在燃煤火电行业大规模应用还未见报道。从氢气的燃烧特性来讲，其火焰传播速度快、燃烧强度高，要想与现役燃煤火电机组耦合，需解决燃烧、传热、设备匹配的技术问题。

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燃煤火电锅炉氢燃料零碳排放改造系统，该系统能够有效的改造后燃烧、传热及设备匹配的问题。

为达到上述目的，本发明所述的适用于现役燃煤火电锅炉氢燃料零碳排放改造系统包括氢燃料管道、氢气非预混燃烧器、锅炉本体、助燃风机、二分仓空气预热器、烟气收水器、烟囱及调温烟气风机；

氢燃料管道与氢气非预混燃烧器的入口相连通，氢气非预混燃烧器的喷口插入于锅炉本体内，助燃风机的出口经二分仓空气预热器的吸热侧与锅炉本体上的助燃风箱相连通；

锅炉本体的烟气出口与二分仓空气预热器的放热侧入口相连通，二分仓空气预热器的放热侧出口分为两路，其中一路经烟气收水器与烟囱的入口相连通，另一路经调温烟气风机与锅炉本体相连通。

氢燃料管道经压缩机与氢气非预混燃烧器的入口相连通。

锅炉本体的烟气出口经scr脱硝系统与二分仓空气预热器的放热侧入口相连通。

烟气收水器经引风机与烟囱的入口相连通。

引风机与烟囱之间设置有烟道。

烟气收水器的底部设置有疏水口。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的适用于现役燃煤火电锅炉氢燃料零碳排放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，将氢燃料管道输出的氢燃料经氢气非预混燃烧器喷入锅炉本体进行燃烧，同时通过调温烟气对氢气高强度燃烧产生的高温火焰进行调温，以匹配现有的炉膛尺寸和锅炉各级受热面，以解决改造后燃烧、传热及设备匹配的问题，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。另外，本发明通过烟气收水器回收氢气燃烧过程中产生的大量水蒸气，最大幅度的回收有用资源。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，1为氢燃料管道、2为压缩机、3为氢气非预混燃烧器、4为调温烟气管道、5为调温烟气喷口、6为助燃风箱、7为锅炉本体、8为助燃风机、9为助燃风道、10为二分仓空气预热器、11为调温烟气风机、12为scr脱硝系统、13为烟气收水器、14为疏水口、15为引风机、16为烟道、17为烟囱。

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，本发明所述的适用于现役燃煤火电锅炉氢燃料零碳排放改造系统包括氢燃料管道1、压缩机2、氢气非预混燃烧器3、调温烟气管道4、调温烟气喷口5、助燃风箱6、锅炉本体7、助燃风机8、助燃风道9、二分仓空气预热器10、调温烟气风机11、scr脱硝系统12、烟气收水器13、疏水口14、引风机15、烟道16及烟囱17；氢燃料管道1经压缩机2与氢气非预混燃烧器3的入口相连通，氢气非预混燃烧器3的喷口插入于锅炉本体7内，助燃风机8的出口经二分仓空气预热器10的吸热侧与锅炉本体7上的助燃风箱6相连通；锅炉本体7的烟气出口经scr脱硝系统12与二分仓空气预热器10的放热侧入口相连通，二分仓空气预热器10的放热侧出口分为两路，其中一路经烟气收水器13、引风机15及烟道16与烟囱17的入口相连通，另一路经调温烟气风机11、调温烟气管道4及调温烟气喷口5与锅炉本体7相连通，烟气收水器13的底部设置有疏水口14。

本发明的具体工作过程为：

煤燃烧系统改造为氢气燃烧系统，所述氢燃料系统由氢燃料管道1、压缩机2、氢气非预混燃烧器3及助燃风箱6组成，同时，助燃风经助燃风机8升压后送入二分仓空气预热器10(由原三分仓或四分仓空气预热器改造而成)中升温后，再经助燃风道9送入助燃风箱6中；

锅炉本体7中燃烧产生的烟气经scr脱硝系统12脱硝后进入到二分仓空气预热器10中放热，然后分为两路，其中一路经调温烟气管道4、调温烟气风机11及调温烟气喷口5返回锅炉本体7中，对氢气高强度燃烧产生的高温烟气进行调温，以匹配现有炉膛的尺寸和锅炉各级受热面，另一路经烟气收水器13降温收集其中的水分，然后再经引风机15及烟道16进入到烟囱17中，烟气收水器13收集的疏水经疏水口14回收，以最大幅度的回收有用的资源。

技术特征：

1.一种适用于现役燃煤火电锅炉氢燃料零碳排放改造系统，其特征在于，包括氢燃料管道(1)、氢气非预混燃烧器(3)、锅炉本体(7)、助燃风机(8)、二分仓空气预热器(10)、烟气收水器(13)、烟囱(17)及调温烟气风机(11)；

氢燃料管道(1)与氢气非预混燃烧器(3)的入口相连通，氢气非预混燃烧器(3)的喷口插入于锅炉本体(7)内，助燃风机(8)的出口经二分仓空气预热器(10)的吸热侧与锅炉本体(7)上的助燃风箱(6)相连通；

锅炉本体(7)的烟气出口与二分仓空气预热器(10)的放热侧入口相连通，二分仓空气预热器(10)的放热侧出口分为两路，其中一路经烟气收水器(13)与烟囱(17)的入口相连通，另一路经调温烟气风机(11)与锅炉本体(7)相连通。

2.根据权利要求1所述的适用于现役燃煤火电锅炉氢燃料零碳排放改造系统，其特征在于，氢燃料管道(1)经压缩机(2)与氢气非预混燃烧器(3)的入口相连通。

3.根据权利要求1所述的适用于现役燃煤火电锅炉氢燃料零碳排放改造系统，其特征在于，锅炉本体(7)的烟气出口经scr脱硝系统(12)与二分仓空气预热器(10)的放热侧入口相连通。

4.根据权利要求1所述的适用于现役燃煤火电锅炉氢燃料零碳排放改造系统，其特征在于，烟气收水器(13)经引风机(15)与烟囱(17)的入口相连通。

5.根据权利要求4所述的适用于现役燃煤火电锅炉氢燃料零碳排放改造系统，其特征在于，引风机(15)与烟囱(17)之间设置有烟道(16)。

6.根据权利要求1所述的适用于现役燃煤火电锅炉氢燃料零碳排放改造系统，其特征在于，烟气收水器(13)的底部设置有疏水口(14)。

7.根据权利要求1所述的适用于现役燃煤火电锅炉氢燃料零碳排放改造系统，其特征在于，助燃风经助燃风机(8)升压后送入二分仓空气预热器(10)中升温后，再经助燃风道(9)送入助燃风箱(6)中。

8.根据权利要求1所述的适用于现役燃煤火电锅炉氢燃料零碳排放改造系统，其特征在于，锅炉本体(7)中燃烧产生的烟气经scr脱硝系统(12)脱硝后进入到二分仓空气预热器(10)中放热。

技术总结
本发明公开了一种适用于现役燃煤火电锅炉氢燃料零碳排放改造系统，包括氢燃料管道、氢气非预混燃烧器、锅炉本体、助燃风机、二分仓空气预热器、烟气收水器、烟囱及调温烟气风机；氢燃料管道与氢气非预混燃烧器的入口相连通，氢气非预混燃烧器的喷口插入于锅炉本体内，助燃风机的出口经二分仓空气预热器的吸热侧与锅炉本体上的助燃风箱相连通；锅炉本体的烟气出口与二分仓空气预热器的放热侧入口相连通，二分仓空气预热器的放热侧出口分为两路，其中一路经烟气收水器与烟囱的入口相连通，另一路经调温烟气风机与锅炉本体相连通，该系统能够有效的改造后燃烧、传热及设备匹配的问题。

技术研发人员：范庆伟;晋中华;敬小磊;张锋;赵军旗;刘洋;时勇强
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：2021.08.10