CN101569829B

CN101569829B - 利用多级浓淡燃烧与燃料再燃联合控制NOx排放的方法

Info

Publication number: CN101569829B
Application number: CN2009100328782A
Authority: CN
Inventors: 黄震; 刘卫民; 邵亚锋; 卢平
Original assignee: Individual
Current assignee: Huang Zhen; Liu Weimin; Lu Ping; Shao Yafeng
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2029-06-05
Also published as: CN101569829A

Abstract

本发明属于煤粉燃烧技术领域，是利用多级浓淡燃烧与燃料再燃联合控制NO_x排放的方法，按以下步骤进行：在多级浓淡燃烧区布置含有2～6层浓淡燃烧器的多级浓淡燃烧器，将75～85％燃料送入多级浓淡燃烧区，燃烧过程中生成含NO_x的烟气；在混合再燃区内喷入15～25％的煤和生物质燃料的混合再燃燃料，形成再燃还原区，混合再燃燃料在还原气氛下析出CH_i和NH_i活性基团，与多级浓淡燃烧区生成的NO_x反应，还原为N₂；在燃尽区内喷入空气，将未完全燃烧的可燃物完全燃烧。本发明可高效地控制NO_x排放，NOx脱除效率＞80％，实现了高煤粉浓度的燃烧，提高着火稳燃性能，改善了煤种的适应性，有效地防止水冷壁的结渣，达到了提高锅炉效率和节能降耗的目的。

Description

利用多级浓淡燃烧与燃料再燃联合控制NO<sub>x</sub>排放的方法

技术领域

本发明属于煤粉燃烧技术领域，具体的说是利用多级浓淡燃烧与燃料再燃联合控制NO_x排放的方法。

背景技术

我国是以煤为主的能源消耗大国，随着我国节能环保要求的提高，燃煤电站的煤粉燃烧技术正面临着综合解决燃料适应性广、燃烧效率高、低负荷稳燃、防止结渣、低NO_x排放等一系列问题。

近年来，国内外燃烧技术有了较大的发展，已开发了低氧燃烧、空气分级燃烧、浓淡燃烧和再燃等低NOx燃烧技术。我国电站锅炉大都采用空气分级低NO_x燃烧技术，对高挥发分燃煤锅炉而言，其NO_x排放量基本可以控制在650mg/m³左右，而对低挥发分燃煤锅炉，其NO_x排放量基本却仍然在1000mg/m³左右，由于目前空气分级技术难以解决深度空气分级与煤粉燃尽率之间的矛盾，限制了该技术的发展。浓淡燃烧技术是将一次风管中的煤粉气流分成浓淡两股，使浓股煤粉气流面对炉膛向火侧，淡股煤粉气流处于背火侧(靠近水冷壁)，这样浓侧煤粉气流能够迅速获得热量而达到着火条件，着火后的燃烧区域则由含氧较高的淡粉气流补充足够的氧气，保障着火后的燃烧，形成稳定的着火源，并扩充到整个射流，从而实现稳燃。在煤粉锅炉布置上有水平浓淡、上下浓淡和径向浓淡等不同布置形式。再燃烧技术是将炉内燃烧过程沿炉膛高度从下到上依次分成主燃区、再燃区和燃尽区三个区域，将80％左右燃料送入主燃烧区(α＞1)，其余20％左右再燃燃料送入再燃区(α＜1)，在再燃区还原性气氛下，迫使主燃区生成NO_x还原为N₂，最后在燃尽区内补入部分空气，保证燃烧产物完全燃烧。

尽管上述燃烧技术在稳定燃烧、实现低负荷断油调峰、炉内低NO_x排放、防止炉内结渣以及提高煤种适应性等方面表现出一定效果，但单独使用时，其低NO_x控制效果仍然有限，难以突破60％的瓶颈，不能满足日益严格的环保要求，因此，如何将上述技术进行有机的整合，优化燃烧工艺，实现燃料、空气多次分级燃烧，充分抑制NO_x生成，并还原已生成的NO_x，是有待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有低NO_x燃烧技术存在的技术缺陷，优化燃烧工艺，提供一种利用多级浓淡燃烧与混合燃料再燃联合控制NO_x排放的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

利用多级浓淡燃烧与燃料再燃联合控制NO_x排放的方法，包括炉膛、混合再燃燃料供应系统、锅炉尾部受热面和烟气处理系统，锅炉炉膛沿高度自下而上分成三个区域：多级浓淡燃烧区、混合再燃区和燃尽区，按以下步骤进行：(1)在多级浓淡燃烧区布置含有2～6层浓淡燃烧器的多级浓淡燃烧器，将75～85％燃料(占总输入热量的75～85％)送入多级浓淡燃烧区，燃烧过程中生成含NO_x的烟气；(2)在混合再燃区内喷入15～25％(占总输入热量的15～25％)的煤和生物质燃料的混合再燃燃料，形成再燃还原区，混合再燃燃料在还原气氛下析出CH_i和NH_i活性基团，与多级浓淡燃烧区生成的NO_x反应，还原为N₂；(3)在燃尽区内喷入空气，将未完全燃烧的可燃物完全燃烧。

步骤(1)中，多级浓淡燃烧区内过量空气系数为0.9～1.1。步骤(2)中，生物质燃料输入热量占总输入热量的比例为0～20％，混合再燃区内过量空气系数为0.8～0.9。步骤(3)中，燃尽区内过量空气系数为1.15～1.2。

多级浓淡燃烧区：多级浓淡燃烧区由2～6层浓淡型燃烧器组成，每级燃烧器布置在锅炉的4个角。浓淡燃烧器将一次风气流在喷口位置沿水平或垂直方向上分成水平浓淡或上下浓淡两部分。对水平浓淡燃烧，浓粉气流在向火侧，局部的高煤粉浓度区域能够迅速获得热量而达到着火条件，进而在炉内形成稳定的点火源，有利于稳燃；淡粉气流(富氧)在近壁侧，形成近壁面区的氧化性气氛，有利于防止结渣和高温腐蚀。对上下浓淡燃烧，相邻的浓股气流不仅有利于进一步提高稳燃能力，而且相邻的浓侧煤粉气流可以形成局部的富燃区，有利于形成局部还原性气氛，降低NO_x的生成。

混合再燃区：再燃区内的再燃燃料是煤粉与生物质燃料组成的混合燃料，利用一次风将煤粉与生物质组成的混合燃料喷入炉膛混合再燃区，再燃区内过量空气系数为0.8～0.9。再燃区内再燃燃料通过以下两条途径将多级浓淡燃烧区生成的NO_x进一步还原成N₂：一是由还原性气氛下再燃燃料热解生成的CH_i和NH_i等活性基团与NO_x的同相还原反应，二是由再燃条件下生成的活性焦炭与NO_x发生异相还原反应。

多级浓淡燃烧和混合再燃方法将生物质挥发分析出燃烧及其活性灰焦催化反应有机结合，强化焦炭对CO与NO反应之间的异相催化还原作用，解决了单纯浓淡燃烧或燃料再燃技术的局限，提高了NO_x还原效率。

本发明的优点是：①充分体现了常规燃烧、深度空气分级燃烧、低温低O₂燃烧和燃料再燃的理念，并将其有机的结合起来，进一步扩大了炉内还原气氛区和还原燃烧区，强化了低温、低氧和分级燃烧的对NO_x控制的优势，起到高效控制NO_x排放的效果。②充分发挥了浓淡燃烧向火侧的着火优势，实现了高煤粉浓度的燃烧，优化了切圆燃烧的着火条件，提高了着火的稳定性，煤种的适应性更广。③水平浓淡与垂直浓淡的组合布置进一步改善了炉内气流组织，降低了飞灰可燃物含量，向火侧、背火侧变异煤粉浓度燃烧的实现，使得背火侧一次风气流煤粉浓度较低，在靠近炉墙壁面区域基本上形成了氧化性的气氛，可以有效地防止水冷壁的结渣，提高传热效率，达到提高锅炉效率和节能降耗的目的。④本发明的工艺布置方式简单，运行费用低。改造设计时，可以基本保持原有燃烧器本体结构、燃烧器风箱及一次风标高不变，改造工作量小、投资省、工期短、防结渣和低NO_x效果优，改造后的锅炉结渣情况大大减轻，NO_x排放量明显减少(NO脱除效率＞80％，NOx排放＜250mg/Nm³)。⑤本发明直接利用生物质资源作为再燃燃料，不仅可以生成高活性灰焦，强化NO_x的还原效果，而且符合国家能源开发和利用政策，开辟了生物质能源高效率低成本利用的途径。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

图2是图1的A-A向视图。

图3是实施例一的多级浓淡燃烧器的结构示意图。

图4是实施例二的多级浓淡燃烧器的结构示意图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的装置如图1所示，电站锅炉制粉系统的煤粉7经一次风管8分成两路，分别与再燃燃料连接管6和炉膛多级浓淡燃烧器11相连接，多级浓淡燃烧器布置于炉膛四角，以切圆形式喷入炉内多级浓淡燃烧区I，在炉膛中心形成φ450~900mm的切圆，如图2所示。多级浓淡燃烧器11如图3所示，共有11层喷口，炉膛自下而上包括5层浓淡燃烧器，其中第一层和第四层为上浓下淡燃烧器1104并向上偏转4～6度，第二层为水平浓淡燃烧器1105，第三层和第五层为上淡下浓燃烧器1102并向下偏转4～6度，每个上下浓淡燃烧器都设置了侧边风1103，其余六层为二次风喷口1101，分别布置于各浓淡燃烧器之间。上述布置形成上下两组燃烧区(最上两层浓淡燃烧器形成一个燃烧区，下三层燃烧器形成一个燃烧区)，每组一次风喷口出口方向相对集中，从而在炉内高度方向上形成煤粉射流的空间浓淡分布，同时，上倾或下倾浓淡燃烧器一次风喷口相应地增大侧边风面积，有利于防结渣和高温腐蚀。

生物质再燃燃料1经生物质预处理装置2破碎处理后，由埋刮板输送装置3送入生物质颗粒中间加料仓4，经中间喂料仓底部的螺旋喂料器5输送进入再燃燃料连接管6，此时的生物质颗粒与煤粉一起由再燃热风管道27提供的一次风输送，经再燃燃料喷口12，喷入炉膛混合再燃区II。在煤粉锅炉炉膛20上部设置有燃尽风喷口13，其与燃尽风管28连接。热风管道10分别与多级浓淡燃烧器连接管26、再燃热风管道27和燃尽风管28连接。空气25经空气预热器24预热后，由热风管道10分成三路送入炉内。在煤粉锅炉炉膛20内燃烧生成的烟气和飞灰依次流经锅炉尾部烟道中的过热器22、省煤器23和空气预热器24进行热交换，最后经除尘器30和烟气脱硫装置31净化，在引风机的作用下由烟囱32排出。

煤粉锅炉的炉膛20分为多级浓淡燃烧区I、混合再燃区II和燃尽区III。本实施方式利用廉价、易得的生物质作为主要的混合再燃燃料，将浓淡燃烧技术与混合再燃技术有机结合，在整个锅炉全炉膛内采用了多点、多区、多角度送风，在炉膛高度方向上，自炉膛底部二次风喷口到顶部燃尽风均采用多组多喷口小流量的设计，并控制不同区段不同的掺混率，这不仅有利于实现深度分级送风与低O₂燃烧过程，提高着火稳燃性能，防止水冷壁高温腐蚀，而且扩大了还原气氛区和NO_x还原燃烧区，从根本上抑制炉内NO_x的生成。

本实施例通过多级浓淡燃烧和生物质混合再燃燃料，在炉膛内部形成了不同气氛的燃烧反应条件，达到了稳燃、防结焦和低NO_x排放的目的。生物质燃料在高温下迅速完成热解，释放出大量的挥发份、碱金属和氯等，形成还原性气氛，在挥发份、活性灰焦及生物质中所含有的钾、钠等碱金属氧化物的催化还原作用下，进一步强化了NO_x还原反应，迫使更多的NO_x被还原成N₂。另外，生物质燃烧过程中形成的高含氯量的烟气和高活性飞灰还会对燃煤重金属(如汞)的氧化和吸附有促进作用，从而便于利用锅炉现有的烟气处理装置实现燃煤NO_x、汞等多种污染物的高效联合脱除。

实施例二

本实施例利用多级浓淡燃烧与混合燃料再燃联合控制NO_x排放的方法与实施例1的区别在于浓淡燃烧器的布置，图4给出了采用第二种多级浓淡燃烧器布置示意图，该浓淡燃烧器共有5层喷口，其中两层为浓淡燃烧器(下浓上淡型1102和上浓下淡型1104)，在两层浓淡燃烧器的侧面背火侧均设置侧边风1103，另外三层为二次风喷口1101，它们分别布置于各浓淡燃烧器之间。该种燃烧器的布置高度较低，适应用于容量较小的煤粉锅炉。

实施例三

本实施例利用多级浓淡燃烧与混合燃料再燃联合控制NO_x排放的方法与实施例1的区别在于生物质再燃燃料的制备与加料。使用时，外购的颗粒状生物质再燃燃料储存在再燃燃料储仓40中，采用气力输送方式输送至中间加料仓4。该实施方式取消了生物质的预处理，系统更加简单。

本发明还可以有其它实施方式，凡采用同等替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims

1.利用多级浓淡燃烧与燃料再燃联合控制NO_x排放的方法，包括炉膛、混合再燃燃料供应系统、锅炉尾部受热面和烟气处理系统，锅炉炉膛沿高度自下而上分成三个区域：多级浓淡燃烧区、混合再燃区和燃尽区，按以下步骤进行：

(1)在多级浓淡燃烧区布置含有2～6层浓淡燃烧器的多级浓淡燃烧器，将占总输入热量75～85％的燃料送入多级浓淡燃烧区，燃烧过程中生成含NO_x的烟气；

(2)在混合再燃区内喷入占总输入热量15～25％的煤和生物质燃料的混合再燃燃料，形成再燃还原区，混合再燃燃料在还原气氛下析出CH_i和NH_i活性基团，与多级浓淡燃烧区生成的NO_x反应，还原为N₂；

(3)在燃尽区内喷入空气，将未完全燃烧的可燃物完全燃烧；

其特征在于：

所述多级浓淡燃烧器共设有11层喷口，包括5层浓淡燃烧器的喷口和6层二次风喷口，第一层和第四层浓淡燃烧器为上浓下淡燃烧器，并向上偏转4～6度角，第二层浓淡燃烧器为水平浓淡燃烧器，第三层和第五层浓淡燃烧器为上淡下浓燃烧器，并向下偏转4～6度角，每个上浓下淡燃烧器和上淡下浓燃烧器都设置有侧边风，5个浓淡燃烧器分别布置于各二次风喷口之间。

2.如权利要求1所述的利用多级浓淡燃烧与燃料再燃联合控制NO_x排放的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，多级浓淡燃烧区内过量空气系数为0.9～1.1。

3.如权利要求1所述的利用多级浓淡燃烧与燃料再燃联合控制NO_x排放的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，生物质燃料输入热量占总输入热量为大于0小于等于20％，混合再燃区内过量空气系数为0.8～0.9。

4.如权利要求1所述的利用多级浓淡燃烧与燃料再燃联合控制NO_x排放的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，燃尽区内过量空气系数为1.15～1.2。

5.如权利要求1所述的利用多级浓淡燃烧与燃料再燃联合控制NO_x排放的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，总燃料经一次风管分成两路，分别与再燃燃料连接管和多级浓淡燃烧器相连接。