一種低排放高效層燃燃燒裝置及方法
2023-05-16 19:08:11 1
專利名稱：一種低排放高效層燃燃燒裝置及方法
技術領域：
本發明屬於潔淨能源技術領域，具體涉及一種通過燃燒調整方法(煙氣再循環技術和噴水蒸汽技術相結合)降低層燃爐的NOx和SOx排放，還可以提高層燃爐的燃燒效率。
背景技術：
工業鍋爐在我國的應用特點是量大面廣，目前運行著的工業鍋爐約55萬臺，儘管隨著國民經濟的發展和人民生活水平的提高，燃油及燃氣鍋爐的數量正在逐漸增加，但由於我國燃料是以煤為主，因而大多數工業鍋爐為燃煤鍋爐，並且主要是層燃爐，由於設計及運行等方面的原因，我國工業鍋爐的熱效率普遍較低，為了提高熱效率，通常是提高爐內溫度水平，促使燃燒穩定、燃盡率高，但這樣往往造成NOx排放量的增加，如何降低小型工業鍋爐的NOx排放量顯得日益迫切。發明專利「煤熱解層燃裝置及其燃燒方法」(申請號200710120221. 2)申請公開了一種層燃鍋爐的低汙染高效燃燒方法。但該專利中由於層燃爐氧化熱解室產生的可燃氣體和小顆粒半焦可以降低NOx的產生，由於熱解室是在氧化環境(空氣)和溫度相對較低情況發生熱解，因此產生還原氣體(NH」 HCN、CHi^H2和CO等)較少，且熱解率較低，特別是對於劣質煙煤，產生還原氣體更少，還原NOx效果不明顯；該專利由於在層燃爐中設置氧化熱解室而影響鍋爐的出力；另外，該專利在工程應用中對鍋爐本體的改造較大，施工較為困難。隨著環保要求的日益提高，對NOx排放將會更加嚴格，因此該專利的工業適用性較差， 不能滿足日益嚴格的環保要求。
發明內容
本發明的目的在於克服上述不足而提供一種低排放高效層燃燃燒裝置及方法，該種方法利用煙氣再循環和噴水蒸汽相結合的技術來迅速熱解煤粉產生還原氣體(NH」 HCN、 CHi, H2和CO等)，且通過再循環煙氣用來攜帶還原性氣體和部分小顆粒半焦進入爐內的再燃區，並強化爐內燃燒流動，達到還原NOx的目的，未燃盡顆粒在燃燒室的上方繼續燃燒， 在爐膛內實現爐內燃料分級燃燒，同時還可以提高層燃爐的燃燒效率。為實現上述目的，本發明採取的技術方案為一種低排放高效層燃燃燒裝置，包括燃燒室、爐排，燃燒室內分為主燃區、主燃區上方的再燃區和靠近燃燒室上口的燃盡區，燃燒室上設有與燃燒室的主燃區相通的煙氣導出口、與燃燒室的再燃區相通的再循環煙氣噴嘴、與燃燒室內前端相通且在再循環煙氣噴嘴下方的水蒸汽噴嘴，再循環煙氣噴嘴連接燃燒室外的拉法爾管混合風箱，拉法爾管混合風箱一路與煙氣導出口相通，一路通過循環風機、氣固分離器與燃燒室的尾氣出口相通；所述的爐排靠近進料口的部分底部設煙氣再循環風室與拉法爾管混合風箱相通。所述的再循環煙氣噴嘴設在燃燒室的前端，並傾斜設置，使氣流由前上方向後下方流動。所述的水蒸汽噴嘴通過循環蒸汽泵通有水蒸汽。
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一種低排放高效層燃燃燒方法，將煤粉和固硫劑充分混合送入燃燒室，煤粉在加熱、噴入少量的水蒸汽、同時底部通入中高溫再循環煙氣下發生迅速熱解，產生還原氣體 (NHi、HCN、CHi、H2和CO等)，產生的還原氣體及夾雜的部分小顆粒半焦在噴入的中高溫再循環氣流的作用下進入到再燃區，還原主燃區燃燒生成的NOx，未燃盡顆粒在燃燒室的燃燃區繼續燃燒，燃燒完產生的尾氣引出來除塵後形成中溫再循環煙氣，中溫再循環煙氣與從主燃區引出的高溫循環煙氣混合形成中高溫再循環煙氣進入燃燒室供上述的燃燒使用(煤粉和固硫劑在層燃爐爐排上進行的第一級燃燒區域稱為主燃區，還原氣體及小顆粒半焦則在爐排上方的再循環煙氣噴嘴作用送入的二級燃燒區域稱為再燃區，未燃盡顆粒與通過後拱導向作用的「火上風」在再燃區的上方形成第三級燃燒區域稱為燃盡區)。所述的熱解在低氧氛圍中，控制底部通入中高溫再循環煙氣含氧量為3% 10% (ν/ν)。所述的中高溫再循環煙氣的溫度範圍為350°C 450°C，佔總循環煙氣體積量的 15% 25% (ν/ν)。所述的高溫循環煙氣的溫度範圍為1150°C 1250°C，佔總循環煙氣體積量的 75% 85% (ν/ν)。所述的中高溫再循環煙氣底部通入的部分佔總量的20%-80% (ν/ν)，噴入的部分佔總量的20% -80% (ν/ν)，可通過閥門控制。所述的噴入的中高溫再循環煙氣(即攜帶還原性氣體和部分小顆粒半焦的)速度為 15m/s 30m/so所述的水蒸汽噴嘴工作蒸汽壓力為4 9X IO5Pa,速度20m/s 30m/s，水蒸汽在層燃爐給料初始階段噴入。水蒸汽流量按照煤的水分含量的10% -35%通入，煤水分越大通入越少。所述的固硫劑的混合比例範圍為可按煤的質量的1. 5% 2. 5%計算，加熱溫度 100 1300°C。層燃爐採用再循環煙氣為鍋爐尾部的中溫再循環煙氣和從爐膛引出的高溫再循環煙氣混合得到，其中中溫再循環煙氣由於飛灰含量較高，需要經過氣固分離器分離後 (除塵效率60% 80% )，通過循環風機進入到拉法爾管混合風箱內，中溫循環煙氣量佔總循環煙氣量的15% 25% ；高溫再循環煙氣經過拉法爾管與中溫再循環煙氣混合後得到中高溫循環煙氣。中高溫循環煙氣分成兩股，其中一股和噴入少量的水蒸汽配合作用迅速熱解煤粉，產生大量的還原氣體(NHi、HCN、CHpH2和CO等)，另一股通過再循環煙氣用來攜帶還原性氣體和部分小顆粒半焦進入爐內的再燃區，並強化爐內燃燒流動，達到還原NOx的目的。還原性還原NOx的同相化學反應途徑如下還原氣氛中NO與氨類(NHi)和氮原子(N)反應生成N2,主要反應有NO+NH ^ N2+0H(1)NCHNH2 — N2+H20(2)NO+N —N2+0(3)還原氣氛中NO與烴根(CHi)結合生成氰(HCN)
NO+ Cf^ HCN(4)
NCHCH2 — HCN+0H(5)NCHCH3 — HCN+H20(6)HCN與0、OH、H按下反應生成中間產物氰氧化物HCN+0 — NC0+H(7)HCN+0H — HNC0+H(8)氰氧化物在還原性氣氛中轉化為氨類NC0+H — NH+C0(9)HNC0+H — NH2+C0(10)NH+H ^ N+H2(11)NH2+NH2 — NH3+NH(12)生成的NHi在還原氣氛中如遇到NO則會按式(1)、⑵、(3)將NO還原為N2。H2與NO的反應主要通過以下反應途徑進行H2+02 — Η+Η20(13)Η2+Η20 — Η+Η+Η20(14)H+NO+M — HNO+M(15)H2+HN0 — H20+NH(16)HNO+H — NH+OH(17)在高溫條件下，CO還原NO主要通過以下反應C0+N0 — C02+N(18)本發明通過將煙氣再循環技術和噴水蒸汽技術引入層燃爐，一方面採用混合得到的中高溫循環煙氣(約600°C)引入到煙氣再循環風室，和噴入少量的水蒸汽配合作用迅速熱解煤粉，產生大量的還原氣體(NHi、HCN、CHi、H2和CO等)；另一方面通過在前拱設計再循環煙氣噴嘴用來攜帶還原性氣體和部分小顆粒半焦進入爐內的再燃區，在燃燒室的主燃區上方形成富燃料區，還原主燃區燃燒生成的N0x，減少燃料氮向NOx的轉化，未燃盡顆粒在燃燒室的上方繼續燃燒，在爐膛內實現爐內燃料分級燃燒，同時還可以提高層燃爐的燃燒效率。所述的NOx脫除率為35% 55%，SOx脫除率為80%以上，層燃爐燃燒效率提高
2%。
圖1本發明裝置結構示意圖；其中1.料鬥，2.再循環煙氣噴嘴，3.前拱，4.鍋筒，5.氣固分離器，6.循環風機，7.空氣風室，8.煙氣再循環風室，9.爐排，10.拉法爾管，11.燃燒室，12.煙氣導出口， 13.水蒸汽噴嘴，14.循環蒸汽泵，I主燃區、II再燃區、III燃盡區。
具體實施例方式—種低排放高效層燃燃燒裝置，包括燃燒室11、爐排9，燃燒室11內分為主燃區I、 主燃區上方的再燃區II和靠近燃燒室上口的燃盡區III，燃燒室11上設有與燃燒室11的前端相通的水蒸汽噴嘴13、與燃燒室11的主燃區I相通的煙氣導出口 12、與燃燒室11的再燃區II相通的再循環煙氣噴嘴2，再循環煙氣噴嘴2連接燃燒室11外的拉法爾管混合風箱10，拉法爾管10 —路與煙氣導出口 12相通，一路通過循環風機6、氣固分離器5與燃燒室11的尾氣出口相通；所述的爐排9靠近進料口的部分底部設煙氣再循環風室8與拉法爾管混合風箱10相通。所述的再循環煙氣噴嘴2設在燃燒室11的前端，並傾斜設置，使氣流由前上方向後下方流動。所述的水蒸汽噴嘴13通過循環蒸汽泵14通有水蒸汽。實施例1一種低排放高效層燃燃燒方法，將煤粉和固硫劑充分混合送入燃燒室，煤粉在加熱、噴入少量的水蒸汽、同時底部通入中高溫再循環煙氣下發生迅速熱解，產生還原氣體 (NHi,HCNXHi,H2和CO等)，產生的還原氣體及夾雜的部分小顆粒半焦在噴入的中高溫再循環氣流的作用下進入到再燃區，還原主燃區燃燒生成的NOx，未燃盡顆粒在燃燒室的燃燃區繼續燃燒，燃燒完產生的尾氣引出來形成中溫再循環煙氣，中溫再循環煙氣與從主燃區引出的高溫循環煙氣混合形成中高溫再循環煙氣進入燃燒室供上述的燃燒使用。所述的熱解在低氧氛圍中，控制底部通入中高溫再循環煙氣含氧量為10% (ν/
V) O所述的中高溫再循環煙氣的溫度範圍為350°C，佔總循環煙氣體積量的15%。所述的高溫循環煙氣的溫度範圍為1150°C，佔總循環煙氣體積量的85%。所述的中高溫再循環煙氣底部通入的部分佔總量的20% (ν/ν)，噴入的部分佔總量的 80% (ν/ν) 0所述的水蒸汽噴嘴工作蒸汽壓力為4Χ IO5Pa,速度20m/s，水蒸汽在層燃爐給料初始階段噴入。所述的固硫劑的混合比例範圍為可按煤的1. 5%計算，加熱溫度為1300°C。所述的噴入的中高溫再循環煙氣(即攜帶還原性氣體和部分小顆粒半焦的)速度為 20m/so所述的固硫劑的混合比例範圍為可按煤的質量的1. 5%計算，加熱溫度1200°C。NOx脫除率為約42%，SOx脫除率約為87%，層燃爐燃燒效率提高約1. 2%。實施例2一種低排放高效層燃燃燒方法，將煤粉和固硫劑充分混合送入燃燒室，煤粉在加熱、噴入少量的水蒸汽、同時底部通入中高溫再循環煙氣下發生迅速熱解，產生還原氣體 (NHi、HCN、CHi、H2和CO等)，產生的還原氣體及夾雜的部分小顆粒半焦在噴入的中高溫再循環氣流的作用下進入到再燃區，還原主燃區燃燒生成的NOx，未燃盡顆粒在燃燒室的燃燃區繼續燃燒，燃燒完產生的尾氣引出來除塵後形成中溫再循環煙氣，中溫再循環煙氣與從主燃區引出的高溫循環煙氣混合形成中高溫再循環煙氣進入燃燒室供上述的燃燒使用(煤粉和固硫劑在層燃爐爐排上進行的第一級燃燒區域稱為主燃區，還原氣體及小顆粒半焦則在爐排上方的再循環煙氣噴嘴作用送入的二級燃燒區域稱為再燃區，未燃盡顆粒與通過後拱導向作用的「火上風」在再燃區的上方形成第三級燃燒區域稱為燃盡區)。所述的熱解在低氧氛圍中，控制底部通入中高溫再循環煙氣含氧量為4% (ν/ν)。所述的中高溫再循環煙氣的溫度範圍為450°C，佔總循環煙氣體積量的25% (ν/
ν) O
所述的高溫循環煙氣的溫度範圍為1250°C，佔總循環煙氣體積量的75%% (ν/
V) O所述的中高溫再循環煙氣底部通入的部分佔總量的50% (ν/ν)，噴入的部分佔總量的 50% (ν/ν) 0所述的噴入的中高溫再循環煙氣(即攜帶還原性氣體和部分小顆粒半焦的)速度為 15m/s 30m/so所述的水蒸汽噴嘴工作蒸汽壓力為9X IO5Pa,速度30m/s，水蒸汽在層燃爐給料初始階段噴入。所述的固硫劑的混合比例範圍為可按煤的質量的2. 5%計算，加熱溫度500°C。NOx脫除率為50%，SOx脫除率為83%，層燃爐燃燒效率提高1. 5%。
權利要求
1.一種低排放高效層燃燃燒裝置，包括燃燒室、爐排，其特徵是，燃燒室內分為主燃區、 主燃區上方的再燃區和靠近燃燒室上口的燃盡區，燃燒室上設有與燃燒室的主燃區相通的煙氣導出口、與燃燒室的再燃區相通的再循環煙氣噴嘴、與燃燒室內前端相通且在再循環煙氣噴嘴下方的水蒸汽噴嘴，再循環煙氣噴嘴連接燃燒室外的拉法爾管混合風箱，拉法爾管混合風箱一路與煙氣導出口相通，一路通過循環風機、氣固分離器與燃燒室的尾氣出口相通；所述的爐排靠近進料口的部分底部設煙氣再循環風室與拉法爾管混合風箱相通。
2.根據權利要求1所述的低排放高效層燃燃燒裝置，其特徵是，所述的再循環煙氣噴嘴設在燃燒室的前端，並傾斜設置，使氣流由前上方向後下方流動。
3.根據權利要求1所述的低排放高效層燃燃燒裝置，其特徵是，所述的水蒸汽噴嘴通過循環蒸汽泵通有水蒸氣。
4.一種低排放高效層燃燃燒方法，其特徵是，將煤粉和固硫劑充分混合送入燃燒室，煤粉在加熱、噴入少量的水蒸汽、同時底部通入中高溫再循環煙氣下發生迅速熱解，產生還原氣體，產生的還原氣體及夾雜的部分小顆粒半焦在噴入的中高溫再循環氣流的作用下進入到再燃區，還原主燃區燃燒生成的NOx，未燃盡顆粒在燃燒室的燃燃區繼續燃燒，燃燒完產生的尾氣引出來除塵後形成中溫再循環煙氣，中溫再循環煙氣與從主燃區引出的高溫循環煙氣混合形成中高溫再循環煙氣進入燃燒室供上述的燃燒使用。
5.根據權利要求4所述的低排放高效層燃燃燒方法，其特徵是，所述的熱解在低氧氛圍中，控制底部通入中高溫再循環煙氣含氧量為3% 10% ν/ν。
6.根據權利要求4所述的低排放高效層燃燃燒方法，其特徵是，所述的中高溫再循環煙氣的溫度範圍為350°C 450°C，佔總循環煙氣體積量的15% 25%；所述的高溫循環煙氣的溫度範圍為1150°C 1250°C，佔總循環煙氣體積量的75% 85%。
7.根據權利要求4所述的低排放高效層燃燃燒方法，其特徵是，所述的中高溫再循環煙氣底部通入的部分佔總量的20% -80%，噴入的部分佔總量的20% -80%。
8.根據權利要求4所述的低排放高效層燃燃燒方法，其特徵是，所述的水蒸汽噴嘴工作蒸汽壓力為4 9X IO5Pa,速度20m/s 30m/s，水蒸汽在層燃爐給料初始階段噴入。
9.根據權利要求4所述的低排放高效層燃燃燒方法，其特徵是，所述的噴入的中高溫再循環煙氣速度為15m/s 30m/s。
10.根據權利要求4所述的低排放高效層燃燃燒方法，其特徵是，所述的固硫劑的混合比例範圍按煤的質量的1. 5% 2. 5%計算，加熱溫度100 1300°C。
全文摘要
本發明涉及一種低排放高效層燃燃燒裝置及方法，將煤粉和固硫劑充分混合通過料鬥送入層燃爐內，利用煙氣再循環和噴水蒸汽相結合的技術來迅速熱解煤粉產生還原氣體，且通過再循環煙氣用來攜帶還原性氣體和部分小顆粒半焦進入爐內的再燃區，並強化爐內燃燒流動，達到還原NOx的目的，未燃盡顆粒在燃燒室的上方繼續燃燒，在爐膛內實現爐內燃料分級燃燒，同時還可以提高層燃爐的燃燒效率。本發明通過將燃料分級燃燒技術引入層燃爐，一方面通過燃燒調整可以降低層燃爐的NOx和SOx排放，即NOx脫除率為35％～55％，SOx脫除率為80％以上，保護大氣環境；另一方面層燃爐燃燒效率提高1％～2％。
文檔編號F23L7/00GK102506418SQ20111031904
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月19日 優先權日2011年10月19日
發明者崔琳, 張立強, 王志強, 董勇, 馬春元, 高建民 申請人:山東大學