專利名稱：濃相反吹多重分級(jí)NOx燃燒方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鍋爐技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體涉及一種濃相反吹多重分級(jí)NOx燃燒方法。
背景技術(shù)：
目前我國電力能源以燃煤的火力發(fā)電為主，煤炭的燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的氮氧化物，如NO和N2O，一般將這兩種物質(zhì)稱為NOx。NOx會(huì)破壞環(huán)境，造成酸雨和光化學(xué)煙霧。目前控制NOx排放的技術(shù)分為兩大類即控制鍋爐爐膛內(nèi)燃燒過程中NOx的生成和煙氣凈化技術(shù)，雖然煙氣凈化技術(shù)能大幅度地把NOx排放量降低到200mg/m3以下，但存在設(shè)備昂貴、運(yùn)行費(fèi)用高等問題。一般的低NOx燃燒技術(shù)雖然具有實(shí)施簡(jiǎn)單、爐內(nèi)過程負(fù)面影響小等優(yōu)點(diǎn)，但只能降低NOx排放濃度到450～650mg/Nm3左右，基本不能滿足我國的環(huán)保要求。
近年來，爐內(nèi)整體空氣分級(jí)(或深度空氣分級(jí))技術(shù)的應(yīng)用取得了較好的低NOx排放控制效果。它是在爐膛高度方向進(jìn)行空氣深度分級(jí)燃燒，具體而言它是把煤粉燃燒所需要的一部分風(fēng)從離主燃燒器較遠(yuǎn)的爐膛上部燃盡風(fēng)噴口送入爐內(nèi)，主燃燒器的過量空氣系數(shù)在0.7～0.8左右，燃盡風(fēng)的過量空氣系數(shù)在0.4～0.3左右。主燃燒器與燃盡風(fēng)之間的爐膛區(qū)域稱為NOx還原區(qū)，在此區(qū)域?qū)崿F(xiàn)已生成的NOx和未燃燒煤焦等還原介質(zhì)的發(fā)生還原反應(yīng)。該技術(shù)取得了很好的低NOx排放效果，某些四角切圓燃燒鍋爐等的NOx排放幾乎都低于300mg/Nm3，但與尾部煙氣凈化技術(shù)還有一定的差距，同時(shí)由于主燃區(qū)風(fēng)量‘不夠’，對(duì)于煤粉氣流易貼壁的四角切向燃燒爐膛燃用易結(jié)渣煤可能在燃燒器區(qū)域水冷壁上將產(chǎn)生較嚴(yán)重結(jié)焦或高溫腐蝕問題；隨著分級(jí)程度加大，飛灰含碳量上升也易增大。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，《低氮氧化物燃燒技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r》(畢玉森，熱力發(fā)電，2000年02期)詳細(xì)介紹了ABB-CE公司開發(fā)的四角切圓爐膛整體空氣分級(jí)直流燃燒器、同軸燃燒系統(tǒng)(CFS I、CFS II)以及兩者組合形式—低NOx同軸燃燒系統(tǒng)。CFS I是二次風(fēng)射流軸線向水冷壁偏轉(zhuǎn)一定角度，在爐內(nèi)形成一次風(fēng)煤粉氣流在內(nèi)，二次風(fēng)在外的同軸同向雙切圓燃燒方式。CFS II是一次風(fēng)煤粉氣流與二次風(fēng)射流方向相反的同軸反向雙切圓燃燒方式。低NOx同軸燃燒系統(tǒng)是在同軸燃燒系統(tǒng)(CFS I、CFS II)基礎(chǔ)上在燃燒器組上部增加了燃盡風(fēng)，二次風(fēng)向水冷壁偏轉(zhuǎn)。但這些技術(shù)都采用二次風(fēng)偏轉(zhuǎn)燃燒方式，二次風(fēng)偏轉(zhuǎn)若設(shè)置不當(dāng)，并不能有效解決主燃區(qū)水冷壁附近缺氧，還可能容易造成受偏置二次風(fēng)牽引作用，一次風(fēng)切圓加大，煤粉更易貼壁；爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)動(dòng)量增強(qiáng)，爐膛出口流動(dòng)偏差加大。爐內(nèi)整體空氣分級(jí)主燃區(qū)氧濃度低也影響煤粉前期的強(qiáng)化著火燃燒，對(duì)NOx控制不利。雖然爐內(nèi)整體空氣分級(jí)NOx還原區(qū)設(shè)置對(duì)爐內(nèi)NOx排放控制最終效果起著至關(guān)重要的作用，但還原區(qū)與燃盡區(qū)相對(duì)分開，煤粉后期燃盡程度將受到影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提出一種濃相反吹多重分級(jí)NOx燃燒方法，使其實(shí)現(xiàn)NOx超低排放，同時(shí)又能兼顧防止主燃區(qū)結(jié)渣、保證高燃燒效率等特點(diǎn)，能完全消除爐內(nèi)整體深度空氣分級(jí)技術(shù)帶來的爐內(nèi)負(fù)面問題。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)燃燒煙煤四角切圓鍋爐的高效超低NOx燃燒，并易于在現(xiàn)有鍋爐上進(jìn)行改造。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明沿爐膛高度方向，根據(jù)煤粉燃燒區(qū)域特點(diǎn)爐膛被劃分為主燃區(qū)、還原區(qū)和燃盡區(qū)。在主燃區(qū)采用煤粉燃燒器把一次風(fēng)分成水平方向的濃淡兩股煤粉氣流，濃一次風(fēng)(大角度)反切射入爐膛向火側(cè)(反切入爐內(nèi)一定距離后受主氣流推動(dòng)，逆轉(zhuǎn)為正轉(zhuǎn))，而二次風(fēng)正切入爐膛，和淡一次風(fēng)共同組織爐內(nèi)穩(wěn)定正旋的空氣動(dòng)力場(chǎng)。這一技術(shù)是把一次風(fēng)中大部分煤粉引到爐膛中央?yún)^(qū)域，最終在爐內(nèi)形成淡一次風(fēng)包裹濃一次風(fēng)，二次風(fēng)包裹淡一次風(fēng)的風(fēng)包粉態(tài)勢(shì)；這樣二次風(fēng)和淡一次風(fēng)在水冷壁近壁面區(qū)域形成氧化性氣氛，提高了灰熔點(diǎn)，煤粉在遠(yuǎn)離水冷壁的區(qū)域燃燒，近壁區(qū)煙溫保持在較低水平，以達(dá)到防止結(jié)渣和高溫腐蝕目的。此外，反吹入爐內(nèi)后，濃一次風(fēng)受主氣流推動(dòng)而折轉(zhuǎn)時(shí)，煤粉顆粒會(huì)先減速，似被氣流‘擊’到了高溫區(qū)，這樣煤粉顆粒在高溫區(qū)的停留時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)，大大提高煤粉著火的穩(wěn)定性和降低飛灰含碳量，由此增強(qiáng)燃燒器低負(fù)荷穩(wěn)燃能力。同時(shí)由于煤粉顆粒集中于高溫折轉(zhuǎn)區(qū)域，著火和初期燃燒是在缺氧狀態(tài)進(jìn)行的，因此利于減小氮氧化物生成量。
本發(fā)明在還原區(qū)送入還原風(fēng)，所述還原風(fēng)是在主燃區(qū)的燃燒器和爐膛上部燃盡區(qū)燃燒器之間設(shè)置獨(dú)立的空氣噴口噴出的空氣。這部分空氣是為了調(diào)節(jié)還原區(qū)的O2濃度。煙氣中O2的存在會(huì)明顯強(qiáng)化還原區(qū)煤焦與NOx的還原反應(yīng)程度和大大提高還原反應(yīng)速率。同時(shí)添加氧氣使煤焦對(duì)NOx還原與自身燃盡同步進(jìn)行，非常利于煤焦后期燃盡。還原風(fēng)可以沿著還原區(qū)高度單層或多層布置。噴入后要有足夠的貫穿力來保證盡量充盈還原區(qū)中煤焦富集且O2濃度接近零的區(qū)域。還原區(qū)煙氣中平均O2濃度不應(yīng)超過5％，還原風(fēng)量是可以根據(jù)煤的反應(yīng)特性和爐膛燃燒的需要即時(shí)調(diào)節(jié)。
本發(fā)明在燃盡區(qū)送入燃盡風(fēng)，所述燃盡區(qū)布置有多層燃盡風(fēng)噴口，燃盡風(fēng)實(shí)現(xiàn)分級(jí)燃燒，在此區(qū)域?qū)χ魅紵齾^(qū)未完全燃燒產(chǎn)物進(jìn)行燃盡，燃盡風(fēng)由主燃區(qū)二次風(fēng)箱直接或通過增壓風(fēng)機(jī)增壓后提供。
本發(fā)明中，煤粉燃燒器保證煤粉初期強(qiáng)化燃燒，利于NOx控制生成；它能延長(zhǎng)煤粉顆粒在燃燒器出口高溫區(qū)域的停留時(shí)間，提高煤粉著火的穩(wěn)定性，增強(qiáng)燃燒器低負(fù)荷穩(wěn)燃能力；將一次風(fēng)中大部分煤粉引到爐膛中央?yún)^(qū)域，形成爐內(nèi)風(fēng)包粉的態(tài)勢(shì)，提高爐內(nèi)充滿度；使煤粉遠(yuǎn)離水冷壁，減小煤粉貼壁趨勢(shì)，降低水冷壁附近區(qū)域煙氣溫度，并形成氧化性氣氛，從而有效防止水冷壁結(jié)渣和高溫腐蝕；在還原區(qū)有氧參與還原NOx，強(qiáng)化煤焦對(duì)NOx還原效果；NOx還原區(qū)中煤焦對(duì)NOx還原與自身燃盡同步進(jìn)行，利于煤焦后期燃盡。這樣在爐內(nèi)形成從燃燒器出口局部到全爐膛多重空氣分級(jí)條件。本發(fā)明能在目前爐內(nèi)整體空氣分級(jí)技術(shù)控制NOx效果基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)NOx超低排放，同時(shí)完全消除爐內(nèi)整體深度空氣分級(jí)技術(shù)帶來的爐內(nèi)負(fù)面問題。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可在目前爐內(nèi)整體空氣分級(jí)技術(shù)控制NOx效果250～350mg/m3(煙氣氧濃度6％時(shí))基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)NOx超低排放，使NOx生成量降低30％左右，具有和尾部煙氣凈化技術(shù)NOx排放控制效果與控制成本上比較的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)完全消除爐內(nèi)整體深度空氣分級(jí)技術(shù)帶來的爐內(nèi)負(fù)面問題，飛灰可燃物含量不會(huì)增加。


圖1為本發(fā)明濃相大反吹多重分級(jí)NOx燃燒系統(tǒng)原理2為本發(fā)明主燃區(qū)煤粉燃燒器燃燒射流組織示意圖其中濃1為濃一次風(fēng)，淡1、2為淡一次風(fēng)、二次風(fēng)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
如圖1所示，本實(shí)施例的濃相大反吹多重分級(jí)NOx燃燒系統(tǒng)原理圖，它包含主燃燒器組、燃盡風(fēng)噴口組、還原風(fēng)噴口組。主燃燒器組由多層一、二次風(fēng)噴口相間組成，二次風(fēng)噴口布置形式與通常四角切圓燃燒系統(tǒng)相同，采用煤粉燃燒器把一次風(fēng)分成水平方向的濃淡兩股，沿爐膛高度方向，根據(jù)煤粉燃燒區(qū)域特點(diǎn)爐膛被劃分為主燃區(qū)、還原區(qū)和燃盡區(qū)。
如圖2所示，為主燃區(qū)煤粉燃燒器燃燒射流組織示意圖，它表示主燃區(qū)某層一次風(fēng)燃燒器，即煤粉燃燒器所在爐膛水平截面上的射流組織情況，煤粉燃燒器布置在鍋爐四角上，每個(gè)角向爐膛中心方向有三條射流軸線。
本發(fā)明適應(yīng)于火電廠四角切圓燃煤鍋爐，沿爐膛高度方向，根據(jù)煤粉燃燒區(qū)域特點(diǎn)爐膛被劃分為主燃區(qū)、還原區(qū)和燃盡區(qū)。在主燃區(qū)由多層一、二次風(fēng)噴口相間組成主燃燒器組，布置在爐膛四角上，二次風(fēng)噴口結(jié)構(gòu)和布置形式與通常四角切圓燃燒系統(tǒng)相同，四角二次風(fēng)射流軸線切于以爐膛中心為圓心的圓，這樣實(shí)際流動(dòng)將在爐內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)氣流。采用煤粉燃燒器把一次風(fēng)分成水平方向的濃淡兩股煤粉氣流，兩股煤粉氣流射流軸線在水平面方向呈大的夾角，濃煤粉氣流噴口射流軸線逆著爐內(nèi)主旋氣流方向大角度偏向向火側(cè)水冷壁，即濃一次風(fēng)大反切射入爐膛向火側(cè)，與二次風(fēng)和淡一次風(fēng)的水平投影夾角大于10度，但不超過30度。淡一次風(fēng)煤粉氣流噴口射流軸線順著爐內(nèi)主旋氣流方向，與二次風(fēng)射流軸線偏向一致，但四角淡一次風(fēng)射流軸線切于以爐膛中心為圓心的圓小于二次風(fēng)切圓，這樣保證在爐內(nèi)形成二次風(fēng)包裹淡一次風(fēng)，淡一次風(fēng)包裹濃一次風(fēng)的風(fēng)包粉態(tài)勢(shì)。
主燃區(qū)采用煤粉燃燒器，可以形成穩(wěn)定燃燒。生成的大量焦炭進(jìn)入O2濃度極低的還原區(qū)。此時(shí)在還原區(qū)可以加入還原風(fēng)，本實(shí)施例中，還原風(fēng)分成兩層噴入，下部的稱為第一層還原風(fēng)噴口，上部的為第二層。還原風(fēng)噴口可以布置在爐膛四角上，也可布置在爐膛四面墻上。它們的水平高度中心線位置分別在燃盡風(fēng)噴口水平高度中心線和煤粉燃燒器水平高度中心線之間的1/3和2/3處。由于第一層噴口接近下部的主要燃燒器出口，此處O2濃度接近零，所以這層噴口的風(fēng)量應(yīng)當(dāng)多于第二層噴口。可以采用第一層噴口風(fēng)量占二次風(fēng)總量的1/10，第二層噴口風(fēng)量占二次風(fēng)總量的1/15，保證還原區(qū)煙氣中平均O2濃度不應(yīng)超過5％。還原風(fēng)由主燃區(qū)二次風(fēng)箱直接或通過增壓風(fēng)機(jī)增壓后提供，還原風(fēng)應(yīng)是高速射流，噴入后要有足夠的貫穿力來保證盡量充盈還原區(qū)中煤焦富集且O2濃度接近零的區(qū)域。實(shí)際的還原風(fēng)量的調(diào)節(jié)可以根據(jù)運(yùn)行條件來進(jìn)行優(yōu)化。
燃盡區(qū)布置有多層燃盡風(fēng)噴口，多層燃盡風(fēng)噴口組成列狀，可以布置在爐膛四角上，也可布置在爐膛四面墻上。燃盡風(fēng)實(shí)現(xiàn)分級(jí)燃燒，在此區(qū)域?qū)χ魅紵齾^(qū)未完全燃燒產(chǎn)物進(jìn)行燃盡。燃盡風(fēng)由主燃區(qū)二次風(fēng)箱直接或通過增壓風(fēng)機(jī)增壓后提供，燃盡風(fēng)要保證較高射流速度，噴入后要有足夠的貫穿力來加強(qiáng)爐膛中心區(qū)域煙氣與燃盡風(fēng)的有效混合。
本發(fā)明中采用煤粉燃燒器保證煤粉初期強(qiáng)化燃燒，利于NOx控制生成，在還原區(qū)布置單層或多層的還原風(fēng)噴口保證煙氣中一定的O2濃度，NOx還原區(qū)氧參與還原，強(qiáng)化煤焦對(duì)NOx還原效果，NOx還原區(qū)中煤焦對(duì)NOx還原與自身燃盡同步進(jìn)行，利于煤焦后期燃盡。在燃盡區(qū)布置多層燃盡風(fēng)噴口，燃盡風(fēng)實(shí)現(xiàn)分級(jí)燃燒，在燃盡區(qū)對(duì)主燃燒區(qū)未完全燃燒產(chǎn)物進(jìn)行燃盡。這樣爐內(nèi)形成從燃燒器出口局部到全爐膛多重空氣分級(jí)條件，實(shí)現(xiàn)NOx超低排放，同時(shí)又能兼顧防止主燃區(qū)結(jié)渣、保證高燃燒效率等特點(diǎn)，是解決燃煤高效燃燒、超低NOx排放的綜合燃燒技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種濃相反吹多重分級(jí)NOx燃燒方法，其特征在于，沿爐膛高度方向，根據(jù)煤粉燃燒區(qū)域特點(diǎn)爐膛被劃分為主燃區(qū)、還原區(qū)和燃盡區(qū)，在主燃區(qū)采用煤粉燃燒器把一次風(fēng)分成水平方向的濃淡兩股煤粉氣流，濃一次風(fēng)反切射入爐膛向火側(cè)，反切入爐內(nèi)后受主氣流推動(dòng)，逆轉(zhuǎn)為正轉(zhuǎn)，而二次風(fēng)正切入爐膛，和淡一次風(fēng)共同組織爐內(nèi)穩(wěn)定正旋的空氣動(dòng)力場(chǎng)，這樣把一次風(fēng)中大部分煤粉引到爐膛中央?yún)^(qū)域，最終在爐內(nèi)形成淡一次風(fēng)包裹濃一次風(fēng)、二次風(fēng)包裹淡一次風(fēng)的風(fēng)包粉態(tài)勢(shì)，二次風(fēng)和淡一次風(fēng)在水冷壁近壁面區(qū)域形成氧化性氣氛，煤粉在遠(yuǎn)離水冷壁的區(qū)域燃燒。
2.如權(quán)利要求1所述的濃相反吹多重分級(jí)NOx燃燒方法，其特征是，在所述主燃區(qū)的下部，濃一次風(fēng)大反切射入爐膛向火側(cè)，與二次風(fēng)和淡一次風(fēng)的水平投影夾角大于10度，小于或等于30度。
3.如權(quán)利要求1所述的濃相反吹多重分級(jí)NOx燃燒方法，其特征是，所述煤粉燃燒器布置在鍋爐四角上，每個(gè)角向爐膛中心方向有三條射流軸線，即濃一次風(fēng)射流軸線、淡一次風(fēng)射流軸線、二次風(fēng)射流軸線，淡一次風(fēng)射流軸線順著爐內(nèi)主旋氣流方向，與二次風(fēng)射流軸線偏向一致，二次風(fēng)射流軸線切于以爐膛中心為圓心的圓，四角淡一次風(fēng)射流軸線切于以爐膛中心為圓心的圓小于二次風(fēng)切圓。
4.如權(quán)利要求1所述的濃相反吹多重分級(jí)NOx燃燒方法，其特征是，在所述還原區(qū)加入還原風(fēng)，所述還原風(fēng)是在主燃區(qū)的燃燒器和爐膛上部燃盡區(qū)燃燒器之間設(shè)置獨(dú)立的空氣噴口噴出的空氣。
5.如權(quán)利要求4所述的濃相反吹多重分級(jí)NOx燃燒方法，其特征是，所述還原區(qū)煙氣中O2平均濃度小于或著等于5％。
6.如權(quán)利要求4所述的濃相反吹多重分級(jí)NOx燃燒方法，其特征是，所述還原風(fēng)的空氣噴口沿著還原區(qū)高度單層或多層布置。
7.如權(quán)利要求4或6所述的濃相反吹多重分級(jí)NOx燃燒方法，其特征是，所述還原風(fēng)的空氣噴口，其布置在爐膛四角上，或布置在爐膛四面墻上。
8.如權(quán)利要求1所述的濃相反吹多重分級(jí)NOx燃燒方法，其特征是，在所述燃盡區(qū)送入燃盡風(fēng)。
9.如權(quán)利要求1或8所述的濃相反吹多重分級(jí)NOx燃燒方法，其特征是，在所述燃盡區(qū)布置有多層燃盡風(fēng)噴口，噴口噴出燃盡風(fēng)實(shí)現(xiàn)分級(jí)燃燒，在此燃盡區(qū)對(duì)主燃燒區(qū)未完全燃燒產(chǎn)物進(jìn)行燃盡。
10.如權(quán)利要求9所述的濃相反吹多重分級(jí)NOx燃燒方法，其特征是，所述多層燃盡風(fēng)噴口組成列狀，布置在爐膛四角上，或布置在爐膛四面墻上。
全文摘要
一種環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域的濃相反吹多重分級(jí)NOx燃燒方法。本發(fā)明沿爐膛高度方向?qū)t膛劃分為主燃區(qū)、還原區(qū)和燃盡區(qū)，在主燃區(qū)采用煤粉燃燒器把一次風(fēng)分成水平方向的濃淡兩股，濃一次風(fēng)反切射入爐膛向火側(cè)，反切入爐內(nèi)后受主氣流推動(dòng)，逆轉(zhuǎn)為正轉(zhuǎn)，而二次風(fēng)正切入爐膛，和淡一次風(fēng)共同組織爐內(nèi)穩(wěn)定正旋的空氣動(dòng)力場(chǎng)，這樣把一次風(fēng)中大部分煤粉引到爐膛中央?yún)^(qū)域，最終在爐內(nèi)形成淡一次風(fēng)包裹濃一次風(fēng)、二次風(fēng)包裹淡一次風(fēng)的風(fēng)包粉態(tài)勢(shì)，二次風(fēng)和淡一次風(fēng)在水冷壁近壁面區(qū)域形成氧化性氣氛，煤粉在遠(yuǎn)離水冷壁的區(qū)域燃燒。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)NOx超低排放，同時(shí)又能兼顧防止主燃區(qū)結(jié)渣、保證高燃燒效率等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F23L9/00GK101074775SQ20071004288
公開日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2007年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月28日
發(fā)明者范衛(wèi)東, 章明川, 陸杰 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)