專利名稱：一種燃煤流化床中生物質(zhì)氣化氣再燃系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于燃煤流化床降低N2O排放技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種燃煤流化床中 生物質(zhì)氣化氣再燃系統(tǒng)，可用于煤粉和生物質(zhì)氣化氣混合燃燒，降低N2O排放。
背景技術(shù)：
循環(huán)流化床發(fā)電技術(shù)近年來(lái)在我國(guó)發(fā)展迅猛，300MW等級(jí)的循環(huán)流化床(CFB)電 站已有多臺(tái)投產(chǎn)，與常規(guī)煤粉爐相比循環(huán)流化床鍋爐NOx和SOx排放濃度低，但另一種污染 物N2O的排放濃度一般為39 589mg/Nm3，有時(shí)甚至達(dá)到786mg/Nm3，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)煤粉爐N2O 排放小于20mg/Nm3的水平。N2O俗稱笑氣，作為京都議定書(shū)中規(guī)定的六種溫室氣體之一，其 排放產(chǎn)生的危害主要表現(xiàn)在較強(qiáng)的溫室效應(yīng)和臭氧層破壞兩個(gè)方面。每年人類活動(dòng)產(chǎn)生的 N2O占每年全世界生成總量的31 %，其中人類活動(dòng)產(chǎn)生的N2O中有80%以上來(lái)自化石燃料的 燃燒，由人類活動(dòng)導(dǎo)致的N2O年排放量正以平均每年約0. 25%的速率增加。大氣中N2O的濃 度已從工業(yè)革命前的285ppbv增加到目前的310ppbv，并以每年0. 2 0. 3%的速度增加。 N2O能吸收中心波長(zhǎng)為7. 78μπι、8. 56μπι和16. 98 μ m的長(zhǎng)波紅外輻射，其對(duì)溫室效應(yīng)的貢 獻(xiàn)是CH4的2. 5倍，等摩爾濃度N2O的增溫潛勢(shì)是CO2的150倍，對(duì)地球輻射的影響約為CO2 的10 15%，能夠在對(duì)流層停留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)120年，傳輸?shù)狡搅鲗又锌赊D(zhuǎn)化為N0，進(jìn)而引起 臭氧層的破壞,N2O的危害比NO更嚴(yán)重。因此在利用循環(huán)流化床燃煤技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，要采 取相應(yīng)的技術(shù)措施降低N2O的排放。通常降低燃煤循環(huán)流化床鍋爐N2O排放的方法有1.采用催化劑可降低N2O分解活化能，諸多金屬氧化物對(duì)N2O有一定的分解作用， 但由于流化床煙氣中含有大量粉塵，如采用催化劑還原N2O,有可能堵塞或損壞催化劑。2.改變?nèi)紵r，如采用分段燃燒、分級(jí)進(jìn)風(fēng)、過(guò)量空氣系數(shù)、床溫、燃料性質(zhì)、床 層停留時(shí)間等。3.窄脈沖電暈放電，窄脈沖電暈放電能夠生成很多原子和原子團(tuán)，像N0+，0+， N；, NO2, O;’ N20； , NO-, NO; ’ O2+，Mg等，這些原子、原子團(tuán)、氣體之間的 相互作用可能會(huì)影響N2O的生成和分解。而其N2O分解的反應(yīng)在窄脈沖電暈放電的條件下 和放電的頻率、電壓和持續(xù)時(shí)間有關(guān)。4.將生物質(zhì)成型燃料直接通入爐內(nèi)與煤粉混合燃燒，由于生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的堿金 屬鹽和磷酸化合物會(huì)對(duì)流化床內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成腐蝕和結(jié)焦。5.通入可燃?xì)?如甲烷)提高煙氣溫度還原N2O,是簡(jiǎn)單易行的方法，但是需要有 專用的燃?xì)夤艿?，受燃?xì)馄肺缓徒?jīng)濟(jì)性制約，其應(yīng)用受到影響。專利2501564揭示了一種用生物質(zhì)熱解氣再燃脫硝的裝置。該裝置主要包括氣化 爐、煤粉爐及其之間的連接，氣化爐進(jìn)風(fēng)管道與煤粉爐尾部煙道連通，氣化爐出風(fēng)管道與煤 粉爐的爐膛連通。該裝置主要用于煤粉爐的NOx減排，并不適用于循環(huán)流化床中。專利1963299揭示了利用煤粉和生物質(zhì)混合再燃降低NOx排放的方法及鍋爐系 統(tǒng)。其特征是再燃區(qū)分為一級(jí)再燃區(qū)和二級(jí)再燃區(qū)，向一級(jí)再燃區(qū)送入煤粉，將生物質(zhì)經(jīng)過(guò)干燥、粉磨預(yù)處理后向二級(jí)再燃區(qū)噴送；在一級(jí)再燃區(qū)主要完成煤粉熱解和焦炭生成過(guò)程， 在二級(jí)再燃區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)NOx還原反應(yīng)，利用缺氧條件喜愛(ài)揮發(fā)份燃燒和焦炭對(duì)CO與NO反應(yīng) 的催化還原作用，進(jìn)一步還原主燃區(qū)內(nèi)生成的N0X，達(dá)到低排放的目的。該裝置直接燃燒生 物質(zhì)，會(huì)產(chǎn)生結(jié)焦、腐蝕等問(wèn)題。專利101021316揭示了生物質(zhì)直接再燃與煙氣再循環(huán)工藝脫銷的方法及裝置。該 裝置也是直接利用生物質(zhì)再燃，同樣存在堵塞、結(jié)焦腐蝕等問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中燃煤循環(huán)流化床的污染物N2O排放量遠(yuǎn)高于 普通燃煤鍋爐而提供一種燃煤流化床中生物質(zhì)氣化氣再燃方式。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為該燃煤流化床中生物質(zhì)氣化氣再燃系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包 括風(fēng)室，風(fēng)室上方的流化床鍋爐，流化床鍋爐爐膛下部設(shè)有布風(fēng)板，使進(jìn)入鍋爐的空氣能 夠均勻分布；與鍋爐進(jìn)料口連接的進(jìn)料器，通過(guò)螺旋給料機(jī)或帶式給料機(jī)實(shí)現(xiàn)煤粉顆粒的 輸送給料；與鍋爐排氣口連接的旋風(fēng)分離器，以及在旋風(fēng)分離器與鍋爐回料口之間通過(guò)立 管連接的回料系統(tǒng)；沿流化床鍋爐高度在爐壁上布置1 12個(gè)燃燒器噴口，并在流化床爐 膛頂部設(shè)置多個(gè)補(bǔ)燃空氣噴口 ；在所述流化床鍋爐爐壁的燃燒器噴口和補(bǔ)燃空氣噴口之間 設(shè)置多個(gè)生物質(zhì)氣化氣噴口，并在旋風(fēng)分離器入口處布置1個(gè)生物質(zhì)氣化氣噴口。所述生物質(zhì)氣化氣噴口沿爐膛高度均勻的分層布置，共1 4層，每層布置四個(gè)生 物質(zhì)氣化氣噴口，每層生物質(zhì)氣化氣噴口均按四角切圓的方式布置，使鍋爐內(nèi)煙氣進(jìn)行旋 轉(zhuǎn)燃燒，強(qiáng)化混合；最下層的生物質(zhì)氣化氣噴口距離流化床鍋爐底部的布風(fēng)板1. 5 3m。所述燃燒器沿爐膛高度均勻的分層布置，每層布置四個(gè)燃燒器噴口，每層燃燒器 噴口均按四角切圓的方式布置。所述補(bǔ)燃空氣噴口沿爐膛高度均勻的分層布置，每層布置四個(gè)補(bǔ)燃空氣噴口，每 層補(bǔ)燃空氣噴口均按四角切圓的方式布置。本實(shí)用新型的有益效果為由于生物質(zhì)形狀各異，不易破碎，燃前混合和直接混燃 會(huì)導(dǎo)致燃料倉(cāng)堵塞等問(wèn)題；生物質(zhì)燃料中堿金屬和氯含量較高，直接與煤粉在爐內(nèi)高溫燃 燒時(shí)容易引起結(jié)渣和腐蝕，并可能會(huì)影響混燃灰的利用，也有可能會(huì)影響后續(xù)的脫硝系統(tǒng) 催化劑的使用壽命。而本實(shí)用新型提供一種燃煤流化床中生物質(zhì)氣化氣再燃系統(tǒng)，是把生 物質(zhì)進(jìn)行處理產(chǎn)生生物質(zhì)氣化氣再送入燃煤流化床的爐膛燃燒區(qū)進(jìn)行還原NOx的一種燃燒 方式。利用生物質(zhì)氣化氣和煤粉混合燃燒，與熱解和直接燃燒相比，富含H2、CH4和CO等可 燃物質(zhì)的生物質(zhì)氣灰分含量低，硫含量極低，不存在脫硫問(wèn)題，是理想的再燃燃料，能有效 減低氮氧化物的排放；由于氣化氣中堿金屬和氯含量較低，可避免結(jié)渣和腐蝕問(wèn)題，并且不 會(huì)影響粉煤灰的利用，能實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)的高效清潔利用。該技術(shù)可將電廠附近的農(nóng)林廢棄物 等生物質(zhì)在電廠氣化燃燒，既利用了生物質(zhì)中的能量又減少了氮氧化物排放量、煙氣處理 費(fèi)用，而且實(shí)現(xiàn)了農(nóng)林廢棄物質(zhì)的再利用。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號(hào)
4[0020]1-風(fēng)室，2-流化床鍋爐，3-進(jìn)料器，4-燃燒器噴口，5-生物質(zhì)氣化氣噴口，6_補(bǔ)燃 空氣噴口，7-旋風(fēng)分離器，8-回料系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提供了一種燃煤流化床中生物質(zhì)氣化氣再燃方式及系統(tǒng)，下面通過(guò)附 圖說(shuō)明和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，流化床鍋爐2的下方布置風(fēng)室1，流化床鍋爐2爐膛下部設(shè)有布風(fēng)板， 使進(jìn)入鍋爐的空氣能夠均勻分布；進(jìn)料器3與鍋爐進(jìn)料口連接，通過(guò)螺旋給料機(jī)或帶式給 料機(jī)實(shí)現(xiàn)煤粉顆粒的輸送給料；沿流化床鍋爐2高度方向在爐壁上布置1 12個(gè)燃燒器噴 口 4以及1 12個(gè)補(bǔ)燃空氣噴口 6，并在燃燒器噴口 4與補(bǔ)燃空氣噴口 6之間布置4 12 個(gè)生物質(zhì)氣化氣噴口 5，所述燃燒器噴口 4、生物質(zhì)氣化氣噴口 5以及補(bǔ)燃空氣噴口 6均分 層排列，每層按四角切圓的方式布置，使鍋爐內(nèi)煙氣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)燃燒，強(qiáng)化混合；旋風(fēng)分離器 7與鍋爐排氣口連接，并在旋風(fēng)分離器7與鍋爐回料口之間通過(guò)立管連接設(shè)置回料系統(tǒng)8; 在旋風(fēng)分離器7入口處布置1個(gè)生物質(zhì)氣化氣噴口。生物質(zhì)氣化氣噴口注入的生物質(zhì)氣為生物質(zhì)燃料(農(nóng)、林、畜牧廢棄物及生活垃 圾等)通過(guò)熱解或氣化方式(空氣氣化、水蒸氣氣化、H2氣化和復(fù)合氣化等方式)產(chǎn)生的可 燃?xì)怏w，包括H2、CH4、C0*CnHm。生物質(zhì)氣化氣從生物質(zhì)氣化氣噴口 5注入，與從燃料入口 3進(jìn)料器注入的煤粉燃料，在燃燒風(fēng)風(fēng)室1提供空氣風(fēng)量的作用下，在流化床鍋爐2內(nèi)混合 燃燒，在燃燒反應(yīng)過(guò)程中，流化床燃燒室處于800 980°C的溫度狀態(tài)。燃燒產(chǎn)生煙氣從爐 膛頂部排出流入旋風(fēng)分離器7，在旋風(fēng)分離器7入口的生物質(zhì)氣化氣噴口 5再次注入可燃?xì)?體與燃燒煙氣中的N2O發(fā)生反應(yīng)。在氣流的作用下，部分固體燃料被帶入旋風(fēng)分離器7，旋 風(fēng)分離器7實(shí)現(xiàn)氣固分離，氣體從旋風(fēng)分離器7頂部排出，固體從分離器7底部下降管流向 與流化床鍋爐2連接的回料器8，實(shí)現(xiàn)物料循環(huán)?？紤]實(shí)際循環(huán)流化床的特性，該裝置流化 床燃燒室中可以同時(shí)注入脫硫劑氧化鈣等其他輔助試劑，保證燃燒產(chǎn)物中NOdn SOx的低排 放。實(shí)施例1 135MW循環(huán)流化床鍋爐中生物質(zhì)氣化氣再燃系統(tǒng)。在該實(shí)施例中，利用本實(shí)用新型代替原有的燃燒方式，以降低N2O的排放。135MW 循環(huán)流化床鍋爐，燃料低位發(fā)熱量為12435kJ/kg，燃料消耗量為78230kg/h。年耗20萬(wàn)噸 生物質(zhì)，生物質(zhì)氣化溫度680°C。在該實(shí)施例中，從布風(fēng)板往上3m到爐膛頂部，按照四角切 圓布置有7級(jí)燃燒噴口，其中底下2級(jí)為燃燒器噴口，中間3級(jí)為生物質(zhì)氣化氣噴口，通入 生物質(zhì)氣流速42m/s，頂部2級(jí)為補(bǔ)燃空氣噴口。該鍋爐使用生物質(zhì)氣化氣再燃系統(tǒng)，生物質(zhì)氣的熱值占總熱值的13. 22%，生物質(zhì) 氣占煙氣量為8. 89%，可以減少消耗13. 22%的燃煤，同時(shí)使N2O脫除效率達(dá)到99%以上。實(shí)施例2 300MW循環(huán)流化床鍋爐中生物質(zhì)氣化氣再燃系統(tǒng)。在該實(shí)施例中，通過(guò)在爐膛四周增加生物質(zhì)氣化氣噴口，將燃燒系統(tǒng)改造為燃料 分級(jí)生物質(zhì)氣化氣再燃的燃燒系統(tǒng)。300MW循環(huán)流化床鍋爐，燃料低位發(fā)熱量為19887kJ/ kg，燃料消耗量為148600kg/h。年耗20萬(wàn)噸生物質(zhì)，生物質(zhì)氣化溫度690°C。在該實(shí)施例中，從布風(fēng)板往上2. 5m到爐膛頂部，按照四角切圓布置有6級(jí)燃燒噴口，分別為2級(jí)燃燒器 噴口、2級(jí)生物質(zhì)氣化氣噴口、2級(jí)補(bǔ)燃空氣噴口，其中通入的生物質(zhì)氣流速40m/s。 該鍋爐使用生物質(zhì)氣化氣再燃系統(tǒng)，生物質(zhì)氣的熱值占總熱值的4. 35%，生物質(zhì) 氣占煙氣量為2. 8%，可以減少消耗4. 35%的燃煤，同時(shí)使N2O脫除效率達(dá)到99%以上。
權(quán)利要求一種燃煤流化床中生物質(zhì)氣化氣再燃系統(tǒng)，其特征在于，沿流化床鍋爐高度在爐壁上布置1～12個(gè)燃燒器，并在流化床爐膛頂部設(shè)置多個(gè)補(bǔ)燃空氣噴口；在所述流化床鍋爐爐壁的燃燒器噴口和補(bǔ)燃空氣噴口之間設(shè)置多個(gè)生物質(zhì)氣化氣噴口，并在旋風(fēng)分離器入口處布置1個(gè)生物質(zhì)氣化氣噴口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃煤流化床中生物質(zhì)氣化氣再燃系統(tǒng)，其特征在于所述生 物質(zhì)氣化氣噴口沿爐膛高度均勻的分層布置，共1 4層，每層布置四個(gè)生物質(zhì)氣化氣噴 口，每層生物質(zhì)氣化氣噴口均按四角切圓的方式布置；最下層的生物質(zhì)氣化氣噴口距離流 化床鍋爐底部的布風(fēng)板1. 5 3m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃煤流化床中生物質(zhì)氣化氣再燃系統(tǒng)，其特征在于所述燃 燒器噴口沿爐膛高度均勻的分層布置，每層布置四個(gè)燃燒器噴口，每層燃燒器噴口均按四 角切圓的方式布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃煤流化床中生物質(zhì)氣化氣再燃系統(tǒng)，其特征在于所述補(bǔ) 燃空氣噴口沿爐膛高度均勻的分層布置，每層布置四個(gè)補(bǔ)燃空氣噴口，每層補(bǔ)燃空氣噴口 均按四角切圓的方式布置。
專利摘要本實(shí)用新型屬于燃煤流化床降低N2O排放技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種燃煤流化床中生物質(zhì)氣化氣系統(tǒng)。通過(guò)在流化床鍋爐的爐壁上設(shè)置多個(gè)生物質(zhì)氣化氣噴口，向流化床鍋爐的爐膛內(nèi)通入生物質(zhì)氣化氣，該生物質(zhì)氣化氣與爐膛內(nèi)煤粉燃燒產(chǎn)生的含N2O煙氣發(fā)生反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)多級(jí)再燃，提高整個(gè)流化床的燃燒效率并降低N2O的排放。本實(shí)用新型利用生物質(zhì)氣化氣和煤粉混合燃燒，與熱解和直接燃燒相比，富含H2、CH4和CO等可燃物質(zhì)的生物質(zhì)氣灰分含量低，硫含量極低，不存在脫硫問(wèn)題，是理想的再燃燃料，能有效減低氮氧化物的排放；由于氣化氣中堿金屬和氯含量較低，可避免結(jié)渣和腐蝕問(wèn)題，并且不會(huì)影響粉煤灰的利用，能實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)的高效清潔利用。
文檔編號(hào)F23C1/12GK201740019SQ20102024772
公開(kāi)日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月5日
發(fā)明者張俊姣, 張漢飛, 楊勇平, 胡笑穎, 董智慧, 董長(zhǎng)青, 陸強(qiáng) 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)