CN100434797C - 一种煤粉锅炉的低氮氧化物的燃烧方法 - Google Patents

一种煤粉锅炉的低氮氧化物的燃烧方法 Download PDF

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本发明提供一种煤粉锅炉的低NOx燃烧方法，炉膛1内自下而上分为主燃区11、还原区12和燃尽区13三个区域，主燃区11采用多层水平浓淡煤粉燃烧技术，每层上下送入二次风，还原区12采用炉膛内欠氧还原技术，燃尽区13送入燃尽风；在每两层燃烧器2之间的二次风射流方向沿一次风煤粉气流射流方向顺时针偏转10°～15°；还原区12的空气过剩系数约为1.0；燃尽风射流在水平方向上沿一次风射流方向逆时针偏转5°～10°，形成一个较一次风更大的切圆，切圆旋向与一次风相反，同时在垂直方向上偏转。其优点在于：防止产生结渣、腐蚀；提高安全性；既可降低NOx，又能实现低负荷稳燃；炉顶部分的温度均衡；燃料可应用燃气、燃油和燃煤。

Description

一种煤粉锅炉的低氮氧化物的燃烧方法
技术领域：
本发明涉及燃烧技术。
背景技术：
煤炭资源在中国一次能源构成中占据重要的地位，约为目前已探明的矿物能源资源的90％。据专家预测，到2010年，中国一次能源消费构成中煤炭仍占60％左右，到2050年煤炭将占到50％左右，也就是说，中国以煤为主的能源生产和消费结构在相当长的时间内不会有根本性的变化。
截止2000年，我国酸雨面积已占国土面积的30％，空气质量达标城市仅占1/3，流经城市的河段有70％受到不同程度的污染。中国以煤为主的能源消费结构造成了大气环境质量的严重恶化，在经济上付出了高昂的代价，使用清洁能源以阻止生态环境恶化，已成为我国经济可持续发展亟待解决的问题。
NOX是造成大气污染的主要污染物之一。它除了形成酸雨，破坏生态环境，还能形成光化学烟雾，危害人类健康。煤炭燃烧是NOX产生的主要来源之一。我国燃煤电厂氮氧化物排放的控制任务还相当艰巨和繁重。20世纪90年代末，我国火电厂NOX排放量在4.3g/kWh左右，明显高于世界发达国家水平。据预测，如果保持2000年排放水平，到2030年，全年NOX排放量将达到912万吨，在此领域内需有大量适合我国国情的技术急需开发。因此加强我国燃煤电厂环保技术的发展，对于优化我国能源结构，满足国民经济持续、健康发展的要求，改善我国大气环境，提高人民生活质量等方面，均具有非常重要的意义。
根据国家环保总局最新公布的火电厂大气污染物排放标准，从2004年开始，对火电厂锅炉NOX排放又有了新的规定，即燃用煤种的Vdaf＜10％的锅炉，其NOX排放要小于1100mg/Nm3；燃用煤种的10％＜Vdaf＜20％的锅炉，其NOX排放要小于550mg/Nm3；燃用煤种的Vdaf＞20％的锅炉，其NOX排放要小于450mg/Nm3。同时，对NOX排放的收费额度也较1996年底颁布的《火力发电厂大气污染物排放标准》中规定有所提高，增加到0.6元/kg。新的环保政策的制定，更加提高了对火力发电厂NOX排放的要求。只要采用燃煤方式发电，就要负担燃煤过程中造成的NOX排放的收费。因此，结合我国以煤电为主的国情，在目前经济发展状况下，开发有效的低NOX燃烧技术，在未来具有非常重要的社会效益和经济效益。
中国电力投资集团公司直属和控股在役火电机组共有138台，其中200MW机组23台，300MW机组14台，350MW机组2台，600MW机组2台，200WM及其以下容量机组共120台。这些机组，尤其是200MW及其以下容量机组由于历史条件的限制，基本没有考虑控制NOX的措施，如今面临着大量缴费甚至巨额收费的状况。随着时代的进步，甚至部分机组由于严重超标将被迫停产。因此，研究和应用低NOX燃烧技术是公司未来的发展方向。
发明内容：
本发明的目的是提供一种NOX降低率达50％以上的锅炉。
本发明提供一种煤粉锅炉的低NOx燃烧方法，炉膛1内自下而上分为主燃区11、还原区12和燃尽区13三个区域，主燃区11采用多层水平浓淡煤粉燃烧技术，每层上下送入二次风，还原区12采用炉膛内欠氧还原技术，燃尽区13送入燃尽风；
水平浓淡煤粉燃烧技术是采用低NOx直流燃烧器2，通过安装于煤粉燃烧器2前一次风粉管道上的高浓缩比的煤粉浓缩器，把一次风粉在水平方向上分成浓淡两股煤粉气流，浓煤粉气流位于向火侧，形成内切圆，淡煤粉气流位于背火侧，形成外切圆，同时兼顾低NOx燃烧和低负荷稳燃的作用；在每两层燃烧器2之间的二次风射流方向沿一次风煤粉气流射流方向顺时针偏转10°～25°，在炉膛1中心形成一个较一次风更大的切圆，切圆旋向仍为逆时针；此时主燃区内空气过剩系数为0.85～0.95；
还原区12的空气过剩系数较主燃区11稍高，约为1.0；
燃尽风射流在水平方向上沿一次风射流方向逆时针偏转5°～10°，在炉膛1中心形成一个较一次风更大的切圆，切圆旋向与一次风相反，为顺时针，目的在于减小甚至抵消烟气的旋转，使炉顶部分的温度均衡以免汽温偏差过大；同时燃尽风射流在垂直方向上偏转，调整燃尽区位置改变烟气停留时间；燃尽区内空气过剩系数为1.1～1.2。
本发明提供的煤粉锅炉的低NOx燃烧方法，其燃尽风射流可以垂直偏转，偏转角度为±0°～±30°。
本发明提供的煤粉锅炉的低NOx燃烧方法，其优点在于：
采用二次风与燃尽风偏转结合，可以防止顶部加入燃尽风后下部欠氧所产生的水冷壁结渣、腐蚀问题，燃尽风反切可降低炉膛出口烟温偏差；
采用水平浓淡与二次风偏转结合，既可降低NOx，又能实现低负荷稳燃，避免结渣腐蚀问题的出现；
不产生可测量的副产品排放，与其它添加式的NOx控制过程例如尿素或者氨法脱硝不同，分级燃烧过程不会导致其它污染物，如氨和一氧化二氮的生成；
燃料不受限制，可应用燃气、燃油和燃煤；
改造旧锅炉时不会对锅炉运行造成显著的影响。
附图说明：
图1是本发明提供的煤粉锅炉的低NOx燃烧方法的原理图；
图2是锅炉切圆燃烧示意图；
图3是二次风水平布置图。
具体实施方式：
实施例1
本发明提供的煤粉锅炉的低NOx燃烧方法的原理图如图1所示。由炉膛1、燃烧器2、风口3组成，炉膛1四角上有低NOx燃烧器LNB2和风口3，炉膛1由下而上分为主燃区11、还原区12和燃尽区13三个区域，主燃区11炉膛四角按层设有送入煤粉气流的燃烧器2，锅炉切圆燃烧示意图如图2所示，在每层燃烧器2的上下设置送入二次风的风口3，二次风水平布置图如图3所示，燃尽区13的炉膛四角上只设置送入燃尽风的风口4，将二次风40％左右的风量引至整组燃烧器2的上方喷入炉膛1，作为燃尽风实现上部尽燃风技术；采用同轴燃烧系统5使二次风和燃尽风的射流相对于一次风煤粉气流射流方向分别偏转：将两层之间的二次风沿一次风射流方向顺时针偏转15°，在炉膛1中心形成一个较一次风更大的切圆，切圆旋向仍为逆时针，将燃尽风射流方向沿一次风射流方向逆时针偏转10°，在炉膛1中心形成一个较一次风更大的切圆，切圆旋向与一次风相反，为顺时针，将燃尽风口做成可上下摆动形式，摆动角度范围为±30°，燃尽风喷口摆动可以调节，既可调整燃尽区高度，改变煤粉粒子在该区域的停留时间，又能起到调节汽温的作用，同时燃尽风系统的流量调节装置可保证一旦有问题出现，就恢复至原状态运行，使安全性大大提高。
这样，空气分级燃烧是将燃料的燃烧过程分阶段完成的，供给各燃烧器2的空气量控制在理论空气量的90％左右，使煤粉在缺氧的燃烧条件下燃烧，此时主燃烧区内空气过剩系数α为0.85～0.95，在这一燃烧区域内为还原性气氛，从而抑制NOX的生成。之后烟气进入还原区12，主燃区11生成的NOX在这一区域内发生焰内分解和还原，另一方面，由于此处的空气过剩系数较主燃区11稍高，促进了碳的完全燃烧。为了完成全部燃烧过程，完全燃烧所需的空气从燃烧器2的上方喷入，与第一、二阶段的贫氧燃烧条件下的烟气混合，在空气过剩系数α＞1的条件下完成全部燃烧过程。
结果：烟气中的NOX排放量可以达到380mg/Nm3的水平，同常规燃烧相比，其NOX降低率达到了50％以上，炉顶部分的汽温均匀。
本发明提供的锅炉可以用旧锅炉改造，改造旧锅炉时不会对锅炉运行造成显著的影响。

Claims (2)

1、一种煤粉锅炉的低NOx燃烧方法，其特征在于：炉膛(1)内自下而上分为主燃区(11)、还原区(12)和燃尽区(13)三个区域，在主燃区(11)进行多层水平浓淡煤粉燃烧，每层上下送入二次风，在还原区(12)进行欠氧还原，在燃尽区(13)送入燃尽风；
水平浓淡煤粉燃烧是采用低NOx直流燃烧器(2)，四角布置、切圆燃烧，通过安装于煤粉燃烧器(2)前一次风粉管道上的煤粉浓缩器，把一次风粉在水平方向上分成浓淡两股煤粉气流，浓煤粉气流位于向火侧，形成内切圆，淡煤粉气流位于背火侧，形成外切圆；在每两层燃烧器(2)之间的二次风射流方向沿一次风煤粉气流射流方向顺时针偏转10°～25°，在炉膛(1)中心形成一个较一次风更大的切圆，切圆旋向与一次风同为逆时针；此时主燃区内空气过剩系数为0.85～0.95；
还原区(12)的空气过剩系数较主燃区(11)高，约为1.0；
燃尽风射流在水平方向上沿一次风射流方向逆时针偏转5°～10°，切圆旋向与一次风相反，为顺时针；此时燃尽区内空气过剩系数为1.1～1.2。
2、按照权利要求1所述的煤粉锅炉的低NOx燃烧方法，其特征在于：所述燃尽风射流垂直偏转，其角度为±0°～±30°。
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