CN101050853B

CN101050853B - 煤粉锅炉混烧气体燃料降低氮氧化物的方法

Info

Publication number: CN101050853B
Application number: CN2007100719857A
Authority: CN
Inventors: 刘辉; 吴少华; 赵广播; 邱朋华; 孙绍增; 秦明; 孙锐; 秦裕琨
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2007-04-03
Filing date: 2007-04-03
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2027-04-03
Also published as: CN101050853A

Abstract

煤粉锅炉混烧气体燃料降低氮氧化物的方法，涉及到煤粉锅炉低氮氧化物燃烧技术。本发明解决了现有气体再燃技术中存在的主燃区多余的氧进入再燃区，导致再燃区的再燃燃料的消耗过多和影响再燃区形成还原气氛的问题。本发明将空气分级燃烧技术、燃料分级燃烧技术和“水平浓淡风”燃烧技术结合，方法为：将气体燃料分两级引入煤粉炉膛，在主燃区主燃烧器的底部引入一级气体燃料作为助燃燃料，并在主燃区采用“水平浓淡风”燃烧技术同时在低空气过量系数或整体还原气氛下燃烧；在主燃区的顶部引入二级气体燃料，形成还原气氛的再燃区；在再燃区的顶部引入燃尽风，完成燃尽。本发明初始投资和运行成本适中，可应用于新建锅炉和现役燃煤锅炉的改造。

Description

煤粉锅炉混烧气体燃料降低氮氧化物的方法

技术领域：

本发明涉及到煤粉锅炉低氮氧化物燃烧技术。

背景技术：

氮氧化物(NOx)是燃煤锅炉排放的主要大气污染物之一，氮氧化物除了形成酸雨，破坏生态环境，还能形成光化学烟雾，直接危害人类健康。目前，氮氧化物在我国已经成为仅次于二氧化硫的大气污染物，对酸雨、空气质量和地面臭氧浓度的影响越来越大。2004年1月1日开始实施了新的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2003)，《排放标准》比过去的标准更加严格。2004年7月1日起国家对氮氧化物按每一污染当量(氮氧化物的排污当量为0.95千克)0.6元直接向排放污染物的单位收费，控制燃煤锅炉NOx排放已经迫在眉睫。

目前控制NOx排放的措施大致分为两类，一类是烟气脱氮技术，脱除烟气中的NOx；另一类是低NOx燃烧技术，通过各种技术手段，控制燃烧过程，抑制或还原燃烧过程中生成的NOx，达到降低NOx排放的目的。烟气脱氮技术降低NOx幅度较大，但初投资和运行费用较高，一些基于氨基的烟气脱氮技术还会发生氨的漏失。低NOx燃烧技术主要包括低过量空气系数运行，烟气再循环、低NOx燃烧器技术、空气分级、再燃低NOx燃烧技术等，低NOx燃烧技术成本较低，但一般降低NOx幅度较小。通常，低过量空气系数运行，烟气再循环、低NOx燃烧器技术、空气分级等低NOx燃烧技术的NOx还原率在10％～40％，而再燃低NOx技术可以达到50％。再燃技术中再燃燃料一般选择反应活性较高的天然气或褐煤、烟煤，用气体燃料再燃的效果优于煤粉再燃。气体燃料再燃技术比较其他低NOx燃烧技术在NOx脱除方面具有一定优势，尤其是对燃用无烟煤、劣质烟煤的煤粉锅炉，其它的低NOx燃烧技术控制NOx生成的反应条件和保证煤粉充分燃烧反应条件相矛盾，而再燃技术可以保证主燃区煤粉良好的燃烧条件。但采用气体燃料再燃技术的主燃区多余的氧进入再燃区会消耗更多的再燃燃料，不利于再燃区还原气氛的形成，增加了再燃燃料的份额。

发明内容：

为了解决现有气体再燃技术中存在的主燃区多余的氧进入再燃区，导致再燃区的再燃燃料消耗过多和影响再燃区形成还原气氛的问题，本发明提供了一种煤粉锅炉混烧气体燃料降低氮氧化物的方法，具体步骤为：

步骤一：在主燃区燃烧器的底部引入一级气体燃料作为助燃燃料；提高主燃区的烟气温度，使主燃区的煤粉稳定燃烧；

步骤二：在主燃区的顶部引入二级气体燃料，在再燃区形成还原气氛，使主燃区生成的NOx经过再燃区时被再燃燃料燃烧形成的CHi、NHi、HCN、CO基团还原；

步骤三：在再燃区的顶部引入燃尽风，使在再燃区没有燃尽的产物在再燃区上部的燃尽区充分燃烧。

在本方法中，在主燃区采用水平浓淡风燃烧技术，主燃区的过量空气系数为0.8-0.9，再燃区的过量空气系数为0.85-1，燃尽区的过量空气系数为1.15-1.2。

在步骤一中引入的一级气体燃料的发热量占锅炉燃料总发热量的5％-10％，在步骤二中引入的二级气体燃料的发热量占锅炉燃料总发热量的10％-15％。

本发明与现有气体再燃低NOx燃烧技术比较所具有的优点是：

一、将空气分级燃烧技术、燃料分级燃烧技术和“水平浓淡风”燃烧技术结合，保证煤粉锅炉燃烧效率的同时，可以大幅降低NOx排放，可以降低NOx排放50％～70％。

二、根据煤质情况，主燃区采用整体低氧或还原气氛燃烧，减少主燃区进入再燃区的氧量，减少再燃燃料的消耗，有利于再燃区形成还原气氛，提高再燃还原NOx的效率。

三、主燃区采用气体燃料助燃，同时采用“水平浓淡风”燃烧技术，改善煤粉的燃烧条件，有利于煤粉的着火和燃尽，同时减轻主燃区在整体低氧或还原气氛下发生结渣和高温腐蚀。

四、主燃区采用“水平浓淡风”燃烧方式，空气分级送入，加之主燃区整体低过量空气系数燃烧，减小了主燃区NOx生成，有利于锅炉最终NOx减排。

五、本发明以煤粉炉为主要实施对象，初始投资和运行成本适中，即可应用于新建锅炉，也适用于现役燃煤锅炉机组的改造。

附图说明：

图1是使用本发明的方法的燃煤锅炉结构示意图，图中，A为主燃区，B为再燃区，C为燃尽区，1为主燃烧器，3-1为一级气体燃料喷嘴，3-2为二级气体燃料喷嘴，2为燃尽风喷嘴。

具体实施方式：

具体实施方式一：本实施方式的煤粉锅炉混烧气体燃料降低氮氧化物的方法的步骤为：

步骤一：在主燃区主燃烧器的底部引入一级气体燃料作为助燃燃料；提高主燃区的烟气温度，使主燃区的煤粉稳定燃烧；

步骤二：在主燃区的顶部引入二级气体燃料，在再燃区形成还原气氛，使主燃区生成的NOx经过再燃区时被再燃燃料燃烧形成的CHi、NHi、HCN、CO等基团还原；

在本实施方式中，在主燃区采用水平浓淡风燃烧技术，主燃区的过量空气系数为0.8-1.1，再燃区的过量空气系数为0.85-1，燃尽区的过量空气系数为1.15-1.2。

本实施方式中所述的一级气体燃料和二级气体燃料一般采用中、高热值的气体燃料，例如天然气，也可以采用企业的生产废气，例如高炉煤气、焦炉煤气等。中、高热值的气体燃料的燃烧性能较好，助燃效果明显，在主燃区可以起到很好的助燃效果；另外，中、高热值的气体燃料中一般都含有较多的烃类物质，烃类物质有利于再燃还原NOx，有利于在再燃区形成还原气氛。

用于完成上述方法的煤粉锅炉混烧气体燃料降低氮氧化物的装置，是在现有的煤粉锅炉装置上改进的，在现有的煤粉锅炉的基础上增加一组一级气体燃料喷嘴3-1和二级气体燃料喷嘴3-2，所述一级气体燃料喷嘴3-1固定安装在原主燃烧器1的底部，用于喷入一级气体燃料，所述二级气体燃烧器3-2固定安装在主燃区A的顶部、主燃烧器1的上方，用于喷入二级气体燃料，所述主燃区采用水平浓淡风煤粉燃烧装置(参见申请号为96122581的专利文献：一种浓淡风煤粉燃烧方式及装置)。

本实施方式将气体燃料分级引入炉膛，合理组织炉内燃烧，整合多种低NOx燃烧技术，主燃区采用水平浓淡风燃烧技术结合锅炉整体的空气分级燃烧技术和燃料分级燃烧技术，锅炉最终氧化物排放量可以降低氮60％～70％，高于采用单一的低NOx燃烧技术降低NOx的效率。在保证锅炉燃烧效率的同时，本实施方式还可以解决常规低NOx燃烧技术燃用无烟煤和劣质烟煤时降低NOx效果较差的问题，本实施方式采用的气体燃料应采用中、高热值气体燃料，可以是天然气，也可是利用企业生产产生的废气，如高炉煤气、焦炉煤气，或是增加气化设备制备的煤气或生物质煤气。

具体实施方式二：本实施方式的煤粉锅炉混烧气体燃料降低氮氧化物的方法中，采用生物质煤气作为混烧气体，占锅炉热量10％的生物质煤气在煤粉燃烧器下部引入炉膛，主燃区采用水平浓淡风燃烧技术，主燃区过量空气系数控制为1.05，占锅炉热量12％的生物质煤气在煤粉燃烧器上部引入炉膛，并形成还原气氛的再燃区，再燃区的过量空气系数为0.85，在再燃区CHi、NHi等基团还原主燃区生成的NOx，燃尽区过量空气系数为1.2。

具体实施方式三：本实施方式的煤粉锅炉混烧气体燃料降低氮氧化物的方法中，采用天然气作为混烧气体，占锅炉热量10％的天然气在煤粉燃烧器下部引入炉膛，主燃区采用水平浓淡风燃烧技术，主燃区过量空气系数控制为0.9，占锅炉热量10％的天然气在煤粉燃烧器上部引入炉膛，并形成还原气氛的再燃区，再燃区的过量空气系数为0.85，在再燃区CHi、HCN、NHi等基团还原主燃区生成的NOx，燃尽区过量空气系数为1.2。天然气热值较好，是很好的再燃燃料和助燃燃料，降低NOx可达70％。

Claims

1.煤粉锅炉混烧气体燃料降低氮氧化物的方法，其特征在于所述方法的步骤为：

步骤二：在主燃区的顶部引入二级气体燃料，在再燃区形成还原气氛，使主燃区生成的NOx经过再燃区时被再燃燃料燃烧形成的CHi、NHi、HCN、C0基团还原；

步骤三：在再燃区的顶部引入燃尽风，使在再燃区没有燃尽的产物在再燃区上部的燃尽区充分燃烧；

所述主燃区采用水平浓淡风燃烧技术；

所述主燃区的过量空气系数为0.8-0.9；

在步骤一中引入的一级气体燃料的发热量占锅炉燃料总发热量的5％-10％；步骤二中引入的二级气体燃料的发热量占锅炉燃料总发热量的10％-15％。

2.根据权利要求1所述的煤粉锅炉混烧气体燃料降低氮氧化物的方法，其特征在于在所述再燃区的过量空气系数为0.85-1。

3.根据权利要求1所述的煤粉锅炉混烧气体燃料降低氮氧化物的方法，其特征在于在所述燃尽区的过量空气系数为1.15-1.2。

4.根据权利要求1所述的煤粉锅炉混烧气体燃料降低氮氧化物的方法，其特征在于所述一级气体燃料和二级气体燃料是天然气、高炉煤气或焦炉煤气。