CN101055075B - 一种降低燃煤锅炉NOx排放的方法及其实现装置 - Google Patents

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Abstract

一种降低锅炉NOx排放的方法，组织多段主煤粉燃烧器缺氧燃烧，然后在主燃烧器下游的火焰中心喷入分级燃料，分级燃料在高温缺氧条件下迅速分解生成大量CHi基团，CHi基团随之将主燃烧器区域生成的NOx还原成N2，同时在火焰平均温度为850～1150℃的截面上用氮基进行NOx的选择性非催化还原，可用碱金属盐进行增效，最后用燃尽风使未燃燃料燃尽。一种实现所述方法的装置，其是在直流煤粉燃烧器之上相继设置有燃料分级喷口，还原剂喷口和空气分级喷口，燃料分级喷口的位置在火焰中心截面处；还原剂喷口在截面平均温度850～1150℃处；空气分级喷口可按分级燃料停留时间0.5～1S确定。

Description

一种降低燃煤锅炉NOx排放的方法及其实现装置
技术领域
本发明属于热能工程领域，涉及燃煤电站锅炉、燃煤工业锅炉。
背景技术
传统直流煤粉燃烧器：传统直流煤粉燃烧器如图1所示，它由多段煤粉燃烧器2组成，一段煤粉燃烧器1由上二次风喷口101、一次风喷口102和下二次风喷口103等三个喷嘴组成。
现有降低燃煤锅炉NOx排放技术包括：
一、空气分级技术：就是以传统煤粉燃烧器为基准，通过推迟空气与燃料的混合降低NOx的方法，如炉膛整体空气分级(OFA)、同轴燃烧(CFS、TFS2000)、浓淡燃烧和低氧燃烧等技术。空气分级技术可以降低NOx排放20％～30％。采用空气分级技术的典型燃烧装置是OFA型低NOx燃烧器，如图2所示，它由传统直流煤粉燃烧器4与其上的燃尽风喷口3(火上风OFA)组成。
二、燃料分级技术：其特征就是组织部分燃料(10％～20％)在主燃烧器的下游燃烧，如超细煤粉再燃、燃气再燃和生物质再燃等。燃料分级技术可以使NOx排放降低40％～50％。采用燃料分级技术的燃烧装置是燃料再燃型低NOx燃烧器，如图3所示，它由传统直流煤粉燃烧器7与其上的分级燃料喷口6和燃尽风喷口5(火上风OFA)组成。
三、选择性非催化还原技术：选择性非催化还原技术(SNCR)是在无催化剂作用下，通过对炉内喷入NH3或尿素等氨基可选择性的还原烟气中的NOx。SNCR法的工作温度低于900℃时，NH3的还原反应不完全，会造成所谓的“氨穿透”，而工作温度高于1100℃时，NH3氧化为NO的量增加，导致NOx排放浓度增大。所以，SNCR法的工作温度要严格控制在950℃～1050℃这一狭窄的温度范围内。SNCR法的脱硝率为20％～50％，SNCR法的投资约为选择性催化还原技术(SCR)的15％。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效超低NOx排放控制的燃烧方法及其实现装置，使锅炉NOx排放浓度降低到200mg/Nm3(O2＝6％)以内。
本发明为双分级再还原燃烧技术和双分级再还原低NOx煤粉燃烧器。
一种降低锅炉NOx排放的方法，采用以下步骤：组织多段主煤粉燃烧器缺氧燃烧，有效抑制主燃烧器区域的NOx生成，然后在主燃烧器下游的火焰中心喷入分级燃料，分级燃料在高温缺氧条件下迅速分解生成大量CHi基团，CHi基团随之将主燃烧器区域生成的NOx还原成N2，同时在火焰平均温度为850～1150℃的截面上用氮基进行NOx的选择性非催化还原。
进一步，还包括：再采用碱金属盐对还原过程催化增效。
还包括：最后在分级燃料停留时间为0.5～1S处喷入燃尽风，以使所有未燃燃料燃尽。
还包括：缺氧燃烧的过量空气系数为0.85～0.95。
还包括：在主燃烧器下游的火焰中心喷入的是10～20％的分级燃料。
一种实现上述方法的装置，在直流煤粉燃烧器之上相继设置有燃料分级喷口、还原剂喷口和空气分级喷口。
所述燃料分级喷口的位置在火焰中心截面处；还原剂喷口的位置在截面平均温度850～1150℃处；空气分级喷口的位置按分级燃料停留时间0.5～1S确定。
所述燃料分级喷口、还原剂喷口和空气分级喷口等是直流喷口或旋流喷口。
所述还原剂喷口和空气分级喷口可合并为一个喷口。
双分级再还原燃烧技术的优点：它克服了空气分级技术和燃料分级技术应用导致的燃煤锅炉燃烧效率的降低，克服了选择性非催化还原技术脱硝温度窗窄的缺点，同时该技术运用碱金属盐对脱硝反应进行催化增效，在保证燃煤锅炉燃烧效率较高、运行和投资经济的前提下，使相对传统煤粉燃烧技术的NOx排放浓度降低80％以上。双分级再还原低NOx煤粉燃烧器是一种燃烧效率高、NOx排放浓度超低的新型煤粉燃烧器，
附图说明
图1是传统直流煤粉燃烧器示意图；
图2OFA型低NOx燃烧器示意图；
图3燃料再燃型低NOx燃烧器示意图；
图4本发明的一种实施例的双分级再还原低NOx煤粉燃烧器示意图。
具体实施方式
本发明双分级再还原低NOx煤粉燃烧器原理：双分级再还原低NOx煤粉燃烧器组织多段主煤粉燃烧器缺氧燃烧(过量空气系数0.9)，有效抑制主燃烧器区域的NOx生成，然后在主燃烧器下游的火焰中心喷入10％的分级燃料，分级燃料在高温缺氧条件下迅速分解生成大量CHi基团，CHi基团随之将主燃烧器区域生成的NOx还原成N2，分级燃料缺氧燃烧产生的CO扩大了SNCR方法的还原反应温度窗，于是，在火焰平均温度为1100℃的截面上喷入氨基进行NOx的选择性非催化还原，再采用碱金属盐对还原过程催化增效，所以，该方法的脱硝率较高，最后在分级燃料停留时间为0.8S处喷入分级空气，以使所有未燃燃料燃尽。
请参阅图4，本发明的一种实施例的双分级再还原低NOx煤粉燃烧器，包括：传统直流煤粉燃烧器11、燃料分级喷口10、还原剂喷口9、空气分级喷口8，是在直流煤粉燃烧器11之上相继设置燃料分级喷口10、还原剂喷口9和空气分级喷口8。
所述燃料分级喷口10的位置在火焰中心截面处，火焰中心即温度最大值截面可由测量或数值计算确定；
还原剂喷口9的位置在截面平均温度850～1150℃处，具体位置可由测量或数值计算确定；
空气分级喷口8的位置按分级燃料停留时间0.5～1S确定，具体位置可由测量或数值计算确定；
根据具体情况，所述燃料分级喷口10、还原剂喷口9和空气分级喷口8等可以是直流喷口或旋流喷口。
所述还原剂喷口9和空气分级喷口8可以合并为一个喷口，碱金属盐一般在还原剂喷口加入，也可以单独另设喷口。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种降低锅炉NOx排放的方法，其特征在于采用以下步骤：组织多段主煤粉燃烧器缺氧燃烧，有效抑制主燃烧器区域的NOx生成，然后在主燃烧器下游的火焰中心喷入分级燃料，分级燃料在高温缺氧条件下迅速分解生成大量CHi基团，CHi基团随之将主燃烧器区域生成的NOx还原成N2，同时在火焰平均温度为850～1150℃的截面上用氮基进行NOx的选择性非催化还原；还包括：最后在分级燃料停留时间为0.5～1S处喷入燃尽风，以使所有未燃燃料燃尽；
还包括：再采用碱金属盐对还原过程催化增效。
2.根据权利要求1所述的降低锅炉NOx排放的方法，其特征在于：还包括：缺氧燃烧的过量空气系数为0.85～0.95。
3.根据权利要求1所述的降低锅炉NOx排放的方法，其特征在于：还包括：在主燃烧器下游的火焰中心喷入的是10～20％的分级燃料。
4.一种实现权利要求1-3中任一所述方法的装置，其特征在于：在直流煤粉燃烧器之上相继设置有燃料分级喷口、还原剂喷口和空气分级喷口；
所述燃料分级喷口的位置在火焰中心截面处；还原剂喷口的位置在截面平均温度850～1150℃处；空气分级喷口的位置按分级燃料停留时间0.5～1S确定。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述燃料分级喷口、还原剂喷口和空气分级喷口是直流喷口或旋流喷口。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述还原剂喷口和空气分级喷口合并为一个喷口。
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