CN102062393A

CN102062393A - 一种旋风筒内实现燃料再燃脱硝的旋风燃烧方法及其装置

Info

Publication number: CN102062393A
Application number: CN 201110001871
Authority: CN
Inventors: 车得福; 白文刚; 刘银河
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2011-01-06
Filing date: 2011-01-06
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2031-01-06
Also published as: CN102062393B

Abstract

本发明公开了一种旋风筒内实现燃料再燃脱硝的旋风燃烧方法及其装置，包括旋风筒、锅炉主炉膛和粒化水箱，其中旋风筒与锅炉主炉膛通过旋风筒凹形出口无缝连接，锅炉主炉膛的上部布置有燃尽风喷口，锅炉主炉膛的底部布置有用来粒化其液态排渣的粒化水箱。本发明由于在旋风筒内实现再燃脱硝，从而使得再燃燃料在炉内具有更长的停留时间，同时后面主炉膛的上部具有充足的空间来布置燃尽风喷口，因此，不仅可以很好地解决旋风炉采用常规再燃技术形式时所存在的威胁正常运行的问题，而且还能很好地克服再燃技术本身所存在的再燃燃料燃尽率低以及炉膛出口烟温偏高的问题等。本发明所提出的方法不仅脱硝效率高，而且装置简单，在实施上方便易行，成本低廉，同时也易于对现有锅炉进行改造，社会效益显著，可广泛推广应用。

Description

一种旋风筒内实现燃料再燃脱硝的旋风燃烧方法及其装置

技术领域：

本发明涉及一种降低旋风炉燃烧过程中污染物NO_x生成的燃烧方法及其装置。

背景技术：

旋风炉是指采用旋风燃烧方法的动力用蒸汽锅炉。空气带动煤粉颗粒在圆筒内旋转燃烧时称为旋风燃烧，旋风燃烧是人为组织的一种稳定的、可控的高速旋转火焰流，它充满在整个燃烧室空间，具有极其强烈的扰动能力，比一般室燃方式具有更高的热强度。旋风炉中主要进行燃烧的圆筒称为旋风筒。一台旋风炉可以有一只或数只旋风筒。由于旋风筒内具有很高的燃烧温度(温度达到1650℃以上)和极其强烈的混合强度，会使得其燃烧过程中生成大量的大气污染物——氮氧化物(NO_x)，这些气体如果不加以处理直接排入大气，势必会产生严重的大气污染。

在所有降低锅炉燃烧过程中污染物NO_x生成的方法中，燃料再燃技术是一种公认的非常经济有效的方法，其脱硝效率一般可达50％～70％左右。再燃技术发展至今，其主要形式已基本固定，即在锅炉内沿炉膛高度分三个区，第一区为主燃区，在这里仅送入锅炉总燃料的80％～85％，在过量空气系数α＞1的条件下燃烧并生成NO_x；第二区为送入剩余的15％～20％燃料的再燃区，通过在过量空气系数α＜1的条件下形成强还原性气氛，将主燃区已生成的NO_x还原成N₂，再燃区不仅使得已生成的NO_x得到还原，而且还抑制了新的NO_x生成，可使NO_x的排放浓度进一步降低；第三区为燃尽区，此处有足量的空气，过量空气系数α＞1，以保证前两区未完全燃烧的产物充分燃尽。

将再燃技术应用于旋风炉时，如果按照常规的再燃技术思想进行设计的话，即旋风筒作为主燃区，而再燃区和燃尽区布置在后面主炉膛沿炉膛高度的一定位置处，势必可能会产生较大的负面影响，严重时甚至会对旋风炉的正常运行构成威胁。主要原因是：旋风炉是一种液态排渣方式的锅炉，与正常燃烧方法相比，当采用常规的再燃技术时，由于送入旋风筒内的燃料量减少，旋风筒内总的放热量降低，从而使得旋风筒内的温度降低，这就有可能对维持正常的液态排渣构成威胁。因而使得采用再燃技术时燃料分级的程度有限，即旋风筒内主燃区的燃料送入量与正常燃烧工况相比不能太低(例如只有90％左右)，所产生的最大负面影响就是使得最终的NO_x降低程度较小，从而使得燃料再燃技术所具有的降低燃烧过程中NO_x生成的能力得不到充分的发挥。

发明内容：

针对上述旋风炉采用常规的再燃技术形式时所产生的一些负面影响，以及截至目前，还没有在旋风筒内实现燃料再燃来降低NO_x生成和排放的公开报道，本发明提出一种旋风筒内实现燃料再燃脱硝的旋风燃烧方法及其装置，不仅可以很好地克服旋风炉采用常规再燃技术形式时所具有的一些负面影响，同时还能很好地解决再燃技术本身所存在的局限性，如再燃燃料的燃尽问题和炉膛出口烟温偏高的问题等。

为了达到上述发明目的，本发明的技术方案通过以下方式实现：一种旋风筒内实现燃料再燃脱硝的旋风燃烧方法，其步骤为：(1)携带主燃料的一次风燃料气流通过主燃料和一次风进口进入旋风筒，通过与二次风进口送入的二次风强烈混合后燃烧，在旋风筒的前半部分形成所谓的主燃区，并形成含有NO_x的气体；(2)在旋风筒的后半部分，由再燃燃料进口送入的再燃燃料气流在该处形成所谓的再燃区，该区的强还原性气氛将主燃区所生成的NO_x还原为N₂；(3)从布置在后面主炉膛的一定位置处的燃尽风喷口喷入达到完全燃烧所需的剩余空气，形成燃尽区。其中步骤(1)所述的主燃区所送入的主燃料占锅炉总燃料的70％～85％，且其燃料粒径大约在5mm左右，过量空气系数为0.9～1.1，步骤(2)所述的还原区所送入的再燃燃料占锅炉总燃料的15％～30％，过量空气系数为0.7～0.95，步骤(3)所述的燃尽区过量空气系数为1.05～1.2。

实现上述一种旋风筒内实现燃料再燃脱硝的旋风燃烧方法的装置，主要包括旋风筒1，锅炉主炉膛7和粒化水箱8。其中旋风筒1与锅炉主炉膛7通过旋风筒凹形出口5无缝连接，锅炉主炉膛7的上部一定位置处布置有燃尽风喷口6，锅炉主炉膛7的底下布置有用来粒化其液态排渣的粒化水箱8。

该装置在应用时，由主燃料和一次风进口2送入的主燃料气流，在高压高速二次风的作用下，在旋风筒内实现强烈的旋转燃烧，形成所谓的主燃区，并生成含有大量污染物NO_x的烟气，这些含有大量NO_x的烟气随后与再燃燃料进口4送入的再燃燃料强烈混合后在旋风筒的后半部分形成所谓的再燃区，由于该再燃区为强还原性气氛，使得主燃区所形成的大量NO_x被还原为N₂，从而达到旋风筒内实现脱硝的目的，最后，完成脱硝的烟气在后面主炉膛7的上部一定位置处，通过与燃尽风喷口6送入的燃尽风混合，实现完全燃烧，形成所谓的燃尽区。

做为本发明的进一步改进，二次风进口3可以根据需要采用送入“富氧”的空气(即氧气浓度大于21％的空气)，这样会使旋风筒内主燃区氧浓度得到较大提高，由于氧气具有极大助燃作用，使得旋风筒内的燃烧温度大大提高，从而可以很好地克服旋风筒内实现燃料分级燃烧时所造成的旋风筒内燃烧温度与正常燃烧状况相比会有所降低，进而可能会对旋风筒内正常的液态排渣构成一定威胁这一隐患。

本发明所提出的一种旋风炉旋风筒内实现再燃脱硝的燃烧方法及其装置，具有如下优点：

(1)由于在旋风筒内实现再燃脱硝，不仅使得再燃燃料在炉内具有更长的停留时间，而且后面主炉膛的上部具有充足的空间来布置燃尽风喷口，与采用常规的再燃技术形式(即旋风筒内作为主燃区，而再燃区和燃尽区布置在后面主炉膛沿炉膛高度的一定位置处)相比，可以很好地解决再燃燃料的燃尽问题和炉膛出口烟温偏高的问题；

(2)由于旋风筒内具有极其强烈的旋转强度，再燃燃料只需简单送入(例如，仅依靠重力送入)，即可在强烈的旋转流场作用下迅速与烟气充分混合燃烧，形成强还原性气氛；

(3)在实际运行中，来自锅炉制粉系统的燃料，经过简单筛分后，较粗的燃料作为主燃料送入主燃料和一次风进口，较细的燃料则作为再燃燃料送入再燃燃料进口；

(4)易于对现有锅炉进行改造；

(5)该技术在实施上方便易行，成本低廉。

附图说明：

图1是应用本发明的装置结构示意图；

其中，1为旋风筒；2为一次风进口；3为二次风进口；4为再燃燃料进口；5为旋风筒凹形出口；6为燃尽风喷口；7为锅炉主炉膛；8为液态渣粒化水箱。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明所提出的一种旋风筒内实现燃料再燃脱硝的旋风燃烧方法及其装置，其装置结构示意图如图所示。该装置主要包括有旋风筒、主燃料和一次风进口、二次风进口、再燃燃料进口、旋风筒凹形出口、燃尽风喷口、锅炉主炉膛及液态渣粒化水箱。

本发明所提出的一种旋风筒内实现燃料再燃脱硝的旋风燃烧方法，具体是指：(1)由主燃料和一次风进口送入的主燃料气流，通过与二次风进口送入的高压高速空气(或“富氧”的空气)强烈混合后燃烧，在旋风筒的前半部分形成所谓的主燃区，并形成含有大量NO_x的烟气，该主燃区的过量空气系数约为0.9～1.1；(2)在旋风筒的后半部分，由再燃燃料进口送入的再燃燃料气流在该处形成所谓的再燃区，其过量空气系数范围大约在0.7～0.95，该区所形成的强还原性气氛将主燃区所生成的NO_x还原为N₂；(3)从布置在锅炉主炉膛上部的燃尽风喷口喷入空气，使没有完全燃烧的碳氢化合物、焦炭等完全燃烧，这个区域为燃尽区，其过量空气系数大约在1.05～1.2。

在具体实施过程中：(1)由再燃燃料进口喷入的再燃燃料可以根据实际需要采用空气或烟气进行输送，同时由于旋风筒内具有极其强烈的旋转强度，因而再燃燃料只需由再燃燃料进口简单送入(例如，仅依靠重力送入)，在旋风筒内的强旋转气流作用下就能迅速混合燃烧形成具有强还原性气氛的再燃区；(2)由于在旋风筒内同时实现主燃区和再燃区，因而使得再燃燃料在炉内具有更长的停留时间，易于充分燃尽，与常规煤粉炉采用再燃技术相比，可以降低对再燃燃料煤粉细度的要求，即再燃燃料可以采用较粗的煤粉粒径；(3)由于再燃区位于旋风筒内，使得后面主炉膛的上部位置具有充足的空间来布置燃尽风喷口，因而可以根据具体需要布置多层燃尽风喷口，不仅可以使未完全燃烧的碳氢化合物、焦炭等充分燃尽，而且还能最大限度地降低再次生成NO_x的可能性，从而使得采用本发明所提供的方法具有更高的燃尽效率和脱硝效率。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims

1.一种实现旋风筒内燃料再燃脱硝的旋风燃烧方法的装置，其特征在于：包括旋风筒、锅炉主炉膛和粒化水箱，其中旋风筒与锅炉主炉膛通过旋风筒凹形出口无缝连接，锅炉主炉膛的上部布置有燃尽风喷口，锅炉主炉膛的底部布置有用来粒化其液态排渣的粒化水箱。

2.基于权利要求1所述装置的旋风燃烧方法，其特征在于，按照下述步骤：

(1)携带主燃料的一次风燃料气流通过主燃料和一次风进口进入旋风筒，其通过与二次风进口送入的二次风强烈混合后燃烧，在旋风筒的前半部分形成主燃区，并形成含有NO_x的气体；

(2)在旋风筒的后半部分，由再燃燃料进口送入的再燃燃料气流在该处形成再燃区，该区的强还原性气氛将主燃区所生成的NO_x还原为N₂；

(3)从布置在后面主炉膛的一定位置处的燃尽风喷口喷入达到完全燃烧所需的剩余空气，形成燃尽区。

3.如权利要求2所述的旋风燃烧方法，其特征在于：所述步骤(1)所述的主燃区所送入的主燃料占锅炉总燃料的70％～85％，且其燃料粒径大约在3-7mm，过量空气系数为0.9～1.1。

4.如权利要求2所述的旋风燃烧方法，其特征在于：所述步骤(2)的还原区所送入的再燃燃料占锅炉总燃料的15％～30％，且其燃料粒径不超过2mm，过量空气系数为0.7～0.95。

5.如权利要求2所述的旋风燃烧方法，其特征在于：所述步骤(3)的燃尽区过量空气系数为1.05～1.2。

6.如权利要求2所述的旋风燃烧方法，其特征在于：所述来自锅炉制粉系统的燃料，经过简单筛分后，较粗的燃料作为主燃料送入主燃料和一次风进口，粒径不超过2mm的燃料则作为再燃燃料送入再燃燃料进口。

7.如权利要求2所述的旋风燃烧方法，其特征在于：根据实际燃煤的特点，所述的二次风进口可以根据需要采用“富氧”的空气。