CN102252324A - 燃料再燃低氮氧化物燃烧的方法 - Google Patents

Abstract

一种燃料再燃低氮氧化物燃烧的方法，属于燃煤锅炉清洁燃烧方法。二介质风作为锅炉主燃区上层燃烧器的送粉介质，向炉内输送煤粉作为再燃燃料，二介质风作为燃烧器配风，上层燃烧器的二次风相应减少，同时再燃区配风也相应减少，形成低过量空气燃烧，炉膛不足配风最后通过燃尽风补足所需空气；利用空气和烟气混合介质作为上层燃烧器煤粉的输送介质，利用磨煤机及制粉系统将常规细度的煤粉从上层燃烧器送入炉内进行再燃脱硝，最后利用燃尽风（OFA）进行燃尽。解决了再燃燃料与烟气混合不均，还原时间短，脱硝效率差的问题，不影响锅炉最大连续蒸发量等原设计工况，改造简单，运行费用低廉。

Description

燃料再燃低氮氧化物燃烧的方法

技术领域

本发明涉及一种燃煤锅炉清洁燃烧方法，特别是一种燃料再燃低氮氧化物燃烧的方法。

背景技术

火力发电站煤粉燃烧是目前氮氧化物生成的主要来源，目前发达国家主要应用选择性催化还原（SCR）和选择性非催化还原（SNCR）来脱除氮氧化物。国内研究的重点在炉内通过组织燃烧进行脱除，包括低氮燃烧器、燃料浓淡分离、空气分级、燃料分级及再燃技术、烟气再循环等。但是再燃技术实际脱硝效率大大低于实验室效率，实验台上再燃脱硝效率可以达到70%以上，而大型锅炉实际运行证实只能达到40%左右。造成实际效率远低于实验室效率的主要原因：一方面是再燃燃料输送介质为空气，含氧量高、着火快、生成的还原物质少；另一方面是再燃燃料与炉内烟气混合不均，脱硝效率低。利用烟气作为制粉干燥介质曾被应用在高水分褐煤制粉系统上防止制粉系统爆炸，也有利用烟气再循环作为降低氮氧化物和调节再热器温度的手段。当烟气再循环被用来作为降低氮氧化物和调温手段时，烟气一般从炉底送入或从二次风口位置送入炉内，也有从炉膛出口位置送入炉内的案例。中国专利CN1240965C使用烟气输送从给粉机来的超细粉到炉内主燃区之后的再燃区进行再燃脱硝，人为的将主燃区和再燃区隔离，再燃区离炉膛出口太近造成烟气飞灰含碳量增加，不同给粉方式协调运行的调整及管理难度大，影响了该技术应用的通用性。中国专利CN10189474A实际上是富氧燃烧技术，利用烟气均等输送煤粉降低燃烧温度从而实现脱硫脱硝和二氧化碳捕集，目前实用性欠佳。

按照燃烧器布置方式煤粉炉主要可分为角式布置和墙式布置两种。除“W”火焰炉外，燃烧器大都沿炉膛垂直方向分为多层水平布置，层间垂直距离接近于均布。现有再燃脱硝技术的再燃燃料通常从主燃烧器区域上面的再燃区喷入炉内，煤粉作为再燃燃料时需要特别磨制的细粉或超细粉，送粉介质为一定温度的空气。这种方法存在的问题是：需要特别磨制的超细粉，煤粉来源困难；空气为送粉介质的含氧高、着火快，生成的还原物质少，且再燃燃料高位喷入使烟气中氮氧化物与还原物质的混合空间小、时间少，混合不充分，脱硝效率低。

发明内容

本发明的目的是要提供一种燃料再燃低氮氧化物燃烧的方法，解决再燃需要特别磨制的超细煤粉，超细煤粉来源困难；空气为送粉介质的含氧高、着火快，生成的还原物质少，且再燃燃料高位喷入使烟气中氮氧化物与还原物质的混合空间小、时间少，混合不充分，脱硝效率低的问题。

本发明的目的是这样实现的：

二介质风作为锅炉主燃区上层燃烧器的送粉介质，向炉内输送煤粉作为再燃燃料，二介质风作为燃烧器配风，上层燃烧器的二次风相应减少，同时再燃区配风也相应减少，形成低过量空气燃烧，炉膛不足配风最后通过燃尽风补足所需空气；具体步骤为：

1）、从锅炉尾部除尘器后取一股低含灰、低温烟气经烟气一次风机增压后掺入部分锅炉热一次空气后形成二介质风。

2）、二介质风送粉是将未带粉的二介质风送入磨煤机中参与制粉后形成二介质一次风，二介质一次风向炉内输送煤粉作为再燃燃料，再燃燃料使用的是常规煤粉，这部分煤粉占入炉总燃料量的10%-30%。

3）、二介质一次风经原上层燃烧器及其附属的煤粉管路送入炉内，同时上层燃烧器的二次风适量减少，在缺氧条件下与炉内热烟气混合加热，析出挥发份和还原介质，将炉内已形成的氮氧化物还原为氮气。

4）、将上层燃烧器减少的二次风引出作为燃尽风，通过炉膛上部的燃尽风喷口喷入炉内，使未燃尽燃料完全燃烧。

所述的二介质风为二种介质的风，一种介质风为烟气，取自锅炉尾部除尘器后的低含灰低温烟气，另一种介质风为锅炉热一次风。

所述的二介质风送粉有四种实现形式：①原一次风送粉形式不变，二介质风或烟气作为再燃燃料喷口的周界风、贴壁风、夹心风、圆形燃烧器的内二次风等形式送入炉膛；②烟气和空气混合后形成二介质风作为一次风携带给粉机的来粉后通过再燃燃料喷口送入炉膛；③烟气和热一次空气混合形成二介质风作为磨煤机干燥介质携带煤粉后通过再燃燃料喷口送入炉膛；④上述三种形式的组合形式。

所述的再燃燃料为本炉磨煤机所磨制的煤粉，其量占总入炉燃料量的10%—30%；再燃燃料由主燃区上层燃烧器送入炉膛，相对于现有再燃脱硝技术再燃燃料的送入位置为低位送入，相对于使用细粉和超细粉的再燃技术再燃燃料为常规细度的煤粉；当上两层燃烧器均有二介质风系统时，上起第二层可以作为二介质风系统备用层，正常运行时备用层可采取原一次风系统运行模式。

有益效果：由于采用了上述方案，再燃煤粉低位送入提前预热，由于缺氧，闷烧产生还原物质多，有利于提高脱硝效率，有利于后期补氧后充分燃烧，因此无需特别磨制的细粉；二介质风含氧量低推迟了燃烧，增加了还原物质的产出率；原一次风系统和二介质风系统两者可并联运行，不使用二介质风系统时，可通过倒风操作，切换为原一次风系统工作模式，不影响主燃烧器原设计的性能。

与现存技术—褐煤型风扇磨抽炉烟制粉系统的区别：风扇磨抽炉烟制粉系统全部磨煤机采用了抽炉烟制粉系统，烟气从炉膛出口抽取高温烟气；二介质风从炉膛尾部除尘器后取低温烟气，一般只应用在上层燃烧器相关的制粉、送粉系统，其它层燃烧器仍按原一次风系统运行；风扇磨抽炉烟制粉系统使用的目的是防止易燃煤种的制粉系统爆炸，二介质风使用的目的是再燃脱硝，两者使用的目的不同，使用的方式不同。二介质风以脱硝为目的对炉型、煤种、制粉系统的适应性更广。

解决了需要特别磨制的超细粉，煤粉来源困难；空气为送粉介质的含氧高、着火快，生成的还原物质少，且再燃燃料高位喷入使烟气中氮氧化物与还原物质的混合空间小、时间少，混合不充分，脱硝效率低的问题，达到了本发明的目的。

优点：

1、二介质风再燃技术的再燃燃料喷入炉内较早，和主燃区的烟气混合效果好、还原反应时间长，再燃燃料还原氮氧化物的时间超过0.6秒以上，还原效果得到大幅度提高；解决了再燃燃料与主烟气混合不均造成的实验室再燃效率可达到70%以上，而实际运行只能达到40%左右的问题。

2、二介质风或烟气作为主燃烧器的周界风、贴壁风、夹心风、圆形燃烧器的内二次风，抑制了一次风着火前期火焰前锋存在的条件，降低了局部快速型氮氧化物的生成速度，降低了一次风速度，减少了燃烧器磨损，增大了一次风的动量，增强了与高温烟气的混合效果。

3、煤粉作为再燃燃料时，原锅炉制粉系统磨制的煤粉即可满足使用，无需磨制细粉或超细粉的特殊制粉设备，可使用常规制粉设备和煤粉管道，投入费用少，运行方便。

4、运行方式灵活，不用停磨即可以通过倒风操作选择传统空气一次风运行模式和二介质风再燃脱硝模式，不影响原锅炉设计的正常运行。

5、利用原主燃烧器上层喷口作为再燃燃料喷口，无需在炉膛高位增设再燃燃料喷口，即无需在水冷壁上开孔，不影响锅炉水动力特性。

6、在旧炉改造时，与深度空气分级相比，二介质风对原燃烧器组的改动小，对锅炉原设计影响小，氮氧化物排放低，机组效率和运行可靠性能够得到保证。

7、与选择性非催化还原（SNCR）及选择性催化还原（SCR）相比，二介质风对原锅炉改造量少、成本低，运行费用低；无上游产品—氨生产过程中的污染，无失活催化剂的二次污染；无氨泄漏危险，无氨逃逸及逃逸氨对尾部受热面的堵塞和腐蚀危险。

8、二介质风再燃技术融合了空气分级、燃料分级、烟气再循环、燃料再燃技术、低氮燃烧器多种技术的优点，和上述单一炉内脱硝技术相比可使炉内脱硝效率达到更高水平。

附图说明

 图1是本发明燃料再燃低氮氧化物燃烧的方法的系统示意图。

图中，1、五层给煤机；2、五层磨煤机；3、四层给煤机；4、四层磨煤机；5、炉膛；6、下数一层燃烧器；7、二层燃烧器；8、三层燃烧器；9、四层燃烧器；10、五层燃烧器；四层燃烧器和五层燃烧器统称为上层燃烧器；11、燃尽风（OFA）；12、空预器；13、除尘器；14、烟囱；15、烟气二次风机；16、烟气一次风机；17、热一次风母管；18、冷一次风母管。

具体实施方式

实施例1：该系统采用了燃料再燃低氮氧化物燃烧的方法。该系统主要包括五层给煤机1，五层磨煤机2，四层给煤机3，四层磨煤机4，炉膛5，6至10从下到上共5层燃烧器，其中9和10两层燃烧器统称为上层燃烧器，燃尽风11，空预器12，除尘器13，烟囱14，烟气二次风机15，烟气一次风机16，热一次风母管17，冷一次风母管18及各设备之间的连接管道、风门挡板。从锅炉尾部除尘器13之后取1股低温烟气后分为2路，其中一路经烟气一次风机16增压后混入从热一次风母管17来的一股高温空气后形成二介质风；二介质风进入五层磨煤机2和四层磨煤机4中参与制粉，制粉后形成二介质一次风经煤粉管路送入上层燃烧器9和10后进入炉膛，进入炉膛后被主燃区形成的高温烟气加热，挥发份析出，形成还原性气氛很强的还原介质，还原在主燃区燃烧形成的氮氧化物，烟气逐渐上升至11燃尽风（OFA）高度后，和燃尽风混合燃尽；另一路低温烟气经低压烟气二次风机增压后送入各层燃烧器，可掺入一次风或作为燃烧器冷却风、贴壁风、夹心风或圆形燃烧器的内二次风，其作用是调节入炉二介质一次风风速和作为贴壁风或冷却风保护燃烧器喷口和原二次风喷口，另一方面配合使用烟气的低氮燃烧器使用；9层二介质风系统与10层为并列关系，工作过程类似，9层作为10层的备用层，当10层二介质风系统工作时，9层可切换为传统空气一次风系统工作模式或作为备用磨煤机停用；二介质一次风系统可通过倒风操作，倒入传统空气一次风工作模式，具体方法是逐渐开启冷一次风母管18的挡板，关闭烟气一次风机16的入口挡板后停烟气一次风机，并关闭烟气一次风机16的出口挡板；通过相反的操作可将系统从传统空气一次风工作模式倒入二介质一次风系统工作模式。

该系统的燃烧方法是：（1）二介质风是从尾部烟道除尘器后取一股低温烟气，经烟气一次风机增压并掺入一部分热一次空气后进入磨煤机制粉，最后携带煤粉形成二介质一次风；（2）二介质一次风将入炉燃料量的10%-30%使用二介质风输送，部分烟气参与制粉，二介质一次风仍使用原上层一次风管路送入炉膛，在还原气氛条件下与炉内高温烟气混合加热，析出挥发份，还原高温烟气中的氮氧化物；在炉膛上部送入燃尽风补入燃烧需要的氧气进行燃尽；（3）再燃煤粉是通过原制粉设备和原一次风喷口送入炉内进行再燃；（4）二介质风或烟气作为燃烧器冷却风、贴壁风、夹心风或圆形燃烧器的内二次风。

所述的二介质风为二种介质的风，一种介质风为烟气，取自锅炉尾部除尘器后的低含灰低温烟气，另一种介质风为锅炉热一次风。

所述二介质风送粉或配风为：①原一次风送粉形式不变，二介质风或烟气作为再燃燃料喷口的周界风、贴壁风、夹心风、圆形燃烧器的内二次风等形式送入炉膛。

所述的再燃煤粉为本炉磨煤机所制煤粉，其量占总入炉燃料量的10%—30%；再燃煤粉由主燃区上层燃烧器送入炉膛，相对于现有再燃脱硝技术再燃燃料的送入位置为低位送入；当上两层燃烧器均有二介质风系统时，上起第二层可以作为二介质风系统备用层，正常运行时备用层可采取原一次风系统运行模式。

在实施过程中再燃燃料的量占输入炉内总燃料量的10%--30%之间。采用上述炉内脱硝方法，可以有效的降低氮氧化物排放浓度，脱硝效率达到70%左右，飞灰含碳量低，对原有锅炉燃烧系统改造少，运行费用低，是一项实用性较高的氮氧化物脱除方法。

利用常规煤粉作为再燃燃料，二介质风作为送粉介质，二介质风或烟气作为燃烧器配风，利用原上层燃烧器喷入再燃燃料，再燃燃料低位送入，再燃燃料在炉内热解产生还原剂，脱除炉内主燃区生成的氮氧化物的一种方法。其特征在于，所包括的步骤为：

③二介质风将煤粉送入炉内后与主燃烧区燃烧生成的氮氧化物进行还原反应，还原氮氧化物，当上升到燃尽风高度后，与燃尽风混合燃尽。

再燃燃料经过原上层燃烧器或水冷壁开孔将再燃燃料送入炉内再燃脱硝。

二介质风，一种介质为烟气，取自锅炉尾部除尘器后的低含灰低温烟气，另一种介质为锅炉热一次风。

再燃燃料是常规磨煤机磨制的常规细度的煤粉。

二介质风输送煤粉量占总输入炉内燃料量的10%—30%。

在不使用二介质风系统时，可通过倒风操作，燃烧系统可切换为传统空气一次风系统作为主燃烧器使用。

锅炉最上两层燃烧器可采用二介质风输送煤粉脱硝系统，并互为备用。

原一次风送粉形式可不变，二介质风或烟气作为再燃燃料喷口的周界风、贴壁风、夹心风、圆形燃烧器的内二次风等形式作为燃烧器配风。

二介质风可作为磨煤机干燥介质参与煤粉磨制。

二介质风可不参与制粉过程，二介质风仅作为一次风携带给粉机的来粉后通过再燃燃料喷口送入炉膛。

实施例2：所述的二介质风送粉为：②烟气和空气混合后形成二介质风作为一次风携带给粉机的来粉后通过再燃燃料喷口送入炉膛。其他与实施例1同。

实施例3：所述的二介质风送粉为③烟气和热一次空气混合形成二介质风作为磨煤机干燥介质携带煤粉后通过再燃燃料喷口送入炉膛。其他与实施例1同。

实施例4：所述的二介质风送粉为：①原一次风送粉形式不变，二介质风或烟气作为再燃燃料喷口的周界风、贴壁风、夹心风、圆形燃烧器的内二次风等形式送入炉膛；与②烟气和空气混合后形成二介质风作为一次风携带给粉机的来粉后通过再燃燃料喷口送入炉膛；进行组合。其他与实施例1同。

实施例5：所述的二介质风送粉为：②烟气和空气混合后形成二介质风作为一次风携带给粉机的来粉后通过再燃燃料喷口送入炉膛；③烟气和热一次空气混合形成二介质风作为磨煤机干燥介质携带煤粉后通过再燃燃料喷口送入炉膛；进行组合。其他与实施例1同。

实施例6：所述的二介质风送粉为：①原一次风送粉形式不变，二介质风或烟气作为再燃燃料喷口的周界风、贴壁风、夹心风、圆形燃烧器的内二次风等形式送入炉膛；③烟气和热一次空气混合形成二介质风作为磨煤机干燥介质携带煤粉后通过再燃燃料喷口送入炉膛；进行组合。其他与实施例1同。

Claims (4)

1.一种燃料再燃低氮氧化物燃烧的方法，其特征在于，二介质风作为锅炉主燃区上层燃烧器的送粉介质，向炉内输送煤粉作为再燃燃料，二介质风作为燃烧器配风，上层燃烧器的二次风相应减少，同时再燃区配风也相应减少，形成低过量空气燃烧，炉膛不足配风最后通过燃尽风补足所需空气；具体步骤为：

1）、从锅炉尾部除尘器后取一股低含灰、低温烟气经烟气一次风机增压后掺入部分锅炉热一次空气后形成二介质风；

2）、二介质风送粉是将未带粉的二介质风送入磨煤机中参与制粉后形成二介质一次风，二介质一次风向炉内输送煤粉作为再燃燃料，再燃燃料使用的是常规煤粉，这部分煤粉占入炉总燃料量的10%-30%；

3）、二介质一次风经原上层燃烧器及其附属的煤粉管路送入炉内，同时上层燃烧器的二次风适量减少，在缺氧条件下与炉内热烟气混合加热，析出挥发份和还原介质，将炉内已形成的氮氧化物还原为氮气；

4）、将上层燃烧器减少的二次风引出作为燃尽风，通过炉膛上部的燃尽风喷口喷入炉内，使未燃尽燃料完全燃烧。

2.按照权利要求1所述的燃料再燃低氮氧化物燃烧的方法，其特征在于：所述的二介质风为二种介质的风，一种介质风为烟气，取自锅炉尾部除尘器后的低含灰低温烟气，另一种介质风为锅炉热一次风。

3.按照权利要求1所述的燃料再燃低氮氧化物燃烧的方法，其特征在于：所述的二介质风送粉有四种实现形式：①原一次风送粉形式不变，二介质风或烟气作为再燃燃料喷口的周界风、贴壁风、夹心风、圆形燃烧器的内二次风等形式送入炉膛；②烟气和空气混合后形成二介质风作为一次风携带给粉机的来粉后通过再燃燃料喷口送入炉膛；③烟气和热一次空气混合形成二介质风作为磨煤机干燥介质携带煤粉后通过再燃燃料喷口送入炉膛；④上述三种形式的组合形式。

4.按照权利要求1所述的燃料再燃低氮氧化物燃烧的方法，其特征在于：所述的再燃燃料为本炉磨煤机所磨制的煤粉，其量占总入炉燃料量的10%—30%；再燃燃料由主燃区上层燃烧器送入炉膛，相对于现有再燃脱硝技术再燃燃料的送入位置为低位送入，相对于使用细粉和超细粉的再燃技术再燃燃料为常规细度的煤粉；当上两层燃烧器均有二介质风系统时，上起第二层可以作为二介质风系统备用层，正常运行时备用层可采取原一次风系统运行模式。

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