CN102563690A - 一种控制燃煤锅炉氮氧化物排放的方法 - Google Patents

一种控制燃煤锅炉氮氧化物排放的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种控制燃煤锅炉氮氧化物排放的方法，该方法通过以下步骤实现：①将部分氧化气化燃料在过量空气系数为0.5～0.9的条件下热解气化；②将步骤①中生成的固体和气体产物全部或部分送到锅炉炉膛的主燃区，与主燃区内的主燃料一同燃烧；③将再燃燃料与步骤②中燃烧生成的氮氧化物在再燃区混合并发生化学反应生成氮气，再燃区位于主燃区上方；④在再燃区的上方喷入燃尽风，形成燃尽区，再燃区出口未完全燃烧产物在燃尽区进一步燃尽。该方法可以大大提高脱硝效率，进而达到控制氮氧化物排放的目的，适用于燃煤的工业链条炉排锅炉、工业窑炉等中小型工业锅炉及燃煤电站锅炉等大容量锅炉。

Description

一种控制燃煤锅炉氮氧化物排放的方法
技术领域
本发明属于能源燃烧技术领域，具体涉及一种控制燃煤锅炉氮氧化物排放的方法。
背景技术
再燃技术又称为燃料分级燃烧技术，可以显著降低燃煤锅炉的氮氧化物排放，其主要思想是在锅炉内实现三段燃烧：沿炉膛高度方向自下而上依次分为主燃区、再燃区和燃尽区。80%左右的燃料在主燃区燃烧，该区过量空气系数一般大于1.0，会产生较多的氮氧化物；剩余20%的燃料在空气不足的情况下喷入再燃区，在还原性气氛中将主燃区生成的氮氧化物还原为氮气，同时还可抑制新的氮氧化物生成，使氮氧化物的排放浓度进一步降低；未完全燃烧的燃料通过在燃尽区喷入足够空气，形成富氧气氛而燃尽。再燃技术中采用的再燃燃料主要有天然气、各种碳氢化合物、油、水煤浆、炼焦衍生物、生物质及其裂解气、煤粉等。
中国专利01134298公开了一种利用生物质热燃气再燃脱硝的燃烧方法，该方法利用从煤粉炉尾部烟道来的部分热烟气进入热解气化炉内使其中的生物质热解气化；热解气体喷入煤粉炉还原区，使炉内的NOX反应形成N2；还原区上部喷入空气，使未完全燃烧的燃料完全燃烧。中国专利97112562公开了一种解耦循环流化床燃烧系统及其脱硫与脱硝方法，其原理是燃料首先在气化室缺氧（空气过剩系数0.7～1.0）的情况下燃烧，进行热解气化。还原性烟气进入主燃烧室时，与燃烧产物中的氮氧化物等反应生成氮气、水和二氧化碳，使氮氧化物得到还原。另外，这一过程可通过半焦的吸附、扰混及还原作用与后段充足的二次供风充分混合，使一氧化碳和烟黑燃尽，从而达到同时降低氮氧化物、一氧化碳和烟黑排放的目的。因此，“解耦燃烧”实质上是利用燃料热解气化的产物抑制氮氧化物生成的过程，这里的热解气化也即燃料的部分氧化气化过程。
综上所述，部分氧化气化是与主燃烧区分开的一个过程，是利用此过程的产物抑制主燃烧区生成氮氧化物的一种技术手段，而再燃则是在主燃区生成氮氧化物之后再还原的减排技术。然而单独使用其中的一种技术导致脱硝效率不高，不能达到现行的污染物排放标准，且只能应用于某些特定炉型和煤种。如果能将部分氧化气化与再燃联合起来控制氮氧化物的排放，这样既可以大大提高脱硝的效率，又可以增加煤种的适用性。然而，目前尚未见有关将二者结合起来实现联合控制燃煤锅炉氮氧化物排放的报道。
我国生物质资源储量丰富，分布范围广。专利CN200910241249.0公开了一种生物油煤浆，为生物质类燃料特别是生物油的利用提供了一种新途径。然而将生物质资源作为再燃燃料，尤其是将生物油和生物油煤浆作为再燃燃料用于降低燃煤锅炉氮氧化物的排放，目前还未见报道。
发明内容
本发明目的在于提供一种控制燃煤锅炉氮氧化物排放的方法，该方法可以大大提高脱硝效率，进而达到控制氮氧化物排放的目的，适用于燃煤的工业链条炉排锅炉、工业窑炉等中小型工业锅炉及燃煤电站锅炉等大容量锅炉。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种控制燃煤锅炉氮氧化物排放的方法，该方法通过以下步骤实现：
①将部分氧化气化燃料在过量空气系数为0.5～0.9的条件下热解气化，形成部分氧化气化区；
②将步骤①中生成的固体和气体产物全部或部分送到锅炉炉膛的主燃区，与主燃区内的主燃料一同燃烧；
③将再燃燃料与步骤②中燃烧生成的氮氧化物在再燃区混合并发生化学反应生成氮气，再燃区位于主燃区上方；
④在再燃区的上方喷入燃尽风，形成燃尽区，再燃区出口未完全燃烧产物在燃尽区进一步燃尽。
具体的，所述的部分氧化气化燃料可以为无烟煤、贫煤、烟煤和褐煤中的一种或两种以上的混合物。所述的主燃料可以是烟煤粉、贫煤粉、褐煤或其混合物。
所述的再燃燃料可以为生物油、生物油煤浆、生物质、污泥、地沟油、动物排泄物和煤中的一种或两种以上的混合物。
所述部分氧化气化燃料、主燃料和再燃燃料的总发热量计为100份，其中部分氧化气化燃料的热量份为10～30，主燃燃料的热量份为50～80，再燃燃料的热量份为10～20。
所述主燃区的过量空气系数控制在1.0～1.15。
所述再燃区的过量空气系数控制在0.7～0.9。
所述燃尽区的过量空气系数控制在1.1～1.25。所述部分氧化气化区边界内侧还布置有氧化风。
将部分氧化气化燃料控制在过量空气系数为0.5～0.9的条件下热解气化，用以使部分氧化气化区保持还原性气氛，使燃料在此主要生成焦炭和还原性气体。主燃区的过量空气系数控制在1.0～1.15用以使锅炉具有较高的燃烧效率。再燃区的过量空气系数控制在0.7～0.9用以使再燃燃料释放的挥发份能够在还原性气氛下与氮氧化物发生还原反应生成氮气。燃尽区的过量空气系数控制在1.1～1.25用以使可燃物尽可能燃尽而不降低锅炉效率。
本发明方法利用生物质类及其衍生燃料，进行再燃脱硝，利用其在燃烧过程中释放的挥发份还原主燃烧过程生成的氮氧化物，同时利用部分氧化气化的产物抑制主燃烧过程中氮氧化物的生成，二者结合起来实现在燃烧过程中抑制氮氧化物和在燃烧后还原氮氧化物，从而大大提高脱硝效率，进而达到控制氮氧化物排放的目的。该方法适用于燃煤的工业链条炉排锅炉、工业窑炉等中小型工业锅炉，还适用于燃煤电站锅炉等大容量锅炉。
本发明方法依据燃料性质的不同，将燃料分为部分氧化气化燃料、主燃料和再燃燃料，利用部分氧化气化燃料和再燃燃料来联合控制主燃料在燃烧过程中所产生的氮氧化物的排放。和现有技术相比，本发明的优点在于：1）将部分氧化气化技术和再燃技术结合起来，在不降低锅炉效率的前提下，在燃烧中和燃烧后联合控制氮氧化物的排放，达到最大程度降低氮氧化物排放的目的。2）实现了生物质及其衍生燃料生物油等在控制氮氧化物排放领域内应用。3）本发明方法易于对现有锅炉进行改造，简单方便，且不受资源区域性和季节性的限制，前景广阔。
附图说明
图1是采用本发明方法控制燃煤锅炉氮氧化物排放的锅炉炉膛示意图，图中Ⅰ为部分氧化气化区，Ⅱ为主燃区，Ⅲ为再燃区，Ⅳ为燃尽区。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1
如图1所示，一种控制燃煤锅炉氮氧化物排放的方法，该方法通过以下步骤实现：
①将部分氧化气化燃料无烟煤粉1送入锅炉炉膛底部，在过量空气系数为0.7的条件下以自热的方式热解气化，形成部分氧化气化区Ⅰ；
②将步骤①中生成的固体和气体产物（如固体焦炭和CO等还原性气体）全部送到锅炉炉膛的主燃区Ⅱ，与主燃区Ⅱ内的主燃料烟煤粉2一同燃烧，主燃区Ⅱ的过量空气系数控制在1.1左右；来自部分氧化气化区Ⅰ产生的焦炭和CO等气体能够大大抑制烟煤粉2燃烧过程中氮氧化物的形成；
③将再燃燃料生物油3（即生物质热解液）与步骤②中燃烧生成的氮氧化物在再燃区Ⅲ混合并发生化学反应生成氮气，再燃区Ⅲ位于主燃区Ⅱ上方；再燃区Ⅲ的过量空气系数控制在0.8；
④燃尽风4喷入再燃区Ⅲ的上方，形成燃尽区Ⅳ，再燃区出口未完全燃烧产物在燃尽区Ⅳ进一步燃尽，燃尽区的过量空气系数控制在1.25。
所述部分氧化气化区Ⅰ在设有水冷壁的炉膛边界内侧还布置有氧化风5（氧化风量约占总风量的1～5%），用来防止水冷壁长期处于还原性气氛下易导致结渣和腐蚀等问题。在上述燃烧过程中，部分氧化气化燃料无烟煤粉的发热量占总发热量的10%，再燃燃料生物油的发热量占总发热量的10%，主燃料烟煤粉的发热量占总发热量的80%，整个过程中所有燃料的碳转化率在96%以上，脱硝效率在60%以上，烟气中CO含量小于500ppm，飞灰含碳量小于5%，没有造成锅炉整体燃烧效率降低。
实施例2
一种控制燃煤锅炉氮氧化物排放的方法，该方法通过以下步骤实现：
①将部分氧化气化燃料块状褐煤送入部分氧化气化区（部分氧化气化系统并不位于锅炉的炉膛底部，而是与主燃区、再燃区和燃尽区单独分开，锅炉炉膛自下而上依次为主燃区、再燃区和燃尽区），在过量空气系数为0.5的条件下以自热的方式热解气化，形成部分氧化气化区；
②将步骤①中块状褐煤热解气化生成的固体焦炭经粉碎后全部通过螺旋传输机构或链条传输装置输送到锅炉炉膛的主燃区，与主燃区内的主燃料烟煤粉一同燃烧，主燃区的过量空气系数控制在1.15；在此过程中焦炭能够大大抑制烟煤粉燃烧过程中氮氧化物的形成；
③在步骤②中燃烧生成的含有氮氧化物的烟气进入再燃区中，与加入再燃区中的再燃燃料鸡粪及来自部分氧化气化区褐煤的热解气混合并发生化学反应生成氮气，再燃区的过量空气系数控制在0.7；
④燃尽风喷入再燃区的上方，形成燃尽区，再燃区出口未完全燃烧产物在燃尽区进一步燃尽，燃尽区的过量空气系数控制在1.1，以使可燃物快速燃尽。
部分氧化气化区的产物可以通过气力输送或机械传输的方式送入主燃区，以能够使部分氧化气化区生成的焦炭和CO等还原性气体在主燃区抑制氮氧化物的排放，主燃区的产物全部并依次经过再燃区、燃尽区，以能够使主燃区生成的氮氧化物被再燃区生成的还原性物质还原，且剩余可燃物最后都在燃尽区燃尽而不导致锅炉整体燃烧效率降低。在上述燃烧过程中，褐煤的发热量占总发热量的30%，鸡粪的发热量占总发热量的20%，烟煤的发热量占总发热量的50%，整个过程中所有燃料的碳转化率在95%以上，脱硝效率在60%以上，烟气中CO含量小于500ppm，飞灰含碳量小于5%，没有造成锅炉整体燃烧效率降低。
实施例3
部分氧化气化燃料用烟煤粉与褐煤粉的混合物替换无烟煤粉，主燃料用贫煤粉替换烟煤粉，再燃燃料用生物油煤浆替换生物油；部分氧化气化区的过量空气系数控制在0.9，主燃区的过量空气系数控制在1.0；再燃区的过量空气系数控制在0.9；燃尽区的过量空气系数控制在1.2。其它同实施例1。
在该燃烧过程中，烟煤和褐煤组成的混合煤粉的发热量占总发热量的20%，生物油煤浆的发热量占总发热量的15%，贫煤的发热量占总发热量的65%，整个过程中所有燃料的碳转化率在96%以上，脱硝效率在60%以上，烟气中CO含量小于500ppm，飞灰含碳量小于5%，没有造成锅炉整体燃烧效率降低。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种控制燃煤锅炉氮氧化物排放的方法，其特征在于，该方法通过以下步骤实现：
①将部分氧化气化燃料在过量空气系数为0.5～0.9的条件下热解气化，形成部分氧化气化区；
②将步骤①中生成的固体和气体产物全部或部分送到锅炉炉膛的主燃区，与主燃区内的主燃料一同燃烧；
③将再燃燃料与步骤②中燃烧生成的氮氧化物在再燃区混合并发生化学反应生成氮气，再燃区位于主燃区上方；
④在再燃区的上方喷入燃尽风，形成燃尽区，再燃区出口未完全燃烧产物在燃尽区进一步燃尽。
2.根据权利要求1所述控制燃煤锅炉氮氧化物排放的方法，其特征在于：所述部分氧化气化燃料为无烟煤、贫煤、烟煤和褐煤中的一种或两种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述控制燃煤锅炉氮氧化物排放的方法，其特征在于：所述再燃燃料为生物油、生物油煤浆、生物质、污泥、地沟油、动物排泄物和煤中的一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求1至3任一所述控制燃煤锅炉氮氧化物排放的方法，其特征在于：所述部分氧化气化燃料、主燃料和再燃燃料的总发热量计为100份，其中部分氧化气化燃料的热量份为10～30，主燃料的热量份为50～80，再燃燃料的热量份为10～20。
5.根据权利要求4所述控制燃煤锅炉氮氧化物排放的方法，其特征在于：所述主燃区的过量空气系数控制在1.0～1.15。
6.根据权利要求4所述控制燃煤锅炉氮氧化物排放的方法，其特征在于：所述再燃区的过量空气系数控制在0.7～0.9。
7.根据权利要求4所述控制燃煤锅炉氮氧化物排放的方法，其特征在于：所述燃尽区的过量空气系数控制在1.1～1.25。
8.根据权利要求4所述控制燃煤锅炉氮氧化物排放的方法，其特征在于：所述部分氧化气化区边界内侧还布置有氧化风。
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Owner name: HE'NAN ELECTRIC POWER CORPORATION, ELECTRIC POWER

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Applicant after: State Grid Corporation of China

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Applicant before: HENAN ELECTRIC POWER Research Institute

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Owner name: ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE, STATE GRID HENA

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Owner name: STATE GRID CORPORATION OF CHINA

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Owner name: ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE, STATE GRID HENA

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Patentee after: State Grid Corporation of China

Address before: 450052 Songshan South Road, Henan, No. 85, No.

Patentee before: Henan Electric Power Corporation Electric Power Science Research Institute

Patentee before: State Grid Corporation of China

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Address after: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing

Patentee after: State Grid Corporation of China

Patentee after: STATE GRID HENAN ELECTRIC POWER CORPORATION ELECTRIC POWER SCIENCE Research Institute

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Address before: 450052 Songshan, Zhengzhou, Henan District No. 27 South Road, No. 85

Patentee before: STATE GRID HENAN ELECTRIC POWER CORPORATION ELECTRIC POWER SCIENCE Research Institute

Patentee before: State Grid Corporation of China

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Patentee after: XJ Group Corp.

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Patentee before: STATE GRID HENAN ELECTRIC POWER CORPORATION ELECTRIC POWER SCIENCE Research Institute

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Address after: 450052 No. 85 South Songshan Road, 27 District, Henan, Zhengzhou

Patentee after: STATE GRID HENAN ELECTRIC POWER CORPORATION ELECTRIC POWER SCIENCE Research Institute

Patentee after: XJ Group Corp.

Patentee after: Henan jiuyu enpai Power Technology Co.,Ltd.

Patentee after: State Grid Corporation of China

Address before: 450052 No. 85 South Songshan Road, 27 District, Henan, Zhengzhou

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