CN102679390B - 一种协同控制氮氧化物生成的复合炉拱和复合二次风结构 - Google Patents
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Abstract
一种协同控制氮氧化物生成的复合炉拱和复合二次风结构，通过将前拱水冷壁凸入炉膛，和耐火前拱形成空腔，在前拱喉口处设有引射器引射挥发分，在后拱喉口处设有复合二次风装置，所述的引射器喷口与后拱二次风水平喷口水平间隔相对设置，与现有技术相比，本发明通过将挥发分从前拱炉墙和前拱水冷壁之间的空腔中引出，与高温烟气中的NOX反应，同时能在深度脱除NOX时实现高温喷氨，从而实现复合前拱和引射器的燃料分级燃烧、复合二次风空气分级燃烧和挥发分再燃的主动协同脱除NOX的技术集成，将显著降低链条炉排锅炉或采用相近原理的层燃炉的NOX排放水平，实现工业层燃锅炉的NOX达标排放。
Description
技术领域
本发明属于层燃锅炉控制氮氧化物排放技术领域，具体涉及一种协同控制氮氧化物生成的复合炉拱和复合二次风结构。
背景技术
2000年以来，伴随着我国工业化和城市化的发展以及节能环保要求的提高、城市供热需求的巨幅增大，大容量层燃燃煤集中供热锅炉进入了快速发展时期。在我国燃煤工业锅炉中，层燃链条锅炉占工业锅炉总数的60%以上。因此链条锅炉的节能减排是我国工业锅炉节能减排的重中之重。在链条炉排层燃炉设计和运行过程中，采用合理的炉拱和二次风能强化燃料引燃、强化燃烧和改善炉内燃烧工况，其结构是否合理对锅炉效率影响很大。
“十二五”期间，国家在除尘、脱硫技术日益普及的基础上加大了环保投入，出台了控制氮氧化物的严格标准，尽管最先颁布的是控制电站锅炉氮氧化物排放的标准，在环保要求日益严格的未来，工业锅炉和窑炉也会成为氮氧化物排放控制的对象，因此，研究开发综合控制氮氧化物生成和排放的相关技术将成为近期的重点。
在我国现行的链条炉排层燃炉中，一般布置有前拱和后拱。前拱接收炉内高温火焰和燃料层的辐射热并集中辐射到新燃料层上，促进新燃料的烘干、析出挥发分和着火；后拱将大量高温烟气和炽热炭粒输送到燃料的主燃烧区和准备区，以维持炉膛的高温，从而使前拱获得更高温度的辐射源，强化了前拱的辐射引燃作用；后拱的另一重要作用是与前拱组成喉口，加强气流扰动，促使可燃物和空气充分混合，以利于燃烧，同时也延长气流在炉内停留的时间，以利于可燃物的燃尽。这种传统的炉拱结构可显著提高锅炉的燃烧效率，但因突出强调引燃和强化燃烧的重要性，忽视了从源头上对燃烧过程中产生的NOX进行主动控制的技术研发，缺乏主动控制NOX生成的相关结构设计技术，而对于工业锅炉而言，若不能主动控制NOX生成，就只能采用在炉膛上部喷氨技术或实施SCR烟气脱硝后处理技术等，而喷氨脱除NOX技术虽然方法简单，但是脱除效率低，时时刻刻都要消耗氨、尿素等物质，运行成本较高。至于SCR不仅要喷氨，还要借助价格昂贵的催化剂加速脱除反应，运行成本更高。因此，如果能通过燃料分级、空气分级和再燃技术主动控制NOX的生成，可以极大地简化脱硝的辅助设备，并极大地降低烟气脱硝的运行成本。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种协同控制氮氧化物生成的复合炉拱和复合二次风结构，能够主动降低NOX的生成，实现节能和减排的双重技术目标。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种协同控制氮氧化物生成的复合炉拱和复合二次风结构，包括前拱1和与之对应的后拱3，所述前拱1的水冷壁1-2向炉膛内部凸出使之与前拱炉墙1-1之间形成一空腔1-4，在空腔1-4的上部出口处装有引射器1-3。
所述前拱炉墙1-1由耐火材料制成。
所述水冷壁1-2的下部1-2a采用光管水冷壁，管束之间留有空隙，上部1-2b采用膜式水冷壁。
在所述后拱3的喉口处设有后拱二次风装置2，该后拱二次风装置2低于引射器1-3的高度。
所述后拱二次风装置2上布置有分别向三个方向送入二次风的三排支风管，包括水平方向朝向前拱1的水平支风管2-2、垂直向下的后拱下方支风管2-4以及布置在水平支风管2-2和后拱下方支风管2-4之间的前拱下方支风管2-3。
所述三排支风管内部分别设置有缝隙调节抽板2-5，所述缝隙调节抽板2-5上开有和二次风支风管管口等直径的孔，通过拉动缝隙调节抽板2-5能够分别调节各个二次风支风管的管口开度来调节二次风量。
所述引射器1-3的喷口1-3-3水平或下倾，引射器1-3中的引射气体可选用压缩空气或经过增压的二次风，当NOX排放无法降低到大气污染物排放标准要求时，作为一种补充调节手段，引射气体选择氨或者氨和空气的混合物。
本发明和现有技术相比，具有如下优点：
1、本发明前拱1的水冷壁1-2向炉膛内部凸出形成二段式前拱结构，下部采用光管水冷壁结构，上部采用膜式水冷壁结构，使其与前拱炉墙1-1之间形成一个空腔1-4，该空腔1-4的作用能够使下部受到炉膛辐射热作用后热解产生的挥发分通过下部的光管水冷壁管束中间的空隙进入空腔1-4与炉排后部回流过来的高温烟气分隔开以避免过早混合燃烧，而空腔1-4的上部出口处的引射器将挥发分喷出，使挥发分在喉口部位将锅炉燃烧过程中产生的NOX还原成N2。
2、在后拱3的喉口处布置了后拱二次风装置2，使喉口处的二次风分为三排喷口喷射，水平二次风、前拱下二次风、后拱下二次风，为能够使挥发分和高温烟气充分混合高效进行。
3、复合二次风装置2的水平二次风喷口2-2稍低于前拱处引射器3的喷口，不仅强化了挥发分和高温烟气的混合，且使NOX的还原反应更加充分。
附图说明
图1是本发明的炉拱结构示意图。
图2是引射器1-3的结构示意图。
图3是后拱二次风装置2的结构示意图。
图4为图3中后拱下方支风管2-4的局部放大图。
图5为缝隙调节抽板2-5的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的结构作进一步详细说明。
如图1所示，本发明一种协同控制氮氧化物生成的复合炉拱和复合二次风结构，包括前拱1和后拱3，所述前拱1的水冷壁1-2向炉膛内部凸出使之与前拱炉墙1-1之间形成一空腔1-4，在空腔1-4的上部出口处装有引射器1-3。所述前拱炉墙1-1由耐火材料制成，所述水冷壁1-2的下部1-2a采用光管水冷壁，管束之间留有空隙，上部1-2b采用膜式水冷壁，使热解生成的还原性挥发分气体能从空腔4水冷壁1-2的下部1-2a管束之间进入空腔1-4并借助空腔1-4上部出口处的引射器1-3的引射气体喷出；水冷壁1-2下部1-2a采用光管水冷壁确保热解的挥发分上升到前拱1空腔1-4中并受到耐火前拱和上部水冷壁的加热完成气体膨胀，利于引射器1-3的引射功能的实现。在所述后拱3的喉口处设有后拱二次风装置2，该二次风装置2低于引射器1-3的高度。
如图2所示，引射器1-3，包括设置在引射器1-3一端的喷入引射气体的工作喷嘴1-3-1、设置在引射器1-3另一端的挥发份气体入口1-3-2以及设置在下端的喷口1-3-3，喷口1-3-3水平或下倾；引射器1-3的任务是使热解形成的挥发份CHi、H2等烃根气体在空腔1-4的上部出口处将锅炉燃烧过程中产生的NOX还原成N2，引射器1-3中的引射气体从工作喷嘴1-3-1喷入，引射气体可选用压缩空气或经过增压的二次风，当引射器1-3中的引射气体选用压缩空气或经过增压的二次风时，前拱二次风和后拱二次风共同构成前后拱复合二次风完成空气分级燃烧，同时，压缩空气或经过增压的二次风将挥发分CHi、H2等气体送入前后拱的喉口从而使层燃炉完成燃料分级燃烧和再燃燃烧，可以更大程度地降低NOX排放，以实现达标排放；当NOX排放无法降低到大气污染物排放标准要求时，作为一种补充调节手段，引射气体也可以选择氨或者氨和空气的混合物。空腔中热解形成的挥发分CHi、H2等烃根气体由挥发分气体入口1-3-2进入引射器，并由引射气体从喷口1-3-3引射出去。
如图3所示，后拱二次风装置2上布置有分别向三个方向送入二次风的三排支风管，包括水平方向朝向前拱1的水平支风管2-2、垂直向下的后拱下方支风管2-4以及布置在水平支风管2-2和后拱下方支风管2-4之间的前拱下方支风管2-3，水平支风管2-2作用是强化拱上燃尽和再燃，后拱下方支风管2-4起强化燃烧区燃烧和燃尽的作用，前拱下方支风管2-3主要作用是强化燃料热解、引燃、燃烧和炉内气流扰动。图中2-1是二次风主风管。所述三排支风管内部分别设置有缝隙调节抽板2-5。
如图4所示为后拱下方支风管2-4的局部放大图。
如图5所示，缝隙调节抽板2-5上开有和二次风支风管管口等直径的孔，通过拉动缝隙调节抽板2-5能够分别调节各个二次风支风管的管口开度来调节二次风量，特别是调节水平二次风的喷射速度和风量，确保水平二次风既不破坏NOX的还原性气氛，又可以确保水平二次风随气流上升到一定高度和未燃尽的挥发分充分燃烧。
本发明的工作原理为：在层燃锅炉的热力准备阶段，燃料在前拱1的引燃作用下受到烘干并析出挥发分，还原性的挥发分从前拱1水冷壁1-2下部1-2a的光管水冷壁管束空隙进入空腔1-4，然后通过引射器1-3从前拱1的空腔1-4的上部出口处喷出，把从炉膛喉口流出的高温烟气中携带的反应生成的NOX还原成N2。向炉膛右下方凸出的前拱水冷壁的作用主要使燃料产生分级燃烧，形成热解段和燃烧燃尽段，析出挥发分之后的燃料随着炉排4向后移动进入燃烧区直至燃尽，燃烧后形成的高温烟气在后拱3作用下向前拱1流动，同时后拱二次风装置2向后拱下方和前拱下方喷射出的二次风可强烈地扰动拱下气流，一方面强化前拱下部煤燃料的热解和热解之后的引燃，另一方面，发生空气分级燃烧，减少气体不完全燃烧损失。高温烟气从喉口部位流出时，与从引射器1-3喷出的还原性的挥发分混合，还原性的挥发分能将高温烟气中的NOX还原为氮气，而水平方向的二次风可以更有效地强化高温烟气和挥发分的混合扰动，使NOX的还原更加充分，同时，复合二次风装置喷射出的三排二次风采用缝隙抽板式调节机构实施风量的调节，特别是调节水平二次风的喷射速度和风量，确保水平二次风既不破坏NOX的还原性气氛，又可以确保水平二次风随气流上升到一定高度和未燃尽的挥发分充分燃烧。
Claims (4)
1.一种协同控制氮氧化物生成的复合炉拱和复合二次风结构，包括前拱（1）和后拱（3），其特征在于：所述前拱（1）的水冷壁（1-2）向炉膛内部凸出使之与前拱炉墙（1-1）之间形成一空腔（1-4），在空腔（1-4）的上部出口处装有引射器（1-3）；所述水冷壁（1-2）的下部（1-2a）采用光管水冷壁，管束之间留有空隙，上部（1-2b）采用膜式水冷壁；在所述后拱（3）的喉口处设有后拱二次风装置（2），该后拱二次风装置（2）低于引射器（1-3）的高度；所述后拱二次风装置（2）上布置有分别向三个方向送入二次风的三排支风管，包括水平方向朝向前拱（1）的水平支风管（2-2）、垂直向下的后拱下方支风管（2-4）以及布置在水平支风管（2-2）和后拱下方支风管（2-4）之间的前拱下方支风管（2-3）。
2.根据权利要求1所述的一种协同控制氮氧化物生成的复合炉拱和复合二次风结构，其特征在于：所述前拱炉墙（1-1）由耐火材料制成。
3.根据权利要求1所述的一种协同控制氮氧化物生成的复合炉拱和复合二次风结构，其特征在于：所述三排支风管内部分别设置有缝隙调节抽板（2-5），所述缝隙调节抽板（2-5）上开有和二次风支风管管口等直径的孔，通过拉动缝隙调节抽板（2-5）能够分别调节各个二次风支风管的管口开度来调节二次风量。
4.根据权利要求1所述的一种协同控制氮氧化物生成的复合炉拱和复合二次风结构，其特征在于：所述引射器（1-3）的喷口（1-3-3）水平或下倾，引射器（1-3）中的引射气体采用经过增压的二次风，当NOX排放无法降低到大气污染物排放标准要求时，引射气体选择氨和空气的混合物。
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