CN102878550A

CN102878550A - 燃水煤浆液态排渣旋风炉分级配风及再燃低NOx的方法

Info

Publication number: CN102878550A
Application number: CN2012103873301A
Authority: CN
Inventors: 周俊虎; 王永健; 岑可法; 罗强; 黄镇宇; 宋立臣; 张彦威; 张宝生; 刘建忠; 孙国臣; 陈立国; 赵西明
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Zhejiang University ZJU
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Zhejiang University ZJU
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2032-10-12
Also published as: CN102878550B

Abstract

本发明涉及低NO_x燃烧技术，旨在提供一种燃水煤浆液态排渣旋风炉分级配风及再燃低NOx的方法。是在圆柱状的炉体的顶端设燃烧器，燃烧器的主体具有中空的预燃区；在预燃区上方设水煤浆入口和一次风入口，燃烧器壁上设二次风喷口；炉体内的炉膛从上至下分为主燃区、再燃区和燃尽区，在主燃区设上切向二次风喷口和下切向二次风喷口，再燃区设再燃燃料喷口，燃尽区设燃尽风喷口；燃烧形成的烟气自炉膛底部侧面的烟气出口排出，燃烧产生的液态渣自炉膛底部的出渣口排出。本发明通过选用液态排渣旋风炉，以及在燃烧过程中运行分级配风及再燃技术，降低60%的NOx排放；各配风喷口的设置，使水煤浆的燃烧能以最简单和最经济的方式进行。

Description

燃水煤浆液态排渣旋风炉分级配风及再燃低NOx的方法

技术背景

本发明涉及一种低NO_x燃烧技术，尤其是涉及一种燃水煤浆液态排渣旋风炉分级配风、再燃低NOx技术。

背景技术

随着经济的快速发展，人们对能源的需求也在日益增加，煤炭、石油和天然气是目前世界一次能源的三大支柱。石油作为一种战略资源，其对国防安全有重大的作用。随着工业化的发展，国内对石油的需求在逐步的增加，虽然我国是产油大国，但我国石油大部分还是依赖进口。国际上，国际油价的波动上升，将使得世界各国竞相争夺石油，并且随着石油的逐步被消耗，这种世界范围内的竞争将会更加的激烈。而我国天然气资源相对贫乏，天然气在一次能源消耗只占3%，但天然气的需求将日益增加，同时天然气的价格也在不断上涨，工业上的燃气锅炉面临成本上升的巨大压力。同时，“十一五”计划中明确指出，“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20％左右，这使得工业上的燃气锅炉面临改造。我国是煤炭大国，煤炭资源很丰富，在石油和天然气价格不断上涨的时候，水煤浆作为一种低硫、低灰的清洁燃料，其燃烧效率高，水煤浆锅炉的热效率较燃煤锅炉的高。发展水煤浆代油和代气具有很好的经济价值。

燃料燃烧排放的污染物是大气污染物的主要部分，其中燃烧产生的NOx是引起酸雨的主要成分之一,其所引发的环境问题已不容乐观，而燃煤过程是NOx的主要来源之一。我国是煤炭大国，煤炭在一次能源消费中占有很大的比例，并且在最近的几十年这种能源结构可能不会发生改变。经济的快速增长是以能源的巨大消耗为代价，我国的NOx总排放量从2000年的12.1×10⁶t到2005年的19.1×10⁶t，年增长率为10%，因此降低NOx的排放已经是刻不容缓。“十二五”规划也是把降低氮氧化物的排放作为改善大气环境质量的重中之重。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种燃水煤浆液态排渣旋风炉分级配风及再燃低NOx的方法。

为解决技术问题，本发明采取的技术方案是：

提供一种燃水煤浆液态排渣旋风炉分级配风及再燃低NOx的方法，该方法是在圆柱状的炉体的顶端设燃烧器，燃烧器的主体具有水平延伸的边缘且中心呈凸起状，形成中空的预燃区；在预燃区上方设水煤浆入口和一次风入口，燃烧器的壁上设二次风喷口；炉体内的炉膛从上至下分为主燃区、再燃区和燃尽区，在主燃区的中上部设上切向二次风喷口，主燃区的下部设下切向二次风喷口，再燃区设再燃燃料喷口，燃尽区设燃尽风喷口；预燃区的一次风和二次风的风量占总风量的40%，主燃区的上切向二次风和下切向二次风的风量占总风量的40%，燃尽区的燃尽风的风量占总风量的20%；燃烧形成的烟气自炉膛底部侧面的烟气出口排出，燃烧产生的液态渣自炉膛底部的出渣口排出。

本发明中，所述燃尽区的燃尽风分两层布置，每层设置两个燃尽风喷口。

本发明中，所述再燃燃料喷口分为两层布置，使用CH₄作为再燃燃料，其燃烧热量占锅炉燃料总热量的20%。

本发明中，预燃区的二次风分为10路进入预燃室，每个二次风喷口均以预设角度、顺时针间隔地布置在预燃室四周。

本发明中，所述上切向二次风分两层进入炉膛内，每层布置2个喷口。

本发明中，所述下切向二次风分两层进入炉膛内，每层布置2～8个喷口。

本发明中，预燃区的过量空气系数小于1，再燃区的过量空气系数为0.8～0.9，燃尽区的过量空气系数为1.01～1.2。

本发明的有益效果在于：

通过选用液态排渣旋风炉，以及在燃烧过程中运行分级配风及再燃技术，降低60%的NOx排放；各配风喷口的设置，使水煤浆的燃烧能以最简单和最经济的方式进行，这在工业上应用具有很好的应用前景。

附图说明

图1是燃水煤浆液态排渣旋风炉的结构示意图。

附图标记： 1水煤浆入口、2一次风入口、3二次风喷口、4上切向二次风喷口、5下切向二次风喷口、6再燃燃料喷口、7燃尽风喷口、8出渣口、9预燃区、10主燃区、11再燃区、12燃尽区。

具体实施过程

下面结合附图对本发明的实施例进行阐述。

燃水煤浆液态排渣旋风炉分级配风及再燃低NOx的方法，是在圆柱状的炉体的顶端设燃烧器，燃烧器的主体具有水平延伸的边缘且中心呈凸起状，形成中空的预燃区9；在预燃区9上方设水煤浆入口和一次风入口2，燃烧器的壁上设二次风喷口3；燃烧器的二次风分为10路进入预燃区9，每个二次风喷口3均以预设角度、顺时针间隔地布置在预燃区9四周。炉体内的炉膛从上至下分为主燃区10、再燃区11和燃尽区12，在主燃区10的中上部设上切向二次风喷口4，上切向二次风分两层进入炉膛内，每层布置2个喷口。主燃区10的下部设下切向二次风喷口5，下切向二次风分两层进入炉膛内，每层布置2～8个喷口。再燃区11设再燃燃料喷口6，再燃燃料喷口6分为两层布置，使用CH₄作为再燃燃料，其燃烧热量占锅炉燃料总热量的20%。燃尽区12设燃尽风喷口7，燃尽区12的燃尽风分两层布置，每层设置两个燃尽风喷口7。

上述燃烧系统中，炉膛为绝热燃烧炉膛，所以炉内温度和燃烧强度都很高，采用的是液态排渣方式。水煤浆以一定的速度喷入到炉膛，形成雾化颗粒。一次风通过旋流装置以一定的切向速度进入到炉膛。燃烧形成的烟气自炉膛底部侧面的烟气出口排出，燃烧产生的液态渣自炉膛底部的出渣口8排出。预燃区9的一次风和二次风的风量占总风量的40%，主燃区10的上切向二次风和下切向二次风的风量占总风量的40%，燃尽区12的燃尽风的风量占总风量的20%，保证燃料在炉膛出口燃尽。

NOx的生成机理有三种：温度型NOx、燃料型NOx、快速温度型NOx。

（1）温度型NOx。是指空气中的氮在超过1500C的高温下，发生氧化反应，温度越高，NOx的生成量越多。如果局部区域的火焰温度很高，将产生大量的NOx，这部分NOx占NOx总量的10%～20%，要减少温度型NOx，就要求燃烧处于较低的燃烧水平，同时要求燃烧中心各处的火焰温度分布均匀。本发明提出的分级配风能沿火焰行程、适量分散送入空气，能有效抑制NOx的产生。

（2）燃料型的NOx。是指燃料中的氮受热分解和氧化生成NOx。进一步说，主要是指挥发分中的氮化合物生成NOx，其占NOx总量的80%~90%，这部分NOx在燃烧器的出口处的火焰中心产生。要控制该区域的NOx的生成量，就应该控制燃料着火初期的过量空气系数。使煤粉在开始着火阶段处于缺氧状态，挥发分的一部分NOx被还原。本发明中提出的预燃室中通入的空气量为总量的20%，使得燃料在着火的初期，过量空气系数远小于1。

（3）快速温度型NOx。是指空气中得氮和碳氢燃料先在高温下反应生成中间产物N、NCH、CN等，然后快速与氧反应，生成的NOx占总量的5%。

水煤浆对着火条件有一定的要求。当炉膛温度升到1600℃左右时，水煤浆从燃烧器中心喷入，高温烟气将水煤浆中的水迅速气化，干燥的煤粉被加热。所以燃烧器设置了预燃区9，保证水煤浆和空气能充分混合，同时在预燃区9，一次风和预燃区9二次风占总风量的40%，过量空气系数小于1。

从燃烧器出来的雾化水煤浆颗粒和空气混合进入主燃区10，大部分是在这个区域燃烧。由于采用的是绝热燃烧炉膛，所以炉内燃烧温度和燃烧强度都很高，水煤浆中的水快速气化，随着温度的升高，干燥的煤粉燃烧过程与普通的煤粉燃烧过程是一样，即挥发分的受热分解和燃烧，焦炭的形成和燃烧。通过分级配风技术，在炉膛上下布置上切向二次风口和下切向二次风口，推迟燃料与空气的混合，使氧逐步加入燃烧，让燃烧初期始终处于缺氧的状态。减少燃料型NOx的产生。主燃区10中从上切向二次风到下切向二次风区域的炉膛温度基本温度已超过1500℃，所以在这个区域会产生热力型NOx。

当燃烧的煤粉进入到再燃区11时，大部分燃料已经燃烧完毕。再燃区11的过量空气系数设为0.8～0.9，过高的过量空气系数就不能达到还原NOx的作用，同时过低的过量空气系数会影响燃烧效果，飞灰中的含量是急剧增多。在炉膛的下部的再燃燃料喷口6喷入一定量的天然气，形成强还原性气氛，并且由于水煤浆的燃烧主要集中在主燃区10的下部，即为下切向二次风附近，局部区域的火焰温度能达到1700℃左右，在这个区域喷入少量的还原性气体（CH₄），加上从主燃区10由于缺氧产生的还原性气体，高温低氧的环境能很好的将NOx还原为N₂，减少NOx的生产。

在燃尽区12，其过量空气系数一般为1.01～1.2，通入的燃尽风占总风量的20%，未完全燃烧的燃料在这个区域继续燃烧，同时由于燃烧所释放的热量，进一步增加了炉膛温度，这样更有利于液态渣的排出。

本发明的优势是：能以最简单和最经济的方式减少NOx的产生，并有利于液态渣的排出，这在工业上具有很好的应用前景。

Claims

1.一种燃水煤浆液态排渣旋风炉分级配风及再燃低NOx的方法，其特征在于，是在圆柱状的炉体的顶端设燃烧器，燃烧器的主体具有水平延伸的边缘且中心呈凸起状，形成中空的预燃区；在预燃区上方设水煤浆入口和一次风入口，燃烧器的壁上设二次风喷口；炉体内的炉膛从上至下分为主燃区、再燃区和燃尽区，在主燃区的中上部设上切向二次风喷口，主燃区的下部设下切向二次风喷口，再燃区设再燃燃料喷口，燃尽区设燃尽风喷口；预燃区的一次风和二次风的风量占总风量的40%，主燃区的上切向二次风和下切向二次风的风量占总风量的40%，燃尽区的燃尽风的风量占总风量的20%；燃烧形成的烟气自炉膛底部侧面的烟气出口排出，燃烧产生的液态渣自炉膛底部的出渣口排出。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃尽区的燃尽风分两层布置，每层设置两个燃尽风喷口。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述再燃燃料喷口分为两层布置，使用CH₄作为再燃燃料，其燃烧热量占锅炉燃料总热量的20%。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预燃区的二次风分为10路进入预燃室，每个二次风喷口均以预设角度、顺时针间隔地布置在预燃室四周。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上切向二次风分两层进入炉膛内，每层布置2个喷口。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述下切向二次风分两层进入炉膛内，每层布置2～8个喷口。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预燃区的过量空气系数小于1，再燃区的过量空气系数为0.8～0.9，燃尽区的过量空气系数为1.01～1.2。