CN102980174A - 一种燃煤燃气组合型高效低排放层燃燃烧装置及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃煤燃气组合型高效低排放层燃燃烧装置及工艺，将煤粉和固硫剂充分混合后送入燃烧室，加热煤粉，同时底部通入再循环烟气，煤粉发生迅速热解，产生还原性气体，在再燃区两侧喷入还原性气体，形成局部还原性气氛，达到强化NOx还原的目的，未燃尽颗粒在燃烧室的燃燃区继续燃烧，燃烧完产生的尾气引出来除尘后参与烟气再循环，进入燃烧室供上述的热解、燃烧使用。本发明不仅减少燃料氮向NOx的转化，同时还可以提高层燃炉的燃烧效率。

Description

一种燃煤燃气组合型高效低排放层燃燃烧装置及工艺
技术领域
本发明涉及一种层燃燃烧装置及工艺，特别涉及一种通过调整燃烧方式（烟气再循环技术、燃料分级燃烧技术及燃煤燃气配合技术相结合）降低层燃炉的NOx和SO2排放，同时提高层燃锅炉的燃烧效率的层燃燃烧装置及工艺。 
背景技术
我国能源结构中，煤炭占据主导地位，并且在今后相当长的一段时间内，这一基础能源的地位不会动摇。我国燃煤工业锅炉保有量约53万台，其年耗煤量约占我国年耗煤量的1/3左右。目前，我国所用的工业锅炉主要为层燃炉，由于设计及运行等方面的原因，锅炉热效率普遍较低。为提高锅炉效率，往往通过提高炉内温度水平，加快燃烧速度，提高燃尽率，但这同时造成了NOx的排放增加。2012年，我国颁布最新的《环境空气质量标准》，将NOx的排放标准提高到更好的水平。因此，结合层燃炉特点，设计高效、低污染物排放的锅炉具有重要意义。 
发明专利“煤热解层燃装置及其燃烧方法”（申请号：200710120221.2）申请公开了一种层燃锅炉的低污染高效燃烧方法。但该专利中由于层燃炉氧化热解室产生的可燃气体和小颗粒半焦可以降低NOx的产生，由于热解室是在氧化环境（空气）和温度相对较低情况发生热解，因此产生还原气体（NHi、HCN、CHi、H2和CO等）较少，且热解率较低，还原性气体产量受煤质变化波动较大，不易调节控制，特别是对于劣质烟煤，产生还原气体更少，还原NOx效果不明显；该专利由于在层燃炉中设置氧化热解室而影响锅炉的出力；另外，该专利在工程应用中对锅炉本体的改造较大，施工较为困难。随着环保要求的日益提高，对NOx排放将会更加严格，因此该专利的工业适用性较差，不能满足日益严格的环保要求。 
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种燃煤燃气组合型高效低排放层燃燃烧装置及工艺，该装置减少燃料氮向NOx的转化，同时还可以提高层燃炉的燃烧效率。 
本发明采取的技术方案为： 
一种燃煤燃气组合型高效低排放层燃燃烧装置，包括燃烧室、炉排，燃烧室内分为主燃区、主燃区上方的再燃区和靠近燃烧室上口的燃尽区，燃烧室上设有与燃烧室的再燃区中间位置相通的燃气喷嘴，与燃尽区下部相通的燃尽风喷嘴，所述的炉排靠近进料口的部分底部 设烟气再循环风室，烟气再循环风室通过循环风机、气固分离器与燃烧室的尾气出口相通。 
所述的燃气喷嘴通过流量计及减压阀与还原气体输送装置相连。 
所述的燃尽风喷嘴通过管路与空气预热器相连。 
应用上述装置实现燃煤燃气组合型高效低排放层燃燃烧的工艺，将煤粉和固硫剂充分混合后送入燃烧室，加热煤粉，同时底部通入再循环烟气，煤粉发生迅速热解，产生还原性气体，在再燃区两侧喷入还原性气体，形成局部还原性气氛，达到强化NOx还原的目的，未燃尽颗粒在燃烧室的燃尽区通入的热空气氛围继续燃烧，燃烧完产生的尾气引出来除尘后参与烟气再循环，进入燃烧室供上述的热解、燃烧使用。 
所述的尾部再循环烟气的温度范围为350℃～450℃，烟气含氧量为3%～8%（v/v），保证低氧热解氛围，流量可通过阀门控制。 
所述的喷入的还原性气体为天然气或煤气，速度为10m/s～15m/s，在层燃炉给料后开始加入。煤中挥发分含量越低、N含量越高，还原性气体通入量越大。固硫剂的混合比例范围为可按煤的质量的1.5%～2.5％计算，煤粉的加热温度100～1300℃。 
本发明通过将烟气再循环技术、燃料分级燃烧技术和燃煤燃气配合技术引入层燃炉，一方面将尾部再循环烟气引入到烟气再循环风室，迅速热解煤粉产生大量的还原气体（NHi、HCN、CHi、H2和CO等），由于氧气浓度低，燃烧温度低，使NOx产量降低25%左右；另一方面通过两侧对冲燃气喷嘴，加入还原性气体，在燃烧室的主燃区上方形成富燃料区，强化还原主燃区燃烧生成的NOx，减少燃料氮向NOx的转化，未燃尽颗粒在燃烧室的上方继续燃烧，在炉膛内实现炉内燃料分级燃烧，同时还可以提高层燃炉的燃烧效率。所述的NOx脱除率为35%～60%，SOx脱除率为80%以上，层燃炉燃烧效率提高1.5%～2.5%。 
附图说明
图1本发明装置结构示意图； 
其中：1.料斗，2.燃尽风喷嘴，3.前拱，4.锅筒，5.气固分离器，6.循环风机，7.空气风室，8.烟气再循环风室，9.炉排，10.燃烧室，11.燃气喷嘴，Ⅰ主燃区、Ⅱ再燃区、Ⅲ燃尽区。 
具体实施方式
一种燃煤燃气组合型高效低排放层燃燃烧装置，包括燃烧室10、炉排9，燃烧室10内分为主燃区Ⅰ、主燃区Ⅰ上方的再燃区Ⅱ和靠近燃烧室10上口的燃尽区Ⅲ，燃烧室10上设有与燃烧室10的再燃区Ⅱ中间位置相通的燃气喷嘴11，与燃尽区Ⅲ下部相通的燃尽风喷嘴2， 所述的炉排9靠近进料口的部分底部设烟气再循环风室8，烟气再循环风室8通过循环风机6、气固分离器5与燃烧室10的尾气出口相通。进料口出设料斗1，燃气喷嘴11、燃尽风喷嘴2设在锅炉的前拱3上。 
燃气喷嘴通过流量计及减压阀与还原气体输送装置相连。燃尽风喷嘴通过管路与空气预热器相连。 
将煤粉和固硫剂充分混合送入燃烧室，煤粉在加热，同时底部通入再循环烟气下发生迅速热解，产生还原性气体（NHi、HCN、CHi、H2和CO等），由于氧气浓度低，燃烧温度低，使NOx产量降低25%左右，且在再燃区两侧装设对冲燃气喷嘴，喷入还原性气体（天然气、煤气等还原性气体燃料），形成局部还原性气氛，达到强化NOx还原的目的，未燃尽颗粒在燃烧室的燃尽区通入的热空气氛围继续燃烧，燃烧完产生的尾气引出来除尘后参与烟气再循环，进入燃烧室供上述的热解、燃烧使用（煤粉和固硫剂在层燃炉炉排上进行的第一级燃烧区域称为主燃区，还原气体及小颗粒半焦则在气流作用送入的二级燃烧区域称为再燃区，未燃尽颗粒与通过后拱导向作用的“火上风”在再燃区的上方形成第三级燃烧区域称为燃尽区）。 
尾部再循环烟气的温度范围为350℃～450℃，烟气含氧量为3%～8%（v/v），保证低氧热解氛围，流量可通过阀门控制。喷入的还原性燃气（天然气、煤气等）速度为10m/s～15m/s，在层燃炉给料后开始加入。煤中挥发分含量越低、N含量越高，还原性气体通入量越大。固硫剂的混合比例范围为可按煤的质量的1.5%～2.5％计算，加热温度100～1300℃。 
层燃炉尾部再循环烟气由于飞灰含量较高，需要经过气固分离器分离后（除尘效率60%～80%），通过循环风机进入烟气再循环风室，这样可以降低燃烧温度、降低氧气浓度，从一定程度上减少了NOx的生成，同时对冲喷入的还原性气体可以达到强化还原NOx的目的。还原NOx的均相化学反应途径如下： 
还原气氛中NO与氨类（NHi）和氮原子（N）反应生成N2，主要反应有： 
NO+NH→N2+OH      (1) 
NO+NH2→N2+H2O    (2) 
NO+N→N2+O        (3) 
还原气氛中NO与烃根（CHi）结合生成氰(HCN) 
NO+CH→HCN+O      (4) 
NO+CH2→HCN+OH    (5) 
NO+CH3→HCN+H2O   (6) 
HCN与O、OH、H按下反应生成中间产物氰氧化物： 
HCN+O→NCO+H      (7) 
HCN+OH→HNCO+H    (8) 
氰氧化物在还原性气氛中转化为氨类： 
NCO-H→NH-CO      (9) 
HNCO-H→NH2-CO    (10) 
NH-H→N-H2        (11) 
NH2-NH2→NH3-NH   (12) 
生成的NHi在还原气氛中如遇到NO则会按式(1)、(2)、(3)将NO还原为N2。 
H2与NO的反应主要通过以下反应途径进行： 
H2-O2→H-H2O      (13) 
H2-H2O→H-H-H2O   (14) 
H-NO-M→HNO-M     (15) 
H2-HNO→H2O-NH    (16) 
HNO-H→NH-OH      (17) 
在高温条件下，CO还原NO主要通过以下反应： 
CO-NO→CO2-N      (18)。 

Claims (7)

1.一种燃煤燃气组合型高效低排放层燃燃烧装置，包括燃烧室、炉排，燃烧室内分为主燃区、主燃区上方的再燃区和靠近燃烧室上口的燃尽区，其特征是，燃烧室上设有与燃烧室的再燃区中间位置相通的燃气喷嘴，与燃尽区下部相通的燃尽风喷嘴，所述的炉排靠近进料口的部分底部设烟气再循环风室，烟气再循环风室通过循环风机、气固分离器与燃烧室的尾气出口相通。
2.根据权利要求1所述的一种燃煤燃气组合型高效低排放层燃燃烧装置，其特征是，所述的燃气喷嘴通过流量计及减压阀与还原气体输送装置相连。
3.根据权利要求1所述的一种燃煤燃气组合型高效低排放层燃燃烧装置，其特征是，所述的燃尽风喷嘴通过管路与空气预热器相连。
4.应用权利要求1所述装置实现燃煤燃气组合型高效低排放层燃燃烧的工艺，其特征是，将煤粉和固硫剂充分混合后送入燃烧室，加热煤粉，同时底部通入再循环烟气，煤粉发生迅速热解，产生还原性气体，在再燃区两侧喷入还原性气体，形成局部还原性气氛，达到强化NOx还原的目的，未燃尽颗粒在燃烧室的燃尽区通入的热空气氛围继续燃烧，燃烧完产生的尾气引出来除尘后参与烟气再循环，进入燃烧室供上述的热解、燃烧使用。
5.根据权利要求4所述的燃煤燃气组合型高效低排放层燃燃烧工艺，其特征是，所述的尾部再循环烟气的温度范围为350℃～450℃，烟气含氧量为3%～8%。
6.根据权利要求4所述的燃煤燃气组合型高效低排放层燃燃烧工艺，其特征是，所述的还原性气体为天然气或煤气，速度为10m/s～15m/s。
7.根据权利要求4所述的燃煤燃气组合型高效低排放层燃燃烧工艺，其特征是，固硫剂的混合比例范围为可按煤的质量的1.5%～2.5％计算，煤粉的加热温度100～1300℃。
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