CN103471090A

CN103471090A - 一种低排放的层燃锅炉和强化脱氮的方法

Info

Publication number: CN103471090A
Application number: CN2013104065119A
Authority: CN
Inventors: 程芳琴; 王菁; 娄慧如; 杨凤玲; 高利生
Original assignee: Shanxi University
Current assignee: Shanxi University
Priority date: 2013-09-09
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2033-09-09
Also published as: CN103471090B

Abstract

本发明提供的一种低排放的层燃锅炉强化脱氮的方法，是将炭化室产生的干馏气引入燃烧室的高温高氮区域，并同时引入自然风和/或对氮氧化物具有还原性的气体。本发明还提供了一种实现上述方法的低排放的层燃锅炉，由炭化室和燃烧室组成，燃烧室中包括后拱和前拱，后拱中设置带孔的耐高温的输气管道或输气管道组；前拱从炭化室和燃烧室之间的炉壁上伸向燃烧室，干馏气导管从炭化室沿着炉壁下行通过前拱进入燃烧室的高温高氮区域。该锅炉具有易生火、能够有效利用煤炭热值以及工农业废气的热值、氮氧化合物排放低、烟尘排放量小，热效率高等优点。

Description

一种低排放的层燃锅炉和强化脱氮的方法

技术领域

本发明涉及锅炉，具体属于一种分区燃烧并配合使用还原性气体强化脱氮的低排放的层燃锅炉，以及强化脱氮的方法。

背景技术

降低燃煤锅炉烟气中烟尘和其它气态污染物的排放是解决环境污染的重要手段。目前我国中小型锅炉普遍使用的是机械炉排锅炉。目前国内已有一些专利对于低氮燃烧提出一些可行技术，如：01118115.9，200710071814.4，CN 102635852A,CN 102777891A,CN 102980174A,上述专利通过采用燃料分级燃烧、喷入促进剂及再燃燃料、助燃空气分级、燃煤燃气配合、烟气循环等技术，将氮氧化物（NO_x）还原为氮气，减少排放。CN 01259302.8、CN 102980174A说明煤炭通过干馏可产生一些还原性气体，如NH₃,HCN,CH₄,H₂,CO等，可将氮氧化物还原为N₂，并且半焦对氮氧化合物也有还原作用。另外，其他一些国家也有相关低氮燃烧的技术报道，如：EP 1155731 A1提出，用热氧气与含碳燃料如煤粉混合组成再燃燃料，使未一次燃烧烟气中的NOx发生还原，从而降低其排放；US 2006257800A1则提出，在炉膛内形成分开的富氧和贫氧区，减少NOx前驱体的形成，从而减少氮氧化物排放；US5139755A通过控制炉膛温度和CO浓度在一定范围内，并通入NH₃强化再燃的还原作用来控制NOx的最终排放量，。

专利ZL200820077007.3一种球形型煤锅炉分为炭化室和燃烧室，并在炭化室和燃烧室之间布置滤网将干馏(热解)气引入燃烧室，进行二次燃烧，大大降低了烟尘含量，并增设了辐射换热面，提高了燃烧效率。但对氮氧化物未加考究，随着国家环保要求的提高，该发明者通过计算流体力学模拟球形型煤燃烧，发现炉膛内部结构、速度场和温度场分布不同，燃烧产生的氮氧化物的分布不同，将煤干馏所产生的还原性气体分布在不同部位或在高氮、高温区补充还原气体，就可有效地降低氮氧化物排放。还原气体可为煤矿乏风，农业沼气，进一步强化脱除氮氧化物，并可利用工农业废气的热值促进燃烧。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分区燃烧并配合使用还原性燃气强化脱氮的低排放的层燃锅炉，以及补充还原性气体强化脱氮的方法。该锅炉能最大限度地提高热效率、降低烟尘排放和氮氧化物的排放。

通过计算流体力学模拟专利ZL200820077007.3报道的锅炉，发现煤干馏所产生的还原性气体在炭化室、干馏气导管及其出口附近浓度最高。在炉拱下方和炉排之间的某些部位、以及炉拱上方和下方的某些部位还原性气体的浓度极低，但氮氧化物的浓度较高。另外，在传统的通过分区燃烧除氮的层燃锅炉中，干馏气从炭化室进入燃烧室的前端（称为还原区）。由于还原区内的还原性气体的浓度高而氮氧化物的浓度低，还原气体的存在可以降低氮氧化物的含量。

在对专利ZL200820077007.3锅炉的燃烧机制、氮氧化物生成、反应和分布的深刻理解上，进一步地优化设计、强化除氮，改变干馏气的分布位置，提高脱氮效率低。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的一种低排放的层燃锅炉强化脱氮的方法，将炭化室产生的干馏气引入燃烧室的高温高氮区域，并同时引入自然风和/或对氮氧化物具有还原性的气体。

所述的还原性的气体为甲烷或含甲烷的工农业废气，所述的含甲烷的工农业废气为煤矿乏风（经富集更好）、低品位的煤层气或沼气等。

本发明提供的一种低排放的层燃锅炉，由炭化室和燃烧室组成，燃烧室包括后拱和前拱，所述的后拱中设置带孔的耐高温的输气管道或输气管道组；所述的前拱从炭化室和燃烧室之间的炉壁上伸向燃烧室，干馏气导管从炭化室沿着炉壁下行通过前拱进入燃烧室的高温高氮区域。

所述的干馏气导管外设置同轴的二次风套管，并设混合气喷嘴。

所述的后拱中设置带孔的耐高温输气管道或输气管道组，用于输送对氮氧化物具有还原性的气体，如甲烷或含甲烷的工农业废气（如煤矿乏风或富集过的煤矿乏风、低品位难以利用的煤层气、沼气等）。

所述前拱的设置可提高还原区的温度，有利于煤干馏产生的气体发挥其还原性能。

在炭化室产生的干馏气体经过煤层过滤，顶部滤网过滤，然后通过干馏气导管引到燃烧室内高温高氮区域。在干馏气导管外设一根同轴的二次风套管，使还原气与二次风混合后由喷嘴喷出。

所述耐高温输气管道设置至少10个孔。

该锅炉通过如下方式补充还原气体强化脱氮，（1）通过设置炭化室使煤产生还原性干馏气和半焦还原氮氧化物，并将干馏气经干馏气导管通入燃烧室，与二次风混合后由喷嘴喷出；（2）在后拱上布置一系列管路,管路上有一系列开孔或喷嘴向燃烧室喷射还原性气体或含还原性气体的工农业和生活废气，从而进一步加强除氮。

甲烷具有较强的还原性，在工农业生产和利用过程中，会产生很多含甲烷的废气，如煤矿乏气(甲烷浓度0.1%～2%)或经过富集的煤矿乏气、低品位难以利用的煤层气、沼气(含甲烷50%～70%，可来自农村沼气池或垃圾场的沼气池、废水、淤泥处理厂等)或处理过的沼气，该发明有效利用了该类低品质废气。

在上述锅炉中补充还原性气体具体可通过如下设计实现：

（1）在后拱上纵向、横向布设若干管道来输送含还原性气体的气流，管道上交错布置若干开孔。由于炉拱处于炉膛内的高温部位，输送的还原性气体立即被预热，除氮效果好。

（2）也可通过二次风管道将含还原性气体的气流与干馏气体混合后经前拱喷入燃烧室内高温部位。

（3）也可通过全部或部分一次风管道将含还原性气体的气流引入。

本发明的优点：本发明装置中充分保留了专利ZL200820077007.3热效率高、烟尘、二氧化硫排放量少的优点。在此基础上，改进了炉拱结构，引入了还原性气体，其燃烧效率进一步提高的同时氮氧化物含量大大降低。使用工农业和生活的废弃物产生的含甲烷的气体作为还用气体和燃烧原料，既利用废气的热值节约资源、同时减少排放。本发明广泛适用于各种块煤和型煤燃料，适用于工业锅炉或民用锅炉。

总之，该锅炉具有易生火、能够有效利用煤炭热值，使工农业废气具有还原和燃烧两种作用、且氮氧化合物排放低、烟尘排放量小，热效率高等优点。

附图说明

图1本发明低排放的层燃锅炉的主视剖面结构示意图

图2本发明低排放的炉拱剖面结构示意图

图中：1-炭化室，2-燃烧室，3-干馏气导管及同轴的二次风套管，4-滤网,5-前拱，6-后拱，7-风机，8-还原气体主风管，9-后拱里的还原气体输气管道或管道组，10-后拱里的水管，11-还原气体喷射口，12-含还原气体的一次风管，13-一次风的第四风室，14-一次风的第三风室,15-一次风的第二风室,16-一次风的第一风室。

具体实施方式

如图1所示的一种强化脱氮的层燃锅炉，由炭化室1和燃烧室2组成，燃烧室2中包括前拱5和后拱6。所述的后拱6中纵向设置三条带孔的耐高温的输气管道9，每条管道有45个开孔，部分向上，部分向下，各开孔交错布置。后拱6前端横向布置一条带孔的耐高温的输气管道，上有20个开孔，煤矿乏气以不同方向射出。炭化室1和燃烧室2之间的干馏气导管3沿着炭化室和燃烧室之间的炉壁通入前拱5端头，煤矿乏气从同轴的二次风套管（同轴设置在干馏气导管3外）引入，在前拱5端头套管末端与干馏气混合，并通过喷嘴喷向燃烧室内高温高氮区域。该锅炉烟气出口的氮氧化物平均浓度比传统层燃炉降低40%以上。

该锅炉的运行过程如下：块煤或型煤从煤斗进入炭化室，经预热、干馏、热焖后由炭化室底部被推到炉排上，随着炉排的移动，连续被送入燃烧室内进行燃烧。在炭化室产生的干馏气体经过煤层过滤，顶部滤网过滤，然后通过干馏气导管引至前拱端头。在导气管外设一根同轴的二次风套管，使还原气与二次风混合后由喷嘴喷出。炉内产生的烟气通过炉内的前拱和后拱经炉膛出口分两侧各绕锅筒半周，横向冲刷对流管束，最后经烟囱排入大气来完成向锅内传热。含还原性气体的气流与烟气混合，造成湍流，促进燃烧并有效还原燃烧区的氮氧化物成为氮气。

以上实施例仅对发明做进一步的说明，而本发明的范围不受所举实施例的局限。

Claims

1.一种低排放的层燃锅炉强化脱氮的方法，其特征在于，将炭化室产生的干馏气引入燃烧室的高温高氮区域，并同时引入自然风和/或对氮氧化物具有还原性的气体。

2.如权利要求1所述的一种低排放的层燃锅炉强化脱氮的方法，其特征在于，所述的还原性气体为甲烷或含甲烷的工农业废气。

3.如权利要求2所述的一种低排放的层燃锅炉强化脱氮的方法，其特征在于，所述的含甲烷的工农业废气为煤矿乏风、低品位的煤层气或沼气。

4.一种低排放的层燃锅炉，由炭化室和燃烧室组成，其特征在于，所述的燃烧室包括后拱和前拱，所述的后拱中设置带孔的耐高温的输气管道或输气管道组；所述的前拱从炭化室和燃烧室之间的炉壁上伸向燃烧室，干馏气导管从炭化室沿着炉壁下行通过前拱进入燃烧室的高温高氮区域。

5.如权利要求4所述的一种低排放的层燃锅炉，其特征在于，所述的干馏气导管外设置同轴的二次风套管，并设混合气喷嘴。

6.如权利要求4所述的一种低排放的层燃锅炉，其特征在于，所述耐高温输气管道设置至少10个孔。