CN104214788B - 一种还原剂直线喷射式脱硝锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明的还原剂直线喷射式脱硝锅炉，包括内部为炉膛的燃烧炉以及内部为分离腔的旋风分离器，燃烧炉的上部通过连接管道与旋风分离器相通；特征在于：燃烧炉的炉壁上设置有多个用于向炉膛内喷射还原剂的直线喷头，直线喷头向炉膛内喷射还原剂后形成直线状的还原剂喷射线。直线喷头设置于炉膛内温度为850℃‑950℃烟气所对应的燃烧炉的炉壁上。本发明的流化床锅炉，不仅使得还原剂与烟气中氮氧化物的混合更加均匀，而且更有利于还原剂与NOx的充分反映，将以往50%左右的脱硝率提升至80%作用，有效地降低了硫化床锅炉排放气体中氮氧化物的含量，减轻了燃煤锅炉对大气的污染。

Description

一种还原剂直线喷射式脱硝锅炉

技术领域

本发明涉及一种流化床锅炉，更具体的说，尤其涉及一种还原剂直线喷射式脱硝锅炉。

背景技术

循环流化床锅炉采用小颗粒的煤与空气在炉膛内处于沸腾状态下，使高速气流与所携带的稠密悬浮煤颗粒充分接触燃烧的技术，用于将燃料燃烧产生的热量转化为蒸汽的内能，进而推动机械部分进行做工。

燃料在炉膛内燃烧的过程中，会产生含硫、含氮化合物，排入到大气中会造成大气污染，为了避免或减轻化石燃料的燃烧对大气造成的污染，一般会对在流化床锅炉中燃烧的燃料进行脱硫脱硝处理。现有循环流化床的脱硝方法为向燃烧产生的烟气中喷入雾状还原剂（本申请文件中所述的还原剂均为氨水或尿素水溶液），利用氨气与烟气中的NOx化合物发生反应，来实现脱硝的目的。但由于喷射还原剂的形式和位置使得脱硝的效果并不理想。例如专利号为201320863782.2、发明名称为“一种基于流态重构的循环流化床锅炉SNCR脱硝系统”的专利文件，其所公开的喷枪16设置于循环流化床锅炉炉膛6与循环流化床锅炉分离器7之间，这种布设位置使得脱硝效率并不高。

现有技术中均采用向燃烧产生的烟气中喷入雾状还原剂，并一直认为只有采用雾状还原剂才能使烟气与还原剂充分混合，其实不然，由于燃烧产生的烟气在流化床锅炉内的流速较快，雾状还原剂喷出后即被高流速的烟气带走，雾状还原剂并能射入至中心，使得还原剂与烟气的混合效果并不佳，使得脱硝率并不高。再者，现有的还原剂雾状喷头一般设置于燃烧锅炉与旋风分离器之间的管道上，此处烟气的温度相对较低，并不是还原剂与烟气混合后的最佳脱硝温度，进一步使得脱硝并不高。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种还原剂直线喷射式脱硝锅炉。

本发明的还原剂直线喷射式脱硝锅炉，包括内部为炉膛的燃烧炉，其特别之处在于：所述燃烧炉的炉壁上设置有多个用于向炉膛内喷射还原剂的直线喷头，直线喷头向炉膛内喷射还原剂后形成直线状的还原剂喷射线。

本发明的还原剂直线喷射式脱硝锅炉，所述直线喷头设置于炉膛内温度为850℃-1100℃烟气所对应的燃烧炉的炉壁上。

本发明的还原剂直线喷射式脱硝锅炉，所述直线喷头设置于燃烧炉炉壁的一侧、两侧、三侧或四周，所述直线喷头位于燃烧炉的同一截面内。

本发明的还原剂直线喷射式脱硝锅炉，所述燃烧炉的炉壁包括间隔设置的水冷管，相邻水冷管之间为壁板，水冷管和壁板的外围设置有保温层；直线喷头等间距地设置于炉膛的两侧，直线喷头贯穿于保温层和壁板，直线喷头的进水口连接有提供还原剂的给还原剂管；炉膛两侧的直线喷头交错设置，使得其喷出的还原剂喷射线成相互平行状态。

本发明的还原剂直线喷射式脱硝锅炉，所述直线喷头喷出的两相邻还原剂喷射线之间的距离为20cm-40cm。

本发明的还原剂直线喷射式脱硝锅炉，所述锅炉为流化床锅炉或链排式锅炉；在为流化床锅炉时，包括内部为分离腔的旋风分离器，燃烧炉的上部通过连接管道与旋风分离器相通，旋风分离器的下部通过回流管道与燃烧炉的下部相通。

本发明的还原剂直线喷射式脱硝锅炉，所述直线喷头包括底座、外筒、内筒和人造晶石头，内筒与外筒同轴设置，内筒的内部为流通腔，内筒与外筒之间为外层腔；外筒的一端与底座相固定，另一端与人造晶石头相固定，人造晶石头的中心开设有喷射还原剂的喷口；内筒的一端穿过底座后与连接头相连接，另一端上固定有针座，针座上固定有对喷口进行封堵的密封针；内筒靠近底座一端的外围设置有对外层腔封堵的密封圈，密封圈与底座之间设置有导向套和回位弹簧；内筒靠近针座一端的外围设置有对内筒进行导向的限位套，内筒的管壁上开设有连通流通腔与外层腔的第一开口，限位套上开设有便于还原剂流出的第二通孔。

本发明的有益效果：本发明的流化床锅炉，改变了以往向锅炉烟气中添加还原剂的形式和位置，将以往向锅炉内添加雾状还原剂改为添加线状还原剂，且添加还原剂的直线喷头设置于燃烧炉的炉壁上，优选为炉膛内烟气温度为850℃-950℃的位置处，而不是以往燃烧炉的出烟口处，不仅使得还原剂与烟气中氮氧化物的混合更加均匀，而且更有利于还原剂与NOx的充分反映，将以往50%左右的脱硝率提升至80%作用，有效地降低了硫化床锅炉排放气体中氮氧化物的含量，减轻了大气污染。

直线喷头由底座、外筒、内筒、人造水晶头、密封针、回位弹簧和限位套组成，不喷射还原剂时，在回位弹簧的作用下使密封针插入到喷口中，实现对喷口的密封，可避免烟气中的固体颗粒进入到喷口中，造成喷口堵塞。在喷射还原剂时，具有较高压力的还原剂依次通过流通腔、第一通孔进入到外层腔中，并迫使密封圈压缩回位弹簧收缩，内筒带动密封针移动，喷口打开，较大压力的还原剂经第二通孔、喷口喷出，形成直线状还原剂喷射线。

附图说明

图1为本发明的还原剂直线喷射式脱硝锅炉结构原理图；

图2为本发明中直线喷头在燃烧炉上的布设原理图；

图3为图2中A区域的局部放大图；

图4为本发明中直线喷头的结构图；

图5为图4中B区域的局部放大图；

图6为本发明中直线喷头喷射还原剂时的原理图。

图中：1燃烧炉，2旋风分离器，3连通管道，4炉膛，5分离腔，6直线喷头，7回流管道，8高温过热器，9低温过热器，10水冷管，11壁板，12保温层，13给还原剂管，14还原剂喷射线，15底座，16外筒，17内筒，18流通腔，19人造晶石头，20喷口，21密封针，22针座，23密封圈，24限位套，25回位弹簧，26第一通孔，27导向套，28第二通孔，29第一限位台，30第二限位台，31外层腔，32连接头，33卡子。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，给出了本发明的还原剂直线喷射式脱硝锅炉结构原理图，其包括燃烧炉1、旋风分离器2、连通管道3、直线喷头6、回流管道7、高温过热器8以及低温过热器9；所示燃烧炉1的内部为炉膛4，燃煤在炉膛4中燃烧形成高温烟气，高温烟气对炉壁上水冷管10中的水体进行加热，形成高温蒸汽。燃烧炉1的上部通过连通管道3与旋风分离器2的上部相通，燃烧炉1中的高温烟气通过连通管道3进入到旋风分离器2中，旋风分离器2的内部为分离腔5。

在旋风分离器2中的分离腔5中，烟气中的固体成分落下，经回流管道7重新进入到燃烧炉1中，形成循环流化床锅炉。烟气成分经旋风分离器2顶部的出口排出，排出后的烟气再经高温过热器8和低温过热器9吸收利用。为了对烟气中的氮氧化物进行去除，现有技术中采用向烟气中喷洒还原剂（如液氨或尿素水溶液），利用还原剂对氮氧化物的还原反应，将氮氧化物转化为氮气和水，以减少氮气污染。

但现有技术中均采用在燃烧炉1与旋风分离器2之间的连通管道3上设置喷洒雾状还原剂的喷头，由于从燃烧炉1中排出的烟气的流速较高，雾状还原剂喷洒出后立即被烟气带走，使得还原剂无法达到烟气中心，导致还原剂与烟气的混合效果不佳，降低了氨气对氮氧化物的还原效率。同时，由于氨气与氮氧化物的最佳反应温度为900℃左右，但在连通管道3中的烟气温度远低于此温度，造成氨气与氮氧化物反应不充分，使得烟气的脱硝效率并不高。

为了解决上述技术问题，本发明将喷射还原剂的直线喷头6设置于燃烧炉1的炉壁上，优选为设置在炉膛4内烟气温度为850℃-1100℃所对应的炉壁上，最佳为900℃所对应的炉壁上。直线喷头6所喷射的还原剂为直线状，这样更有利于还原剂喷射到烟气的中心位置处，使得还原剂与烟气的混合更加均匀。

如图2所示，给出了本发明中直线喷头6在燃烧炉1上的布设原理图，图3给出了图2中A区域的局部放大图，所示燃烧炉1的炉壁由水冷管10和壁板11依次间隔设置而成，水冷管10和壁板11的外围为保温层12，水冷管10中的水体用于吸收烟气的能量，形成可对外界做功的高温蒸汽。直线喷头6依次穿过保温层12、壁板11向炉膛4中喷射还原剂，直线喷头6连接有还原剂喷射线14，所示的直线喷头6设置在炉膛4两侧的炉壁上。同一侧的直线喷头6等间距设置，两侧的直线喷头6交错设置，使得两侧的直线喷头6喷出的还原剂成相互平行的还原剂喷射线14，相邻还原剂喷射线14之间的距离为20cm-40cm为最佳，优选为30cm。

这样，由于直线喷头6喷射出的还原剂喷射线14成直线状，使得还原剂可进入到烟气的中心位置处，使得烟气与还原剂的混合更加充分，有利于氨气与烟气中氮氧化物的充分反应，提高脱硝效率。由于900℃为还原剂与烟气中氮氧化物的最佳反应温度，通过将直线喷头6设置在烟气温度为900℃左右的燃烧炉1的炉壁上，更有利于提高烟气的脱硝效率。

由于直线喷头6设置于燃烧炉1上，燃烧炉1的炉膛4中有大量的灰尘颗粒，应保证直线喷头6不被灰尘堵塞。如图4所示给出了本发明中直线喷头6的结构示意图，其包括底座15、外筒16、内筒17、人造晶石头19、密封针21、针座22、密封圈23、限位套24、回位弹簧25、导向套27、连接头32以及卡子33；所示底座15的中央为通孔，外筒16的左端通过卡子33固定于底座15上，右端与人造晶石头19相固定，人造晶石头19上开设有喷射还原剂的喷口20。内筒17位于外筒16的内部并与其同轴设置，内筒17的内部为流通腔18，内筒17与外筒16之间形成外层腔31。

连接头32设置于内筒17的右端，内筒17通过连接头32与给还原剂管13相连通。针座22固定于内筒17的左端，密封针21固定于针座22上，密封针21实现对喷口20的密封作用。所示内筒17右端的外壁上设置有第一限位台29，底座15的内径小于外筒16的内径，形成有第二限位台30，密封圈23设置于靠近第一限位台29处，实现对外层腔31的密封作用。密封圈23与第二限位台30之间设置有回位弹簧25，回位弹簧25与内筒16之间设置有限位套24。内筒17上开设有第一通孔26，流通腔18通过第一通孔26与外层腔31相通。内筒17左端的外壁上设置有导向套27，在内筒左右移动的过程中，通过导向套27的导向作用，可保证密封针21始终与喷口20对准，以实现对喷口20的密封作用。

在没有还原剂注入的情况下，在回位弹簧25的弹力作用下，通过对密封圈23的施力可迫使密封针21顶入至喷口20中，使得喷口20处于密封状态，可避免炉膛4中的固体颗粒进入到喷口20中，造成喷口20堵塞。在有还原剂进入流通腔18中的情况下，具有较高压力的还原剂经第一通孔26进入到外层腔31中，使得外层腔31中的压力变大，密封圈23在进一步压缩回位弹簧25的同时左移，当限位套24的右端碰触在第二限位台30上时，内筒17停止移动，此时密封针21已从喷口20中移出，还原剂就通过第二通孔28、喷口20喷出，形成还原剂喷射线14，实现还原剂与烟气的充分混合。

本发明的流化床锅炉，不仅使得还原剂与烟气中氮氧化物的混合更加均匀，而且更有利于还原剂与NOx的充分反映，将以往50%左右的脱硝率提升至80%作用，有效地降低了硫化床锅炉排放气体中氮氧化物的含量，减轻了对大气的污染。

Claims (6)

1.一种还原剂直线喷射式脱硝锅炉，包括内部为炉膛（4）的燃烧炉（1），其特征在于：所述燃烧炉的炉壁上设置有多个用于向炉膛内喷射还原剂的直线喷头（6），直线喷头向炉膛内喷射还原剂后形成直线状的还原剂喷射线（14）；直线喷头（6）等间距地设置于炉膛（4）的两侧，直线喷头（6）喷出的两相邻还原剂喷射线（14）之间的距离为20cm-40cm。

2.根据权利要求1所述的还原剂直线喷射式脱硝锅炉，其特征在于：所述直线喷头（6）设置于炉膛（4）内温度为850℃-1100℃烟气所对应的燃烧炉（1）的炉壁上。

3.根据权利要求1或2所述的还原剂直线喷射式脱硝锅炉，其特征在于：所述直线喷头（6）设置于燃烧炉（1）炉壁的一侧、两侧、三侧或四周，所述直线喷头位于燃烧炉的同一截面内。

4.根据权利要求1或2所述的还原剂直线喷射式脱硝锅炉，其特征在于：所述燃烧炉（1）的炉壁包括间隔设置的水冷管（10），相邻水冷管之间为壁板（11），水冷管和壁板的外围设置有保温层（12）；直线喷头贯穿于保温层和壁板，直线喷头的进水口连接有提供还原剂的给还原剂管（13）；炉膛两侧的直线喷头交错设置，使得其喷出的还原剂喷射线（14）成相互平行状态。

5.根据权利要求1或2所述的还原剂直线喷射式脱硝锅炉，其特征在于：所述锅炉为流化床锅炉或链排式锅炉；在为流化床锅炉时，包括内部为分离腔（5）的旋风分离器（2），燃烧炉（1）的上部通过连接管道（3）与旋风分离器相通，旋风分离器的下部通过回流管道（7）与燃烧炉的下部相通。

6.根据权利要求1或2所述的还原剂直线喷射式脱硝锅炉，其特征在于：所述直线喷头（6）包括底座（15）、外筒（16）、内筒（17）和人造晶石头（19），内筒与外筒同轴设置，内筒的内部为流通腔（18），内筒与外筒之间为外层腔（31）；外筒的一端与底座相固定，另一端与人造晶石头相固定，人造晶石头的中心开设有喷射还原剂的喷口（20）；内筒的一端穿过底座（15）后与连接头（32）相连接，另一端上固定有针座（22），针座上固定有对喷口进行封堵的密封针（21）；内筒靠近底座一端的外围设置有对外层腔封堵的密封圈（23），密封圈与底座之间设置有限位套（24）和回位弹簧（25）；内筒靠近针座一端的外围设置有对内筒进行导向的导向套（27），内筒的管壁上开设有连通流通腔与外层腔的第一开口，限位套上开设有便于还原剂流出的第二通孔（28）。