CN104728830A

CN104728830A - 链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法

Info

Publication number: CN104728830A
Application number: CN201510152091.5A
Authority: CN
Inventors: 张宝源; 梁志祥; 胡平岗
Original assignee: SHANGHAI WEIYUAN ENERGY SAVING ENVIRONMENT PROTECTION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI WEIYUAN ENERGY SAVING ENVIRONMENT PROTECTION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2015-04-01
Filing date: 2015-04-01
Publication date: 2015-06-24

Abstract

本发明公开了一种链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法，其包括步骤：将锅炉燃烧风按照下述配比分别送入锅炉的燃烧准备区、燃料着火区、氧化区、还原区和燃尽区：燃烧准备区为0％的锅炉燃烧风，燃料着火区为10-15％的锅炉燃烧风，氧化区为15-25％的锅炉燃烧风，还原区为35-40％的锅炉燃烧风，燃尽区为0-5％的锅炉燃烧风；抽取锅炉燃烧后的低温烟气，对低温烟气升压后，分别送入上述燃烧准备区、燃料着火区、氧化区、还原区和燃尽区以与其中的锅炉燃烧风混合，以供给链条锅炉进行燃烧。本发明的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法能够有效地控制燃料型和热力型NO_x的生成，促进燃料的充分燃烧，有利于锅炉炉膛内达到最佳燃烧效果。

Description

链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法

技术领域

本发明涉及一种燃烧控制方法，尤其涉及一种用于锅炉的燃烧控制方法。

背景技术

目前，我国有60多万台的工业锅炉，其中大多为链条锅炉。然而，受到燃煤品质和链条锅炉的设计和运行状态等因素的影响，链条锅炉在实际应用过程中普遍存在燃烧效率低、燃烧损失大且污染物排放量高等问题。其中，链条锅炉会生成氮氧化物(NO_x)，其是大气污染重要来源之一，为此，将链条锅炉所排出的NO_x气体控制在相对较低的水平对于节能减排和环境保护具有十分重要的意义。

在锅炉燃烧过程中生成的NO和NO₂合称为NO_x。根据NO_x的生成机理，可将其分为热力型NO_x，燃料型NO_x和快速型NO_x。热力型NO_x指燃烧时空气中的氮(N₂)与氧气在高温条件下反应生成的NO_x。温度对热力型NO_x的生成具有决定性作用。燃料型NO_x是指燃料中的氮化合物经热分解和氧化而生成的NO_x。煤燃烧时约有75-90％的NO_x是燃料型NO_x。快速型NO_x主要是指燃料中的碳氢化合物在燃料浓度较高区域燃烧时所产生的烃与燃烧空气中的N₂分子发生反应后形成的CN、HCN，经继续氧化后而生成的NO_x。快速型NO_x主要产生于碳氢化合物含量较高、氧浓度较低的富燃料区，在燃煤锅炉中，其生成量很小，通常小于5％，一般不做考虑。对于链条锅炉这一类的燃煤锅炉来说，一般其燃烧温度均小于1500℃，其燃烧中所产生的NO_x主要以燃料型为主，约占其NO_x排放总量的90％以上。

对于链条锅炉来说，燃料在炉排上的燃烧是分段、分区进行的，沿炉排长度方向所需的空气量不同。在燃料的预热干燥区基本不需要空气；在挥发物析出区，有一部分可燃气体已经开始着火，仅需要供给一部分空气，不断析出的可燃烧区是燃烧过程的主要部分，需要送入大量空气；在灰渣形成区内燃烧过程已经基本完毕，所需要的空气量不多，主要是炉排冷却需要送风。

基于上述特性，链条锅炉的送风方式会直接影响到煤层燃烧的好坏，同时，链条锅炉的送风方式对于炉膛内气体动力场和气相燃烧也会构成影响，因此，其是决定锅炉效率和NO_x生成量的主要因素之一。现有技术中所采用的通仓送风方式会使得越到炉排走向后端的送风量越大，炉排后端空气过量，而炉排中间燃烧区却空气不足，从而导致炉排前端在燃料着火初期时，煤中的挥发份可燃气体大量析出，与过量空气生成大量的燃料型NO_x。此外，由于煤中的挥发份可燃气体大量析出，因而会导致燃料的机械和化学未完全燃烧损失增大，还会使得很大一部分热量随着未被利用的空气带走，排烟热损失增大。

发明内容

本发明的目的是提供一种链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法，该燃烧方法通过改善链条锅炉的送风方式来优化锅炉的燃烧结构，在保证锅炉效率不降低且稳定燃烧的前提下，大幅度减少了锅炉的NO_x污染气体的排放量。

此外，本发明所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法大幅度地优化了锅炉的燃烧结构，大大促进了燃料的充分燃烧，提高了燃料的燃烧效率。

根据上述发明目的，本发明提出了一种链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法，其包括步骤：

将锅炉燃烧风按照下述配比分别送入锅炉的燃烧准备区、燃料着火区、氧化区、还原区和燃尽区：

抽取锅炉燃烧后的低温烟气，对低温烟气升压后，分别送入上述燃烧准备区、燃料着火区、氧化区、还原区和燃尽区以与其中的锅炉燃烧风混合，以供给链条锅炉进行燃烧。

现有的链条锅炉所采取的通仓送风方式虽然简单、易于操作，但是进入锅炉各区的供风量并不会随着燃料层燃烧实际所需的空气量的变化而变化，也就是说，采用通仓送风方式对所有上述区域输送的风量都是均等的，这样，一方面锅炉内的某些区的供气量不足，导致燃料的机械和化学未完全燃烧损失增大；另一方面锅炉内的某些区的供气量过多，燃料释放出的挥发份会与之生成大量的燃料型NO_x，从而造成锅炉燃烧效率低，NO_x污染气体排放量高。

较之于上述通仓送风方式，本发明的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法是根据燃料层燃烧所需要空气量的变化来向链条锅炉提供锅炉燃烧风的。根据燃烧过程，可以将链条锅炉内划分成五个区域：1)燃烧准备区，2)燃料着火区，3)氧化区，4)还原区及5)燃尽区。在燃烧准备区，燃料处于预热干燥阶段，此区域需要的锅炉燃烧风很小，通常可以忽略不计。在燃料着火区，燃料释放出挥发分并开始着火燃烧，并且燃烧持续进行得很激烈，此区域需要的锅炉燃烧风的量为10-15体积份。在氧化区，来自炉排下部并穿过燃料层的空气中的氧气在该区域内迅速耗尽，此区域需要控制锅炉燃烧风的量为15-25体积份。在还原区，燃烧产物中CO和水蒸气上升到该区域后立即被炽热的焦炭所还原，此时，该区域所需要的锅炉燃烧风的量应该设定为35-45体积份。在燃尽区，燃料处于燃烧结束之际，在该区域中主要发生燃料燃尽和灰渣掉落，炉排冷却等现象，此区域所要的锅炉燃烧风的量应该控制在0-5体积份之间。为此，本发明所述的燃烧方法根据链条锅炉的燃烧特点以及在锅炉内NO_x的生成特性来进行分区域按比例地配送锅炉燃烧风。

基于本发明的技术方案，将采用通仓送风方式所产生的炉内两端空气过剩且中间主燃烧区空气不足的情况改善为两端适当空气不足且中间适当空气过剩的情况，这样，原先的着火初期炉内两端空气过剩生成大量的燃料型NO_x的现象得到抑制，同时，进入主燃烧阶段之后，只需要供给保证燃料充分燃烧的空气量即可，在此创造适当的低氧燃烧环境还能进一步地还原在着火初期已经生成燃料型NO_x，末端燃尽阶段仅需供给少量空气以保证炉排冷却即可。这样，在链条锅炉内的整个燃烧过程既保证了燃料在还原性气氛中实现充分燃烧，又大幅度地减少了燃料型NO_x的生成。

由于锅炉燃烧风采用的是分区域按比例的配送方式，因此，采用本发明所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法还可以优化锅炉炉膛的分级燃烧，改善炉内的燃烧动力场和温度场。与此同时，采用分区域按比例的锅炉燃烧风配送方式使得燃料与锅炉燃烧风之间的混合、接触和反应的时间更多，燃烧更加充分，更为均匀，减少了炉膛燃烧横截面上的温度偏差。

在本发明的技术方案中，在采用分区域按比例的配送锅炉燃烧风的基础上，将锅炉燃烧后的低温烟气抽取升压后，分别送入链条锅炉内的燃烧准备区、燃料着火区、氧化区、还原区和燃尽区以与其中的锅炉燃烧风充分混合，以供给链条锅炉进行燃烧，从而大大减少了锅炉燃烧风的供给量。经抽取升压后的低温烟气还可以：1)降低主燃烧区的燃烧温度和氧气浓度从而抑制燃料型NO_x和热力型NO_x的生成；2)冷却链条炉排，减少燃烧后期冷却风的送入量，使得床层呈富燃料状态，促进燃料与空气的充分混合；以及3)减少锅炉烟气的外排量，并降低排烟热损失。此外，抽取低温烟气并不会增加链条锅炉的消耗功率，以确保锅炉运行的稳定性。

需要说明的是，在烟气中的水分会和焦炭发生水煤气反应，不仅有利于焦炭的燃烬，还能够减少NO_x有害气体的生成，并且床温也会随之降低，例如，通入低温烟气后，炉内床温可以从原先的1480-1540℃降低到1200-1370℃。

由此可见，本发明所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法采取的是分区域按比例的配送锅炉燃烧风结合低温烟气再循环利用的方式。

进一步地，在本发明所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法中，抽取的所述低温烟气总量与锅炉燃烧风的总量的配比为10％-20％。也就是说，参与燃烧的再循环烟气总量与锅炉燃烧风的配比为10-20％。

更进一步地，在本发明所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法中，送入所述燃烧准备区、燃料着火区、氧化区、还原区和燃尽区的低温烟气量依次分别占抽取的低温烟气总量的：0％，0-10％，10-40％，20-50％，30％-60％。

可选地，在本发明所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法中，上述低温烟气的温度为110-150℃。

将低温烟气控制在110-150℃的范围之间可以进一步地冷却链条炉排，减少燃烧后期冷却风的送入量。

可选地，在本发明所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法中，上述低温烟气升压到1500-3000Pa。

未经升压的低温烟气的压力通常在-400Pa-100Pa范围之间，将低温烟气升压到1500-3000Pa，以一定动能送入锅炉内与锅炉燃烧风进行充分混合，一方面可以在一定程度上减小炉内主燃烧氧量，另一方面还可以减少锅炉燃烧风的配给量。在此，可以通过再循环风机对低温烟气实现升压和循环。

进一步地，在本发明所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法中，上述燃烧准备区的温度为850-1150℃。

由于在燃烧准备区的燃料处于预热干燥阶段，此区域的温度不宜过高也不宜过低，故而需要将其控制在850-1150℃之间。

进一步地，在本发明所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法中，上述燃料着火区的温度为1000-1250℃。

进一步地，在本发明所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法中，上述氧化区的温度为1250-1350℃。

更进一步地，在本发明所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法中，上述还原区的温度为1200-1300℃。

更进一步地，在本发明所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法中，上述燃尽区的温度为900-1100℃。

在燃尽区，燃料处于燃烧的最末端，并且炉排需要冷却，需要将该区域的温度控制在相对较低的范围之内。

需要说明的是，锅炉的整个燃烧过程除了受到燃烧风的配送量和各区域的燃烧温度的影响之外，还受到炉内床层平整度的影响，平整的床层使得燃烧状态更加平稳均匀。

基于一种情况，在本发明所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法中，上述低温烟气送入燃烧准备区、燃料着火区、氧化区、还原区和燃尽区的流量是可以调节的。

由于低温烟气是与各区域中的锅炉燃烧风充分混合后来供给链条锅炉进行燃烧的，因此，低温烟气的量也需要根据各区域的实际燃烧情况来进行调节。低温烟气的流量可以通过设置流量控制装置来进行调节，例如，挡板或阀门。

基于另一种情况，在本发明所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法中，上述锅炉燃烧风送入燃烧准备区、燃料着火区、氧化区、还原区和燃尽区的流量是可以调节的。

链条锅炉内的燃烧准备区、燃料着火区、氧化区、还原区和燃尽区所需要的锅炉燃烧风的量各不相同，从输送至各区域的锅炉燃烧风的量要根据实际燃烧情况进行调节，在确保锅炉燃烧的稳定性和燃烧效率的前提下，大幅度地降低NO_x的生成。锅炉燃烧风的流量可以通过设置流量控制装置来进行调节，例如，挡板或阀门。

较之于现有链条锅炉所采用的燃烧方法，本发明所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法具有以下优势：

1)抑制燃料型NO_x和热力型NO_x的生成，降低锅炉有害气体的排放量；

2)促进燃料中的可燃成分的释放燃烧，减小不完全燃烧的热损失，优化燃烧结构，提高锅炉的燃烧效率；

3)减少终端烟气的排放量和锅炉燃烧风的配送量，降低排烟热损失，提升锅炉热效率的利用；

说明书附图

图1显示了本发明所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法在一种实施方式下的所采用链条锅炉的结构示意图。

具体实施方式

以下将根据具体实施例及说明书附图对本发明所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法作进一步说明，但是该说明并不构成对本发明的不当限定。

图1示意了本发明所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法在一种实施方式下的所采用链条锅炉的结构。

如图1所示，该链条锅炉I包括：风室1，链条炉排2，闸板3，挡板4，流量阀5、再循环风机6、齿轮7、供料装置8和空气预热器9，供料装置8向锅炉炉内提供燃料，闸板3用以控制燃料层的厚度，链条炉排2设置在炉内，风室1均设置在链条炉排2的下方，齿轮7用来控制链条炉排2的运行速度，燃料层放置在链条炉排2上燃烧，沿着链条炉排的长度方向P根据燃烧过程的进行可以在链条锅炉内划分五个区域，具体为：燃烧准备区、燃料着火区、氧化区、还原区和燃尽区(图1中未示出)，各区域内设置有至少一个风室1，各风室1与进气管路a的各支路a1-a5导通连接，以使得锅炉燃烧风通过进气管路a及各支路a1-a5输送至各风室内，且各风室1还通过进气管路b及其各支路b1-b5与空气预热器9气导通连接，在进气管路b上设置有再循环风机6，以将从空气预热器9中抽取的低温烟气升压后送入至各风室1内，其中，在各支路a1-a5上均设置有挡板4，用以调节控制进入各风室1的锅炉燃烧风的流量，在各支路b1-b5上都设置有流量阀5，用来调节控制进入各风室1的低温烟气的流量。

需要说明的是，图1所示的五个风室1所在的区域并非是一一对应于链条锅炉内的燃烧准备区、燃料着火区、氧化区、还原区和燃尽区的，在图1中仅仅是示意性地显示了实现本发明所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法的链条锅炉的结构。为此，在链条锅炉内的燃烧准备区、燃料着火区、氧化区、还原区和燃尽区等五个区域内既可以仅设置一个风室，也可以设置若干个风室。

参阅图1，在实际使用过程中，本发明所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法包括如下步骤(实施例1-5中的各步骤的具体参数详见表1)：

1)将锅炉燃烧风按照下述配比分别送入锅炉的燃烧准备区、燃料着火区、氧化区、还原区和燃尽区，其中，控制进入燃烧准备区的锅炉燃烧风为0体积份，控制进入燃料着火区的锅炉燃烧风为10-15体积份，控制输送至氧化区的锅炉燃烧风为15-25体积份，控制输送至还原区的锅炉燃烧风为35-40体积份，控制配送至燃尽区的锅炉燃烧风为0-5体积份，同时，控制燃烧准备区的温度为850-1150℃，燃料着火区的温度为1000-1250℃，氧化区的温度为1250-1350℃，还原区的温度为1200-1300℃，燃尽区的温度为900-1100℃；

2)抽取锅炉燃烧后的低温烟气，并将该低温烟气的温度控制在110-150℃范围之间，将低温烟气升压到1500-3000Pa后，分别送入上述燃烧准备区、燃料着火区、氧化区、还原区和燃尽区以与其中的锅炉燃烧风混合以供给链条锅炉进行燃烧，混合比例为：低温烟气总量与锅炉燃烧风的总量的配比为10％-20％(其中，送入燃烧准备区、燃料着火区、氧化区、还原区和燃尽区的低温烟气量依次分别占抽取的低温烟气总量的：0％，0-10％，10-40％，20-50％，30％-60％)。

在上述步骤1)和步骤2)中可以根据实际需要调整锅炉燃烧风和低温烟气进入送入燃烧准备区、燃料着火区、氧化区、还原区和燃尽区的流量。

表1列出了实施例1-5中的各步骤所涉及的具体参数。

表1.

本发明所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法能够有效地控制燃料型NO_x和热力型NO_x的生成，促进燃料的充分燃烧，有利于锅炉炉膛内达到最佳燃烧效果。

表2.

注：mg/Nm³表示标准状态下每立方米的烟气中NO_X的含量；其中标准状态是指：温度为0℃，压力为101325Pa。

从表2可以看出，链条锅炉采用本技术方案可以达到30％-50％的脱硝效率。

需要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法，其特征在于，包括步骤：

抽取锅炉燃烧后的低温烟气，对低温烟气升压后，分别送入所述燃烧准备区、燃料着火区、氧化区、还原区和燃尽区以与其中的锅炉燃烧风混合，以供给链条锅炉进行燃烧。

2.如权利要求1所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法，其特征在于，抽取的所述低温烟气总量与锅炉燃烧风的总量的配比为10％-20％。

3.如权利要求2所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法，其特征在于，送入所述燃烧准备区、燃料着火区、氧化区、还原区和燃尽区的低温烟气量依次分别占抽取的低温烟气总量的：0％，0-10％，10-40％，20-50％，30％-60％。

4.如权利要求1所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法，其特征在于，所述低温烟气的温度为110-150℃。

5.如权利要求1所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法，其特征在于，将所述低温烟气升压到1500-3000Pa。

6.如权利要求1所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法，其特征在于，所述燃烧准备区的温度为850-1150℃。

7.如权利要求1所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法，其特征在于，所述燃料着火区的温度为1000-1250℃。

8.如权利要求1所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法，其特征在于，所述氧化区的温度为1250-1350℃。

9.如权利要求1所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法，其特征在于，所述还原区的温度为1200-1300℃。

10.如权利要求1所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法，其特征在于，所述燃尽区的温度为900-1100℃。

11.如权利要求1所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法，其特征在于，所述低温烟气送入燃烧准备区、燃料着火区、氧化区、还原区和燃尽区的流量可调。

12.如权利要求1所述的链条锅炉复式再循环低氮燃烧方法，其特征在于，所述锅炉燃烧风送入燃烧准备区、燃料着火区、氧化区、还原区和燃尽区的流量可调。