CN104728834A - 循环流化床锅炉还原气氛燃烧工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种循环流化床锅炉还原气氛燃烧工艺，包括循环流化床锅炉，循环流化床锅炉的一次风室与一次风管道连通，循环流化床锅炉的燃烧室与二次风管道连通，循环流化床锅炉的烟气排放管道上设置烟气再循环管，烟气再循环管与循环流化床锅炉的一次风室连通，一次风管道、二次风管道和烟气再循环管上均设置流量控制阀和气体流量传感器。本发明的优点在于：通过对一次风、二次风比例以及烟气的再循环量的精确控制，实现一次风燃烧区域内的过量空气系数α小于1（即富燃料缺氧燃烧状态），炉内总的过量空气系数α略大于1（约1.1）。

Description

循环流化床锅炉还原气氛燃烧工艺
技术领域
本发明涉及一种循环流化床锅炉，具体地说是一种循环流化床锅炉还原气氛燃烧工艺。
背景技术
循环流化床锅炉在正常的燃烧工况下，产生的NOX主要是燃料型的，炉内的NOX中95%以上以NO形式存在，目前本领域中为降低NOX排放通常采用烟气再循环技术，即将锅炉燃烧后排放的一部分烟气混入一次风中通入炉内，但目前烟气再循环技术中的减排理论是通过烟气的温度来降低炉内的燃烧温度，来降低锅炉燃烧过程的NOX排放量，并且在实际生产中，也是以温度为检测指标来控制循环流化床锅炉的一次风、二次风比例以及烟气的再循环量，但生产中实际排放的NOX经常处在时高时低的波动状态下，不利于企业精确掌握排放情况，同时也不利于环保部门对企业进行监管。
发明内容
本发明的目的是提供一种循环流化床锅炉还原气氛燃烧工艺，它通过对一次风、二次风比例以及烟气的再循环量的精确控制，实现一次风燃烧区域内的过量空气系数α小于1（即富燃料缺氧燃烧状态），炉内总的过量空气系数α略大于1（约1.1），上述燃烧工艺通过在一次风燃烧区域内营造还原性气氛，使燃料中的一部分氮转化为无害的N2来降低燃料型NOX的产量，一次风燃烧区域的燃烧产物进入二次风燃烧区域后，与二次风混合才能达到燃料在二次风燃烧区域内完全燃烧所需的理论空气量，因此二次风燃烧区域内的氧浓度及火焰温度均会在一次风燃烧产物的影响下受到限制，从而抑制二次风燃烧区域内热力型NOX的形成，最终实现持续稳定的减少NOX排放量的目的。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：包括循环流化床锅炉，循环流化床锅炉的一次风室与一次风管道连通，循环流化床锅炉的燃烧室与二次风管道连通，循环流化床锅炉的烟气排放管道上设置烟气再循环管，烟气再循环管与循环流化床锅炉的一次风室连通，一次风管道、二次风管道和烟气再循环管上均设置流量控制阀和气体流量传感器，其特征在于：循环流化床锅炉的进风通过以下步骤进行：
①根据循环流化床锅炉运行时单位时间内的进煤量及煤的品种计算出单位时间内这部分煤燃烧所需理论空气量，计为QL；
②通过循环流化床锅炉的烟气再循环管向循环流化床锅炉的一次风室内通入氧气含量为4%-12%的低氧烟气，同时通过循环流化床锅炉的一次风管道向一次风室通入空气，共同形成循环流化床锅炉的一次风，其中单位时间内向一次风室内通入的低氧烟气量占向一次风室内通入的一次风总量的20%-40%，单位时间内向一次风室内通入的一次风总量占单位时间内燃烧所需理论空气量QL的45%；
③通过循环流化床锅炉的二次风管道向循环流化床锅炉的燃烧室通入空气，形成循环流化床锅炉的二次风，单位时间内向燃烧室通入的二次风总量占单位时间内燃烧所需理论空气量QL的65%。
循环流化床锅炉的烟气再循环管上设置氧气浓度传感器和第一电控流量阀，一次风管道上设置第二电控流量阀，氧气浓度传感器、第一电控流量阀和第二电控流量阀均通过控制电路与总控制器连接。循环流化床锅炉的布风板上设置多个大流量风帽区，大流量风帽区以及布风板其它位置均安装风帽，大流量风帽区内的风帽出风速度比布风板其它位置的风帽出风速度高5m/s。所述大流量风帽区设置在循环流化床锅炉的进煤口下方以及布风板四个边之间的夹角处。所述大流量风帽区以及布风板其它位置的风帽结构相同，均包括插管，插管上端与立管连接，立管上端设置环形凸台，环形凸台上端与球形冠部连接，插管、立管以及环形凸台内腔形成进风通道，环形凸台侧壁周圈开设出风孔，出风孔与进风通道连接，各出风孔均相对水平面向下倾斜15°，插管、立管、环形凸台以及球形冠部的侧壁厚度依次递增。
本发明的优点在于：通过对一次风、二次风比例以及烟气的再循环量的精确控制，实现一次风燃烧区域内的过量空气系数α小于1（即富燃料缺氧燃烧状态），炉内总的过量空气系数α略大于1（约1.1），上述燃烧工艺通过在一次风燃烧区域内营造还原性气氛，使燃料中的一部分氮转化为无害的N2来降低燃料型NOX的产量，一次风燃烧区域的燃烧产物进入二次风燃烧区域后，与二次风混合才能达到燃料在二次风燃烧区域内完全燃烧所需的理论空气量，因此二次风燃烧区域内的氧浓度及火焰温度均会在一次风燃烧产物的影响下受到限制，从而抑制二次风燃烧区域内热力型NOX的形成，最终实现持续稳定的减少NOX排放量的目的。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中A-A剖视放大结构示意图；
图3是本发明所述风帽的结构示意图。
具体实施方式
本发明所述的循环流化床锅炉还原气氛燃烧工艺包括循环流化床锅炉1，循环流化床锅炉1的一次风室3与一次风管道4连通，循环流化床锅炉1的燃烧室21与二次风管道5连通，循环流化床锅炉1的烟气排放管道6上设置烟气再循环管2，烟气再循环管2与循环流化床锅炉1的一次风室3连通，一次风管道4、二次风管道5和烟气再循环管2上均设置流量控制阀和气体流量传感器，其特征在于：循环流化床锅炉的进风通过以下步骤进行：
①根据循环流化床锅炉1 运行时单位时间内的进煤量及煤的品种计算出单位时间内这部分煤燃烧所需理论空气量，计为QL；
②通过循环流化床锅炉1的烟气再循环管2向循环流化床锅炉1的一次风室3内通入氧气含量为4%-12%的低氧烟气，同时通过循环流化床锅炉1的一次风管道4向一次风室3通入空气，共同形成循环流化床锅炉1的一次风，其中单位时间内向一次风室3内通入的低氧烟气量占向一次风室3内通入的一次风总量的20%-40%，单位时间内向一次风室3内通入的一次风总量占单位时间内燃烧所需理论空气量QL的45%；
③通过循环流化床锅炉1的二次风管道5向循环流化床锅炉1的燃烧室21通入空气，形成循环流化床锅炉1的二次风，单位时间内向燃烧室21通入的二次风总量占单位时间内燃烧所需理论空气量QL的65%。
本发明通过对一次风、二次风比例以及烟气的再循环量的精确控制，实现一次风燃烧区域内的过量空气系数α小于1（即富燃料缺氧燃烧状态），炉内总的过量空气系数α略大于1（约1.1），上述燃烧工艺通过在一次风燃烧区域内营造还原性气氛，使燃料中的一部分氮转化为无害的N2来降低燃料型NOX的产量，一次风燃烧区域的燃烧产物进入二次风燃烧区域后，与二次风混合才能达到燃料在二次风燃烧区域内完全燃烧所需的理论空气量，因此二次风燃烧区域内的氧浓度及火焰温度均会在一次风燃烧产物的影响下受到限制，从而抑制二次风燃烧区域内热力型NOX的形成，最终实现持续稳定的减少NOX排放量的目的。本发明所述一次风总量、二次风总量与单位时间内燃烧所需理论空气量QL的比例是根据理论计算并结合无数次锅炉燃烧试验得出的最佳比例，如果一次风总量与二次风总量之和超过燃烧所需理论空气量QL的110%，则对二次风燃烧区域内热力型NOX的抑制效果会逐渐减弱直至消失；如果一次风总量与二次风总量之和低于燃烧所需理论空气量QL的110%，则难以保证燃料完全燃烧；如果一次风总量所占比例增加而二次风所占比例减少，则N2的生成量会随之降低，燃料型NOX的产量随之上升；如果一次风总量所占比例减少而二次风所占比例增加，则会增大不完全燃烧的热损失。本发明中一次风中混入的低氧烟气用于控制一次风中的含氧量，起到调节锅炉燃烧工况的作用，低氧烟气来自循环流化床锅炉1的烟气排放管道6，而锅炉正常工况下烟气排放管道6排出的低氧烟气的含氧量为8%左右，如低氧烟气的含氧量低于4%，则说明炉内燃料存在不完全燃烧的可能性，此时需减少一次风中混入的低氧烟气比例，提高炉内含氧量；如低氧烟气的含氧量高于8%，则说明炉内氧气浓度过高，NOX的排放量会随之上升，此时需增加一次风中混入的低氧烟气比例，降低炉内含氧量。但如果一次风中混入的低氧烟气含量低于20%，则会导致一次风燃烧区域内的氧气浓度过高，从而导致燃料型NOX的产量上升；如果一次风中混入的低氧烟气含量高于40%，则一次风燃烧区域内的燃烧工况难以正常维持。本发明所述工艺可在现有循环流化床锅炉系统中直接采用，不需对循环流化床锅炉自身进行改造，可以最大限度的抑制NOX的生成，同时不影响锅炉的正常运行及燃烧效率，目前本工艺已在两台75t/h循环流化床锅炉上完成实验，采用本工艺前NOX排放浓度在400mg/m3左右，最高达到500 mg/m3以上，采用本工艺后NOX排放浓度为100 mg/m3左右，最低达到70 mg/m3。
本发明为了实现自动调节炉内燃烧工况，可在循环流化床锅炉1的烟气再循环管2上设置氧气浓度传感器7和第一电控流量阀8，一次风管道4上设置第二电控流量阀9，氧气浓度传感器7、第一电控流量阀8和第二电控流量阀9均通过控制电路与总控制器10连接。第一电控流量阀8和第二电控流量阀9可在总控制器10的控制下，根据氧气浓度传感器7的实时数据调整各自的开度，确保循环流化床锅炉1内部时刻保持最佳燃烧工况。
现有循环流化床锅炉的布风板上的风帽大都采用同一型号的风帽，布风板各处出风速度相同，但在实际使用时因炉内物料分布不均、气流死角等各种原因会导致布风板各处出风速度有所差异，这种风速差异不会对现有的锅炉燃烧方式造成影响，但对于本发明所采用的还原气氛燃烧方式，尽量保证布风板各处出风速度均匀可有利于一次风燃烧区域内的燃料能够在还原气氛中均匀参与燃烧，减少燃料不完全燃烧的热损失，本发明为实现这一效果，可在循环流化床锅炉1的布风板11上设置多个大流量风帽区12，大流量风帽区12以及布风板11其它位置均安装风帽13，大流量风帽区12内的风帽出风速度比布风板11其它位置的风帽出风速度高5m/s。所述大流量风帽区12可根据不同型号的过滤来选择合适的位置，其中由于进煤口14的落料区域经常堆积煤料，而布风板11四个边之间的夹角处容易形成气流死角，因此本发明所述大流量风帽区12的优选的位置为：所述大流量风帽区12设置在循环流化床锅炉1的进煤口14下方以及布风板11四个边之间的夹角处。
本发明为进一步确保布风均匀，减少燃料不完全燃烧的热损失，优选采用下述结构的风帽：所述大流量风帽区12以及布风板11其它位置的风帽13结构相同，均包括插管15，插管15上端与立管16连接，立管16上端设置环形凸台17，环形凸台17上端与球形冠部18连接，插管15、立管16以及环形凸台17内腔形成进风通道19，环形凸台17侧壁周圈开设出风孔20，出风孔20与进风通道19连接，各出风孔20均相对水平面向下倾斜15°，插管15、立管16、环形凸台17以及球形冠部18的侧壁厚度依次递增。插管15可实现与布风板11的插接配合，不需在布风板11上另接进风管，安装时，立管16周围用于浇注耐磨材料，浇注后立管16不会与燃料直接接触，因此立管16的厚度小于环形凸台17以及球形冠部18有利于节省制作风帽所用的材料，环形凸台17上开设的出风孔20相对水平面向下倾斜15°，该结构一方面可防止燃料堵塞出风孔，另一方面还有可使气流对布风板表面起冲刷作用，防止燃料紧贴布风板，有利于燃料的均匀燃烧，并进一步提升布风的均匀程度，该结构与传统钟罩式风帽相比，结构更加简单，制作成本更低，气体流动阻力更小，布风效果更好。球形冠部18因与燃料直接接触，因此需保证其有足够的厚度来抵抗燃料对其形成的磨损。

Claims (5)

1.循环流化床锅炉还原气氛燃烧工艺，包括循环流化床锅炉（1），循环流化床锅炉（1）的一次风室（3）与一次风管道（4）连通，循环流化床锅炉（1）的燃烧室（21）与二次风管道（5）连通，循环流化床锅炉（1）的烟气排放管道（6）上设置烟气再循环管（2），烟气再循环管（2）与循环流化床锅炉（1）的一次风室（3）连通，一次风管道（4）、二次风管道（5）和烟气再循环管（2）上均设置流量控制阀和气体流量传感器，其特征在于：循环流化床锅炉的进风通过以下步骤进行：
①根据循环流化床锅炉（1） 运行时单位时间内的进煤量及煤的品种计算出单位时间内这部分煤燃烧所需理论空气量，计为QL；
②通过循环流化床锅炉（1）的烟气再循环管（2）向循环流化床锅炉（1）的一次风室（3）内通入氧气含量为4%-12%的低氧烟气，同时通过循环流化床锅炉（1）的一次风管道（4）向一次风室（3）通入空气，共同形成循环流化床锅炉（1）的一次风，其中单位时间内向一次风室（3）内通入的低氧烟气量占向一次风室（3）内通入的一次风总量的20%-40%，单位时间内向一次风室（3）内通入的一次风总量占单位时间内燃烧所需理论空气量QL的45%；
③通过循环流化床锅炉（1）的二次风管道（5）向循环流化床锅炉（1）的燃烧室（21）通入空气，形成循环流化床锅炉（1）的二次风，单位时间内向燃烧室（21）通入的二次风总量占单位时间内燃烧所需理论空气量QL的65%。
2.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉还原气氛燃烧工艺，其特征在于：循环流化床锅炉（1）的烟气再循环管（2）上设置氧气浓度传感器（7）和第一电控流量阀（8），一次风管道（4）上设置第二电控流量阀（9），氧气浓度传感器（7）、第一电控流量阀（8）和第二电控流量阀（9）均通过控制电路与总控制器（10）连接。
3.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉还原气氛燃烧工艺，其特征在于：循环流化床锅炉（1）的布风板（11）上设置多个大流量风帽区（12），大流量风帽区（12）以及布风板（11）其它位置均安装风帽（13），大流量风帽区（12）内的风帽出风速度比布风板（11）其它位置的风帽出风速度高5m/s。
4.根据权利要求3所述的循环流化床锅炉还原气氛燃烧工艺，其特征在于：所述大流量风帽区（12）设置在循环流化床锅炉（1）的进煤口（14）下方以及布风板（11）四个边之间的夹角处。
5.根据权利要求3所述的循环流化床锅炉还原气氛燃烧工艺，其特征在于：所述大流量风帽区（12）以及布风板（11）其它位置的风帽（13）结构相同，均包括插管（15），插管（15）上端与立管（16）连接，立管（16）上端设置环形凸台（17），环形凸台（17）上端与球形冠部（18）连接，插管（15）、立管（16）以及环形凸台（17）内腔形成进风通道（19），环形凸台（17）侧壁周圈开设出风孔（20），出风孔（20）与进风通道（19）连接，各出风孔（20）均相对水平面向下倾斜15°，插管（15）、立管（16）、环形凸台（17）以及球形冠部（18）的侧壁厚度依次递增。
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