CN104764003A - 低NOx燃烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种生物质低NOx燃烧方法，包括如下步骤：将生物质干燥、粉碎、筛分后得到微颗粒成型燃料；生物质微颗粒经进料口送入燃烧机燃烧，所述燃烧机的燃烧室为卧式圆柱体空间；使所述燃烧机燃烧室内火焰形成径向旋流；使得所述燃烧机内火焰在其燃烧室末端沿着燃烧室切向设置的喷火管道进入锅炉炉膛；向锅炉炉膛供氧等。本发明从生物质燃料的燃烧特性与生物质清洁燃烧技术出发，对燃烧机的炉内空气场、温度场、过量空气系数、燃烧层次等进行全面、合理的布置，能够有效降低NOx的排放。

Description

低NOx燃烧方法

技术领域

本发明涉及一种生物质低的NOX燃烧方法。

背景技术

生物质低NOX燃烧技术就是通过固定碳燃尽、抑制NOX形成的燃烧方式达到清洁排放的目的。在国内公开文献中，关于生物质低NOX燃烧技术的研究已有一些报道，例如：申请号CN200410098604.0、公开号CN1789807、名称为《生物质低NOx燃烧装置及燃烧方法》的中国专利。该专利的装置包括：立式燃烧炉，其上方有烟道出口，其内腔被隔板分为底部相通的热解室和燃烧室，隔板下部有连通热解室与燃烧室的连通口；热解室上方安有料斗；在燃烧室下部依次设倾斜炉排和旋转出渣装置；燃烧室内位于热解室之下的燃烧区分为还原区和燃尽区，还原区在倾斜炉排之上，燃尽区在还原区之下，在与倾斜炉排、还原区和燃尽区相对应的炉壁上分别设有一次风进口、二次风进口和三次风进口；该方法利用缺氧燃烧以及灼热焦炭的还原作用降低燃烧过程中NOx生成量，提高燃烧效率的同时降低污染物的生成。这样的方法不能利用现有的锅炉系统，且结构复杂。

发明内容

本发明所需设备结构简单，且可以直接利用现有的锅炉系统。本发明的燃烧方法，包含

如下步骤：

步骤一：将生物质干燥、粉碎、筛分后得到微颗粒成型燃料；

步骤二：将步骤一所得生物质微颗粒经进料口送入燃烧机燃烧，所述燃烧机的燃烧室为卧式圆柱体空间；

步骤三：使所述燃烧机燃烧室内火焰形成径向旋流；

步骤四：使得所述燃烧机内火焰通过其燃烧室末端沿着燃烧室切向设置的喷火管道喷入锅炉炉膛；

步骤五：向锅炉炉膛供氧；

前述步骤三中，使得燃烧机内气体形成径向旋流的方法是，在燃烧室进料口侧的切向设置第一进风口，在燃烧室末端切向设置第二进风口，所述第一进风口与第二进风口同时送风，送风方向同时为顺时针或逆时针。

所述第一进风口与第二进风口两个进风口的进风总量速率为单位时间内燃料所需空气量。

所述第一进风口与所述第二进风口的进风量之比为4:1。

所述锅炉炉膛为卧式圆柱体空间，所述喷火管道进入锅炉炉膛的方向为锅炉炉膛的轴向。

所述喷火管道进入锅炉炉膛的方向为锅炉炉膛的切向。

所述进料口开口于燃烧室轴心且与轴向平行，且所述进料口设置旋流喷料装置，其喷料的方向与所述径向旋流方向相同。

所述进料口开口于燃烧室侧壁，且其方向为燃烧室切向，喷料方向为所述径向旋流方向相同。

向锅炉炉膛供氧的方法为向沿着锅炉炉膛切向设置的第三进风口送风，且该方向与所述步骤四喷火方向同时为顺时针或逆时针。

本发明的有益效果。

对燃烧区域NO_X的形成，两个最重要的影响因素是氧气和温度，其次燃料和空气的比例、富氧燃烧的时间对NO_X的形成也有很大的影响，因此合理控制燃料—空气—温度—时间的比例是控制NO_X形成的关键因素。本发明通过采用多阶段燃烧方式来合理控制燃料—空气—温度—时间的比例，达到提高燃料利用率、降低烟气中烟尘和NO_X含量、清洁排放的目的。本发明采用燃烧机结合锅炉的方式，能够利用现有的锅炉系统，改造费用低廉。

附图说明

图1为本发明的燃烧方法使用设备的结构示意图；

图2为本发明旋流喷料装置结构示意图；

图3为本发明进料口位置及方向为燃烧机炉膛侧壁切向的示意图。

具体实施方式

本发明涉及的生物质低NOx燃烧问题。生物质低NOX燃烧技术体系就是通过固定碳燃尽、抑制NOX形成的燃烧方式达到清洁排放的目的。从生物质燃料的燃烧特性与生物质清洁燃烧技术出发，对燃烧机的炉内空气场、温度场、过量空气系数、受热面分配等进行全面、合理的布置。生物质清洁燃烧机对燃料的选择、助燃空气的温度、各阶段焰区的供氧量、燃烧方式均有严格的考量。

(1)燃料选择。选取经干燥、粉碎处理的微粒状生物质燃料，要求含水量≤15％、粒径≤3mm，因为粉状物体表面积比大、水份低，在缺氧氛围中300℃--400℃时挥发份仍可大量析出并燃烧；在采用半裂解、旋流悬浮方式燃烧时可以通过分级供氧方法来控制和布局燃烧机的炉内空气场、温度场，这是其他形状的生物质燃料所无法做到的。

(2)助燃空气。低NO_X旋流燃烧机的助燃空气温度需用常温空气。虽然回收锅炉尾气作为助燃空气可以提高炉内温度、节约燃料，但也有可能增加NO_X的排放，有资料显示，在生物质燃烧过程中，当燃烧空气的温度从27℃预热到315℃时，NO_X排放量增加3倍。

(3)燃烧方式。低NO_X旋流燃烧机采用分级供氧、阶段燃烧、缺氧裂解、高温燃尽的燃烧方式，通过合理控制燃料—空气—温度—时间来达到提高燃料利用率、降低烟气中烟尘和NO_X含量的目的。

在生物质低NOx燃烧技术体系中，燃烧器是其中的关键环节。生物质低NO_X旋流燃烧机大量采用自动化控制，燃烧机的给料及各级配风均采用变频控制技术，可根据燃料的性质和工况随时调整、控制给料量和供氧量，调整各焰区温度和火焰停留时间，从而抑制NO_X形成和还原已形成的NO_X。

生物质低NO_X燃烧的前提条件是燃料必须进行预处理，使其适应燃烧器的燃烧要求。本发明的低NO_X燃烧技术体系选用微颗粒状生物质作为燃料，即将树木根梢、秸秆、锯末、稻壳、花生壳、木薯杆等用物理方法经干燥、粉碎、筛分后作为微颗粒成型燃料，使其粒径≤3mm，含水量降低至15％以下。因为燃料的细化处理使其物理结构变化极大，燃烧特性及污染物排放特性有明显的改善。随着燃料颗粒粒径减小，其表面积显著增加，可提供更大的燃烧反应面积，可以解决生物质直接燃烧过程中燃料干燥时间长、燃烧不充分、锅炉出力不足、烟气含尘量大的问题。但由于生物质燃料(包括压缩燃料)在普通燃煤锅炉中的燃烧方式为层燃---半裂解燃烧，需要在高温富氧氛围中进行，而在高温富氧氛围中，燃料中的氮析出后迅速氧化形成NO_X，通过烟气排放出大气中造成环境污染，因此抑制NOx的形成是生物质清洁燃烧的关键环节。

对燃烧区域NO_X的形成，两个最重要的影响因素是氧气和温度，其次燃料和空气的比例、富氧燃烧的时间对NO_X的形成也有很大的影响，因此合理控制燃料—空气—温度—时间的比例是控制NO_X形成的关键因素，显然生物质燃料(包括压缩燃料)在普通燃烧机和普通锅炉中是难以做到的。

生物质低NOx燃烧通过专用配套设备采用阶段燃烧方式来合理控制燃料—空气—温度—时间的比例，达到提高燃料利用率、降低烟气中烟尘和NO_X含量、清洁排放的目的。

(1)第一阶段生物质燃料在燃烧器炉膛内以250℃--400℃低温裂解，在缺氧氛围中燃烧。该燃烧区域内的燃烧状态在燃料富集、氧气不足的工况下进行，由于氧气不足，火焰温度较低，燃料中析出的氮生成的NCH和NH₃等很难与空气中的氧反应形成NO_X，NO_X生成就较少。

(2)第二阶段已经进入燃烧器炉膛内的生物质燃料在第一阶段裂解燃烧中末燃尽的挥发份和固定碳以400℃--600℃中温在缺氧氛围中继续燃烧，火焰在欠氧氛围中还原已经生成的NO_X为N₂，在第二阶段燃烧末端适当补充空气，使火焰中的可燃气体、炭粒和已生成的NOx在高温、足氧氛围中分解燃烧。

(3)第三阶段向锅炉炉膛内补充过量空气，使火焰在高温富氧氛围下进行第三阶段燃烧，在第二阶段燃烧中尚未燃尽的炭粒燃尽完成燃烧过程。尽管在此阶段燃烧过程中仍然会生成NO_X,但是由于火焰在炉膛内燃烧时间极短，限制NO_X生成，其结果就是减少了NO_X的排放量。

下面结合附图说明本发明的具体实施方式如下。

如图1所示，生物质燃料从进料口1进入卧式布置的燃烧机3。

采用旋流的方式可使燃烧均匀，且旋流的扰动使得燃烧不稳定，从而减少NOx的形成。为形成径向旋流，在进料口1侧燃烧室的切向设置第一进风口4，在燃烧室末端切向设置第二进风口7，所述第一进风口4与第二进风口7同时送风。图1的方案为从燃烧室末端至燃烧室前端的轴向上，送风方向均为顺时针径向，其旋转的方向如图1箭头所示。

为增强燃烧室内的旋流，在进料口1处设置旋流喷料装置2，进入燃烧室内的燃料即为径向旋转的。旋流喷料装置2的结构如图2所示。

使得进入燃烧室内的燃料即为径向旋转的可选的方案是，将进料口1的位置及方向设置为燃烧机炉膛侧壁的切向，如图3所示，并在进料口1处设置喷射器，燃料从进料口沿着燃烧机炉膛的切向喷入，增强炉膛内的径向旋流。开始需在进料口出处使用点火器进行点火，正常燃烧后燃料进入燃烧机内即会燃烧，无需再另行点火。

在第一进风口4送风，进行第一次供氧时，供氧量为燃料燃烧需氧量的80％，燃料在富料、缺氧氛围中进行第一阶段裂解并燃烧形成第一焰区9，该第一焰区温度在250℃--400℃之间。由于低温缺氧，燃料中析出的N转化为NO_X的程度极低。

该第一焰区9的火焰在第一次送风的作用下以旋流悬浮方式进入第二阶段燃烧，在燃烧机炉膛内形成第二焰区8。由于第一焰区燃烧已经耗去大量氧气，第二焰区在深度缺氧氛围中进行不完全燃烧，温度在400℃--600℃之间,形成低氧还原区，还原已生成的NOx。在燃烧机喷火口侧的第二进风口7进行第二次供氧，将燃料燃烧需要的其余20％空气输入第二焰区末端，在第二次供氧助燃的作用下，从燃烧机喷出的火焰温度达到800℃-900℃。该第二进风口7设置与第一进风口4的方向相同，从该第二进风口而喷出的风除了供氧，还能使得燃烧机内的旋流继续。

第二焰区火焰从喷火管道5喷入锅炉11的炉膛进行第三阶段燃烧,形成第三焰区。通过设置在锅炉前端的第三进风口10进行第三次供氧，将燃料燃烧需要的过量空气输入锅炉炉膛内助燃，在燃烧机内未燃尽的固定碳在锅炉炉膛内进行再燃烧并完全燃尽，废气从废气管12排出，完成整个燃烧过程。火焰沿着切向喷入锅炉炉膛时，同样形成锅炉炉膛的径向旋流。来自第三进风口的锅炉炉膛切向喷入的空气，继续增强该旋流。第三焰区温度在900℃--1000℃之间，在燃烧过程中仍会生成少量NOx，该焰区的温度和NOx生成量与过量空气系数成指数关系，过量空气系数低，则火焰温度升高、NOx生成量低，过量空气系数高则火焰温度降低、NOx生成量高，过量空气系数可通过第三次配风来控制。

由于燃料的裂解和燃烧基本上是在燃烧机内进行的，燃料中的碱金属和氯熔解结焦过程均在燃烧机炉膛内完成，不会在锅炉炉膛内结焦，对锅炉对流管和锅筒没有影响。

Claims (10)

1.一种生物质低NOx燃烧方法，包含如下步骤：

步骤一：将生物质干燥、粉碎、筛分后得到微颗粒成型燃料；

步骤二：将步骤一所得生物质微颗粒经进料口送入燃烧机燃烧，所述燃烧机的燃烧室为卧式圆柱体空间；

步骤三：使所述燃烧机的燃烧室内火焰形成径向旋流；

步骤四：使得所述燃烧机内火焰在其燃烧室末端沿着燃烧室切向设置的喷火管道喷入锅炉炉膛；

步骤五：向锅炉炉膛供氧；

前述步骤三中，使得燃烧机内气体形成径向旋流的方法是，在燃烧室进料口侧的切向设置第一进风口，在燃烧室末端切向设置第二进风口，所述第一进风口与第二进风口同时送风，送风方向同时为顺时针或逆时针。

2.如权利要求1所述的生物质低NOx燃烧方法，其特征是，所述第一进风口与第二进风口两个进风口的进风总量速率为单位时间内燃料所需空气量。

3.如权利要求2所述的生物质低NOx燃烧方法，其特征是，所述第一进风口与所述第二进风口的进风量之比为4:1。

4.如权利要求1、2或3所述的生物质低NOx燃烧方法，其特征是，所述锅炉炉膛为卧式圆柱体空间，所述喷火管道进入锅炉炉膛的方向为锅炉炉膛的轴向。

5.如权利要求1、2或3所述的生物质低NOx燃烧方法，其特征是，所述锅炉炉膛为卧式圆柱体空间，所述喷火管道进入锅炉炉膛的方向为锅炉炉膛的切向。

6.如权利要求1、2或3所述的低NOx燃烧方法，其特征是，所述进料口开口于燃烧室轴心且与轴向平行，且所述进料口设置旋流喷料装置，其喷料的方向与所述径向旋流方向相同。

7.如权利要求1、2或3所述的低NOx燃烧方法，其特征是，所述进料口开口于燃烧室侧壁，且其方向为燃烧室切向，喷料方向与所述径向旋流方向相同。

8.如权利要求1、2或3所述的低NOx燃烧方法，其特征是，向锅炉炉膛供氧的方法为向沿着锅炉炉膛切向设置的第三进风口送风，且该方向与所述步骤四喷火方向同时为顺时针或逆时针。

9.如权利要求4所述的低NOx燃烧方法，其特征是，所述进料口开口于燃烧室轴心且与轴向平行，且所述进料口设置旋流喷料装置，其喷料的方向与所述径向旋流方向相同。

10.如权利要求5所述的低NOx燃烧方法，其特征是，向锅炉炉膛供氧的方法为向沿着锅炉炉膛切向设置的第三进风口送风，且该方向与所述步骤四喷火方向同时为顺时针或逆时针。