CN104879748A - 空气分级与燃料分级耦合控制循环流化床NOx的装置及方法 - Google Patents

空气分级与燃料分级耦合控制循环流化床NOx的装置及方法 Download PDF

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Abstract

空气分级和燃料分级耦合控制循环流化床NOx排放的装置及方法，属于循环流化床技术领域。它能将燃料分级和空气分级燃烧技术结合起来，通过自产的燃气作为再燃气体，成本低廉，能有效降低循环流化床运行过程中NOx排放。炉体后墙外侧设置气化室和气化室风室，炉体后墙上设有与炉体和气化室相通的燃气入口，炉体的燃尽区出口与旋风分离器连通，旋风分离器底部通过回料阀及连接管与气化室连通。向给料口加入二级燃料，二级燃料与高温循环物料在气化室内混合；从气化室底部给气化室送风，将混合物料流化，产生的燃气进入炉体内，在主燃区上部形成还原性气氛的再燃区，使主燃区生成的NOx被还原成N2。本发明用于燃煤循环流化床控制NOx排放。

Description

空气分级与燃料分级耦合控制循环流化床NOx的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种循环流化床中控制NOx排放的装置及方法，属于循环流化床技术领域。
背景技术
燃煤电厂锅炉排放的污染气体主要包括SOx、NOx等，随着我国经济的快速发展和环保要求的日益提高，对燃煤电站锅炉的NOx排放进行有效的控制，不仅具有显著的环境效益，而且也具有重大的经济效益和社会效益，是目前亟待解决的环境问题。
NOx减排方法主要分两大类：炉内低NOx燃烧技术（在炉内抑制NOx生成）和烟气脱硝技术（在尾部还原已生成的NOx）。现有的低NOx燃烧技术主包括：低NOx燃烧器技术、空气分级燃烧技术、低过量空气燃烧技术、烟气再循环技术、燃料分级燃烧技术等。在上述的低氮燃烧技术中，空气分级燃烧技术被广泛采用，燃料分级燃烧虽然能够显著降低NOx排放，但燃料分级燃烧主要应用于煤粉炉和层燃炉中。公开号为CN101050853A、公开日为2007年10月10日、名称为《煤粉锅炉混烧气体燃料降低氮氧化物的方法》的发明专利公开了一种煤粉炉中将空气分级燃烧、燃料分级燃烧和水平浓淡风结合的降低NOx排放的方法。空气分三级引入，主燃区采用水平浓淡风技术，主燃区的上部引入二级气体燃料形成还原性气氛的再燃区，降低主燃区产生的NOx，三次风从再燃区的上部引入，补充燃料燃尽所需的空气。授权公告号为CN202993174U、授权公告日为2013年06月12日、名称为《一种燃煤燃气组合型高效低排放层燃燃烧装置》公开了一种在层燃炉中采用外加燃气再燃来降低NOx排放的方法。通过引入燃气（天然气，煤气），在主燃区上方形成富燃料区，强化还原NOx。这两种方法在燃料分级燃烧中都采用了天然气作为再燃气体，但锅炉自身无法产生天然气，而且天然气的价格很高，这使得运行成本大幅增加。
目前在循环流化床中应用的脱硝技术主要是空气分级燃烧技术和炉内SNCR技术，没有采用燃料分级燃烧技术。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种空气分级与燃料分级耦合控制循环流化床NOx的装置及方法，它将空气分级燃烧技术和燃料分级燃烧技术有机地结合起来，通过“自产”的燃气作为再燃气体，大幅降低NOx排放浓度，成本低廉。
实现上述目的，本发明的技术方案是：
本发明的空气分级与燃料分级耦合控制循环流化床NOx的装置，包括炉体、旋风分离器、回料阀及连接管；所述的炉体为循环流化床，所述的空气分级与燃料分级耦合控制循环流化床NOx的装置还包括气化室和气化室风室；
炉体内的下方为主床风室，炉体的底部设有主床一次风口，炉体的前墙下部位于主床风室的上方布置一级燃料给料口，炉体上位于一级燃料给料口上方布置下二次风口，炉体上位于下二次风口上方布置上二次风口，所述的下二次风口与上二次风口之间的区域为再燃区，所述的主床一次风口与下二次风口之间的区域为主燃区，所述的上二次风口以上的区域为燃尽区；炉体的后墙外侧设置有气化室，所述的气化室的下方设置有气化室风室，炉体的后墙上设有与主燃区及气化室相通的半焦入口，炉体的后墙上设有与炉体和气化室相通的燃气入口，所述的燃气入口位于下二次风口与上二次风口之间，炉体的燃尽区出口与旋风分离器连通，所述的旋风分离器底部通过回料阀及连接管与气化室连通，所述的连接管上设有二级燃料给料口。
本发明的循环流化床空气分级和燃料分级耦合控制NOx排放的方法，所述的方法包括如下步骤：
步骤一：向二级燃料给料口内加入二级燃料，所述的二级燃料为粒径小于1mm的细粉煤颗粒，二级燃料与旋风分离器分离下的高温循环物料在气化室内充分混合；所述的高温循环物料的温度为850~950℃；
步骤二：从气化室底部引入空气或者蒸汽或者空气加蒸汽做为气化室的流化介质，将进入气化室内的高温循环物料与二级燃料的混合物良好流化，在过量空气系数远小于1的条件下，产生燃气；
步骤三：燃气从上二次风口和下二次风口之间的燃气入口进入炉体内，在主燃区的上部形成一个还原性气氛的再燃区，使主燃区生成的NOx被还原成N2。
需要说明的是，循环流化床锅炉的给料中通常含有20-40%的1mm以下的细粉颗粒，这些细粉是在煤破碎过程中产生的，将其中部分或全部1mm以下的细粉颗粒筛分出来作为气化室的给料，用于产生燃气作为再燃的气体燃料是可行的，而且容易实现。
本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
一、将空气分级燃烧和燃料分级燃烧技术相结合，在保证循环流化床的燃烧效率的同时，可以大幅降低NOx的排放量，使NOx的排放低于100mg/m3。
二、燃料分级燃烧中采用的燃气，是由细煤颗粒气化得到，由装置自己生产，成本低廉。
三、主燃区采用空气分级送入，使得主燃区整体在低过量空气系数下燃烧，减小了主燃区NOx生成，而燃气从位于上二次风口和下二次风口之间的燃气入口进入炉膛，在主燃区的上部形成一个还原性气氛的再燃区，进一步降低了NOx排放。
附图说明
图1是本发明的空气分级与燃料分级耦合控制循环流化床NOx的装置主视图；
图2是图1的D-D剖视图。
其中，主床一次风口1-2、主床风室2、一级燃料给料口3、下二次风口4-1、上二次风口4-2、炉体5、旋风分离器6、二级燃料给料口7、回料阀8、气化室9、气化室风室10、半焦入口11、燃气入口12、主床排渣口14、气化室排渣口15、主燃区A、再燃区B、燃尽区C。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1和图2所示，空气分级与燃料分级耦合控制循环流化床NOx的装置，包括炉体5、旋风分离器6、回料阀8及连接管16；所述的炉体5为循环流化床，其特征在于：所述的空气分级与燃料分级耦合控制循环流化床NOx的装置还包括气化室9和气化室风室10；
炉体5内的下方为主床风室2，炉体5的底部设有主床一次风口1-2，炉体5的前墙下部位于主床风室2的上方布置一级燃料给料口3，炉体5上位于一级燃料给料口3上方布置下二次风口4-1，炉体5上位于下二次风口4-1上方布置上二次风口4-2，所述的下二次风口4-1与上二次风口4-2之间的区域为再燃区B，所述的主床一次风口1-2与下二次风口4-1之间的区域为主燃区A，所述的上二次风口4-2以上的区域为燃尽区C；炉体5的后墙外侧设置有气化室9，所述的气化室9的下方设置有气化室风室10，炉体5的后墙上设有与主燃区A及气化室9相通的半焦入口11，炉体5的后墙上设有与炉体5和气化室9相通的燃气入口12，所述的燃气入口12位于下二次风口4-1与上二次风口4-2之间，炉体5的燃尽区C出口与旋风分离器6连通，所述的旋风分离器6底部通过回料阀8及连接管16与气化室9连通，所述的连接管16上设有二级燃料给料口7；所述的主床排渣口14的上端与炉体5的主燃区A的底部相通，主床排渣口14的下端穿出主床风室2设置在主床风室2的外部；所述的气化室排渣口15的上端与气化室9的底部相通，气化室排渣口15的下端与穿出气化室风室10设置在气化室风室10的外部。
本实施方式是在现有循环流化床的基础上，使循环物料进入气化室9（鼓泡床）内。所述的气化室9（鼓泡床）安装在炉体5后侧，并通过连接管16与回料阀8连通，产生的燃气从设置在下二次风口4-1和上二次风口4-2之间的燃气入口12进入炉体5内的再燃区B。
具体实施方式二：如图1所示，具体实施方式一所述的空气分级与燃料分级耦合控制循环流化床NOx的装置，所述的空气分级与燃料分级耦合控制循环流化床NOx的装置还包括SNCR脱硝装置13；所述的SNCR脱硝装置13安装在炉体5的燃尽区C的出口处。
本实施方式中，由于在炉体5的燃尽区C的出口处安装了SNCR脱硝装置13，以尿素为还原剂，从分离器6入口将尿素水溶液雾化后喷入烟道内，在分离器6内与烟气强烈混合，进一步降低NOx的排放，可使最终的NOx排放低于50mg/m3。
具体实施方式三：如图1和图2所示，利用具体实施方式一或二所述的装置实现空气分级与燃料分级耦合控制循环流化床NOx排放的方法，所述的方法包括如下步骤：
步骤一：向二级燃料给料口7内加入二级燃料，所述的二级燃料为粒径小于1mm的细煤粉颗粒，二级燃料与旋风分离器6分离下的高温循环物料在气化室9内充分混合；所述的高温循环物料的温度为850~950℃；
步骤二：从气化室9底部引入空气或者蒸汽或者空气加蒸汽做为气化室9的流化介质，将进入气化室9内的高温循环物料与二级燃料的混合物料良好流化，在过量空气系数远小于1（过量空气系数一般为0~05）的条件下，产生燃气；
步骤三：燃气从上二次风口4-2和下二次风口4-1之间的燃气入口12进入炉体5内，在主燃区A的上部形成一个还原性气氛的再燃区B，使主燃区A生成的NOx被还原成N2。
本实施方式中，所述的二级燃料为细煤粉颗粒，可将破碎后的煤颗粒进行筛分，将粒径小于1mm细粉筛分出来作为二级燃料，粒径小于10mm的煤颗粒作为一级燃料。
本实施方式中，空气分级送入炉膛，合理组织炉内燃烧，耦合空气分级燃烧和燃料分级燃烧两种低NOx燃烧技术，在保证循环流化床的燃烧效率的同时，可以大幅降低NOx的排放量，使NOx的排放低于100mg/m3，本实施方式与单一采用空气分级燃烧技术相比，大大降低了NOx排放量。
具体实施方式四：具体实施方式三所述的空气分级与燃料分级耦合控制循环流化床NOx排放的方法，步骤一中，二级燃料的加入量占锅炉燃料总量的20%，向炉膛中直接加入的一次燃料量占锅炉燃料总量的80%。
具体实施方式五：如图1所示，具体实施方式三所述的空气分级与燃料分级耦合控制循环流化床NOx排放的方法，步骤二中，从气化室9底部引入空气做为气化室9的流化介质，主燃区A采用空气分级燃烧，向炉膛内送风分为一次风和二次风，二次风包括下二次风和上二次风；其中，一次风量占总风量的35-40%，下二次风量占总风量的20-25%，上二次风量占总风量的30%，进入气化室9的风量占总风量的10%。本实施方式可将最终的NOx排放低于100mg/m3。
具体实施方式六：如图1所示，具体实施方式三所述的空气分级与燃料分级耦合控制循环流化床NOx排放的方法，步骤二中，从气化室9底部引入蒸汽做为气化室9的流化介质，蒸汽由锅炉产生的蒸汽经减温减压后（锅炉产生的蒸汽经减温后的温度为150~300℃，锅炉产生的蒸汽经减压后的压力为0.01~0.1Mpa）得到，主燃区A采用空气分级燃烧，向炉体5内送风分为一次风和二次风，二次风包括下二次风和上二次风；其中，一次风量占总风量的35-40%，下二次风量占总风量的25-30%，上二次风量占总风量的35%，进入气化室9的蒸汽量是总风量的10%。本实施方式可将最终的NOx排放低于100mg/m3。
具体实施方式七：如图1所示，具体实施方式三所述的空气分级与燃料分级耦合控制循环流化床NOx排放的方法，步骤二中，从气化室9底部引入空气加蒸汽做为气化室9的流化介质，蒸汽由锅炉产生的蒸汽经减温减压（锅炉产生的蒸汽经减温后的温度为150~300℃，锅炉产生的蒸汽经减压后的压力为0.01~0.1Mpa）得到，主燃区A采用空气分级燃烧，向炉体5内送风分为一次风和二次风，二次风包括下二次风和上二次风；其中，一次风量占总风量的35-40%，下二次风量占总风量的25-30%，上二次风量占总风量的30%，进入气化室9的空气量占总风量的5%，进入气化室9的蒸汽量是总风量的5%。本实施方式可将最终的NOx排放低于100mg/m3。

Claims (7)

1.一种空气分级与燃料分级耦合控制循环流化床NOx的装置，包括炉体（5）、旋风分离器（6）、回料阀（8）及连接管（16）；所述的炉体（5）为循环流化床，其特征在于：所述的空气分级与燃料分级耦合控制循环流化床NOx的装置还包括气化室（9）和气化室风室（10）；
炉体（5）内的下方为主床风室（2），炉体（5）的底部设有主床一次风口（1-2），炉体（5）的前墙下部位于主床风室（2）的上方布置一级燃料给料口（3），炉体（5）上位于一级燃料给料口（3）上方布置下二次风口（4-1），炉体（5）上位于下二次风口（4-1）上方布置上二次风口（4-2），所述的下二次风口（4-1）与上二次风口（4-2）之间的区域为再燃区（B），所述的主床一次风口（1-2）与下二次风口（4-1）之间的区域为主燃区（A），所述的上二次风口（4-2）以上的区域为燃尽区（C）；炉体（5）的后墙外侧设置有气化室（9），所述的气化室（9）的下方设置有气化室风室（10），炉体（5）的后墙上设有与主燃区（A）及气化室（9）相通的半焦入口（11），炉体（5）的后墙上设有与炉体（5）和气化室（9）相通的燃气入口（12），所述的燃气入口（12）位于下二次风口（4-1）与上二次风口（4-2）之间，炉体（5）的燃尽区（C）出口与旋风分离器（6）连通，所述的旋风分离器（6）底部通过回料阀（8）及连接管（16）与气化室（9）连通，所述的连接管（16）上设有二级燃料给料口（7）。
2.根据权利要求1所述的空气分级与燃料分级耦合控制循环流化床NOx的装置，其特征在于：所述的空气分级与燃料分级耦合控制循环流化床NOx的装置还包括SNCR脱硝装置（13）；所述的SNCR脱硝装置（13）安装在炉体（5）的燃尽区（C）的出口处。
3.一种利用权利要求1或2所述的装置实现空气分级与燃料分级耦合控制循环流化床NOx排放的方法，其特征在于：所述的方法包括如下步骤：
步骤一：向二级燃料给料口（7）内加入二级燃料，所述的二级燃料为粒径小于1mm的细煤粉颗粒，二级燃料与旋风分离器（6）分离下的高温循环物料在气化室（9）内充分混合；所述的高温循环物料的温度为850~950℃；
步骤二：从气化室（9）底部引入空气或者蒸汽或者空气加蒸汽做为气化室（9）的流化介质，将进入气化室（9）内的高温循环物料与二级燃料的混合物料流化，在过量空气系数远小于1的条件下，产生燃气；
步骤三：燃气从上二次风口（4-2）和下二次风口（4-1）之间的燃气入口（12）进入炉体（5）内，在主燃区（A）的上部形成一个还原性气氛的再燃区（B），使主燃区（A）生成的NOx被还原成N2。
4.根据权利要求3所述的空气分级与燃料分级耦合控制循环流化床NOx排放的方法，其特征在于：步骤一中，二级燃料的加入量占锅炉燃料总量的20%。
5.根据权利要求3或4所述的空气分级与燃料分级耦合控制循环流化床NOx排放的方法，其特征在于：步骤二中，从气化室（9）底部引入空气做为气化室（9）的流化介质，主燃区（A）采用空气分级燃烧，向炉膛内送风分为一次风和二次风，二次风包括下二次风和上二次风；其中，一次风量占总风量的35-40%，下二次风量占总风量的20-25%，上二次风量占总风量的30%，进入气化室9的风量占总风量的10%。
6.根据权利要求3所述的空气分级与燃料分级耦合控制循环流化床NOx排放的方法，步骤二中，从气化室（9）底部引入蒸汽做为气化室（9）的流化介质，蒸汽由锅炉产生的蒸汽经减温减压后得到，主燃区（A）采用空气分级燃烧，向炉体（5）内送风分为一次风和二次风，二次风包括下二次风和上二次风；其中，一次风量占总风量的35-40%，下二次风量占总风量的25-30%，上二次风量占总风量的35%，进入气化室（9）的蒸汽量是总风量的10%。
7.根据权利要求3所述的空气分级与燃料分级耦合控制循环流化床NOx排放的方法，步骤二中，从气化室（9）底部引入空气加蒸汽做为气化室（9）的流化介质，蒸汽由锅炉产生的蒸汽经减温减压得到，主燃区（A）采用空气分级燃烧，向炉体（5）内送风分为一次风和二次风，二次风包括下二次风和上二次风；其中，一次风量占总风量的35-40%，下二次风量占总风量的25-30%，上二次风量占总风量的30%，进入气化室（9）的空气量占总风量的5%，进入气化室（9）的蒸汽量是总风量的5%。
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