CN104990072A - 一种高效低NOx排放的流化床锅炉 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高效低NOx排放的流化床锅炉，炉膛下部分成热解区和还原区，循环烟气和热一次风分别作为热解区和还原区的流化介质，燃料从燃料进口进入热解区，挥发型氮在热解区还原成氮气，焦炭型氮在还原区进一步还原成氮气；炉膛下部未燃尽的燃料在炉膛上部与二次风进一步反应、提高燃烧效率；离开炉膛的未燃尽碳被除尘器收集并回送至还原区、在炉膛内再一次燃烧、进一步提高燃烧效率；本发明提供了热解区、还原区和炉膛上部的燃尽区，并采用循环烟气作为热解区的流化介质，飞灰回送至还原区，有效降低了锅炉的挥发型NOx和焦炭型NOx的生成和排放、提高锅炉燃烧效率。

Description

一种高效低NOx排放的流化床锅炉
技术领域
本发明涉及锅炉及污染控制领域，特别涉及一种高效低NOx排放的流化床锅炉。
背景技术
流化床锅炉具有燃料适应性广、炉内喷石灰石粉低成本控制SO2排放、燃烧温度低有效控制热力型NOx生成和排放等优点，在全世界范围内得到广泛应用。中国是以燃煤作为一次能源为主的国家，煤炭消耗占一次能源总消耗的50％以上，中国的流化床锅炉对实现煤炭的清洁燃烧发挥重要作用，全球容量最大的流化床锅炉(装机容量为600MW)安装在四川白马电厂，为中国大型流化床锅炉的发展起到了良好的示范作用。
锅炉的NOx排放标准要求提高、各级政府的污染物减排压力增加，要求流化床锅炉进行NOx排放控制。火电厂大气污染物排放标准(GB 13223)2003年版对燃煤机组NOx的排放浓度要求与然用的燃料有关，根据燃煤挥发分从小到大，NOx的排放浓度要求分为1100、650和450mg/m3(干，O2＝6％)三档。2011年新版标准要求规定，NOx的排放浓度要求为100mg/m3(干，O2＝6％)(个别情况除外)。在GB 13223(2011年版)的要求下，传统的流化床锅炉不采取特殊的NOx控制技术很难满足环保排放要求。
燃料燃烧过程中NOx的生成机理包括：燃料型NOx、热力型NOx和快速型NOx，三种类型的NOx排放量占总NOx的排放比例分别为：>60％、20％-40％、<5％。燃料型NOx又分为挥发型NOx和焦炭型NOx，挥发型NOx 是在燃料投入炉膛后，燃料中随挥发分快速析出氮元素(称为挥发型氮元素)，并与氧气结合生成的NOx，焦炭型NOx是固定在焦炭中的氮元素(称为焦炭型氮)与氧气结合生成的NOx，燃料型NOx是燃料燃烧排放的NOx的主要来源，对于燃烧温度低的流化床锅炉，燃料型NOx占锅炉NOx排放总量的90％以上。所以，控制燃料型NOx的生成是控制流化床锅炉NOx排放的可靠手段。
煤粉锅炉控制燃料型NOx的主要技术是控制燃煤投入炉膛的附近区域的氧气供应，形成还原区，使燃料中的氮元素在还原性气氛条件下还原成氮气，该还原区域未燃尽的燃料随后进入氧化区域，使燃料燃尽。
流化床锅炉控制燃料型NOx的技术借鉴了煤粉锅炉控制燃料型NOx的技术，采用分级燃烧：从炉膛下部供入一次风，一次风总量占燃料燃烧总空气量的50％左右，即保证流化床锅炉正常的流态化所需的空气量，又保证炉膛下部处于还原性气氛，有利于降低燃料型NOx的生成，未燃尽的燃料进入到炉膛上部区域，与炉膛上部供入的二次风进行燃烧，提高燃烧效率。通过分级燃烧，流化床锅炉能够有效控制燃料型NOx的生成，能够较好满足2003年版大气污染物排放标准(GB13223)。
但是，由于2011年版大气污染物排放标准(GB13223)大幅度提高了NOx的排放要求，流化床锅炉仅仅采用传统的分级燃烧技术很难满足环保排放要求，流化床锅炉开始广泛采用选择性非催化还原反应(SNCR)脱硝技术脱除烟气中的NOx，不仅需要消耗脱硝剂(主要是氨水、液氨或尿素)，还消耗压缩空气和水等材料，脱硝成本高。此外，流化床锅炉的分级燃烧和低温燃烧使炉膛中燃料碳的燃烧速率大幅度降低，飞灰含碳量增加，锅炉的燃烧效率偏低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种高效低NOx排放的流化床 锅炉，解决流化床锅炉NOx排放不达标、燃烧效率偏低问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案：
一种高效低NOx排放的流化床锅炉，流化床锅炉的炉膛下部设置分隔墙，分隔墙将炉膛下部空间分成热解区和还原区；热解区设置有燃料进口，热解区通过风帽与下部的烟箱相连通，烟箱与炉膛的上部烟气出口连通；还原区通过风帽与下部的风箱相连通，风箱通过一次风道与一次风机相连通；热解区从下到上设置有中二次风口和上二次风口，还原区从下到上设置有下二次风口、中二次风口和上二次风口，所述下二次风口、中二次风口和上二次风口均通过二次风道与二次风机相连通。
进一步，炉膛的上部烟气出口安装有旋风分离器，旋风分离器下部排灰口通过返料器与炉膛下部相连通，旋风分离器的烟气出口连接有除尘器，除尘器烟气出口分别通过引风机和循环烟道与烟囱和烟箱相连通。
进一步，所述旋风分离器的烟气出口依次与过热蒸汽加热器、省煤器和空气预热器相连通，空气预热器的烟气出口与除尘器的进口相连通；风箱通过一次风道及空气预热器与一次风机相连通；所述下二次风口、中二次风口和上二次风口均通过二次风道及空气预热器与二次风机相连通。
进一步，所述还原区设置飞灰进口，除尘器的飞灰出口通过分配器分别与飞灰进口和灰库相连通。
进一步，所述循环烟道上安装有增压风机。
进一步，所述分隔墙底部、中部和上部开设有连通口，将热解区和还原区相连通。
进一步，所述炉膛设置有压力测量装置。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)与传统的流化床锅炉相比，本发明的炉膛下部安装有热解区，采用锅炉排放的烟气作为热解区床料的流化介质，由于烟气的氧浓度远低于空气的氧浓度，该区域处于严重缺氧区域，进入该区域的挥发型氮迅速还原成氮气，挥发型NOx的生成量极少；而传统流化床锅炉不设置热解区，而采用一次风作为流化介质，虽然该区域处于还原性气氛，但是仍然有部分挥发性氮与氧元素结合生成挥发型NOx。
(2)与传统的流化床锅炉相比，本发明炉膛下部的颗粒的流化介质采用循环烟气和一次风相结合，通过调节二者的流量可以有效调整从炉膛下部进入炉膛的氧气量，彻底解决传统流化床锅炉从下部进入炉膛的氧气量调节范围偏小的问题。传统流化床锅炉的一次风有两方面的作用：提供燃烧所需的部分氧量、并作为炉膛床料的流化介质，确保锅炉下部的床料处于流化状态才能保证流化床锅炉维持正常运行。比如，为了增加炉膛下部的还原性能、降低燃料型NOx的生成，需要降低炉膛下部供入的一次风量，但是为了维持炉膛下部床料的正常流化必须保证一次风量大于某一最低数值。而本发明解决了这一问题，降低一次风量、减少从炉膛下部供入的氧气量，炉膛下部的还原性能增加、燃料型NOx的生成量降低，同时增加循环烟气流量，确保床料维持正常流化、维持锅炉正常运行。
(3)与传统的流化床锅炉相比，本发明的热解区不设置下二次风口，向热解区供入的氧气量更少，该区域的挥发型氮接触氧气的机会更低，更多的挥发型氮在热解区被还原成氮气；而传统流化床锅炉的炉膛下部不分区，全部设置下二次风口，挥发型氮在下二次风口区域被氧化生成NOx。
进一步，与传统的流化床锅炉相比，本发明设置热解区，虽然炉膛内的燃烧空间减少，增加了飞灰中的含碳量，但是本发明设置了飞灰回送系统，还原 区设置飞灰进口与炉膛的上部烟气出口相连通，飞灰中的含碳量再一次回到炉膛内燃烧，增加了燃料在炉膛内的燃烧时间，增加了燃料的燃尽率，提高了燃料的燃烧效率和锅炉的热效率。
附图说明
图1是本发明高效低NOx排放的流化床锅炉结构示意图；
1-烟箱，2-循环烟道，3-风帽，4-风箱，5-一次风道，6-飞灰进口，7-下二次风口，8-中二次风口，9-上二次风口，10-二次风道，11-返料器，12-分配器，13-灰库，14-增压风机，15-烟囱，16-引风机，17-除尘器，18-一次风机，19-二次风机，20-空气预热器，21-省煤器，22-过热蒸汽加热器，23-旋风分离器，24-测量仪，25-炉膛，26-还原区，27-分隔墙，28-连通口，29-热解区，30-燃料进口。 
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明的高效低NOx排放的流化床锅炉，包括流化床锅炉的炉膛25下部设置隔墙27，隔墙27将炉膛25下部空间分成热解区29和还原区26；热解区29通过风帽3与下部的烟箱1相连通，烟箱1通过循环烟道2和增压风机14与除尘器17相连通，热解区29设置进燃料进口30；还原区26通过风帽3与下部的风箱4相连通，风箱4通过一次风道5与一次风机18相连通，还原区26设置飞灰进口6。
热解区29从下到上设置中二次风8和上二次风口9，还原区26从下到上设置下二次风口7、中二次风口8和上二次风口9，下二次风口7、中二次风口8和上二次风口9通过二次风道10及空气预热器20与二次风机19相连通。
本发明流化床锅炉的炉膛下部设置分隔墙，分隔墙将炉膛下部空间分成热解区和还原区，采用锅炉排放的烟气作为热解区床料的流化介质，由于烟气的氧浓度远低于空气的氧浓度，该区域处于严重缺氧区域，进入该区域的挥发型氮迅速还原成氮气，挥发型NOx的生成量极少，减少NOx的排放。
进一步，所述炉膛25的上部出口与旋风分离器23的进口相连通，旋风分离器23下部排灰口通过返料器11与炉膛25下部相连通，旋风分离器23的烟气出口依次与过热蒸汽加热器22、省煤器21、空气预热器20相连通，空气预热器20的烟气出口与除尘器17的进口相连通，除尘器17的烟气出口通过引风机16与烟囱15相连通，除尘器17的烟气出口通过循环烟道2与烟箱1相连通，除尘器17的飞灰出口通过分配器12分别与飞灰进口6和灰库13相连通。
进一步，所述分隔墙27的底部和隔墙上设置连通口28，将热解区29和还原区26相连通。所述炉膛25设置测量仪24，所述测量仪24为压力测量装置，测量炉膛25内部的压力，通过公式p＝(rou)*g*H，用压强p计算炉膛25内部的颗粒浓度。
本发明的炉膛下部分成热解区和还原区，循环烟气和热一次风分别作为热解区和还原区的流化介质，燃料从燃料进口进入热解区，挥发型氮在热解区还原成氮气，焦炭型氮在还原区进一步还原成氮气；炉膛下部未燃尽的燃料在炉膛上部与二次风进一步反应、提高燃烧效率；离开炉膛的未燃尽碳被除尘器收集并回送至还原区、在炉膛内再一次燃烧、进一步提高燃烧效率。本发明提供了热解区、还原区和炉膛上部的燃尽区，并采用循环烟气作为热解区的流化介质，飞灰回送至还原区，有效降低了锅炉的挥发型NOx和焦炭型NOx的生成和排放、提高锅炉燃烧效率。

Claims (7)

1.一种高效低NOx排放的流化床锅炉，其特征在于：流化床锅炉的炉膛(25)下部设置分隔墙(27)，分隔墙(27)将炉膛(25)下部空间分成热解区(29)和还原区(26)；
热解区(29)设置有燃料进口(30)，热解区(29)通过风帽(3)与下部的烟箱(1)相连通，烟箱(1)与炉膛(25)的上部烟气出口连通；
还原区(26)通过风帽(3)与下部的风箱(4)相连通，风箱(4)通过一次风道(5)与一次风机(18)相连通；
热解区(29)从下到上设置有中二次风(8)和上二次风口(9)，还原区(26)从下到上设置有下二次风口(7)、中二次风口(8)和上二次风口(9)，所述下二次风口(7)、中二次风口(8)和上二次风口(9)均通过二次风道(10)与二次风机(19)相连通。
2.根据权利要求1所述的高效低NOx排放的流化床锅炉，其特征在于：炉膛(25)的上部烟气出口安装有旋风分离器(23)，旋风分离器(23)下部排灰口通过返料器(11)与炉膛(25)下部相连通，旋风分离器(23)的烟气出口连接有除尘器(17)，除尘器(17)烟气出口分别通过引风机(16)和循环烟道(2)与烟囱(15)和烟箱(1)相连通。
3.根据权利要求2所述的高效低NOx排放的流化床锅炉，其特征在于：所述旋风分离器(23)的烟气出口依次与过热蒸汽加热器(22)、省煤器(21)和空气预热器(20)相连通，空气预热器(20)的烟气出口与除尘器(17)的进口相连通；风箱(4)通过一次风道(5)及空气预热器(20)与一次风机(18)相连通；所述下二次风口(7)、中二次风口(8)和上二次风口(9)均通过二次风道(10)及空气预热器(20)与二次风机(19)相连通。
4.根据权利要求2或3所述的高效低NOx排放的流化床锅炉，其特征在于：所述还原区(26)设置飞灰进口(6)，除尘器(17)的飞灰出口通过分配器(12)分别与飞灰进口(6)和灰库(13)相连通。
5.根据权利要求2或3所述的高效低NOx排放的流化床锅炉，其特征在于：所述循环烟道(2)上安装有增压风机(14)。
6.根据权利要求2或3所述的高效低NOx排放的流化床锅炉，其特征在于：所述分隔墙(27)底部、中部和上部开设有连通口(28)，将热解区(29)和还原区(26)相连通。
7.根据权利要求1所述的高效低NOx排放的流化床锅炉，其特征在于：所述炉膛(25)设置有压力测量装置(24)。
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