CN105020700A

CN105020700A - 一种层燃锅炉组合脱硝装置与方法

Info

Publication number: CN105020700A
Application number: CN201510402824.6A
Authority: CN
Inventors: 别如山; 范军; 万显君; 宋兴飞; 纪晓瑜; 陈佩; 李鹏坤; 房点; 顾文波
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2015-07-10
Filing date: 2015-07-10
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2035-07-10
Also published as: CN105020700B

Abstract

一种层燃锅炉组合脱硝装置与方法，属于燃煤层燃锅炉污染物排放控制领域，以实现层燃锅炉NO_x达标排放。炉膛内前拱下方设有气化室，炉膛隔墙上设有煤气出口，炉排下方由前至后依次设有气化风室、第一、第二、第三、第四及第五风室，炉膛前墙上位于前拱上方设有二次风口，炉膛的出口与带加速段的卧式旋风分离器的入口连通，带加速段的卧式旋风分离器底部通过回料阀与炉膛下部主燃区连通，带加速段的卧式旋风分离器依次与对流排管、省煤器、空气预热器连通，空气预热器与除尘器连通，除尘器与再循环风机和引风机连通，再循环风机与烟气通道连通，送风机与气化风室、第一、第二、第三、第四、第五风室及二次风口连通。本发明用于层燃锅炉组合脱硝。<b><u /></b>

Description

一种层燃锅炉组合脱硝装置与方法

技术领域

本发明涉及层燃炉控制NO_x排放的装置及方法，属于燃煤层燃锅炉污染物排放控制领域。

背景技术

层燃炉常在城镇居民集中区使用，且多为低空排放，使得工业锅炉对周围环境，特别是城镇环境污染尤为严重，而NO_x在污染物中占据的份额较大，因此经济有效地降低层燃炉NO_x排放，对于减轻大气污染具有十分重要的意义。

目前层燃锅炉的NOx排放浓度都不能达到GB13271-2014的排放标准，单纯的SNCR也难以达标，尾部采用SCR虽然能够达标，但投资及运行成本高，用户难以接受，因此，有必要同时实施多种措施，来满足GB13271-2014的排放标准。

现有的层燃炉低NO_x燃烧技术主要包括：（1）“燃料分级”燃烧技术，如授权公告号为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，通过引入外来燃气（天然气、煤气），在主燃区上方形成富燃料区，强化还原NO_x。这种方法采用了天然气作为再燃气体，天然气的价格很高，使得运行成本大幅增加，在实际应用中难以实施。（2）炉内SNCR脱硝技术，即在炉内喷尿素与已生成的NOx反应生成N₂，降低NOx排放，但是由于层燃炉炉膛截面大，喷入炉膛的尿素很难与炉膛整个截面上的烟气均匀混合，导致脱硝效果差，脱硝率一般只有40%左右。

发明内容

本发明的目的是提供一种层燃锅炉组合脱硝装置与方法，以实现层燃锅炉NO_x达标排放。

实现上述目的，本发明的技术方案是：

本发明的一种层燃锅炉组合脱硝装置，包括气化室、炉膛隔墙、烟气通道、炉排、炉膛前拱、炉膛、喷嘴、带加速段的卧式旋风分离器、对流排管、省煤器、空气预热器、送风机、再循环风机、除尘器、引风机、回料阀及六个风室；所述六个风室分别是气化风室、第一风室、第二风室、第三风室、第四风室及第五风室；

所述炉膛内的前下部设有气化室，气化室由炉膛前拱、炉膛隔墙及炉膛两侧墙围成，炉膛隔墙上设有多个煤气出口，气化室通过所述多个煤气出口与炉膛下部主燃区相通，炉排下方由前至后依次设有气化风室、第一风室、第二风室、第三风室、第四风室及第五风室，所述气化风室设置在气化室下方，所述第一风室和第二风室设置在炉膛下部主燃区下方；位于炉膛前拱上方设有二次风口；炉膛的出口与所述带加速段的卧式旋风分离器的入口连通，带加速段的卧式旋风分离器的入口处设有所述喷嘴，带加速段的卧式旋风分离器的底部通过所述回料阀与炉膛下部主燃区连通，带加速段的卧式旋风分离器的出口与所述对流排管的入口相通，对流排管的出口与所述省煤器的入口连通，省煤器的出口与所述空气预热器的入口连通，空气预热器的出口通过管路与所述除尘器的入口连通，除尘器的出口分别通过管路与所述再循环风机和引风机的入口连通，再循环风机的出口与设置在炉排下方的所述烟气通道的入口连通，烟气通道与第一风室及第二风室相通，所述送风机的出口分别通过管路与每个风室的进风口及二次风口连通。

本发明利用层燃锅炉组合脱硝装置实现层燃锅炉组合脱硝的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一：煤自煤斗进入气化室内，煤层在气化室对应的炉排上着火燃烧，在缺氧条件下热解气化产生煤气，煤气经设置在炉膛隔墙上的煤气出口进入炉膛下部主燃区，在还原性气氛下实现燃气再燃，还原已生成的NOx；与此同时，所述煤气化后生成的煤焦随炉排移动至第一风室、第二风室上方的炉排上高温燃烧，燃烧温度达到1300℃~1400℃，这样会产生NOx，为了抑制NOx的生成量，分别向第一风室6和第二风室7内通入冷烟气，使之在缺氧条件下燃烧，使煤焦燃烧温度低于1100℃，抑制NOx生成量；由于缺氧，所以燃烧过程中产生CO、H₂及C_xH_y可燃气体，与气化室2产生的煤气汇合，在还原性气氛下二次燃烧，从而进一步降低NOx排放，煤焦在小于1100℃下和缺氧的环境下燃烧；

步骤二：从炉膛前拱上方的二次风口向炉膛下部主燃区的上方通入二次风，使二次风与未燃尽的可燃成分充分混合燃烧，将未完全燃烧的可燃气体及颗粒进一步燃烧，实现空气分级燃烧，降低NOx排放；

步骤三：烟气经炉膛的上部四周水冷壁换热后，由炉膛的出口流出进入带加速段的卧式旋风分离器内，在带加速段的卧式旋风分离器的入口处设置喷嘴向烟气中喷入雾化后尿素水溶液进行SNCR脱硝，所述尿素水溶液的浓度为5~10%，喷入的尿素液滴在高温烟气的加热下转化为气态，与高速旋转的烟气在所述卧式旋风分离器内充分混合，在950~1050℃温区范围内脱硝率大于60%；同时，卧式旋风分离器分离出的未完全燃尽的颗粒经回料阀送回炉膛下部主燃区内再燃；经分离后的烟气进入对流排管换热，之后进入省煤器，经省煤器吸收烟气热量后进入空气预热器内，再经空气预热器换热后，进入除尘器除尘处理，除尘后的烟气分成两部分，其中一部分经再循环风机及烟气通道送入第一风室及第二风室，用于控制炉排上煤焦的燃烧温度，其余的烟气经引风机送入脱硫塔后进入烟囱排入大气中。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

(1)炉膛内的前侧（在层燃炉前部）设置一个气化室，煤在气化室内产生煤气代替天然气，节省了能源，降低了运行成本；煤气进入炉膛下部主燃区，并在还原性气氛下二次再燃，实现“燃料分级”燃烧，降低NOx的排放；

(2)第一风室和第二风室均设置在炉膛下部主燃区，采用冷烟气再循环，再循环烟气量占总烟气量的10-30%，减少了主燃区进风量，降低了主燃区煤层及其上方燃烧温度，使得该区在缺氧条件下燃烧，抑制了氮氧化物的生成，同时产生的大量的CO、H₂、C_xH_y可燃气体与气化室产生的燃气汇合，在还原性气氛下二次再燃，还原部分NO_x，进一步降低NO_x；

(3) 从炉排下方向六个风室通入的一次风量占总风量的70~80%，从炉膛前拱上方的二次风口向炉膛下部主燃区上方通入的二次风量占总风量的20~30%，且分别送风，实现“空气分级”燃烧，降低NOx的排放；

(4)在炉膛的出口处设置一个带加速段的卧式旋风分离器，将未完全燃烧的颗粒分离回送炉膛再燃，降低飞灰含碳量，飞灰含碳量由过去的20~30%降至10~15%，锅炉热效率提高2~3%；

（5）在所述卧式旋风分离器入口处喷尿素水溶液进行SNCR脱硝，尿素与高温烟气在分离器内强烈均匀混合，在950~1050℃温区范围内脱硝率大于60%，大于目前在炉膛截面上喷尿素脱硝率只有40%左右的现状。

上述综合脱硝措施的处理效果是NOx排放浓度低于150mg/m³，远低于GB13271-2014规定的NOx排放浓度。

附图说明

图1是本发明的层燃锅炉组合脱硝装置的主视结构示意图，炉排为链条炉排；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是图1的M向视图；

图4是本发明的层燃锅炉组合脱硝装置的主视结构示意图，炉排为往复炉排。

图中：主燃区1、气化室2、炉膛隔墙3、煤气出口4、气化风室5、第一风室6、第二风室7、第三风室8、第四风室9、第五风室10、进风口11、烟气通道12、链条炉排13、炉膛前拱14、炉膛后拱15、二次风口16、炉膛17、折焰角18、喷嘴19、带加速段的卧式旋风分离器20、对流排管21、省煤器22、空气预热器23、送风机24、再循环风机25、除尘器26、引风机27、炉膛前墙28、回料阀29、脱硫塔30、尾部烟道31、煤斗32、烟囱33。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1~图4所示，一种层燃锅炉组合脱硝装置，包括气化室2、炉膛隔墙3、烟气通道12、炉排13、炉膛前拱14、炉膛17、喷嘴19、带加速段的卧式旋风分离器20、对流排管21、省煤器22、空气预热器23、送风机24、再循环风机25、除尘器26、引风机27、回料阀29及六个风室；所述六个风室分别是气化风室5、第一风室6、第二风室7、第三风室8、第四风室9及第五风室10；

所述炉膛17内的前下部设有气化室2，气化室2由炉膛前拱14、炉膛隔墙3及炉膛两侧墙围成，炉膛隔墙3上设有多个煤气出口4，气化室2通过所述多个煤气出口4与炉膛17下部主燃区1相通（多个煤气出口4沿炉膛隔墙3左侧至右侧均布开设，使气化室2产生的煤气进入炉膛17下部主燃区1，在还原性气氛下实现燃气再燃，还原已生成的NOx），炉排13下方由前至后依次设有气化风室5、第一风室6、第二风室7、第三风室8、第四风室9及第五风室10，所述气化风室5设置在气化室2下方，所述第一风室6和第二风室7设置在炉膛17下部主燃区1下方（第一风室6、第二风室7沿炉排13宽度方向均匀通入冷烟气，使之与送入的空气均匀混合后进入炉膛17下部主燃区1，使炉膛17下部主燃区1缺氧，进而控制燃烧温度，抑制NOx生成量）；位于炉膛前拱14上方设有二次风口16（二次风送入炉膛17下部主燃区1的上方参与燃烧，将未完全燃烧的可燃气体及颗粒进一步燃尽，实现空气分级燃烧，降低NOx排放）；炉膛17的出口与所述带加速段的卧式旋风分离器20的入口连通，带加速段的卧式旋风分离器20的入口处设有所述喷嘴19（在带加速段的卧式旋风分离器20的入口利用喷嘴19喷尿素进行SNCR高效脱硝处理），带加速段的卧式旋风分离器20的底部通过所述回料阀29与炉膛17下部主燃区1连通，带加速段的卧式旋风分离器20的出口与所述对流排管21（为现有技术）的入口相通，对流排管21的出口与所述省煤器22的入口连通，省煤器22的出口与所述空气预热器23的入口连通（省煤器22和空气预热器23均设置在尾部烟道31内），空气预热器23的出口通过管路与所述除尘器26的入口连通，除尘器26的出口分别通过管路与所述再循环风机25和引风机27的入口连通（引风机27的出口与脱硫塔30相通，脱硫塔30出口与烟囱33连通），再循环风机25的出口与设置在炉排13下方的所述烟气通道12的入口连通，烟气通道12与第一风室6及第二风室7相通，所述送风机24的出口分别通过管路与每个风室的进风口11及二次风口16连通。

本实施方式中的带加速段的卧式旋风分离器20结构及运行参数已在公开号为CN 101786050B、公开日为2011年4月6日的发明专利《循环流化床带加速段的水冷或汽冷高温卧式旋风分离器》中公开。

具体实施方式二：如图1和图4所示，具体实施方式一所述的层燃锅炉组合脱硝装置，所述炉排13为链条炉排或往复炉排，所述炉膛隔墙3下表面与链条炉排上表面之间的间距H1=450~550mm（优选500mm），所述炉膛隔墙3的后侧面的竖直延伸面与往复炉排上表面的相交线至炉膛隔墙3的下表面之间的间距H2=450~550mm（优选500mm）。如此设置，一方面可以阻挡燃气向下扩散，另一方面气化室2产生的热量与外部隔离，用于煤更好的气化，此外，还方便检修。

具体实施方式三：如图1和图4所示，具体实施方式一所述的层燃锅炉组合脱硝装置，所述炉膛17的出口处位于带加速段的卧式旋风分离器20下方设有折焰角18。效果是：一方面使得炉膛17火焰充满度好，强化辐射换热；另一方面形成卧式旋风分离器2的加速段，保证卧式旋风分离器2的分离效率大于95%，同时对尿素与烟气的充分混合非常有利。

具体实施方式四：如图1~图4所示，一种利用具体实施方式一、二或三所述的装置实现层燃锅炉组合脱硝的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一：煤自煤斗32进入气化室2内，煤层在气化室2对应的炉排13上着火燃烧，在缺氧条件下热解气化产生煤气，煤气经设置在炉膛隔墙3上的煤气出口4进入炉膛17下部主燃区1（炉膛17下部主燃区1位于第一风室6、第二风室7的炉排13上方），在还原性气氛下实现燃气再燃，还原已生成的NOx；与此同时，所述煤气化后生成的煤焦随炉排13移动至第一风室6、第二风室7上方的炉排13上高温燃烧，燃烧温度达到1300℃~1400℃，这样会产生（大量的）NOx，为了抑制NOx的生成量，分别向第一风室6和第二风室7（沿炉排13宽度方向均匀通入）内通入冷烟气，使之在缺氧条件下燃烧，使煤焦燃烧温度低于1100℃，抑制NOx生成量；由于缺氧，所以燃烧过程中产生（大量的）CO、H₂及C_xH_y可燃气体，与气化室2产生的煤气汇合，在还原性气氛下二次燃烧（实现“燃料分级再燃”），从而进一步降低NOx排放，煤焦在小于1100℃下和缺氧的环境下燃烧（使得煤焦在炉排13上燃烧时间延长，为了保证燃料燃尽，需要增加炉排13长度，在原有炉排13的基础上增加0.5~1.0米）；

步骤二：从炉膛前拱14上方的二次风口16向炉膛17下部主燃区1的上方通入二次风，使二次风与未燃尽的可燃成分充分混合燃烧，将未完全燃烧的可燃气体及颗粒进一步燃烧，实现空气分级燃烧，降低NOx排放；

步骤三：烟气经炉膛17的上部四周水冷壁换热后，由炉膛17的出口流出进入带加速段的卧式旋风分离器20内，在带加速段的卧式旋风分离器20的入口处设置喷嘴19向烟气中喷入雾化后尿素水溶液进行SNCR脱硝，所述尿素水溶液的浓度为5~10%，喷入的尿素液滴在高温烟气（温度为950~1050℃）的加热下转化为气态，与高速旋转的烟气在所述卧式旋风分离器20内充分混合，在950~1050℃温区范围内脱硝率大于60%（这在循环流化床中已经被广泛采用，是现有成熟技术）；同时，卧式旋风分离器20分离出的未完全燃尽的颗粒经回料阀29送回炉膛17下部主燃区1内再燃（降低飞灰含碳量，提高锅炉热效率；飞灰含碳量由过去的20~30%降至10~15%左右，锅炉热效率提高2~3%）；经分离后的烟气进入对流排管21换热，之后进入省煤器22，经省煤器22吸收烟气热量后进入空气预热器23内，再经空气预热器23换热后，进入除尘器26除尘处理，除尘后的烟气分成两部分，其中一部分经再循环风机25及烟气通道12送入第一风室6及第二风室7，用于控制炉排13上煤焦的燃烧温度，其余的烟气经引风机27送入脱硫塔30后进入烟囱33排入大气中。

具体实施方式五：如图1和图4所示，具体实施方式四所述的层燃锅炉组合脱硝的方法，步骤二中，所述从炉排13下方向六个风室通入的一次风量占总风量的70~80%，所述从炉膛前拱14上方的二次风口16向炉膛17下部主燃区1上方通入的二次风量占总风量的20~30%。

具体实施方式六：如图1和图4所示，具体实施方式四或五所述的层燃锅炉组合脱硝的方法，所述从第一风室6及第二风室7送入的再循环烟气量占总烟气量的10~30%。

以上的具体实施方式仅为本发明的一则实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本创作的保护范围之内。

Claims

1.一种层燃锅炉组合脱硝装置，包括气化室（2）、炉膛隔墙（3）、烟气通道（12）、炉排（13）、炉膛前拱（14）、炉膛（17）、喷嘴（19）、带加速段的卧式旋风分离器（20）、对流排管（21）、省煤器（22）、空气预热器（23）、送风机（24）、再循环风机（25）、除尘器（26）、引风机（27）、回料阀（29）及六个风室；所述六个风室分别是气化风室（5）、第一风室（6）、第二风室（7）、第三风室（8）、第四风室（9）及第五风室（10）；

其特征是：所述炉膛（17）内的前下部设有气化室（2），气化室（2）由炉膛前拱（14）、炉膛隔墙（3）及炉膛两侧墙围成，炉膛隔墙（3）上设有多个煤气出口（4），气化室（2）通过所述多个煤气出口（4）与炉膛（17）下部主燃区（1）相通，炉排（13）下方由前至后依次设有气化风室（5）、第一风室（6）、第二风室（7）、第三风室（8）、第四风室（9）及第五风室（10），所述气化风室（5）设置在气化室（2）下方，所述第一风室（6）和第二风室（7）设置在炉膛（17）下部主燃区（1）下方；位于炉膛前拱（14）上方设有二次风口（16）；炉膛（17）的出口与所述带加速段的卧式旋风分离器（20）的入口连通，带加速段的卧式旋风分离器（20）的入口处设有所述喷嘴（19），带加速段的卧式旋风分离器（20）的底部通过所述回料阀（29）与炉膛（17）下部主燃区（1）连通，带加速段的卧式旋风分离器（20）的出口与所述对流排管（21）的入口相通，对流排管（21）的出口与所述省煤器（22）的入口连通，省煤器（22）的出口与所述空气预热器（23）的入口连通，空气预热器（23）的出口通过管路与所述除尘器（26）的入口连通，除尘器（26）的出口分别通过管路与所述再循环风机（25）和引风机（27）的入口连通，再循环风机（25）的出口与设置在炉排（13）下方的所述烟气通道（12）的入口连通，烟气通道（12）与第一风室（6）及第二风室（7）相通，所述送风机（24）的出口分别通过管路与每个风室的进风口（11）及二次风口（16）连通。

2.根据权利要求1所述的层燃锅炉组合脱硝装置，其特征是：所述炉排（13）为链条炉排或往复炉排，所述炉膛隔墙（3）下表面与链条炉排上表面之间的间距H1=450~550mm，所述炉膛隔墙（3）的后侧面的竖直延伸面与往复炉排上表面的相交线至炉膛隔墙（3）的下表面之间的间距H2=450~550mm。

3.根据权利要求1所述的层燃锅炉组合脱硝装置，其特征是：所述炉膛（17）的出口处位于带加速段的卧式旋风分离器（20）下方设有折焰角（18）。

4.一种利用权利要求1、2或3所述的装置实现层燃锅炉组合脱硝的方法，其特征是：所述方法包括如下步骤：

步骤一：煤自煤斗（32）进入气化室（2）内，煤层在气化室（2）对应的炉排（13）上着火燃烧，在缺氧条件下热解气化产生煤气，煤气经设置在炉膛隔墙（3）上的煤气出口（4）进入炉膛（17）下部主燃区（1），在还原性气氛下实现燃气再燃，还原已生成的NOx；与此同时，所述煤气化后生成的煤焦随炉排（13）移动至第一风室（6）、第二风室（7）上方的炉排（13）上高温燃烧，燃烧温度达到1300℃~1400℃，这样会产生NOx，为了抑制NOx的生成量，分别向第一风室（6）和第二风室（7）内通入冷烟气，使之在缺氧条件下燃烧，使煤焦燃烧温度低于1100℃，抑制NOx生成量；由于缺氧，所以燃烧过程中产生CO、H₂及C_xH_y可燃气体，与气化室（2）产生的煤气汇合，在还原性气氛下二次燃烧，从而进一步降低NOx排放，煤焦在小于1100℃下和缺氧的环境下燃烧；

步骤二：从炉膛前拱（14）上方的二次风口（16）向炉膛（17）下部主燃区（1）的上方通入二次风，使二次风与未燃尽的可燃成分充分混合燃烧，将未完全燃烧的可燃气体及颗粒进一步燃烧，实现空气分级燃烧，降低NOx排放；

步骤三：烟气经炉膛（17）的上部四周水冷壁换热后，由炉膛（17）的出口流出进入带加速段的卧式旋风分离器（20）内，在带加速段的卧式旋风分离器（20）的入口处设置喷嘴（19）向烟气中喷入雾化后尿素水溶液进行SNCR脱硝，所述尿素水溶液的浓度为5~10%，喷入的尿素液滴在高温烟气的加热下转化为气态，与高速旋转的烟气在所述卧式旋风分离器（20）内充分混合，在950~1050℃温区范围内脱硝率大于60%；同时，卧式旋风分离器（20）分离出的未完全燃尽的颗粒经回料阀（29）送回炉膛（17）下部主燃区（1）内再燃；经分离后的烟气进入对流排管（21）换热，之后进入省煤器（22），经省煤器（22）吸收烟气热量后进入空气预热器（23）内，再经空气预热器（23）换热后，进入除尘器（26）除尘处理，除尘后的烟气分成两部分，其中一部分经再循环风机（25）及烟气通道（12）送入第一风室（6）及第二风室（7），用于控制炉排（13）上煤焦的燃烧温度，其余的烟气经引风机（27）送入脱硫塔（30）后进入烟囱（33）排入大气中。

5.根据权利要求4所述的层燃锅炉组合脱硝的方法，其特征是：步骤二中，所述从炉排（13）下方向六个风室通入的一次风量占总风量的70~80%，所述从炉膛前拱（14）上方的二次风口（16）向炉膛（17）下部主燃区（1）上方通入的二次风量占总风量的20~30%。

6.根据权利要求4或5所述的层燃锅炉组合脱硝的方法，其特征是：所述从第一风室（6）及第二风室（7）送入的再循环烟气量占总烟气量的10~30%。