CN105276605A - 燃煤锅炉及燃煤锅炉的燃烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃煤锅炉及燃煤锅炉的燃烧方法，涉及锅炉燃烧领域，用于在保证燃烧效率的前提下，降低NOx的排放量。该燃煤锅炉包括固定连接的炉膛和水蒸气引入设备。所述水蒸气引入设备具有水蒸气流通通道，所述水蒸气流通通道的一端位于所述炉膛的外侧，所述水蒸气流通通道的另一端伸入到所述炉膛内部，所述水蒸气引入设备用于将水蒸气喷入到所述炉膛内的主燃区。上述技术方案，燃煤电站锅炉中提出一种通入水蒸气降低NOx的方法，不仅能够有效降低NOx排放、并且可以缩短煤粉燃尽时间，提高燃烧效率。

Description

燃煤锅炉及燃煤锅炉的燃烧方法

技术领域

本发明涉及锅炉燃烧领域，具体涉及一种燃煤锅炉及燃煤锅炉的燃烧方法。

背景技术

一直以来，我国都是最大的煤炭生产国和消费国，84％的煤炭直接用于燃烧，且有67％的NOx排放来自于煤燃烧，并且我国对燃煤电站污染物排放标准不断提高，因此煤炭的低NOx燃烧技术亟需去改进、创新。

今年来，国内外电站燃煤锅炉降NOx的主要方法是低NOx燃烧技术和烟气脱硝技术。其中，低NOx燃烧技术主要包括低NOx燃烧器、空气分级、烟气再循环技术、再燃技术等。烟气脱硝技术主要包括干法和湿法两种，目前广泛应用的主要是选择性催化还原技术(SCR)。

发明人发现，上述现有技术至少存在下述问题：以上各种技术对降低NOx都发挥了作用，但也带来了许多问题，比如飞灰含碳量升高、炉膛结渣、过热器超温减温水升高、空预器堵塞等问题，导致锅炉燃烧效率降低、锅炉运行不稳定等经济性问题和安全性问题的产生。而SCR技术投资高、运行成本高、且易堵塞空预器从而造成引风机出力不足、厂用电率增加等问题。

另外，在现有电站锅炉上，在炉内喷入还原性气体进行降低NOx方式的研究较为普遍，但是一般是在煤粉的燃尽段喷入再燃燃料进行再燃以降低NOx，此方式的专利技术和学术研究较多，但是都局限于燃烧器上部喷入再燃燃料营造还原性气氛的方式。国内某高校提出《用于微型燃烧器的碳氢燃料重整燃烧方法及微型燃烧器》的专利(专利申请号200910191617.5)，是在燃烧器前设置重整区，重整区内碳氢燃料和水蒸气在γ-Al₂O₃的催化作用下反应，而后将生成的H₂喷入燃烧区域起到高效稳燃作用。

发明人发现，上述现有技术至少存在下述问题：该技术有一定的局限性，燃烧器前设置一个结构复杂的重整区，而且需要加入催化剂使得整个系统复杂不易操作；该技术未涉及到燃烧污染物控制，并且目前进行改造的低NOx燃烧技术带来了锅炉效率降低、过热器超温等问题。

发明内容

本发明的其中一个目的是提出一种燃煤锅炉及燃煤锅炉的燃烧方法，用以在保证燃煤锅炉燃烧效率的前提下，降低NOx的排放量。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种燃煤锅炉，包括固定连接的炉膛和水蒸气引入设备；

所述水蒸气引入设备具有水蒸气流通通道，所述水蒸气流通通道的一端位于所述炉膛的外侧，所述水蒸气流通通道的另一端伸入到所述炉膛内部，所述水蒸气引入设备用于将水蒸气喷入到所述炉膛内的主燃区。

如上所述的燃煤锅炉，优选的是，所述水蒸气引入设备包括水蒸气管道和喷头；

所述喷头具有通孔，所述水蒸气管道的通孔和所述喷头的通孔共同作为所述水蒸气流通通道，所述水蒸气管道的一端位于所述炉膛的外侧，所述水蒸气管道的另一端伸入到所述炉膛内部，所述喷头固定在所述水蒸气管道的另一端上。

如上所述的燃煤锅炉，优选的是，所述燃煤锅炉为旋流燃烧器锅炉，所述水蒸气管道经由所述旋流燃烧器锅炉的外二次风管道伸入到所述炉膛内部。

如上所述的燃煤锅炉，优选的是，所述旋流燃烧器锅炉的每个外二次风管道中都设置有所述水蒸气管道。

如上所述的燃煤锅炉，优选的是，所述燃煤锅炉为旋流燃烧器锅炉；

所述水蒸气引入设备的数量至少为两个，各个所述水蒸气引入设备沿着所述旋流燃烧器锅炉的炉膛的周向方向均匀分布。

如上所述的燃煤锅炉，优选的是，所述燃煤锅炉为直流燃烧器锅炉，所述水蒸气管道经由所述直流燃烧器锅炉的上二次风喷口或中二次风喷口伸入到所述炉膛的内部。

如上所述的燃煤锅炉，优选的是，所述直流燃烧器锅炉的每个所述上二次风喷口或每个所述中二次风喷口中都设置有所述水蒸气管道。

如上所述的燃煤锅炉，优选的是，所述燃煤锅炉为直流燃烧器锅炉，所述直流燃烧器锅炉上部的四个边角处都设置有所述水蒸气管道。

本发明还提供一种燃煤锅炉的燃烧方法，包括以下步骤：

点燃燃煤锅炉内的煤粉；

向所述燃煤锅炉的主燃区喷入水蒸气。

如上所述的燃煤锅炉的燃烧方法，优选的是，所述向所述燃煤锅炉的主燃区喷入水蒸气包括：

同时采用多个水蒸气引入设备向所述燃煤锅炉的主燃区喷入水蒸气；其中，各个所述水蒸气引入设备喷出的水蒸气的方向在所述燃煤锅炉的主燃区内对称。

基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：

上述技术方案，设置水蒸气引入设备之后，能在燃煤锅炉燃烧过程中，向炉膛内的主燃区喷入水蒸气。主燃区是高温低氧区，通入的水蒸气可以稀释氧气浓度，一定程度上造成欠氧环境，增加了CO的生成量。与此同时，水蒸气在煤粉表面发生水煤气反应，水煤气反应生成的H₂易与炉膛内的O₂发生反应，消耗煤粉表面的氧气，以上两个方面使得主燃区的欠氧程度加剧。另一方面，在主燃区水蒸气还分解生成H和OH，H和OH可以加速挥发成分的析出，特别是含氮化合物的析出，HCN和NH₃等还原性气体生成量增加。由于低氧区不易氧化，水煤气反应使得CO量增加，在煤粉表面造成较强的还原性气氛，有效地控制NOx的生成。高温下剧烈的水煤气反应及以H₂为活化中心的连锁反应，强化煤粉燃烧，缩短燃尽时间，提高燃烧效率。并且，总体的欠氧环境抑制了含氮化合物被氧化为NOx。可见，本发明提供的技术方案，不仅能够有效降低NOx排放、并且可以缩短煤粉燃尽时间，提高燃烧效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例一提供的旋流燃烧器锅炉的局部结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的直流燃烧器锅炉的主视结构示意图；

图3为图2的侧视示意图；

图4为图2的俯视放大示意图；

图5为本发明实施例三提供的燃煤锅炉的燃烧方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合图1～图5对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述，将本发明提供的任一技术手段进行替换或将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到的技术方案均应该在本发明的保护范围之内。

参见图1，本发明实施例一提供一种燃煤锅炉，该燃煤锅炉包括固定连接的炉膛4和水蒸气引入设备。水蒸气引入设备具有水蒸气流通通道，水蒸气流通通道的一端位于炉膛4的外侧，水蒸气流通通道的另一端伸入到炉膛4内部，水蒸气引入设备用于将水蒸气喷入到炉膛4内的主燃区。参见图1，内二次风道2和外二次风管道3都位于一次风道1的两侧。

水蒸气的来源在燃煤电站比较丰富，例如汽轮机抽汽、蒸汽雾化等。

设置水蒸气引入设备之后，能在燃煤锅炉燃烧过程中，向炉膛4内的主燃区喷入水蒸气，主燃区是高温低氧区，通入的水蒸气可以稀释氧气浓度，一定程度上造成欠氧环境，增加了CO的生成量。与此同时，水蒸气在煤粉表面发生水煤气反应，具体反应式(1)如下：

C+H₂O→CO+H₂(1)

反应式(1)生成的H₂易与炉膛4内的O₂发生反应，消耗煤粉表面的氧气，以上两个方面使得主燃区的欠氧程度加剧。

此外，在主燃区水蒸气还发生以下反应，具体反应式(2)如下：

H₂O→H+OH(2)

H和OH可以加速挥发成分的析出，特别是含氮化合物的析出，

HCN和NH₃等还原性气体生成量增加。由于低氧区不易氧化，水煤气反应使得CO量增加，在煤粉表面造成较强的还原性气氛，有效地控制NOx的生成。高温下剧烈的水煤气反应以及以H₂为活化中心的连锁反应，强化煤粉燃烧，缩短燃尽时间，提高燃烧效率。并且，总体的欠氧环境抑制了含氮化合物被氧化为NOx。

可见，主燃区通入水蒸气对于降低NOx生成、加速煤粉燃烧具有一定效果。即，上述方案在不降低锅炉效率的前提下，能有效降低NOx浓度，解决了燃煤锅炉低NOx燃烧技术降低锅炉燃烧效率、烟气脱硝堵塞空预器、投资及运行成本高等问题，提高了燃煤锅炉运行的安全性与经济性。

另外，将水蒸气喷入到炉膛4内的主燃区，除了要使水蒸气发生上述反应之后，还可以防止水蒸气接触到燃烧器壁面凝结，吸附煤粉堵塞燃烧器对燃煤锅炉运行的安全性造成威胁。

下面介绍水蒸气引入设备的具体实现方式：水蒸气引入设备包括水蒸气管道5和喷头6。喷头6具有通孔，水蒸气管道5的通孔和喷头6的通孔共同作为水蒸气流通通道，水蒸气管道5的一端位于炉膛4的外侧，水蒸气管道5的另一端伸入到炉膛4的内部，喷头6固定在水蒸气管道5的另一端上，即位于炉膛4内部的那一端。

喷头6将水蒸气管道5内的水蒸气分成多股，以使得水蒸气充分发生上述的反应(1)和反应(2)。

水蒸气引入设备的数量可以为多个，水蒸气引入设备的设置位置较佳是能够使得喷出的水蒸气相对均匀的分散在炉膛4内的主燃区。

此处的燃煤锅炉可以采用多种结构形式，本文中以旋流燃烧器锅炉和直流燃烧器锅炉两种详加介绍，本实施例中以旋流燃烧器锅炉为例。

燃煤锅炉为旋流燃烧器锅炉，水蒸气管道5经由旋流燃烧器锅炉的外二次风管道3伸入到炉膛4的内部。通过外二次风管道3便于布置水蒸气管道5。

进一步地，可以每只燃烧器布置两个或多个水蒸气引入设备，旋流燃烧器锅炉的每个外二次风管道3中都设置有水蒸气管道5，且水蒸气管道5的数量可以有一个或多个。

或者，燃煤锅炉仍为旋流燃烧器锅炉；水蒸气引入设备的数量至少为两个。此处，各个水蒸气引入设备不是通过外二次风管道3设置，而是在炉膛4上单独设置安装孔，以使得各个水蒸气引入设备沿着旋流燃烧器锅炉的炉膛4的周向方向均匀分布，以防止火焰发生偏斜影响燃烧。

对旋流燃烧器而言，一次风气流携带煤粉通过一次风道1进入炉膛4进行燃烧，二次风箱内部的一部分二次风通过内二次风道2进入炉膛4，补给煤粉着火所需的氧气；外二次风通过外二次风管道3进入炉膛4补充煤粉后期燃烧所需氧气；水蒸气则通过水蒸气管道5通过水蒸气喷头6通过整流作用后，以一定的速度喷入炉膛4。

上述技术方案，在保证锅炉效率不降低的前提下，能够在主燃区降低NOx排放，缩短煤粉的燃尽时间，解决了燃煤电站传统脱硝技术飞灰含碳量高、过热器超温、堵塞空预器、投资及运行成本高等问题，提高锅炉运行的安全性与经济性。

实施例二

参见图2-图4，本实施例与上述实施例的技术方案的不同之处在于：本实施例中，燃煤锅炉为直流燃烧器锅炉，水蒸气管道26经由直流燃烧器锅炉的上二次风喷口23或中二次风喷口25伸入到炉膛28的内部。二次风箱29的位置可参见图4。

上二次风喷口23或中二次风喷口25的位置基本都能满足使得喷入的水蒸气正对着炉膛28内的主燃区。

进一步地，每组燃烧器布置两个或多个水蒸气引入设备，直流燃烧器锅炉的每个上二次风喷口23或每个中二次风喷口25中都设置有水蒸气管道26，且水蒸气管道26的数量可以有一个或多个。

此处，也可以不借助上二次风喷口23或中二次风喷口25布置水蒸气管道26，而是直接在直流燃烧器锅炉上部的四个边角处设置有水蒸气管道26，喷头27固定在水蒸气管道26伸入到炉膛28内的那端。四角锅炉是全炉膛组织燃烧，以高温主燃区高度为依据设计水蒸气引入设备在高度方向上的数量。

对四角布置的直流燃烧器锅炉而言，一次风携带煤粉通过上、下一次风喷口21进入炉膛28，二次风通过上二次风喷口23、中二次风喷口25、下二次风喷口22进入到炉膛28中，补给煤粉燃烧后期所需要的氧气，降氮水蒸气通过上两层油枪周边二次风通道喷入主燃区，点火油枪24用于点火。

上述技术方案，在保证锅炉效率不降低的前提下，能够在主燃区降低NOx排放，缩短煤粉的燃尽时间，解决了燃煤电站传统脱硝技术飞灰含碳量高、过热器超温、堵塞空预器、投资及运行成本高等问题，提高锅炉运行的安全性与经济性。

参见图5，本发明实施例三提供一种燃煤锅炉的燃烧方法，优选使用上述任意技术方案所提供的燃煤锅炉实现燃烧。该方法包括以下步骤：

步骤S1、点燃燃煤锅炉内的煤粉。可以采用已有技术点燃煤粉。

步骤S2、向燃煤锅炉的主燃区喷入水蒸气。在主燃区通入水蒸气之后，由于主燃区是高温低氧区，通入的水蒸气可以稀释氧气浓度，一定程度上造成欠氧环境，增加了CO的生成量；与此同时，水蒸气在煤粉表面发生水煤气反应，具体反应式(1)如下：

C+H₂O→CO+H₂(1)

反应式(1)生成的H₂易与O₂发生反应，消耗煤粉表面的氧气，以上两个方面使得主燃区的欠氧程度加剧。

此外，在主燃区，水蒸气还发生以下反应，具体反应式(2)如下：

H₂O→H+OH(2)

H和OH可以加速挥发成分的析出，特别是含氮化合物的析出，HCN和NH₃等还原性气体生成量增加，由于低氧区不易氧化，水煤气反应使得CO量增加，在煤粉表面造成较强的还原性气氛，有效地控制NOx的生成；高温下剧烈的水煤气反应及以H₂为活化中心的连锁反应，强化煤粉燃烧，缩短燃尽时间，提高燃烧效率。并且，总体的欠氧环境抑制了含氮化合物被氧化为NOx。可见，主燃区通入水蒸气对于降低NOx生成，加速煤粉燃烧具有一定效果。

另外，将水蒸气喷入到炉膛内的主燃区，除了要使水蒸气发生上述反应之后，还可以防止水蒸气接触到燃烧器壁面凝结，吸附煤粉堵塞燃烧器对燃煤锅炉运行的安全性造成威胁。

步骤S2具体可以为：同时采用多个水蒸气引入设备向燃煤锅炉的主燃区喷入水蒸气。其中，各个水蒸气引入设备喷出的水蒸气的方向在燃煤锅炉的主燃区内对称。此处所指的对称是指相对于锅炉内的中心轴线大致对称。如此可以使得主燃区内的水蒸气分布均匀，以更好地使得水蒸气发生上述反应(1)和反应(2)，且能防止火焰发生偏斜影响燃烧。

上述技术方案，在保证锅炉效率不降低的前提下，能够在主燃区降低NOx的排放，缩短煤粉的燃尽时间，从而解决了燃煤电站传统脱硝技术飞灰含碳量高、过热器超温、堵塞空预器、投资及运行成本高等问题，提高锅炉运行的安全性与经济性。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种燃煤锅炉，其特征在于，包括固定连接的炉膛和水蒸气引入设备；

所述水蒸气引入设备具有水蒸气流通通道，所述水蒸气流通通道的一端位于所述炉膛的外侧，所述水蒸气流通通道的另一端伸入到所述炉膛内部，所述水蒸气引入设备用于将水蒸气喷入到所述炉膛内的主燃区。

2.根据权利要求1所述的燃煤锅炉，其特征在于，所述水蒸气引入设备包括水蒸气管道和喷头；

所述喷头具有通孔，所述水蒸气管道的通孔和所述喷头的通孔共同作为所述水蒸气流通通道，所述水蒸气管道的一端位于所述炉膛的外侧，所述水蒸气管道的另一端伸入到所述炉膛内部，所述喷头固定在所述水蒸气管道的另一端上。

3.根据权利要求2所述的燃煤锅炉，其特征在于，所述燃煤锅炉为旋流燃烧器锅炉，所述水蒸气管道经由所述旋流燃烧器锅炉的外二次风管道伸入到所述炉膛内部。

4.根据权利要求3所述的燃煤锅炉，其特征在于，所述旋流燃烧器锅炉的每个所述外二次风管道中都设置有所述水蒸气管道。

5.根据权利要求2所述的燃煤锅炉，其特征在于，所述燃煤锅炉为旋流燃烧器锅炉；

所述水蒸气引入设备的数量至少为两个，各个所述水蒸气引入设备沿着所述旋流燃烧器锅炉的炉膛的周向方向均匀分布。

6.根据权利要求2所述的燃煤锅炉，其特征在于，所述燃煤锅炉为直流燃烧器锅炉，所述水蒸气管道经由所述直流燃烧器锅炉的上二次风喷口或中二次风喷口伸入到所述炉膛的内部。

7.根据权利要求6所述的燃煤锅炉，其特征在于，所述直流燃烧器锅炉的每个所述上二次风喷口或每个所述中二次风喷口中都设置有所述水蒸气管道。

8.根据权利要求2所述的燃煤锅炉，其特征在于，所述燃煤锅炉为直流燃烧器锅炉，所述直流燃烧器锅炉上部的四个边角处都设置有所述水蒸气管道。

9.一种燃煤锅炉的燃烧方法，其特征在于，包括以下步骤：

点燃燃煤锅炉内的煤粉；

向所述燃煤锅炉的主燃区喷入水蒸气。

10.根据权利要求9所述的燃煤锅炉的燃烧方法，其特征在于，所述向所述燃煤锅炉的主燃区喷入水蒸气包括：

同时采用多个水蒸气引入设备向所述燃煤锅炉的主燃区喷入水蒸气；其中，各个所述水蒸气引入设备喷出的水蒸气的方向在所述燃煤锅炉的主燃区内对称。