CN105318350A - 锅炉和用于控制来自锅炉的NOx排放的方法 - Google Patents

锅炉和用于控制来自锅炉的NOx排放的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及锅炉和用于控制来自锅炉的NOX排放的方法。一种锅炉(1)包括壳体(2)，其具有至少一个用于燃料和氧化剂的供给(3,4)以及至少一个用于SNCR反应剂的供给(5)。用于SNCR反应剂的供给(5)包括至少一个用于SNCR反应剂的调节阀(15,15a,15b,15c)。锅炉(1)包括至少一个传感器(17)，其用于测量表示在至少一个给定的壳体横截面(18)上的NOX浓度的信息。锅炉(1)包括控制器(20)，其连接在所述至少一个传感器(17)和所述至少一个调节阀(15,15a,15b,15c)上，该控制器(20)用于根据所测量的表示NOX浓度的信息而调节SNCR反应剂的供给。

Description

锅炉和用于控制来自锅炉的NOx排放的方法
技术领域
本发明涉及一种锅炉和用于控制来自锅炉的NOX排放的方法。锅炉例如可为发电厂的锅炉；然而其它应用也是可行的。另外锅炉可为任何类型的锅炉，在附图中仅仅显示了塔式锅炉作为一个示例。
背景技术
化石燃料的燃烧造成NOX的排放。NOX由于例如产生了烟雾和酸雨而对环境造成负面影响。NOX排放因而必须要减少。
存在许多技术可以减少NOX排放，这些包括：
用于低NOX排放的燃烧控制系统；
选择性催化还原技术(SCR)。这种技术允许将反应剂供给到燃烧气体中，并且其在300至400℃之间的温度下并且存在催化剂的条件下与NOX的反应，从而使NOX转换成N2和水；
选择性非催化还原技术(SNCR)。这种技术允许将反应剂供给到燃烧气体中，并且其在800-1000℃之间的温度下与NOX的反应，从而使NOX转换成N2和水。在这种情况下，没有提供催化剂。
US5681536公开了一种用于将空气和用于SNCR的反应剂喷射到锅炉中的喷枪。
US2005/0051067公开了一种锅炉，其具有用于火上(overfire)空气喷射的喷燃器和喷嘴(即在火炉中在喷燃器带上方喷射燃烧空气的一部分，以增强初级NOX还原)。用于SNCR的反应剂随火上空气一起供给至火炉中。
WO02/04349公开了将火上空气和SNCR反应剂喷射到锅炉中，并使燃烧气体与火上空气和SNCR反应剂相接触，从而降低里面氮氧化物的浓度。反应剂以水溶液或粉末形式来提供，其随火上空气一起喷射到火炉中。
已知的技术蕴涵大量的反应剂消耗和因而与反应剂相关联的极大成本。
发明内容
本发明的一个方面包括提供一种锅炉和系统，其中在操作期间消耗的反应剂的数量相对于现有技术得以减少，并且针对正在处理的特定的燃烧气体进行了优化。
这些方面和其它方面可通过提供一种根据附属权利要求所述的锅炉和方法来实现。
附图说明
从该锅炉和该方法的优选但非唯一实施例的描述中将更清楚另外的特征和优点，所述实施例通过附图中非限制性的示例来说明，其中：
图1显示了本发明的一个实施例中的锅炉；
图2显示了穿过图1的平面18的横截面；
图3显示了喷枪的示意性的纵截面；
图4显示了穿过图1的线18的放大的横截面；且
图5显示了图4的放大的部分。
具体实施方式
参照附图，这些显示了锅炉1，其包括壳体2，其具有至少用于燃料和氧化剂3,4的供给以及至少用于SNCR反应剂5的供给。
例如，用于燃料的供给3可包括连接在喷燃器7例如弧形喷燃器上的管道，并且有待使用的燃料可为固体燃料(例如煤或褐煤或其它固体燃料)、液体燃料(例如石油或气体燃料)。燃料优选是固体燃料。
在不同的示例中，氧化剂可为空气或氧气或空气和氧气的混合物或其它合适的氧化剂。氧化剂通常分级供给到锅炉中，并且在这方面，总的燃烧氧化剂通常被划分为通过喷燃器7供给的燃烧氧化剂和供给在喷燃器7下游的火上氧化剂(相对于穿过壳体2的烟道气流)。图1显示了第一火上供给和第二火上供给；然而其数量根据需要可为任何数量。用于氧化剂的供给4因而可包括连接在喷燃器7上的管道(用于燃料和氧化剂的供给)和用于氧化剂火上供给的喷嘴8,9。
壳体通常容纳热交换表面，例如过热器10、再热器11和节热器13。明显的是，根据需要可能不会提供过热器10、再热器11和节热器13中的一个或多个。
用于SNCR反应剂5的供给包括调节阀15，其用于调节供给到壳体2中的SNCR反应剂的质量流量。
另外，锅炉1包括一个或多个传感器17和控制器20，传感器17用于测量表示至少一个给定的壳体横截面18上的NOX浓度的信息(例如烟道气温度场)，控制器20连接在传感器17和调节阀15上，用于根据所测量的表示NOX浓度的信息而调节SNCR反应剂供给。
用于SNCR反应剂的供给优选包括喷枪21，其突入并容纳在壳体2中。
另外，喷枪21优选还连接在氧化剂供给上。在这方面，氧化剂供给优选是氧化剂火上供给。
喷枪21包括伸长的本体25，其具有用于氧化剂的入口26和喷嘴9；另外，在伸长的本体25中容纳了一个或多个用于SNCR反应剂的喷射器28。备选地(但这不是优选的方案)，具有用于SNCR反应剂的入口26和用于氧化剂的喷射器28也是可行的。
在附图中所示的优选方案中，喷枪21包括许多喷射器28，其容纳在喷枪长度上(即在沿着纵向喷枪轴线29的喷枪维度上)的不同的纵向位置。
传感器17可为温度传感器，但能够给出局部NOX浓度的指标的任何其它种类的传感器都可使用。例如可使用声学传感器，但也可使用其它类型的传感器。燃烧气体的温度给出了NOX浓度的指标，因为局部温度越高，那么局部NOX浓度就越高。
控制器20可为专用控制器，其包括专用的硬件和/或软件，或者控制器可实现于或内置于锅炉或发电厂的控制器中；在后者情况下，控制器可包括专用的硬件和/或软件，但优选通过软件来实现。
在一个优选的实施例中，喷枪21机械地连接在热交换表面(即过热器10和/或再热器11和/或节热器13)上并受到其支撑；用于喷枪的特定位置可根据燃烧气体的温度进行选择，即喷枪21定位在壳体2的横截面上，其中用于SNCR的燃烧气体具有在750-1100℃且优选800-1000℃范围内的温度。
例如锅炉可有利地通过改装具有火上喷枪的现有锅炉并用喷枪21替代火上喷枪来实现；另外还必须提供控制器20和传感器17。
从所描述和所显示的示例中将明晰锅炉的操作，并基本上如下。
燃料例如褐煤和氧化剂例如空气通过燃料供给4和氧化剂供给3并通过喷燃器7进行供给，使得燃料燃烧，从而产生火焰30。
燃烧气体G通过壳体2上升，夹带一定数量的未燃烧的材料，通常是一氧化碳，其与通过喷嘴8供给的第一火上空气起反应，这通常不会产生火焰但会放热。
燃烧气体然后穿过过热器10、再热器11和节热器13，并加热经过这些构件的水/蒸汽。燃烧气体排气然后从壳体的顶部排出；例如可前进到气体处理系统中，然后释放到大气中。
额外的火上空气从喷枪21的喷嘴9供给到壳体2中。这种空气造成燃烧气体所夹带的未燃烧的材料在没有火焰但会放热的条件下起反应。另外，随着空气还喷射了SNCR反应剂。
SNCR反应剂例如可为氨或尿素或本领域中已知的其它类型的反应剂。反应剂以液体状态从喷枪25的喷射器28中喷射出来。在反应剂通过喷嘴9随火上空气一起供给到壳体中之前，在火上空气的高温的帮助下，喷射造成反应剂的雾化和扩散以及反应剂的蒸发。
当反应剂从喷枪21排出时，其与燃烧气体混合，并造成NOX转换成N2和水。
有利的是，温度传感器17测量温度，使得控制器能够识别在给定的壳体横截面18上的温度；温度表示在给定的横截面18上的局部NOX的含量。
控制器20因而驱动了阀15，从而根据燃烧气体的局部NOX的含量而局部地喷射反应剂。
图4显示了横截面18，并标识了多个区域(由字母AA至GE表示，其中第一个字母表示列，并且第二个字母表示行)，其温度经过测量，并且间接地知道NOX的浓度。例如假定在区域DC所测量的温度较高，而在区域EC、FC和GC较低，那么控制器20驱动相对应的阀15a，从而供给更大的反应剂的质量流量，并驱动阀15b和15c，从而供给更低的反应剂的质量流量。这造成在区域DC中喷射更大量的反应剂，在该区域DC中温度更高，并因而NOX浓度更高，并且在区域EC,FC和GC中喷射更低的反应剂质量流量，在这些区域中，NOX浓度较低，并因而对于NOX的去除需要更少的SNCR反应剂。
例如，可限定查询表，在查询表中使平均温度或平均温度范围与给定的反应剂质量流量关联起来。这样一旦测量了区域的平均温度，控制器20可基于查阅表驱动阀15a-c，从而将需要的反应剂质量流量喷射到各个区域中。
本发明还致力于一种用于控制来自锅炉的NOX的排放的方法。
该方法包括测量表示在至少一个给定的壳体横截面18上的NOX浓度的信息，并根据所测量的表示NOX浓度的信息而调节SNCR反应剂的供给，从而将反应剂喷射到壳体中。
优选地，这种测量包括局部地测量表示在至少一个给定的壳体横截面的多个区域AA-GE上的NOX浓度的信息，并且这种调节包括根据所测量的表示各个区域AA-GE中的NOX浓度的信息而调节SNCR反应剂的供给。
例如，局部地测量包括测量至少在壳体2的横截面18上的多个信息。
该方法还可包括使SNCR反应剂与氧化剂例如空气相混合，并且喷射混合物，并且测量表示NOX浓度的信息包括测量至少一个温度。
当然可以彼此独立地提供所述的特征。
实际上可根据要求和技术状态而任意选择所使用的材料和尺寸。
部件列表
1锅炉
2壳体
3燃料供给
4氧化剂供给
5SNCR供给
7喷燃器
8喷嘴
9喷嘴
10过热器
11再热器
13节热器
15阀
15a,b,c阀
17传感器
18横截面
20控制器
21喷枪
25伸长的本体
26入口
28喷射器
29纵向轴线
30火焰
AA-GE局部区域
G燃烧气体。

Claims (15)

1.一种锅炉(1)包括壳体(2)，其具有至少一个用于燃料和氧化剂的供给(3,4)以及至少一个用于SNCR反应剂的供给(5)，其特征在于，
用于所述SNCR反应剂的供给(5)包括至少一个用于所述SNCR反应剂的调节阀(15,15a,15b,15c)，
所述锅炉(1)包括至少一个传感器(17)，其用于测量表示在至少一个给定的壳体横截面(18)上的NOX浓度的信息，
所述锅炉(1)包括控制器(20)，其连接在所述至少一个传感器(17)和所述至少一个调节阀(15,15a,15b,15c)上，所述控制器(20)用于根据所测量的表示NOX浓度的信息而调节所述SNCR反应剂的供给。
2.根据权利要求1所述的锅炉(1)，其特征在于，所述至少一个用于SNCR反应剂的供给(5)包括至少一个容纳在所述壳体(2)中的喷枪(21)。
3.根据权利要求2所述的锅炉(1)，其特征在于，所述至少一个喷枪(21)还连接在所述用于氧化剂的供给(4)上。
4.根据权利要求3所述的锅炉(1)，其特征在于，所述用于氧化剂的供给(4)是氧化剂火上供给。
5.根据权利要求3所述的锅炉(1)，其特征在于，所述至少一个喷枪(21)包括伸长的本体(25)，其具有至少一个用于氧化剂或SNCR反应剂的入口(26)，以及喷嘴(9)，其中至少一个用于SNCR反应剂或氧化剂的喷射器(28)容纳在所述伸长的本体(25)中。
6.根据权利要求5所述的锅炉(1)，其特征在于，所述入口(26)连接在所述用于氧化剂的供给(4)上，并且所述至少一个喷射器(28)连接在至少一个用于SNCR反应剂的供给(5)上。
7.根据权利要求6所述的锅炉(1)，其特征在于，所述喷枪(21)包括多个喷射器(28)，其容纳在所述喷枪的长度上的不同的纵向位置上。
8.根据权利要求1所述的锅炉(1)，其特征在于，所述传感器(17)是温度传感器。
9.根据权利要求2所述的锅炉(1)，其特征在于，所述壳体(2)容纳热交换表面(10,11,13)，其中所述至少一个喷枪(21)机械地连接在所述热交换表面(10,11,13)上。
10.根据权利要求2所述的锅炉(1)，其特征在于，所述壳体(2)容纳热交换表面(10,11,13)，其中所述至少一个喷枪(21)受到所述热交换表面(10,11,13)的支撑。
11.一种用于控制来自锅炉(1)的NOX排放的方法，
其中所述锅炉(1)包括壳体(2)，其具有至少一个用于燃料和氧化剂的供给(3,4)以及至少一个用于SNCR反应剂的供给(5)，
其特征在于：
测量表示在至少一个给定的壳体横截面(18)上的NOX浓度的信息，
根据所测量的表示NOX浓度的信息而调节所述SNCR反应剂的供给，
将所述反应剂喷射到所述壳体(2)中。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，
测量包括局部地测量表示在至少一个给定的壳体横截面上、在多个区域(AA-GE)上的NOX浓度的信息，
调节包括根据所测量的表示各个区域(AA-GE)中的NOX浓度的信息而调节所述SNCR反应剂的供给。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，局部地测量包括测量至少在所述壳体(2)的横截面(18)上的多个信息。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，使所述SNCR反应剂与氧化剂相混合，并喷射混合物。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，测量表示NOX浓度的信息包括测量至少一个温度。
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