CN105588115B - 低氮低硫低尘大容量层燃锅炉及燃烧方法 - Google Patents

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Abstract

一种低氮低硫低尘大容量层燃锅炉及燃烧方法，属于燃烧锅炉技术领域，其特征是：在锅炉移动火床头部构筑高温旋风燃烧区A，高温旋风燃烧区A的直立炉拱,后部的主燃区B、燃尽区C；旋风燃烧区A的双侧炉墙上有出口通往双侧燃尽室，主燃区B和燃尽区C则经直立炉拱的上沿与导流拱之间、在旋风燃烧区A、主燃区B和燃尽区C范围的移动火床内设有数个炉排送风室，在旋风燃烧区A的圆形出口中心线的燃尽室外侧墙上设置二次风旋流器及碳酸钙粉喷口；在锅炉后拱水平段的后端设有数个烟气短路调节阀门。有益效果是：有效地控制了氮氧化物的生成和排放,锅炉煤种适应能力强，达到了烟尘、二氧化硫、氮氧化物超低浓度排放、高效节能清洁燃烧的综合技术效果。

Description

低氮低硫低尘大容量层燃锅炉及燃烧方法
技术领域
本发明属于燃烧锅炉技术领域，涉及一种大型燃煤锅炉制造技术的改进。
背景技术
目前，国内外的大容量机烧层燃锅炉普遍采用传统的前后拱结构模式。锅炉煤种适应能力较差,着火延迟现象时有发生,燃烧状况不够理想,炉渣含碳量较高,锅炉燃烧效率较低。炉内消烟除尘效果差,对流受热面常积粘结灰且很难清除，氮氧化物的生成和排放无法得到有效控制，炉内喷钙固硫也因传统层燃锅炉没有适合喷钙固硫的空间和温度条件而未能取得成功,致使我国燃煤工业锅炉能耗高，成了大气环境的主要污染源之一。
为了控制层燃锅炉大气污染物排放，曾有“燃烧中控制大气污染物排放的高效燃烧层燃炉”(ZL2010 2 0194452.5)实用新型专利，其基本构思具有开创性，适用于中小容量(＜40t/h)层燃锅炉的技术开发,但其涉及的炉拱结构特征的工艺性和配风技术的有效性,与大容量机烧层燃锅炉不能匹配，且没有涉及炉内喷钙固硫的原理和方法。
发明内容
本发明的目的是：提供一种低氮低硫低尘大容量层燃锅炉及燃烧方法，它从根本上克服了传统的前后拱结构模式层燃炉的诸多弊端和炉拱结构特征和配风技术的局限性，实现燃煤的移动床气化和燃料分级、空气分级燃烧、低过剩空气系数运行,有效降低炉渣含碳量，强化炉内消烟降尘效果，消除对流受热面粘结灰的可能性，并在炉内喷钙固硫。并且实现高效燃烧、全面改善层燃锅炉的综合技术性能,达到烟尘、二氧化硫、氮氧化物超低浓度排放、高效节能清洁燃烧的综合技术效果。
本发明的技术方案是：
本发明的结构是：在大容量型层燃锅炉(链条炉或往复炉)移动火床头部构筑回焰式高温旋风燃烧区A，高温旋风燃烧区A的直立炉拱,将移动火床和锅炉燃烧室分隔为移动火床头部的旋风燃烧区A,后部的主燃区B、燃尽区C。旋风燃烧区A的双侧炉墙上有圆形出口通往双侧燃尽室，主燃区B和燃尽区C则经直立炉拱的上沿与导流拱之间、导流拱与锅炉前墙之间分别形成的两个切向通道通往旋风燃烧区A。在旋风燃烧区A、主燃区B和燃尽区C范围的移动火床内设有数个炉排送风室，在旋风燃烧区A的圆形出口中心线的燃尽室外侧墙上设置二次风旋流器及碳酸钙粉喷口。在锅炉后拱水平段的后端紧靠后墙处设有数个烟气短路调节阀门。
本发明的燃烧方法是：燃料煤(原煤、固硫工业型煤)从炉前煤斗经煤斗闸门进入炉内后，在高温旋风燃烧区A内1000～1300℃的温度条件下被快速加热升温，移动火床上的煤层在高温旋风燃烧区(即A区)移动火床内的风室不供风或供微风的高温、低氧、富燃料的还原气氛中快速气化和干熘、煤层内和煤层表面附近形成强还原气氛,燃料在该区段可停留8-12分钟,燃料中氮氧化物有足够的时间完成热解过程,在还原性气氛中热解产生的挥发份氮直接还原成分子氮,还原气氛有效地抑制了燃料型NOx的生成，气化产物(自制二级气体燃料)一旦离开煤层就被卷入旋转气流中，并将来自主燃烧区B的已生成的NOx部分还原成分子氮。已着火的焦化煤层进入主燃烧区B后，继续气化和燃烧，气化产生的可燃气体和高温燃烧产物，切向进入旋风燃烧区后完全燃烧,为燃料的加热升温、气化和干熘及氮氧化物热解提供热源。高温旋转气流从旋风燃烧区进入双侧燃尽室。高温旋风燃烧区(即A区)移动火床内的风室不供风，极大的降低了烟气中飞灰浓度。在双侧燃尽室的1000～800℃最适合炉内固硫的的部位和温度条件下喷钙固硫，覆盖燃尽区C的后拱水平段(或水冷炉墙后拱后水平段)末端的烟气短路调节闸门适度开启。
本发明的有益效果是：
以独特的锅炉燃烧室炉拱结构和科学的配风技术相结合，超越传统模式重新组织锅炉燃烧过程，实现了燃料的移动床气化和燃料分级、空气分级燃烧，低过剩空气系数运行,有效地控制了氮氧化物的生成和排放,实现了燃料的对流与辐射引燃的叠加效果,锅炉煤种适应能力强，炉渣含碳量低，强化了炉内烟气混合作用、炉内消烟除尘效果好,消除了对流受热面粘结灰的可能，并在最适合炉内固硫的最佳温度条件下喷钙固硫，达到了烟尘、二氧化硫、氮氧化物超低浓度排放、高效节能清洁燃烧的综合技术效果。
附图说明：
图1是本发明用于大容量层燃锅炉炉膛结构剖视图；
图2是本发明用于大容量层燃锅炉A-A侧剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述：
实施例1
如图1、2所示，1是移动火床(炉排)；2是旋风燃烧区侧墙；3是直立炉拱；4是炉排送风室；5是炉前煤斗；6是燃料煤；7是煤斗闸门；8是锅炉前墙；9是旋风燃烧区圆形出口；10是B区至A区的第一切向通道；11是B区至A区的第二切向通道；12是导流拱；13是双面曝光水冷壁；14是后拱；15是锅炉后墙；16是烟气短路调节门；17是双侧燃尽室；18是二次风旋流器；19是碳酸钙粉喷口。
国内外大量的实验研究和我们在已试制成功的层燃锅炉(8t/h和70MW)上进行的实验均表明:层燃锅炉煤燃烧过程中生成的氮氧化物主要是燃料型而非热力型或快速型，生成的燃料型氮氧化物中,煤的挥发份氮的贡献率为70～80％。本发明将改变层燃锅炉燃烧室的结构特征,在移动火床头部构筑回焰式高温旋风燃烧区，从而改变煤层内的火焰传播方向和传播速度，改变炉内燃烧产物的流动方向和流动状态，并采用燃料分级、空气分级燃烧等措施，重新组织锅炉燃烧过程。在移动火床头部燃料挥发份析出、燃料中氮化物热解区段,创造高温低氧富燃料的还原性燃烧条件，只要有足够的停留时间,就能促成燃料中氮化物在该区段尽可能多的热解为挥发份氮，在还原性气氛中促使挥发份氮直接还原成分子氮,并使回流高温火焰中已经生成的氮氧化合物部分还原成分子氮,从而有效控制氮氧化合物的生成和排放，并在最适合炉内固硫的部位和温度条件下喷钙固硫，以提高固硫效率，与此同时，实现高效燃烧、全面改善层燃锅炉的综合技术性能。
燃料煤(原煤、固硫工业型煤)从炉前煤斗经煤斗闸门进入炉内后，在高温旋风燃烧区A内1000～1300℃的温度条件下被快速加热升温，移动火床上的煤层在高温旋风燃烧区(即A区)移动火床内的风室不供风或供微风的高温、低氧、富燃料的还原气氛中快速气化和干熘、煤层内和煤层表面附近形成强还原气氛,燃料在该区段可停留8-12分钟,燃料中氮氧化物有足够的时间完成热解过程,在还原性气氛中热解产生的挥发份氮直接还原成分子氮,还原气氛有效地抑制了燃料型NOx的生成，气化产物(自制二级气体燃料)一旦离开煤层就被卷入旋转气流中，并将来自主燃烧区B的已生成的NOx部分还原成分子氮。已着火的焦化煤层进入主燃烧区B后，继续气化和燃烧，气化产生的可燃气体和高温燃烧产物，切向进入旋风燃烧区后完全燃烧,为燃料的加热升温、气化和干熘及氮氧化物热解提供热源。高温旋转气流从旋风燃烧区进入双侧燃尽室。高温旋风燃烧区(即A区)移动火床内的风室不供风，极大的降低了烟气中飞灰浓度。回焰式高温旋风燃烧区A的存在，不仅实现了飞灰的循环燃烧,强化了炉内烟气混合作用、炉内消烟除尘效果好,而且极大的提高了燃料层的移动气化强度、为燃料分级燃烧、空气分级燃烧创造了条件，有效地抑制了氮氧化物的生成,消除了对流受热面粘结灰的可能性。在双侧燃尽室的1000～800℃最适合炉内固硫的的部位和温度条件下喷钙固硫，以提高固硫效率,覆盖燃尽区C的后拱水平段(或水冷炉墙后拱后水平段)末端的烟气短路调节闸门适度开启，不仅可将除渣机漏入的冷空气和产生的水蒸汽直接排入后部烟道，还可将主燃烧区的高温烟气(火焰)适量后引，为炉渣的燃尽创造高温环境，以利于提高锅炉燃烧效率。

Claims (2)

1.一种低氮低硫低尘大容量层燃锅炉，其特征是：在大容量型层燃锅炉移动火床头部构筑回焰式高温旋风燃烧区A，高温旋风燃烧区A的直立炉拱,将移动火床和锅炉燃烧室分隔为移动火床头部的旋风燃烧区A,后部的主燃区B、燃尽区C；旋风燃烧区A的双侧炉墙上有圆形出口通往双侧燃尽室，主燃区B和燃尽区C则经直立炉拱的上沿与导流拱之间、导流拱与锅炉前墙之间分别形成的两个切向通道通往旋风燃烧区A；在旋风燃烧区A、主燃区B和燃尽区C范围的移动火床内设有数个炉排送风室，在旋风燃烧区A的圆形出口中心线的燃尽室外侧墙上设置二次风旋流器及碳酸钙粉喷口；在锅炉后拱水平段的后端紧靠后墙处设有数个烟气短路调节阀门。
2.一种低氮低硫低尘大容量层燃锅炉的燃烧方法，其方法是：燃料煤从炉前煤斗经煤斗闸门进入炉内后，在高温旋风燃烧区A内1000～1300℃的温度条件下被快速加热升温，移动火床上的煤层在高温旋风燃烧区A移动火床内的风室不供风或供微风的高温、低氧、富燃料的还原气氛中快速气化和干熘，煤层内和煤层表面附近形成强还原气氛,燃料在该区段停留8-12分钟,在还原性气氛中热解产生的挥发份氮直接还原成分子氮,还原气氛有效地抑制了燃料型NOx的生成，气化产物一旦离开煤层就被卷入旋转气流中，并将来自主燃烧区B的已生成的NOx部分还原成分子氮；已着火的焦化煤层进入主燃烧区B后，继续气化和燃烧，气化产生的可燃气体和高温燃烧产物，切向进入旋风燃烧区后完全燃烧,为燃料的加热升温、气化和干熘及氮氧化物热解提供热源；高温旋转气流从旋风燃烧区进入双侧燃尽室；高温旋风燃烧区A移动火床内的风室不供风，在双侧燃尽室内为800～1000℃的温度条件下向炉内固硫的部位喷钙固硫，覆盖燃尽区C的后拱水平段末端的烟气短路调节闸门开启。
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