CN105605560B - 微排放煤粉燃烧系统 - Google Patents

微排放煤粉燃烧系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微排放煤粉燃烧系统，包括三次燃尽风机、风粉混合器、一次输粉风机、煤粉燃烧器、省煤器、二次助燃风机、四次烟气回流风机、锅炉炉膛、锅炉对流烟道、空气预热器、除尘器、引风机和煤粉榙，通过对煤粉燃烧器、燃烧室和锅炉炉膛综合设计，形成了独特的燃烧温度控制技术，使煤粉控制在1100℃以下温度燃烧，减少热力型NOx的生成；同时本发明采用特殊的低氮燃烧配风技术，大大降低燃烧过程中的NOx生成量，可实现锅炉出口NOx排放小于150mg/Nm3。

Description

微排放煤粉燃烧系统
技术领域
本发明涉及燃煤工业锅炉领域，尤其涉及一种煤粉锅炉的低氮燃烧系统，具体地说是一种微排放煤粉燃烧系统。
背景技术
我国的能源结构是以煤为主，在未来相当长时间内，煤粉锅炉都将是重要的热能转化设备。燃料燃烧过程生成的氮氧化物会严重危害生态环境且较难处理，锅炉排放的烟气又是氮氧化物的主要来源，因此降低燃烧过程产生的氮氧化物是锅炉燃烧技术发展的方向之一。目前，我国很多锅炉设备都已开始采用低氮燃烧技术来控制氮氧化物的生成，常规煤粉低氮燃烧技术能实现NOx排放指标300mg/m3以下。随着国家对环保要求的提高，锅炉需要开发和采取技术措施来进一步的降低NOx的排放。
发明内容
本发明要解决的是现有技术存在的锅炉燃烧产生大量NOx污染环境的问题，旨在提供一种NOx微排放煤粉燃烧系统。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
微排放煤粉燃烧系统，包括三次燃尽风机、风粉混合器、一次输粉风机、煤粉燃烧器、省煤器、二次助燃风机、四次烟气回流风机、锅炉炉膛、锅炉对流烟道、空气预热器、除尘器、引风机和煤粉塔，其特征在于所述的煤粉燃烧器设置在所述锅炉炉膛的底部；所述风粉混合器的两个输入端分别连接到所述的一次输粉风机和煤粉塔下的供料口，所述风粉混合器的输出端连接到所述煤粉燃烧器的一次风风道；所述的二次助燃风机的输入端接外界环境，输出端连接到所述空气预热器的冷风入口，所述空气预热器的热风出口连接到煤粉燃烧器的二次风风道；所述的四次烟气回流风机的输入端连接到所述引风机的输出端，输出端连接到所述煤粉燃烧器的二次风风道；所述的煤粉燃烧器包括二次风箱、电动调风门、同轴设置的一次风管、二次内风管和二次外风管，所述的一次风管设置在轴心处，其内设有中心管，所述的中心管内设有轻车油枪和点火电极，所述轻车油枪连接一油泵，所述的点火电极连接点火变压器，其特征在于所述的二次风箱内设有内二次风室和外二次风室；所述的内二次风室一端与所述的一次风管和二次内风管之间的内二次风道联通，另一端设有第一回流风口和内二次风口；所述的外二次风室一端与所述的二次内风管和二次外风管之间的外二次风道联通，另一端设有第二回流风口和外二次风口；所述的内二次风道内设有内二次风旋流器；所述的外二次风道内设有外二次风旋流器；所述的电动调风门包括设置在相应风口上的第一回流风调风门、第二回流风调风门、内二次风调风门和外二次风调风门。。
本发明的微排放煤粉燃烧系统，一次输粉风机将煤粉塔供料到风粉混合器的煤粉输送到煤粉燃烧器，与二次助燃风机和四次烟气回流风机输送到煤粉燃烧器的助燃风混合进入炉膛燃烧，调节风量比例，保证煤粉燃烧器出口的燃烧处于缺氧环境，燃料不完全燃烧，释放出一部分热能。不完全燃烧的燃料和烟气在炉膛中上部与三次燃尽风机输送进入炉膛的燃尽风混合，燃料充分燃烧，完全释放出热能。高温烟气在炉膛辐射换热后，由引风机抽送依次进入锅炉对流烟道、锅炉尾部对流段、省煤器、空气预热器逐级换热降温后，经除尘器除尘后洁净排放。
从上面分析可知，本发明具有如下有益效果：
1、炉膛配风由一次、二次、三次及四次风组成，且各次风均由独立的风机供风，通过调节各次风的配风比例，既保证燃料充分燃烧，又降低了NOx的产生。
2、通过配风将风粉混合物送入炉膛，低氧量的烟气回流风进入燃烧系统，保持燃烧的火焰从内到外为贫氧到氧浓度逐渐增大，火焰整体呈现还原性，即可抑制NOx生成和产生的还原性气体还原产生的NOx。
3、采用分段燃烧，分级配风的煤粉专用旋流低氮燃烧器，分段燃烧阶段前段形成较低的氧量状态(α在0.8-0.9之间)，可抑制NOx的生成。
4、将二次风箱分隔成内外风室，形成双风道，实现分级送不同浓度的低氧风，尽可能降低燃烧区的氧浓度和火焰的峰值温度，使得煤粉欠氧燃烧，使燃烧区环境处于还原气氛，火焰根部形成缺氧富燃料区，可有效减少NOx的产生，实现低NOx排放，满足环保要求。
5、将回流风与二次风通过合理的配比分别送入内外二次风道中，以燃烧器中心为圆心，以同心圆逐级扩大的方式，从而层层调节回流风及二次风的混合比例，已达到火焰各个区域不同的程度的欠氧燃烧，进一步降低NOx的产生，实现超低氮要求。
作为本发明的改进，所述的炉膛配风包括从风粉混合器出来的一次风、从二次助燃风机出来的二次风、从三次燃尽风机出来的三次风及从四次烟气回流风机出来的四次风组成，配风比例为：一次风风量为3％～10％，二次风风量为60％～80％，三次风风量为10％～25％，四次风风量为10％～25％。上述配风可保证煤粉燃烧器出口的燃烧处于缺氧环境，使燃料不完全燃烧，释放出一部分热能；不完全燃烧的燃料和烟气在炉膛中上部与三次燃尽风机输送进入炉膛的燃尽风混合，燃料充分燃烧，完全释放出热能。
作为本发明的进一步改进，所述的锅炉炉膛的截面为方形或矩形，炉膛呈瘦高型，炉膛宽度为所述煤粉燃烧器出焰口直径的4～6倍。瘦高型结构的炉膛能够保证火焰行程，使燃料在炉膛停留时间达2秒以上。
作为本发明的再进一步改进，从所述的三次燃尽风机出来的三次风为风压4KPa-7KPa的未经处理的冷风。常规的煤粉燃烧系统中，一般是锅炉鼓风机经由空气预热器送来的加热后的热风分出一部分作为三次风，以利用未燃尽煤粉燃烧产生热量。本发明的三次风采用高风速的冷风，相对密度较大，更容易穿透热烟气进入炉膛中心供氧助燃，所以可以布置在炉膛温度较低的位置。而常规锅炉三次风为了保证燃料燃尽会较早的与未燃尽燃料进行混合，炉膛温度仍旧较高。本本发明的三次风可控制炉膛温度保持在一定范围内，既确保燃料充分燃烧，又很好地抑制了NOx的产生。
作为本发明的再进一步改进，所述的一次输粉风机的输入端分别与外界和四次烟气回流风机的输出端联通。在一次风混入一定比例的回流风，利用回流风中的氧含量低的特点，使煤粉燃烧器出口的燃烧处于缺氧环境。
作为本发明的再进一步改进，在引风机后面还设有脱硫塔，可进一步提高净化效果。
作为本发明的再进一步的改进，所述的内二次风旋流器内有一组环形设置的倾斜角度可调的叶片，所述的内二次风管上设有与所述的内二次风旋流器相对配置的第一斜面，所述的内二次风旋流器通过第一拉杆进行旋流调节。通过第一拉杆调节旋流器在内二次风道中的位置，使叶片与内二次风管的第一斜面的不同位置接触，从而调节叶片的倾斜角度，使通过的气流产生不同强度的旋流。旋流有利于产生回流区，卷吸高温烟气，有利于煤粉燃料的快速着火，可实现锅炉的快速启停。
作为本发明的再进一步改进，所述的外二次风旋流器内有一组环形设置的倾斜角度可调的叶片，所述的外二次风管上设有与所述的外二次风旋流器相对配置的第二斜面，所述的外二次风旋流器通过第二拉杆进行旋流调节。通过第二拉杆调节旋流器在外二次风道中的位置，使叶片与外二次风管的第二斜面的不同位置接触，从而调节叶片的倾斜角度，使通过的气流产生不同强度的旋流。旋流有利于产生回流区，卷吸高温烟气，有利于煤粉燃料的快速着火，可实现锅炉的快速启停。
由于一次风和内二次风均采用旋流，且通过拉杆进行旋流调节，可根据炉膛宽度及长度合理调节火焰的长度和宽度适应炉膛大小，更有效地防止结焦的发生。
作为本发明的再进一步改进，所述的一次风管的进风口外的管体设计成旋风筒结构，使风粉充分混合后旋流进入炉膛。由于旋风筒是由一次风管的管体自身形成的，无需外加部件，使得本发明结构更简单紧凑。
作为本发明的更进一步改进，所述的一次风管的出口设有环形稳燃器。所述的环形稳燃器带有扩角，可削除旋转气体或煤粉气流因离心力而产生的径向分布不均，在燃烧器出口造成一次风气流有更大程度的扩散和旋转，形成烟气回流，使燃烧更稳定。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
图1是本发明微排放煤粉燃烧系统的结构示意图。
图2是本发明煤粉燃烧器的结构示意图。
图3是图2的A向视图。
图4是图2的B向视图。
图5是图2的C-C向剖视图。
图6是图2的D-D向剖视图。
图7是图2的E-E向剖视图。
图中，1-三次燃尽风机、2-风粉混合器、3-一次输粉风机、4-煤粉燃烧器、5-省煤器、6-二次助燃风机、7-四次烟气回流风机、8-锅炉炉膛、9-锅炉对流烟道、10-空气预热器、11-除尘器、12-引风机、13-脱硫塔、14-煤粉塔、15-点火箱、16接线箱。
具体实施方式
参照图1，本发明的微排放煤粉燃烧系统，包括三次燃尽风机1、风粉混合器2、一次输粉风机3、煤粉燃烧器4、省煤器5、二次助燃风机6、四次烟气回流风机7、锅炉炉膛8、锅炉对流烟道9、空气预热器10、除尘器11、引风机12、煤粉塔14和脱硫塔13。所述的煤粉燃烧器4设置在所述锅炉炉膛8的底部；所述风粉混合器2的两个输出端分别连接到所述的一次输粉风机3和风粉混合器2，所述风粉混合器2的输出端连接到所述煤粉燃烧器4的一次风风道；所述的二次助燃风机6的输入端接空气预热器的冷侧通道，输出端连接到所述煤粉燃烧器4的二次风风道；所述的四次烟气回流风机7的输出端连接到所述引风机12的输出端，输出端连接到所述煤粉燃烧器4的二次风风道。
所述的炉膛配风包括从风粉混合器2出来的一次风、从二次助燃风机6出来的二次风、从三次燃尽风机1出来的三次风及从四次烟气回流风机7出来的四次风组成，配风比例为：一次风风量为3％～10％，二次风风量为60％～80％，三次风风量为10％～25％，四次风风量为10％～25％。各次风均由独立的风机供风。风机采用变频控制。
所述的锅炉对流烟道9纵向设置在锅炉炉膛8的后部；所述的锅炉本体采用立式角管式结构。所述的锅炉炉膛8的截面为方形或矩形，炉膛呈瘦高型，炉膛宽度为所述煤粉燃烧器4出焰口直径的4～6倍。炉膛高度在10米以上。
所述的三次风为未经处理的冷风。
所述的一次输粉风机3的输入端分别与外界和四次烟气回流风机7的输出端联通，通过调节阀门控制空气和回流风的配比。
本发明的微排放煤粉燃烧系统，一次输粉风机3将煤粉塔14供料到风粉混合器2的煤粉输送到煤粉燃烧器4，与二次助燃风机6和四次烟气回流风机7输送到煤粉燃烧器4的助燃风混合进入锅炉炉膛8燃烧，调节风量比例，保证煤粉燃烧器4出口的燃烧处于缺氧环境，燃料不完全燃烧，释放出一部分热能。不完全燃烧的燃料和烟气在锅炉炉膛8的中上部与三次燃尽风机1输送进入炉膛的燃尽风混合，燃料充分燃烧，完全释放出热能。高温烟气在炉膛辐射换热后，由引风机12抽送依次进入锅炉对流烟道9、锅炉尾部对流段17、省煤器5、空气预热器10逐级换热降温后，经除尘器11除尘，推送进入脱硫塔13脱硫后洁净排放。
参图2、图3、图4、图5和图6，本发明的煤粉燃烧器的一种实施方式，包括二次风箱4008、电动调风门4007、同轴设置的一次风管4004、二次内风管4013和二次外风管4012，所述的一次风管4设置在轴心处，其内设有中心管4003，所述的中心管4003内设有轻车油枪4015和点火电极4002，所述轻车油枪4015连接一油泵4021，所述的点火电极4002连接点火变压器1，所述的二次风箱4008内设有内二次风室4006和外二次风室4009；所述的内二次风室4006一端与所述的一次风管4004和二次内风管4013之间的内二次风道4017联通，另一端设有第一回流风口4024和内二次风口4023；所述的外二次风室4009一端与所述的二次内风管4013和二次外风管4012之间的外二次风道4011联通，另一端设有第二回流风口4025和外二次风口4026；所述的内二次风道4017内设有内二次风旋流器4018；所述的外二次风道4011内设有外二次风旋流器4010；所述的电动调风门4007包括设置在相应风口上的第一回流风调风门4028、第二回流风调风门4029、内二次风调风门4027和外二次风调风门4030。
所述的内二次风旋流器4018内有一组环形设置的倾斜角度可调的叶片，所述的内二次风管4013上设有与所述的内二次风旋流器4018相对配置的第一斜面4019，所述的内二次风旋流器4018通过第一拉杆4020进行旋流调节。
所述的外二次风旋流器4010内有一组环形设置的倾斜角度可调的叶片，所述的外二次风管4012上设有与所述的外二次风旋流器4010相对配置的第二斜面4016，所述的外二次风旋流器4010通过第二拉杆4005进行旋流调节。
所述的一次风管4004的出口设有环形稳燃器4014。所述的环形稳燃器4014带有扩角。
参照图7，所述的一次风管4004的进风口外的管体设计成旋风筒4022结构。
本发明煤粉燃烧器的工作过程如下：
首先开启锅炉引风机和鼓风机进行预吹扫，调节风机至要求的炉膛负压。启动油泵4021和点火变压器4001，使燃油经油枪4015的油嘴喷出，并由点火电极4002点燃。在启动油泵4021和点火变压器4001时，油枪4015和点火电极4002自动从中心管中伸出。燃油被点燃4010秒钟后，启动煤粉输送装置(图中未示出)，煤粉在一次风的运送下由旋风筒4022经一次风管4004在稳燃器4014出喷出，并被燃油火焰点燃。
同时从风箱4008的内二次风口4023和第一回流风口4024的二次风和回流风进入内二次风室4006中混合形成内二次风，进入内二次风道4017，通过内二次风旋流器4018产生旋转；从风箱4008的外二次风口4026和第二回流风口4025的二次风和回流风进入外二次风室4009中混合形成外二次风，进入外二次风道4011，通过外二次风旋流器4010产生旋转。
在煤粉被点燃与燃油共燃10至30秒钟后，关闭点火油枪，完全由煤粉进行燃烧。油枪和点火电极自动退回到中心管内，防止被烧坏。内外二次风通过第一回流风调风门4028、第二回流风调风门4029、内二次风调风门4027和外二次风调风门4030单独对相应的风口进行调节，使二次风和回流风进行合理配比，并分层欠氧燃烧，从而使得煤粉实现煤粉燃料的完全燃烧。
燃烧火焰温度是影响NOx生成的主要因素，温度越高，NOx生成越多。本发明通过对煤粉燃烧器4、燃烧室和锅炉炉膛8的综合设计，形成了独特的燃烧温度控制技术，使煤粉控制在1100℃以下温度燃烧，减少热力型NOx的生成；同时本发明采用特殊的低氮燃烧配风技术，配合特别的低氮煤粉燃烧器，能大大降低燃烧过程中的NOx生成量，可实现锅炉出口NOx排放小于150mg/Nm3。
应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.微排放煤粉燃烧系统，包括三次燃尽风机(1)、风粉混合器(2)、一次输粉风机(3)、煤粉燃烧器(4)、省煤器(5)、二次助燃风机(6)、四次烟气回流风机(7)、锅炉炉膛(8)、锅炉对流烟道(9)、空气预热器(10)、除尘器(11)、引风机(12)和煤粉塔(14)，其特征在于所述的煤粉燃烧器(4)设置在所述锅炉炉膛(8)的底部；所述风粉混合器(2)的两个输入端分别连接到所述的一次输粉风机(3)和煤粉塔(14)的下供料口，所述风粉混合器(2)的输出端连接到所述煤粉燃烧器(4)的一次风风道；所述的二次助燃风机(6)的输入端接外界环境，输出端连接到所述空气预热器(10)的冷风入口，所述空气预热器(10)的热风出口连接到煤粉燃烧器(4)的二次风风道；所述的四次烟气回流风机(7)的输入端连接到所述引风机(12)的输出端，输出端连接到所述煤粉燃烧器(4)的二次风风道；所述的煤粉燃烧器(4)包括二次风箱(4008)、电动调风门(4007)、同轴设置的一次风管(4004)、二次内风管(4013)和二次外风管(4012)，所述的一次风管(4004)设置在轴心处，其内设有中心管(4003)，所述的中心管(4003)内设有轻车油枪(4015)和点火电极(4002)，所述轻车油枪(4015)连接一油泵(4021)，所述的点火电极(4002)连接点火变压器(4001)，所述的二次风箱(4008)内设有内二次风室(4006)和外二次风室(4009)；所述的内二次风室(4006)一端与所述的一次风管(4004)和二次内风管(4013)之间的内二次风道(4017)联通，另一端设有第一回流风口(4024)和内二次风口(4023)；所述的外二次风室(4009)一端与所述的二次内风管(4013)和二次外风管(4012)之间的外二次风道(4011)联通，另一端设有第二回流风口(4025)和外二次风口(4026)；所述的内二次风道(4017)内设有内二次风旋流器(4018)；所述的外二次风道(4011)内设有外二次风旋流器(4010)；所述的电动调风门(4007)包括设置在相应风口上的第一回流风调风门(4028)、第二回流风调风门(4029)、内二次风调风门(4027)和外二次风调风门(4030)。
2.如权利要求1所述的微排放煤粉燃烧系统，其特征在于所述的炉膛配风包括从风粉混合器(2)出来的一次风、从二次助燃风机(6)出来的二次风、从三次燃尽风机(1)出来的三次风及从四次烟气回流风机(7)出来的四次风组成，配风比例为：一次风风量为3％～10％，二次风风量为60％～80％，三次风风量为10％～25％，四次风风量为10％～25％。
3.如权利要求1所述的微排放煤粉燃烧系统，其特征在于所述的锅炉炉膛(8)的截面为矩形，炉膛呈瘦高型，炉膛宽度为所述煤粉燃烧器(4)出焰口直径的4～6倍。
4.如权利要求1所述的微排放煤粉燃烧系统，其特征在于从所述的三次燃尽风机(1)出来的三次风为风压4KPa-7KPa的未经处理的冷风。
5.如权利要求1所述的微排放煤粉燃烧系统，其特征在于所述的一次输粉风机(3)的输入端分别与外界和四次烟气回流风机(7)的输出端联通。
6.如权利要求1所述的微排放煤粉燃烧系统，其特征在于还设有脱硫塔(13)。
7.如权利要求6所述的微排放煤粉燃烧系统，其特征在于所述的内二次风旋流器(4018)内有一组环形设置的倾斜角度可调的叶片，所述的内二次风管(4013)上设有与所述的内二次风旋流器(4018)相对配置的第一斜面(4019)，所述的内二次风旋流器(4018)通过第一拉杆(4020)进行旋流调节。
8.如权利要求6所述的微排放煤粉燃烧系统，其特征在于所述的外二次风旋流器(4010)内有一组环形设置的倾斜角度可调的叶片，所述的外二次风管(4012)上设有与所述的外二次风旋流器(4010)相对配置的第二斜面(4016)，所述的外二次风旋流器(4010)通过第二拉杆(4005)进行旋流调节。
9.如权利要求6所述的微排放煤粉燃烧系统，其特征在于所述的一次风管(4004)的进风口外的管体设计成旋风筒(4022)结构。
10.如权利要求6所述的微排放煤粉燃烧系统，其特征在于所述的一次风管(4004)的出口设有环形稳燃器(4014)。
11.如权利要求10所述的微排放煤粉燃烧系统，其特征在于所述的环形稳燃器(4014)带有扩角。
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