CN105782958B - 燃烧设备和燃烧方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃烧设备和燃烧方法。燃烧设备包括循环流化床锅炉、分离器和干馏炉，循环流化床锅炉包括炉膛本体，炉膛本体具有第一固体燃料进口、第二固体燃料进口、气体燃料进口和烟气出口，气体燃料进口设置于第一固体燃料进口和第二固体燃料进口的上方并位于炉膛本体的稀相区，分离器具有烟气进口、热灰出口和烟气出口，干馏炉具有燃料进口、热灰进口、气体出口和固体出口，分离器的烟气进口与炉膛本体的烟气出口连接，干馏炉的热灰进口与分离器的热灰出口连接，干馏炉的固体出口与炉膛本体的第二固体燃料进口连接，干馏炉的气体出口与气体燃料进口连接。本发明的燃烧设备和燃烧方法可以有效减少N2O的排放。
Description
技术领域
本发明涉及燃料燃烧技术领域，特别涉及一种燃烧设备和燃烧方法。
背景技术
与煤粉锅炉相比，循环流化床锅炉具有煤种适应性强、负荷调节范围大、燃烧稳定、低成本实现SO2和NOx低浓度排放等优点，是商业化程度较好的洁净煤燃烧设备。因此，循环流化床锅炉近年来在我国得到了迅速发展。
但是循环流化床锅炉燃烧也存在一定的问题。研究表明，循环流化床锅炉在850-950℃的温度范围内燃烧时N2O排放较大是一个更为严重的污染问题。N2O俗称笑气，对环境的破坏作用主要包括两个方面：一方面N2O对红外辐射有很强的吸收作用，造成温室效应；另一方面，N2O能够破坏大气臭氧层。而循环流化床锅炉的N2O排放浓度远高于煤粉锅炉。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃烧设备和燃烧方法，旨在缓解循环流化床排放N2O较多的问题。
本发明第一方面提供一种燃烧设备，包括循环流化床锅炉、分离器和干馏炉，所述循环流化床锅炉包括炉膛本体，所述炉膛本体具有第一固体燃料进口、第二固体燃料进口、气体燃料进口和烟气出口，所述气体燃料进口设置于所述第一固体燃料进口和所述第二固体燃料进口的上方并位于所述炉膛本体的稀相区，所述分离器具有烟气进口、热灰出口和烟气出口，所述干馏炉具有燃料进口、热灰进口、气体出口和固体出口，所述分离器的烟气进口与所述炉膛本体的烟气出口连接，所述干馏炉的热灰进口与所述分离器的热灰出口连接，所述干馏炉的固体出口与所述炉膛本体的第二固体燃料进口连接，所述干馏炉的气体出口与所述气体燃料进口连接。
优选地，所述燃烧设备还包括第一燃料供给装置，所述第一燃料供给装置的出口与所述第一固体燃料进口连接。
优选地，所述第一燃料供给装置为第一给煤机，所述燃烧设备还包括第一粉仓，所述第一粉仓的出口与所述第一给煤机的进口连接。
优选地，所述燃烧设备还包括第二燃料供给装置，所述第二燃料供给装置的出口与所述干馏炉的燃料进口连接。
优选地，所述第二燃料供给装置为第二给煤机，所述燃烧设备还包括第二粉仓，所述第二粉仓的出口与所述第二给煤机的进口连接。
优选地，所述燃烧设备还包括返料阀，所述返料阀连接于所述干馏炉的固体出口与所述第二固体燃料进口之间，用于将所述干馏炉产生的固体产物输送至所述第二固体燃料进口。
优选地，所述燃烧设备还包括风机，所述风机连接于所述干馏炉的气体出口与所述气体燃料进口之间，用于将所述干馏炉的气体产物加压后输送至所述气体燃料进口。
本发明第二方面提供一种应用本发明第一方面中任一项燃烧设备燃烧煤粉的燃烧方法，包括：通过所述第一固体燃料进口将第一煤粉输入所述炉膛本体内燃烧；将所述循环流化床锅炉内部产生的锅炉烟气通入所述分离器，所述锅炉烟气在所述分离器内分离为热灰和分离后烟气；通过所述干馏炉的燃料进口将第二煤粉输入所述干馏炉，将所述分离器分离出的热灰通过所述热灰进口输入所述干馏炉，所述第二煤粉在所述热灰的作用下热解；通过所述第二固体燃料进口将所述干馏炉的固体产物输入所述炉膛本体内燃烧，通过所述气体燃料进口将所述干馏炉的气体产物输入所述炉膛本体内燃烧。
优选地，所述分离器的工作温度为850-950℃。
优选地，所述干馏炉的工作温度为500～600℃。
优选地，所述燃烧设备还包括风机，所述燃烧方法包括通过所述风机将所述干馏炉的气体产物加压后输送至所述气体燃料进口。
优选地，所述风机的工作温度为500～600℃。
优选地，所述燃烧设备还包括返料阀，所述燃烧方法包括通过所述返料阀将所述干馏炉产生的固体产物输送至所述第二燃料进口。
基于本发明提供的燃烧设备和燃烧方法，从炉膛本体的第一燃料进口进入炉膛本体的燃料和来自干馏炉并从炉膛本体的第二燃料进口进入炉膛本体的固体产物燃烧后产生含有N2O和NO的烟气，这些烟气进入炉膛本体的稀相区，来自干馏炉的气体出口的气体产物从炉膛本体的第三燃料进口进入炉膛本体的稀相区，该气体产物与前述烟气中的N2O和NO产生还原反应，使大部分N2O和NO还原成对环境无害的N2，从而可以减少最终生成的锅炉烟气中N2O和NO的排放量。
另外，本发明可以从第一固体燃料进口通入部分燃料，从而可以合理分配从气体燃料进口进入炉膛本体的稀相区的气体燃料占总燃料量的比例，从而可以保证通入稀相区的与N2O和NO发生反应的有效挥发分的合适的量，更好地实现N2O和NO的减排作用。本发明还能适应更多的燃料种类，例如可以适用多种不同的煤种。本发明还充分利用了分离器分离出的热灰为干馏炉提供所需热量，并且不影响分离器的原分离和循环过程。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
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为本发明实施例的燃烧设备的原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图1为本发明实施例的燃烧设备的原理图。如图1所示，该实施例的燃烧设备主要包括循环流化床锅炉、分离器5和干馏炉6。循环流化床锅炉包括炉膛本体2，炉膛本体2具有第一固体燃料进口、第二固体燃料进口、气体燃料进口和烟气出口，气体燃料进口设置于第一固体燃料进口和第二固体燃料进口的上方并位于炉膛本体2的稀相区。分离器5具有烟气进口、热灰出口和烟气出口。干馏炉6具有燃料进口、热灰进口、气体出口和固体出口。分离器5的烟气进口与炉膛本体2的烟气出口连接。干馏炉6的热灰进口与分离器5的热灰出口连接。干馏炉6的固体出口与炉膛本体2的第二固体燃料进口连接。干馏炉6的气体出口与气体燃料进口连接。
从炉膛本体2的第一固体燃料进口进入炉膛本体2的燃料和来自干馏炉6并从炉膛本体2的第二固体燃料进口进入炉膛本体2的固体产物燃烧后产生含有N2O和NO的烟气，这些烟气进入炉膛本体2的稀相区，来自干馏炉6的气体出口的气体产物从炉膛本体2的气体燃料进口进入炉膛本体2的稀相区，该气体产物与前述烟气中的N2O和NO产生还原反应，使大部分N2O和NO还原成对环境无害的N2，从而可以减少最终生成的锅炉烟气中N2O和NO的排放量。另外，本发明从第一固体燃料进口通入部分燃料，可以合理分配从气体燃料进口进入炉膛本体2的稀相区的气体燃料占总燃料量的比例，从而可以保证通入稀相区的与N2O和NO发生反应的有效挥发分的合适的量，更好地实现N2O和NO的减排作用。本发明还能适应更多的燃料种类，例如可以适用多种不同的煤种。本发明还充分利用了分离器5分离出的热灰为干馏炉提供所需热量，并且不影响分离器5的原分离和循环过程。
本实施例的燃烧设备还包括第一燃料供给装置，第一燃料供给装置的出口与第一固体燃料进口连接。
如图1所示，本实施例中，第一燃料供给装置为第一给煤机4。燃烧设备还包括第一粉仓3，第一粉仓3的出口与第一给煤机4的进口连接。
本实施例的燃烧设备还包括第二燃料供给装置，第二燃料供给装置的出口与干馏炉6的燃料进口连接。
如图1所示，本实施例中，第二燃料供给装置为第二给煤机8。燃烧设备还包括第二粉仓7，第二粉仓7的出口与第二给煤机8的进口连接。
如图1所示，燃烧设备还包括返料阀9，返料阀9连接于干馏炉6的固体出口与第二固体燃料进口之间，用于将干馏炉6产生的固体产物输送至第二固体燃料进口。返料阀9下部可通入流化风以促进返料阀9内部物料的流动。返料阀9的设置利于干馏炉6产生的固体产物顺利进入炉膛本体2。
如图1所示，燃烧设备还包括风机10，风机10连接于干馏炉6的气体出口与气体燃料进口之间，用于将干馏炉6的气体产物加压后输送至气体燃料进口。风机10的设置利于干馏炉6产生的气体产物顺利进入炉膛本体2。
循环流化床锅炉还包括布风板和风室1，风室1位于炉膛本体2的下方，布风板位于风室1和炉膛本体2之间。循环流化床锅炉燃烧所需的含氧气体如空气从风室1进入循环流化床锅炉，经布风板后均匀地送入炉膛本体2内。布风板的作用是使空气均匀流入炉膛本体2并产生均匀的流化状态。循环流化床锅炉的炉渣从炉膛本体2和风室1之间的布风板处排出。
本实施例中分离器5优选地为旋风分离器。旋风分离器工作温度约为850-950℃。
本实施例中，干馏炉优选地为流化床干馏炉、移动床干馏炉或下行床干馏炉等迅速实现固固混合的干馏炉。干馏炉6下可以通入流化风以促进干馏炉6内物料的混合。干馏炉6产生的挥发分的温度约为500-600℃。
风机10为工作温度约为500-600℃的高温风机。
第一给煤机4和第二给煤机8可以为皮带式给煤机、刮板式给煤机或其他形式的煤粉输送装置。
经第一给煤机4直接送入炉膛本体2内的煤粉与经第二给煤机8送入干馏炉6的煤粉的比例主要由煤质决定，一般而言，挥发分越低的煤，需要更多的煤进入干馏炉6内以生产足够多的气体产物用以还原NO或N2O。
本发明实施例还提供一种应用前述燃烧设备燃烧煤粉的燃烧方法。该燃烧方法包括：通过第一固体燃料进口将第一煤粉输入炉膛本体2内燃烧；将循环流化床锅炉内部产生的锅炉烟气通入分离器5，锅炉烟气在分离器5内分离为热灰和分离后烟气；通过干馏炉6的燃料进口将第二煤粉输入干馏炉6，将分离器5分离出的热灰通过热灰进口输入干馏炉6，第二煤粉在热灰的作用下热解；通过第二固体燃料进口将干馏炉6的固体产物输入炉膛本体2内燃烧，通过气体燃料进口将干馏炉6的气体产物输入炉膛本体2内燃烧。
优选地，本实施例的燃烧方法通过风机10将干馏炉6的气体产物加压后输送至炉膛本体2的气体燃料进口。
另外优选地，本实施例的燃烧方法通过返料阀9将干馏炉6产生的固体产物输送至炉膛本体2的第二燃料进口。
与前述燃烧设备对应的，分离器5的工作温度约为850-950℃。干馏炉6的工作温度约为500～600℃。风机10的工作温度约为500～600℃。
本发明实施例的燃烧方法与燃烧设备具有相同的优点。以下以煤粉燃烧为例说明本发明的燃烧设备和燃烧方法的工作原理：
从循环流化床锅炉的炉膛本体2的第一固体燃料进口、第二固体燃料进口和气体燃料进口进入炉膛本体2内的燃料全部燃烧后生成的锅炉烟气在分离器5内进行气固分离，分离后烟气从分离器5的气体出口输出并进入烟气处理系统脱除污染物后经烟囱排入大气，分离后的热灰从分离器5的热灰出口离开分离器5并从干馏炉6的热灰进口进入干馏炉6。
储存在第二粉仓7内的煤粉经第二给煤机8以一定的速率经干馏炉6的燃料进口进入干馏炉6内(进入干馏炉6内的煤粉为第二煤粉)与从干馏炉6的热灰进口进入干馏炉6的热灰进行混合后迅速升温，发生热解，生成气体产物和固体产物。气体产物为煤粉中的挥发分，挥发分包括轻质气体和焦油。轻质气体主要有H2、CO、CH4等小分子可燃气体，也含有CO2、H2O等不可燃气体，焦油组分复杂，主要包含大分子脂肪烃、芳香烃、多环芳烃、酚、醛等组分。固体产物则包括半焦与灰分。
储存在第一粉仓3内的煤粉经第一给煤机4以一定的速率送入布风板上方的第一固体燃料进口直接进入炉膛本体2内(通过第一固体燃料直接进入炉膛本体2内的煤粉为第一煤粉)燃烧、干馏炉6制取的固体产物通过返料阀9经第二固体燃料进口进入炉膛本体2内燃烧，从第一固体燃料进口进入的煤粉和从第二固体燃料进口进入的半焦燃烧生成的烟气进入炉膛本体2的位于第一固体燃料进口和第二固体燃料进口上方(下游)的稀相区，此时生成的烟气中主要成分为N2与CO2，并含有一定量的N2O与NO。
干馏炉6的气体产物经高温风机10和气体燃料进口送入炉膛本体2的稀相区，气体产物中的有效成分H2、CO、CH4、小分子烃类、焦油等与经第一固体燃料进口和第二固体燃料进口进入炉膛本体2的煤粉、半焦燃烧产生的烟气中的N2O、NO发生化学反应，使大部分N2O、NO还原成对环境无害的N2。
本发明实施例以高温飞灰为热载体将部分煤粉热解，实现煤粉的分区燃烧，其中反应活性较低、不易燃尽的半焦作为主燃料燃烧，而活性较高容易燃尽的挥发分作为再燃燃料起到还原氮氧化物的作用。本发明在保证燃烧效率的同时，能够大幅降低锅炉N2O与NO的排放量，经过试验，N2O与NO排放量可以降低约50％左右。
本发明用于现有循环流化床锅炉时，仅需增添干馏炉和高温风机，其余设备均为循环流化床锅炉的原有设备，燃烧设备工艺简单，相对于现有技术设备价格无明显升高，如果是对原有循环流化床燃烧设备进行改造，改造量很小。
作为再燃燃料的气体产物来源于煤，用于产生再燃燃料的热量来源于热灰，不需要增加额外的燃料供应系统，也不会对锅炉飞灰和炉渣品质造成影响。
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 (13)
1.一种燃烧设备，其特征在于，包括循环流化床锅炉、分离器(5)和干馏炉(6)，所述循环流化床锅炉包括炉膛本体(2)，所述炉膛本体(2)具有第一固体燃料进口、第二固体燃料进口、气体燃料进口和烟气出口，所述气体燃料进口设置于所述第一固体燃料进口和所述第二固体燃料进口的上方并位于所述炉膛本体(2)的稀相区，所述分离器(5)具有烟气进口、热灰出口和烟气出口，所述干馏炉(6)具有燃料进口、热灰进口、气体出口和固体出口，所述分离器(5)的烟气进口与所述炉膛本体(2)的烟气出口连接，所述干馏炉(6)的热灰进口与所述分离器(5)的热灰出口连接，所述干馏炉(6)的固体出口与所述炉膛本体(2)的第二固体燃料进口连接，所述干馏炉(6)的气体出口与所述气体燃料进口连接，通过所述干馏炉(6)的燃料进口输入所述干馏炉(6)的第二煤粉在通过所述热灰进口从所述分离器(5)输入所述干馏炉(6)的热灰的作用下热解。
2.根据权利要求1所述的燃烧设备，其特征在于，所述燃烧设备还包括第一燃料供给装置，所述第一燃料供给装置的出口与所述第一固体燃料进口连接。
3.根据权利要求2所述的燃烧设备，其特征在于，所述第一燃料供给装置为第一给煤机(4)，所述燃烧设备还包括第一粉仓(3)，所述第一粉仓(3)的出口与所述第一给煤机(4)的进口连接。
4.根据权利要求1所述的燃烧设备，其特征在于，所述燃烧设备还包括第二燃料供给装置，所述第二燃料供给装置的出口与所述干馏炉(6)的燃料进口连接。
5.根据权利要求4所述的燃烧设备，其特征在于，所述第二燃料供给装置为第二给煤机(8)，所述燃烧设备还包括第二粉仓(7)，所述第二粉仓(7)的出口与所述第二给煤机(8)的进口连接。
6.根据权利要求1所述的燃烧设备，其特征在于，所述燃烧设备还包括返料阀(9)，所述返料阀(9)连接于所述干馏炉(6)的固体出口与所述第二固体燃料进口之间，用于将所述干馏炉(6)产生的固体产物输送至所述第二固体燃料进口。
7.根据权利要求1所述的燃烧设备，其特征在于，所述燃烧设备还包括风机(10)，所述风机(10)连接于所述干馏炉(6)的气体出口与所述气体燃料进口之间，用于将所述干馏炉(6)的气体产物加压后输送至所述气体燃料进口。
8.一种应用权利要求1至7中任一项燃烧设备燃烧煤粉的燃烧方法，其特征在于，包括：
通过所述第一固体燃料进口将第一煤粉输入所述炉膛本体(2)内燃烧；
将所述循环流化床锅炉内部产生的锅炉烟气通入所述分离器(5)，所述锅炉烟气在所述分离器(5)内分离为热灰和分离后烟气；
通过所述干馏炉(6)的燃料进口将第二煤粉输入所述干馏炉(6)，将所述分离器(5)分离出的热灰通过所述热灰进口输入所述干馏炉(6)，所述第二煤粉在所述热灰的作用下热解；
通过所述第二固体燃料进口将所述干馏炉(6)的固体产物输入所述炉膛本体(2)内燃烧，通过所述气体燃料进口将所述干馏炉(6)的气体产物输入所述炉膛本体(2)内燃烧。
9.根据权利要求8所述的燃烧方法，其特征在于，所述分离器(5)的工作温度为850-950℃。
10.根据权利要求8所述的燃烧方法，其特征在于，所述干馏炉(6)的工作温度为500～600℃。
11.根据权利要求8所述的燃烧方法，其特征在于，所述燃烧设备还包括风机(10)，所述燃烧方法包括通过所述风机(10)将所述干馏炉(6)的气体产物加压后输送至所述气体燃料进口。
12.根据权利要求11所述的燃烧方法，其特征在于，所述风机(10)的工作温度为500～600℃。
13.根据权利要求8所述的燃烧方法，其特征在于，所述燃烧设备还包括返料阀(9)，所述燃烧方法包括通过所述返料阀(9)将所述干馏炉(6)产生的固体产物输送至所述第二燃料进口。
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