CN106051749B - 一种基于循环流化床锅炉的低氮燃烧工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于循环流化床锅炉的低氮燃烧工艺，所述循环流化床锅炉包括依次相连的锅炉、旋风分离器、除尘器、引风机、一次风供风系统、二次风供风系统，在引风机后引出一根烟气再循环管，烟气再循环管上并联一次风供风系统、二次风供风系统，旋风分离器出口设燃尽室，基于所述循环流化床锅炉的低氮燃烧工艺，包括以下步骤：煤粉在一次风作用下进入锅炉，一次风中烟气再循环风量占一次风总风量的8‑10%，一次风占总风量的40‑45%；通过二次风供风系统往锅炉内通入二次风，二次风中烟气再循环风量占二次风总风量的12‑14%；较细的飞灰进入燃尽室；往燃尽室内通入燃尽风，本发明在分离器出口设置燃尽室，把部分烟气混入到一次风和二次风中，降低了NOx的生成。

Description

一种基于循环流化床锅炉的低氮燃烧工艺

技术领域

本发明属于锅炉燃烧技术领域，特别涉及一种基于循环流化床锅炉的低氮燃烧工艺。

背景技术

锅炉燃烧过程中产生的氮氧化物中NO占有90%以上，二氧化氮占5%-10%，产生机理一般分为如下三种：（1）热力型：燃烧时，空气中氮在高温下氧化产生，随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律，当T<1500℃时，NO的生成量很少，而当T>1500℃时，T每增加100℃，反应速率增大6-7倍；（2）瞬时反应型：燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中氮气反应生成HCN和N，再进一步与氧气作用以极快的速度生成，其形成时间只需要60ms，所生成的与炉膛压力0.5次方成正比，与温度的关系不大。上述两种氮氧化物都不占NO_x的主要部分，不是主要来源。（3）燃料型NO_x：由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成，由于燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在600－800℃时就会生成燃料型，它在煤粉燃烧NO_x产物中占60－80％，由于煤的燃烧过程由挥发份燃烧和焦炭燃烧两个阶段组成，故燃料型的形成也由气相氮的氧化（挥发份）和焦炭中剩余氮的氧化（焦炭）两部分组成。

为了降低氮氧化物排放，多数采用SNCR脱硝设备，向炉内喷氨水或是尿素溶液达到脱硝的目的，但是 SNCR一年的运行成本比较高，还会带来锅炉尾部受热面的腐蚀问题，这就会带来额外的维修费用。

有研究表明，燃料型NOx的生成速率与燃烧区的氧浓度的平方成正比。因此控制燃料型NOx的转化率和生成量的主要技术措施是降低过量空气系数，在NO_x的生产区采用富燃料燃烧方式，是十分有效且比较方便的减排NO_x的技术措施。一般认为，燃料型NO主要生成在挥发分的析出和燃烧阶段，约在750℃时开始析出，该温度比火焰的温度要低，燃料氮在达到热解温度时均会分解，并最终生成NO_x，在焦炭发生燃烧时的高温下，燃料型NO_x的转化率达到最大值。温度升高时，在焦炭表面上NO的还原反应使部分已经生成的NO还原成N₂，因而，在一定的温度范围内，NO的生成速率和还原速率接近平衡，使NO得生成量变化不大。当温度进一步升高时，NO的还原反应速率大于NO的生成速率，使NO_x得生成量有所降低，但是，温度升高时热力型NO_x的生成量也急剧增加。循环流化床锅炉具有氮氧化物排放低的显著特点，其主要原因一是燃烧温度低，只有850-1000℃，因此热力型NO_x极少；二是由于在炉膛内的固态床料沿炉膛高度对NO_x的破坏作用；三是循环流化床锅炉一般设计成分级送风方式，使密相区处于还原性气氛，但是传统二次风入口风管分级布置形式虽然可以满足锅炉对二次风量的要求，但二次风对炉膛内烟气的扰动作用较差，不利于燃料在炉膛内的充分燃烧，循环流化床锅炉仍然有改造的空间。

为了降低氮氧化物的生成，往往采用减少燃烧的过量空气系数、降低锅炉燃烧的峰值温度，但这样会影响锅炉内燃料的充分燃烧，锅炉内氧浓度过低(3%以下)，会增加化学不完全燃烧热损失，引起飞灰含碳量增加，使锅炉燃烧效率下降。因此，需要对锅炉进行改造、设计出合理的循环流化床锅炉燃烧工艺。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种合理布置一次风、二次风分级燃烧、增设燃尽风、能实现低氮氧化物排放、低颗粒物排放、燃料燃烧效率高、飞灰含碳量低的基于循环流化床锅炉的低氮燃烧工艺。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于循环流化床锅炉的低氮燃烧工艺，所述循环流化床锅炉包括依次相连的锅炉、旋风分离器、除尘器、引风机，所述锅炉内壁四面墙上设有开设让管的水冷壁，锅炉上部为稀相氧化区、下部为密相还原区，锅炉最底部设用于一次风布风的水冷布风板，锅炉出口与旋风分离器进口连接，旋风分离器通过设在底部的返料装置与锅炉密相还原区连接，还包括一次风供风系统、二次风供风系统，在引风机后引出一根烟气再循环管，所述烟气再循环管上设一用于调节循环烟气流量的电动调节阀，所述烟气再循环管上并联一次风供风系统、二次风供风系统，所述让管包括单孔让管和双孔让管，所述旋风分离器出口设燃尽室，基于所述循环流化床锅炉的低氮燃烧工艺，包括以下步骤：

（1）筛选煤粉粒度控制在8mm以下，煤粉在一次风作用下，进入锅炉，通过调整一次风中烟气再循环风量，控制一次风风量和含氧量，再循环烟气含氧量为5-8%，一次风中烟气再循环风量占一次风总风量的8-10%，一次风占总风量的40-45%；

（2）通过循环流化床锅炉的二次风供风系统往锅炉内通入二次风，二次风中烟气再循环风量占二次风总风量的12-14%；

（3）含尘烟气进入旋风分离器，大颗粒物通过旋风分离器底部的立管、返料装置进入锅炉，继续燃烧，较细的飞灰随烟气进入旋风分离器出口的燃尽室；

（4）往燃尽室内通入燃尽风，所述燃尽风为空气，燃尽风占总风量的5-20%。

进一步的，所述一次风供风系统包括一次风机和一次风管，烟气再循环管通过设有烟气再循环一次风机的烟气再循环一次风支管接一次风机入口，二次风供风系统包括二次风机、二次风管、置于锅炉前墙、后墙外侧的多根二次风立管和设置于水冷壁上与二次风立管连接的分层布置于锅炉稀相氧化区的二次风喷口，二次风喷口包括双喷口和单喷口，烟气再循环管通过设有烟气再循环二次风机的烟气再循环二次风支管接二次风管。

进一步的，所述烟气再循环一次风机和烟气再循环二次风机出口分别设电动蝶阀和用于远程检测风压的风压变送器。

进一步的，所述锅炉前墙两侧各设一根连接前墙单喷口的立管，中间设两根连接前墙双喷口的立管，中间两根立管的管径是两侧两根立管管径的2-3倍，所述前墙单喷口与前墙双喷口的两个喷口中间位置位于同一水平线上。

进一步的，所述锅炉后墙设五根二次风立管，两侧两根二次风立管与中间一根二次风立管连接双喷口，其余两根二次风立管连接单喷口，中间双喷口的两个喷口的间距大于两侧双喷口，连接双喷口的立管的管径是连接单喷口的立管管径的2-3倍，所述单喷口与双喷口的上喷口位于同一水平线上，所述两侧双喷口的下喷口和中间双喷口两个喷口的中间位置位于同一水平线上。

进一步的，所述二次风管与二次风立管之间设置二次风联箱，保证从各个二次风喷口喷入锅炉内的二次风受热均匀，减少热偏差。

进一步的，所述前墙单喷口通过锅炉前墙水冷壁上的单孔让管将二次风喷入锅炉，所述前墙双喷口通过锅炉前墙水冷壁上的双孔让管将二次风喷入锅炉。

进一步的，所述后墙上的单喷口通过锅炉后墙水冷壁上的单孔让管将二次风喷入锅炉，双喷口通过锅炉后墙水冷壁上的双孔让管将二次风喷入锅炉。

进一步的，所述二次风喷口距离水冷壁底部不小于1.5m。

进一步的，所述二次风立管长度为其管径的6-8倍。

进一步的，所述二次风管上设一变径。

与现有技术相比，本发明优点在于：

（1）本发明的锅炉出口与旋风分离器进口连接，在分离器出口设置燃尽室，并喷入燃尽风，大颗粒物通过旋风分离器底部的返料装置进入燃烧炉，继续燃烧，分离器出口较细的飞灰中的碳在燃尽室内再次燃烧，降低飞灰含碳量，可有效解决燃烧炉氧含量降低导致的NO_x排放降低和飞灰含碳量高的矛盾；在总风量一定时，增加了燃尽风量就减少了一次风和二次风量，造成燃烧炉内超低氧燃烧，增加还原区，NO_x在还原区的停留时间长，可以大幅度降低NO_x排放；

（2）采用烟气再循环，把部分烟气混入到一次风中，通过保证低负荷时密相区的流化风速，改善低负荷运行时密相区的流化特性，强化密相区的混合，并把较多的煤粉颗粒带到稀相区，降低密相区燃烧份额和温度，使整个炉膛内的温度更加均匀；在高负荷时，把部分烟气混入到一次风中，丰富密相区调温手段，降低密相区氧浓度，有利于减少NO_x的生成；

（3）把部分烟气混入到二次风中，有利于增加二次风喷口的风速，强化稀相区气固、气气混合，有利于避免形成局部高温区，从而降低NO_x生成；另外采用烟气再循环在一定程度上提高了炉膛及对流换热区的流速，有利于提高旋风分离器效率，提高循环倍率，延长飞灰在炉内的停留时间，有利于飞灰再燃；同时循环灰量增大，也有利于控制料层温度，烟气再循环降低了炉膛的整体温度，也有利于降低氮氧化物；

（4）传统循环流化床锅炉二次风管均匀布置于锅炉内，该种布置形式虽然可以满足锅炉对二次风量的要求，但二次风对炉膛内烟气的扰动作用较差，不利于燃料在炉膛内的充分燃烧，也不利于炉膛内燃料的分级燃烧和分层给风，本发明通过设置双喷口与单喷口、调整二次风喷口立管的管径，不仅实现了二次风高度方向的分级，同时实现水平方向分级，本发明的二次风布置方式增加了炉膛内烟气的扰动作用，使燃料充分燃烧，降低了NO_x的生成，从而增大还原时间，让更多煤炭初期燃烧产生的NO_x还原为N₂；

（5）二次风立管长度为其管径的6-8倍，保证二次风进入炉内能形成良好的射流喷射效果，保持基本射程而不被扩散；

（6）烟气再循环管上设一用于调节循环烟气流量的电动调节阀，烟气再循环一次风支管

和烟气再循环二次风支管上分别设电动蝶阀和用于远程检测风压的风压变送器，可以分别调节一次风循环烟气、二次风烟气循环烟气的风量，通过调整一、二次风的比例可在一定程度上控制燃烧状态和炉膛出口（分离器入口）烟气含氧量，从而NO_x排放量下降；

（7）本发明的低氮燃烧工艺可以将锅炉NO_x的排放量降低40-50%，运行成本低，不需要脱硝剂，不会造成锅炉尾部受热面的腐蚀。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为本发明的烟气再循环风道布置图；

图3为本发明的炉膛内二次风喷口的布置示意图；

图4为本发明的锅炉前墙水冷壁让管位置图；

图5为本发明的锅炉后墙水冷壁让管位置图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图所示，一种基于循环流化床锅炉的低氮燃烧工艺，所述循环流化床锅炉包括依次相连的锅炉1、旋风分离器22、除尘器19、引风机17和排烟囱16，锅炉1内壁四面墙上设有开设让管的水冷壁25，所述让管包括单孔让管和双孔让管，锅炉1上部为稀相氧化区、下部为密相还原区，锅炉1最底部设用于一次风布风的水冷布风板24，锅炉1出口与旋风分离器22进口连接，旋风分离器22通过设在底部的返料装置43与锅炉1密相还原区连接，旋风分离器22出口设一燃尽室41，所述燃尽室41内通入燃尽风，还包括一次风供风系统、二次风供风系统，在引风机17后引出一根烟气再循环管14，烟气再循环管14上设一用于调节循环烟气流量的电动调节阀15，烟气再循环管14上并联一次风供风系统、二次风供风系统。

基于所述循环流化床锅炉的低氮燃烧工艺，包括以下步骤：

（1）筛选煤粉粒度控制在8mm以下，煤粉在一次风作用下，进入锅炉1，通过调整一次风中烟气再循环风量，控制一次风风量和含氧量，再循环烟气含氧量为5-8%，一次风中烟气再循环风量占一次风总风量的8-10%，一次风占总风量的40-45%，使得煤粉在锅炉1密相还原区低氧燃烧，改善锅炉1密相还原区流化特性，强化密相还原区的混合，并把较多的煤粉颗粒带到稀相氧化区，降低了生成NO_x的反应率，抑制了NO_x在这一燃烧中的生成量；

（2）通过循环流化床锅炉的二次风供风系统往锅炉1内通入二次风，与密相还原区低氧燃烧条件下所产生的烟气混合，二次风中烟气再循环风量占二次风总风量的12-14%；

（3）含尘烟气进入旋风分离器22，大颗粒物通过旋风分离器22底部的立管42、返料装置43进入锅炉1，继续燃烧，较细的飞灰随烟气进入旋风分离器22出口的燃尽室41；

（4）往燃尽室41内通入燃尽风，所述燃尽风为空气，燃尽风占总风量的5-20%，飞灰中的碳在燃尽室41内再次燃烧，降低飞灰含碳量，可有效解决锅炉1内氧含量降低导致的NO_x排放降低和飞灰含碳量高的矛盾，然后烟气从尾部烟道21进入除尘器19除去颗粒物，干净烟气再引风机作17用下从排烟囱16排出。

所述一次风供风系统包括一次风机20和一次风管23，烟气再循环管14通过设有烟气再循环一次风机13的烟气再循环一次风支管18接一次风机20入口，烟气再循环一次风机13出口设有一次风电动蝶阀12和用于远程检测风压的一次风风压变送器11。

二次风供风系统包括二次风机10、二次风管5、置于锅炉前墙27、后墙30外侧的多根二次风立管3和设置于水冷壁25上与二次风立管3连接的分层布置于锅炉1稀相氧化区的二次风喷口2，二次风喷口2包括双喷口和单喷口，烟气再循环管14通过设有烟气再循环二次风机9的烟气再循环二次风支管6接二次风管5，烟气再循环二次风机9出口设有二次风电动蝶阀8和用于远程检测风压的二次风风压变送器7。

二次风管5与二次风立管3之间设置二次风联箱4，保证从各个二次风喷口2喷入锅炉1内的二次风受热均匀，减少热偏差，二次风管5上设一变径26，增加二次风入口风速，增加炉膛内烟气的扰动，使燃料充分燃烧。

锅炉前墙27两侧各设一根连接前墙单喷口28的立管，中间设两根连接前墙双喷口29的立管，中间两根立管的管径是两侧两根立管管径的2-3倍，以达到二次风水平方向的分级，前墙单喷口28与前墙双喷口29的两个喷口中间位置位于同一水平线上，以达到二次风高度方向的分级，所述前墙单喷口28通过锅炉前墙水冷壁34上的前墙单孔让管35将二次风喷入锅炉1，前墙双喷口29通过锅炉前墙水冷壁34上的前墙双孔让管36将二次风喷入锅炉1。

锅炉后墙30设五根二次风立管，两侧两根二次风立管连接后墙两侧双喷口33，中间一根二次风立管连接后墙中间双喷口31，其余两根二次风立管连接后墙单喷口32，后墙中间双喷口31的两个喷口的间距大于后墙两侧双喷口33的两个喷口，连接后墙两侧双喷口33和后墙中间双喷口31的立管的管径是连接后墙单喷口32的立管管径的2-3倍，以达到二次风水平方向的分级，所述后墙单喷口32、后墙两侧双喷口33的上喷口和后墙中间双喷口31的上喷口位于同一水平线上，后墙两侧双喷口33的下喷口和后墙中间双喷口31两个喷口的中间位置位于同一水平线上，以达到二次风高度方向的分级，所述后墙单喷口32通过锅炉后墙水冷壁37上的后墙单孔让管39将二次风喷入锅炉1，后墙两侧双喷口33通过锅炉后墙水冷壁37上的后墙两侧双孔让管40将二次风喷入锅炉，后墙中间双喷口31通过锅炉后墙水冷壁37上的后墙中间双孔让管38将二次风喷入锅炉。

前墙双喷口29距离前墙水冷壁34底部不小于1.5m，后墙中间双喷口31距离后墙水冷壁37底部不小于1.5m，增大下部密相还原区高度，从而增大还原时间，让更多煤炭初期燃烧产生的NO_x还原为N₂。

二次风立管3长度为其管径的6-8倍，以保证能形成良好的二次风进入炉内的射流喷射效果，保持基本射程而不被扩散。

综上所述，本发明把部分烟气混入到一次风中，保证密相区的流化风速，改善密相区的流化特性，强化密相区的混合，并把较多的煤粉颗粒带到稀相区，降低密相区燃烧份额和温度，使整个炉膛内的温度更加均匀；把部分烟气混入到二次风中，有利于增加二次风喷口的风速，强化稀相区气固、气气混合，有利于避免形成局部高温区，从而降低NO_x生成，一定程度上提高了炉膛及对流换热区的流速，有利于提高旋风分离器效率，提高循环倍率，延长飞灰在炉内的停留时间，有利于飞灰再燃；本发明的锅炉在分离器出口设置燃尽室，并喷入燃尽风，分离器出口较细的飞灰中的碳在燃尽室内再次燃烧，降低飞灰含碳量，可有效解决燃烧炉氧含量降低导致的NO_x排放降低和飞灰含碳量高的矛盾，在总风量一定时，增加了燃尽风量就减少了一次风和二次风量，造成燃烧炉内超低氧燃烧，增加还原区，NO_x在还原区的停留时间长，可以大幅度降低NO_x排放；本发明的二次风系统通过设置双喷口与单喷口、调整二次风喷口立管的管径，不仅实现了二次风高度方向的分级，同时实现水平方向分级，增加了炉膛内烟气的扰动作用，使燃料充分燃烧，降低了NO_x的生成；通过在烟气再循环一次风支管和烟气再循环二次风支管上分别设电动蝶阀和用于远程检测风压的风压变送器，可以分别调节一次风循环烟气、二次风烟气循环烟气的风量，通过调整一、二次风的比例可在一定程度上控制燃烧状态和炉膛出口（分离器入口）烟气含氧量，从而NO_x排放量下降。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于循环流化床锅炉的低氮燃烧工艺，所述循环流化床锅炉包括依次相连的锅炉、旋风分离器、除尘器、引风机，所述锅炉内壁四面墙上设有开设让管的水冷壁，锅炉上部为稀相氧化区、下部为密相还原区，锅炉最底部设用于一次风布风的水冷布风板，锅炉出口与旋风分离器进口连接，旋风分离器通过设在底部的返料装置与锅炉密相还原区连接，还包括一次风供风系统、二次风供风系统，在引风机后引出一根烟气再循环管，所述烟气再循环管上设一用于调节循环烟气流量的电动调节阀，其特征在于：所述烟气再循环管上并联一次风供风系统、二次风供风系统，所述让管包括单孔让管和双孔让管，所述旋风分离器出口设燃尽室，基于所述循环流化床锅炉的低氮燃烧工艺，包括以下步骤：

（1）筛选煤粉粒度控制在8mm以下，煤粉在一次风作用下，进入锅炉，通过调整一次风中烟气再循环风量，控制一次风风量和含氧量，再循环烟气含氧量为5-8%，一次风中烟气再循环风量占一次风总风量的8-10%，一次风占总风量的40-45%；

（2）通过循环流化床锅炉的二次风供风系统往锅炉内通入二次风，二次风中烟气再循环风量占二次风总风量的12-14%；

（3）含尘烟气进入旋风分离器，大颗粒物通过旋风分离器底部的立管、返料装置进入锅炉，继续燃烧，较细的飞灰随烟气进入旋风分离器出口的燃尽室；

（4）往燃尽室内通入燃尽风，所述燃尽风为空气，燃尽风占总风量的5-20%；

所述一次风供风系统包括一次风机和一次风管，烟气再循环管通过设有烟气再循环一次风机的烟气再循环一次风支管接一次风机入口，二次风供风系统包括二次风机、二次风管、置于锅炉前墙、后墙外侧的多根二次风立管和设置于水冷壁上与二次风立管连接的分层布置于锅炉稀相氧化区的二次风喷口，二次风喷口包括双喷口和单喷口，烟气再循环管通过设有烟气再循环二次风机的烟气再循环二次风支管接二次风管，所述锅炉前墙两侧各设一根连接前墙单喷口的立管，中间设两根连接前墙双喷口的立管，中间两根立管的管径是两侧两根立管管径的2-3倍，所述前墙单喷口与前墙双喷口的两个喷口中间位置位于同一水平线上，所述锅炉后墙设五根二次风立管，两侧两根二次风立管与中间一根二次风立管连接双喷口，其余两根二次风立管连接单喷口，中间双喷口的两个喷口的间距大于两侧双喷口，连接双喷口的立管的管径是连接单喷口的立管管径的2-3倍，所述单喷口与双喷口的上喷口位于同一水平线上，所述两侧双喷口的下喷口和中间双喷口两个喷口的中间位置位于同一水平线上，所述二次风管与二次风立管之间设置二次风联箱，保证从各个二次风喷口喷入锅炉内的二次风受热均匀，减少热偏差，所述二次风喷口距离水冷壁底部不小于1.5m。

2.根据权利要求1所述的基于循环流化床锅炉的低氮燃烧工艺，其特征在于：所述烟气再循环一次风机和烟气再循环二次风机出口分别设电动蝶阀和用于远程检测风压的风压变送器。

3.根据权利要求1所述的基于循环流化床锅炉的低氮燃烧工艺，其特征在于：所述前墙单喷口通过锅炉前墙水冷壁上的单孔让管将二次风喷入锅炉，所述前墙双喷口通过锅炉前墙水冷壁上的双孔让管将二次风喷入锅炉。

4.根据权利要求1所述的基于循环流化床锅炉的低氮燃烧工艺，其特征在于：所述后墙上的单喷口通过锅炉后墙水冷壁上的单孔让管将二次风喷入锅炉，双喷口通过锅炉后墙水冷壁上的双孔让管将二次风喷入锅炉。

5.根据权利要求1所述的基于循环流化床锅炉的低氮燃烧工艺，其特征在于：所述二次风立管长度为其管径的6-8倍，二次风管上设一变径。