CN106051751A - 协同控制污染物排放的循环流化床锅炉 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种协同控制污染物排放的循环流化床锅炉，一次风母管的出风口与风室相连，还包括SNCR供应管，SNCR供应管的喷入点P设于分离器入口烟道处；供风母管分为两路，一路为供二次风通过的二次风管，二次风管的出风口与炉膛底部相连，另一路为供燃烬风通过的燃烬风管，燃烬风管出风口位于分离器进口烟道或炉膛上部前墙、左右侧墙水冷壁0‑25%对应区域内。本发明通过反向分级配风，设置燃烬风管路，使得烟气在循环流化床锅炉分离器处再一次燃烧，使再燃区域温度提升从而造成N2O的分解；提高锅炉低负荷运行过程中分离器入口烟温，有利于保证SNCR的脱销效率，炉膛二次风口到烟气分离器入口的过量空气系数接近1，弱化NO向N2O的转化。

Description

协同控制污染物排放的循环流化床锅炉
技术领域
本发明涉及一种协同控制污染物排放的循环流化床锅炉，属于循环流化床锅炉领域。
背景技术
循环流化床锅炉具有极佳的燃料适应性和调峰能力，与常规煤粉炉相比，由于其燃烧温度较低，NOx排放量仅为煤粉炉1/4左右；并且还可实现炉内脱硫，因此循环流化床技术成为当今迅猛发展的清洁燃烧技术。
现有研究发现，N2O对环境有温室效应和臭氧层破坏两个方面的影响， N2O的温室效应比相同浓度的CO2强200-300倍；N2O在对流层中相对稳定，存活期达150年以上。而随着流化床技术的发展，燃煤流化床锅炉所排放的N2O浓度比煤粉炉高几十倍，有些甚至高出了NOx的排放量。因此，如何兼顾控制循环流化床锅炉NOx和N2O的排放显得尤为重要。
另外，循环流化床锅炉加SNCR脱销路线已成为行业发展的主流，通过SNCR脱销路线来降低NOx的排放，对NOx的排放起到巨大的效果。但是，由于锅炉低负荷运行时，分离器进口烟温一旦低于800℃， SNCR的脱销效率将较大幅度的降低。因此，当循环流化床锅炉在低负荷运行中时，如何使得NOx的排放达到超低排放也成为一个技术难题。
在循环流化床锅炉中，NO主要在燃烧的初始阶段生成，随着气流的上升，NO在炉膛中复杂的气固两相流中不断地与焦炭接触，发生反应被分解为N2O。所以，焦炭+NO生成N2O的反应在循环流化床锅炉是一个处于主要地位的反应机理。通过对不同炉膛高度方向烟气组分测试分布趋势也可以发现，NO在流化床锅炉底部位置浓度非常大，随着气流上升，NO被分解、浓度逐步降低，而N2O浓度则刚好相反，炉顶位置的N2O含量最高。
另外，试验结果表明，在高温下N2O和NO这种此消彼长的关系不如低温明显，这说明焦炭+NO生成N2O反应在低温下比高温时更加强烈。
综上所述，循环流化床锅炉N2O一部分是在煤粒燃烧时生成，另一部分是在与NO、焦炭以及其他物料催化环境中复杂转化而产生的。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种协同控制NOx和N2O污染物排放的循环流化床锅炉，通过改变炉内的配风方式，提高锅炉低负荷运行过程中的分离器入口烟温，解决现有循环流化床锅炉NOx和N2O污染物排放存在的技术问题，从而能有效的解决上述现有技术中存在的问题。
本发明目的通过下述技术方案来实现：一种协同控制污染物排放的循环流化床锅炉，包括风室、炉膛、分离器入口烟道、分离器、回料器、返料管、一次风母管和供风母管，所述风室与炉膛底部连通，炉膛顶部通过分离器入口烟道与分离器相连，分离器的后方接回料器，回料器通过返料管接回炉膛底部，一次风母管的出风口与风室相连，还包括SNCR供应管，SNCR供应管的喷入点P设于分离器入口烟道处；供风母管分为两路，一路为供二次风通过的二次风管，二次风管的出风口与炉膛底部相连，另一路为供燃烬风通过的燃烬风管，燃烬风管出风口位于炉膛上部0-25%对应位置处。其中：炉膛上部0-25%对应位置是指：包括炉膛的顶部，炉膛上部25%的空间，以及与炉膛顶部和上部25%空间对应标高的位置，如分离器入口烟道便与炉膛上部25%空间对应标高。通过供风母管供风，将燃烬风供入炉膛的顶部和上部位置，与SNCR相结合。
作为一种优选方式，燃烬风管接入炉膛后方的分离器入口烟道。
作为另一种优选方式，燃烬风管接入分离器入口烟窗对应标高位置的前墙水冷壁区域。
作为另一种优选方式，燃烬风管接入分离器入口烟窗对应标高位置的左右侧墙水冷壁区域。
作为进一步优选方式，SNCR的喷入点P设在燃烬风管的燃烬风口之前或者在燃烬风口之后。
作为进一步优选方式，在炉膛的出口处设有检测过量空气系数的氧量计，膛欠氧燃烧区22的过量空气系数接近1。
作为一种优选方式，在一次风母管、二次风管和燃烬风管上分别设有电动调节挡板门和流量测量装置。
作为一种优选方式，燃烬风管的末端设有燃烬风喷口，分离器入口烟道燃烬风喷口的数量为2-4个；SNCR喷入点P的数量为2-4个；前墙、左右侧墙水冷壁燃烬风口数量为n，n≥2。
作为一种优选方式，前后墙水冷壁二次风喷口的数量为m，m≥2，二次风管的风口距布风板高度为h；无烟煤及低挥发份烟煤h=1000mm-2500mm，高挥发份及中挥发分烟煤h=2000mm-4000mm，褐煤及次烟煤h=2500mm-6000mm。
作为一种优选方式，一次风管中一次风的风量分配比例为理论空气量的30%-40%，二次风管中二次风的风量分配比例为理论空气量的40%-60%，燃烬风管中燃烬风的风量分配比例为理论空气量的20%-30%。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1.设置燃烬风管路，使得烟气在循环流化床锅炉分离器处再一次燃烧，使再燃区域温度提升从而造成N2O的分解；
2.提高锅炉低负荷运行过程中分离器入口烟温，有利于保证SNCR的脱销效率。
3.炉膛二次风口到燃烬风喷口的过量空气系数接近1，弱化NO向N2O的转化。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图。
其中：风室-1， 炉膛-2， 分离器入口烟道-3， 分离器-4， 中心筒-5， 回料器-6，返料管-7， 一次风母管-8， 供风母管-9， 燃烬风管-10， 二次风管-11， 强还原区-21， 欠氧燃烧区-22， 燃烬区-23。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征之一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。
实施例1
如图1所示，一种协同控制污染物排放的循环流化床锅炉，包括风室1、炉膛2、分离器入口烟道3、分离器4、回料器6、返料管7、一次风母管8、供风母管9和SNCR供应管，所述风室1与炉膛2底部连通，炉膛2顶部通过分离器入口烟道3与分离器4相连，分离器4上设有接尾部烟道的中心筒5，分离器4的后方接回料器6，回料器6通过返料管7接回炉膛2底部。
与传统的配风方式不同的是，本发明通过采用反向分级配风理念，将炉膛分为三个典型区域，其中：区域1为NO生成的强还原区21，区域2为欠氧燃烧区22，区域3为燃烬区23。
SNCR供应管（SNCR为选择性非催化还原：selective non-catalytic reduction的英文缩写）的喷入点P设于分离器入口烟道3处；SNCR的喷入点P设在燃烬风管10的燃烬风口之前或者在燃烬风口之后；具体数量可根据分离器进口烟道高度选择2-4个。
一次风母管8的出风口与风室1相连，一次风从炉底给入，经过风室布风板起到床料流化的作用。
供风母管9分为两路，一路为供二次风通过的二次风管11，二次风管11的出风口与炉膛1底部相连，通过二次风管往炉膛底部供入二次风。供风母管9的另一路为供燃烬风通过的燃烬风管10，燃烬风管10出风口位于炉膛上部0-25%对应位置处。其中：炉膛上部0-25%对应位置是指：包括炉膛的顶部、炉膛上部25%的空间，以及与炉膛顶部和上部25%空间对应标高的位置。在本实施例1中，燃烬风管10接入炉膛2后方的分离器入口烟道3，燃烬风管10的末端设有燃烬风喷口，燃烬风喷口的数量为2-4个。
在一次风母管8、二次风管11和燃烬风管10上分别设有电动调节挡板门和流量测量装置，用于精确调节各级配风量。在炉膛2的出口处设有检测过量空气系数的氧量计；用于对炉膛范围内氧量的控制。二次风量的给入应严格控制炉膛燃烧空气量，使炉膛欠氧燃烧区22的过量空气系数接近1，弱化NO向N2O的转化。
在炉膛出口设有氧量计，并在二次风管上设有流量测量和调节装置，即可实现监控炉膛欠氧燃烧区22的过量空气系数接近1。
其中各风量分配比例为：一次风比例为理论空气量的30%~40%，二次风比例为理论空气量的40%~60%，燃烬风比例为理论空气量的20%~30%。
另外，根据不同煤种，考虑燃烬性的差别，调整二次风进入炉膛的高度，从而达到控制NO生成区范围的目的。经过大量实验得出如下具体方案：二次风管11的风口距布风板高度为h；无烟煤及低挥发份烟煤h=1000mm-2500mm，高挥发份及中挥发分烟煤h=2000mm-4000mm，褐煤及次烟煤h=2500mm-6000mm。强还原区21是煤燃烧和挥发分燃烧阶段，强化空气分级后，NO在炉膛底部生产量有很大的降低。
一次风由一次风母管8引出经风室1通过布风板进入炉膛2，二次风由二次风母管9引出后经过二次风管11进入炉膛2，燃烬风管10由二次风母管引出，再通过燃烬风管进入分离器入口烟道3。一次风管中一次风的风量分配比例为理论空气量的30%-40%，二次风管中二次风的风量分配比例为理论空气量的40%-60%，燃烬风管中燃烬风的风量分配比例为理论空气量的20%-30%。并且通过调整一次风比例及二次风口标高，达到控制NO生成区的目的，强化空气分级，最大程度降低NO在炉膛底部强还原区的生产量。二次风量的给入应严格控制炉膛燃烧空气量，使炉膛二次风口到烟气分离器入口的过量空气系数都接近1，弱化NO向N2O的转化。在分离器入口烟道处加入一定量的燃烧空气作为燃烬风，并使总的过量空气系数保持在1.2左右，形成燃烬区域，保证燃料的燃烧效率一方面提高燃烧效率，另一方面也达到提高分离器进出口烟温的目的，保证锅炉低负荷运行时SNCR脱销效率。
实施例2：
与实施例1不同的是：燃烬风管10接入分离器入口烟窗对应标高位置的前墙水冷壁区域。前墙水冷壁燃烬风口数量为n,n≥2。
一次风由一次风母管8引出经风室通过布风板进入炉膛2，二次风由二次风母管9引出，再通过二次风管11经炉膛前后墙沿炉膛不同标高进入炉膛2，燃烬风管由二次风母管引出，进入入口烟窗对应标高前墙水冷壁区域，分别在一二次风管、燃烬风管上设置电动调节挡板门及流量测量装置，用于精确调节各级配风量。前后墙水冷壁二次风口数量可根据结构及性能要求选择m个，m≥2。SNCR喷入点P设置在分离器入口烟道3上，具体数量可根据分离器4进口烟道高度选择2-4个。通过调整一次风比例及二次风口标高，达到控制NO生成区范围的目的，强化空气分级，最大程度降低NO在炉膛底部生产量。二次风量的给入应严格控制炉膛燃烧空气量，使炉膛二次风口开始到烟气分离器入口的过量空气系数都接近1，弱化NO向N2O的转化。在入口烟窗对应标高前墙水冷壁区域加入一定量的燃烧空气作为燃烬风，并使总的过量空气系数保持在1.2左右，形成燃烬区域，保证燃料的燃烧效率一方面提高燃烧效率，另一方面也达到提高分离器进出口烟温的目的，保证锅炉低负荷运行时SNCR脱销效率。
实施例3：
与实施例1不同的是：燃烬风管10接入分离器入口烟窗对应标高位置的左右侧墙水冷壁区域。左右侧墙水冷壁燃烬风口数量为n,n≥2。
一次风由一次风母管引出经风室通过布风板进入炉膛2，二次风由二次风母管引出，经炉膛前后墙沿炉膛不同标高进入炉膛，燃烬风管由二次风母管引出，进入入口烟窗对应标高左右侧墙水冷壁区域，分别在一二次风管、燃烬风管上设置电动调节挡板门及流量测量装置，用于精确调节各级配风量。前后墙水冷壁二次风口数量可根据结构及性能要求选择m个，m≥2。SNCR喷入点设置在分离器入口烟道上，具体数量可根据分离器进口烟道高度选择2~4个。通过调整一次风比例及二次风口标高，达到控制NO生成区范围的目的，强化空气分级，最大程度降低NO在炉膛底部生产量。二次风量的给入应严格控制炉膛燃烧空气量，使炉膛二次风口开始到烟气分离器入口的过量空气系数都接近1，弱化NO向N2O的转化。在入口烟窗对应标高前墙水冷壁区域加入一定量的燃烧空气作为燃烬风，并使总的过量空气系数保持在1.2左右，形成燃烬区域，保证燃料的燃烧效率一方面提高燃烧效率，另一方面也达到提高分离器进出口烟温的目的，保证锅炉低负荷运行时SNCR脱销效率。
另外，还可根据性能计算需要采用方案实施例1、2、3所述任意组合的方式。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.协同控制污染物排放的循环流化床锅炉，包括风室（1）、炉膛（2）、分离器入口烟道（3）、分离器（4）、回料器（6）、返料管（7）、一次风母管（8）和供风母管（9），所述风室（1）与炉膛（2）底部连通，炉膛（2）顶部通过分离器入口烟道（3）与分离器（4）相连，分离器出口经中心筒（5）与尾部烟道相连，分离器（4）的下方接回料器（6），回料器（6）通过返料管（7）接回炉膛（2）底部，一次风母管（8）的出风口与风室（1）相连，其特征在于：还包括SNCR供应管，SNCR供应管的喷入点P设于分离器入口烟道（3）处；供风母管（9）分为两路，一路为供二次风通过的二次风管（11），二次风管（11）的出风口与炉膛（1）底部相连，另一路为供燃烬风通过的燃烬风管（10），燃烬风管（10）出风口位于分离器进口烟道或炉膛上部前墙、左右侧墙水冷壁0-25%对应区域内。
2.如权利要求1所述的协同控制污染物排放的循环流化床锅炉，其特征在于：燃烬风管（10）接入炉膛（2）后方的分离器入口烟道（3）。
3.如权利要求1所述的协同控制污染物排放的循环流化床锅炉，其特征在于：燃烬风管（10）接入分离器入口烟窗对应标高位置的前墙水冷壁区域（24）。
4.如权利要求1所述的协同控制污染物排放的循环流化床锅炉，其特征在于：燃烬风管（10）接入分离器入口烟窗对应标高位置的左右侧墙水冷壁区域（25）。
5.如权利要求2、3或者4中任一所述的协同控制污染物排放的循环流化床锅炉，其特征在于：SNCR的喷入点P设在燃烬风管（10）的燃烬风口之前或者在燃烬风口之后。
6.如权利要求5所述的协同控制污染物排放的循环流化床锅炉，其特征在于：在炉膛（2）的出口处设有检测过量空气系数的氧量计。
7.如权利要求1所述的协同控制污染物排放的循环流化床锅炉，其特征在于：在一次风母管（8）、二次风管（11）和燃烬风管（10）上分别设有电动调节挡板门和流量测量装置。
8.如权利要求1所述的协同控制污染物排放的循环流化床锅炉，其特征在于：燃烬风管（10）的末端设有燃烬风喷口，燃烬风喷口的数量为2-4个；SNCR喷入点P的数量为2-4个；前墙、左右侧墙水冷壁燃烬风喷口的数量为n，n≥2。
9.如权利要求1所述的协同控制污染物排放的循环流化床锅炉，其特征在于：前后墙水冷壁二次风喷口的数量为m，m≥2，二次风管（11）的风口距布风板高度为h；无烟煤及低挥发份烟煤h=1000mm-2500mm，高挥发份及中挥发分烟煤h=2000mm-4000mm，褐煤及次烟煤h=2500mm-6000mm。
10.如权利要求1所述的协同控制污染物排放的循环流化床锅炉，其特征在于：一次风管中一次风的风量分配比例为理论空气量的30%-40%，二次风管中二次风的风量分配比例为理论空气量的40%-60%，燃烬风管中燃烬风的风量分配比例为理论空气量的20%-30%。
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