CN106090900A - 一种二次风墙式深度分级低NOx燃烧方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二次风墙式深度分级低NOx燃烧方法及装置，在四角切圆锅炉的四角纵向交替设有一次风喷嘴和二次风喷嘴，同时在四角切圆锅炉本体的前、后、左、右墙上靠近炉膛中心的位置布置有二次风喷嘴，将10～40％的二次风量从四角切圆锅炉的前、后、左、右墙上的二次风喷嘴喷入炉膛，从而实现二次风在水平方向上的深度空气分级低NOx燃烧，抑制煤粉燃烧初期NOx的生成。同时，将这部分二次风从墙式二次风喷嘴喷入炉膛可以减小其对煤粉气流的卷吸作用，防止气流切圆过大而冲刷水冷壁；并在水冷壁附近形成一层较低温度的具有富氧气氛的气膜，有效防止水冷壁超温、结渣及腐蚀。

Description

一种二次风墙式深度分级低NOx燃烧方法及装置
技术领域
本发明属于电站锅炉技术领域，具体涉及一种二次风墙式深度分级低NOx燃烧方法及装置。
背景技术
以煤为主的能源结构决定了火电在我国电力生产中的主要地位。据统计，2014年燃煤机组的发电量占我国发电总量的70％以上。煤炭在燃烧过程中产生大量污染物，其中氮氧化物(NOx)产生的危害尤为突出。NOx会极大的危害人类的生存环境和身体健康，如危害人体的呼吸系统；与硫酸形成复合型酸雨；造成光化学烟雾；破坏臭氧层；引起温室效应等等。因而，控制燃煤机组的NOx排放已刻不容缓。
目前燃煤机组广泛采用的NOx控制技术主要是烟气脱硝技术和低NOx燃烧技术。
烟气脱硝技术是将烟气中的NOx进行还原和吸附，从而降低NOx的排放。该技术分为选择性非催化还原技术(SNCR)和选择性催化还原技术(SCR)。SNCR因存在NH3易泄漏、还原剂消耗量大、NOx脱除率低等缺点，一般很少单独采用。相较而言，SCR具有很高的脱硝效率(90％以上)且装置简单、便于维护，在国内外应用较广。但SCR同时也面临着运行温度范围较窄、投资及运行费用较高、寿命较短等缺点。
低NOx燃烧技术是根据燃烧过程中NOx的生成机理，通过改变炉内燃烧过程，从而减少NOx的生成或将已生成的NOx还原。目前常用的低NOx燃烧技术主要有低NOx燃烧器、低氧燃烧、燃料分级、空气分级和烟气再循环等技术。其中空气分级技术因效果明显、成本较低而广泛应用于燃煤机组的NOx排放控制。
空气分级技术分为垂直方向空气分级和水平方向空气分级。以四角切圆锅炉为例，垂直方向空气分级是将煤粉燃烧所需空气的70％-90％从主燃区喷入炉膛，使主燃区过量空气系数小于1，从而有效抑制NOx的生成。剩余的空气则从主燃区上方的燃尽风喷嘴喷入炉膛，最终实现煤粉的完全燃烧。该方法应用广泛且效果明显，但过高的分级程度(燃尽风率)会导致炉膛出口飞灰含碳量增加，锅炉效率降低，因而垂直方向空气分级控制NOx排放存在局限性。水平方向空气分级则是指将(部分)二次风射流方向较煤粉气流偏转一定角度，形成煤粉在内，二次风气流在外的分级燃烧，可以有效推迟煤粉与二次风的混合，减少NOx的生成。但由于二次风偏转角度有限，其水平分级程度也受到一定限制。此外，二次风的风速及风率明显高于一次风，其对一次风的卷吸作用也非常明显，往往会导致一次风气流产生偏斜而冲刷水冷壁，引起壁面超温、腐蚀等问题出现。
发明内容
针对现有四角切圆燃烧锅炉空气分级技术的瓶颈和缺点，本发明提供一种降低四角切圆锅炉NOx排放的二次风墙式深度分级燃烧方法及装置，其目的在于，加强煤粉燃烧初期水平空气分级程度，延迟一、二次风的混合，抑制燃烧初期NOx的生成，从而尽可能降低炉膛出口NOx的排放浓度，同时减弱二次风对煤粉气流的卷吸作用，并在水冷壁附近形成一层富氧气氛的气膜，保护水冷壁。
为实现上述目的，本发明提出了如下技术方案：
一种二次风墙式深度分级低NOx燃烧方法，在四角切圆锅炉本体的四角纵向交替设有一次风喷嘴和二次风喷嘴，同时在四角切圆锅炉本体的前、后、左、右墙上靠近炉膛中心的位置布置有二次风喷嘴，将10～40％的二次风量从四角切圆锅炉的前、后、左、右墙上的二次风喷嘴喷入炉膛，从而实现二次风在水平方向上的深度空气分级低NOx燃烧。
一种二次风墙式深度分级低NOx燃烧装置，包括四角切圆锅炉本体，在四角切圆锅炉本体的四角纵向交替设有一次风喷嘴和二次风喷嘴，其特征在于，在四角切圆锅炉本体的四角以及前、后、左、右墙上靠近炉膛中心的位置均布置有二次风喷嘴，四角切圆锅炉的前、后、左、右墙上设置的墙式二次风喷嘴的二次风量占整个二次风量的10～40％。
进一步地，四角切圆锅炉的前、后、左、右墙上的二次风喷嘴喷出的二次风气流方向与锅炉水冷壁之间存在夹角α，夹角α大于一次风入射角度。
本发明与现有技术相比，其有益技术效果体现在：
(1)相比于现有的四角切圆锅炉低NOx燃烧方法，将10～40％由位于锅炉四角的二次风喷嘴喷入炉膛的二次风移至新设置位于前、后墙和左、右墙上靠近炉膛中心的位置处的墙式二次风喷嘴喷入炉膛，可以加强煤粉燃烧初期的空气在水平方向上的分级程度，延迟煤粉与二次风的混合，有效抑制燃烧初期NOx的生成，实现低NOx排放。
(2)现有低NOx燃烧方法下的二次风从炉膛四角喷入炉内，其对煤粉气流较强的卷吸作用往往会导致气流偏斜并冲刷水冷壁，从而引起水冷壁超温、结渣或腐蚀。本发明中将部分二次风从新设置的位于前、后墙和左、右墙上的墙式二次风喷嘴喷入炉膛，大大减少了二次风对煤粉气流的卷吸作用，防止气流冲刷水冷壁，同时可以在水冷壁附近形成一层富氧气氛的保护气膜，防止水冷壁超温、结渣或腐蚀。
(3)作为优化，四角切圆锅炉的前、后、左、右墙上的二次风喷嘴喷出的二次风气流方向与锅炉水冷壁之间存在夹角α，夹角α大于一次风入射角度，因而对来自于锅炉四角处的煤粉气流的卷吸作用有所减弱，可以有效防止煤粉气流产生较大偏斜而冲刷水冷壁。
附图说明
图1(a)是现有的四角切圆锅炉低NOx燃烧方法的主视图，图1(b)和图1(c)为该方法下二次风两种不同入射角度的俯视图，其中图1(b)表示所有二次风入射角度与一次风一致，均为β，图1(c)表示二次风分为两部分，一部分为直吹风，与一次风角度β相同，另一部分二次风相较一次风偏转角度γ；
图2(a)、2(b)分别为本发明所述的低NOx燃烧方法及装置的主视图及俯视图。
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，以下结合附图及实施例，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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1(a)、图2(a)，两种低NOx燃烧装置下均包括四角切圆锅炉本体1、一次风喷嘴2、二次风喷嘴3(此处仅标示出某一角的四只一次风喷嘴及其上下相邻的二次风喷嘴)以及分离燃尽风喷嘴4。其中锅炉本体1包括前墙1-1、后墙1-2、右墙1-3和左墙1-4。
现有低NOx燃烧方法下二次风通常有两种入射角度，分别如图1(b)、图1(c)所示。图1(b)中一次风与二次风入射角度均为β，该入射角度下无法实现水平空气分级，且无法在水冷壁附近形成一层保护气膜。图1(c)中二次风分为两部分，一部分为直吹风，与一次风角度相同，另一部分为预置水平偏角γ的二次风，这部分二次风与一次风形成了两个旋向相同的同心圆，一次风(煤粉)气流在内，二次风气流在外，理论上该燃烧方法下可以在水平方向上形成空气分级，且二次风在外也能一定程度保护水冷壁。但由于二次风风率及风速较高，其对煤粉气流的卷吸作用非常明显，这不仅会削弱水平空气分级的作用，往往也会导致炉内切圆过大，气流冲刷水冷壁。
图2(a)和2(b)中所示的本发明二次风墙式深度分级低NOx燃烧方法及装置，在靠近炉膛中心位置的前、后左、右墙的水冷壁上开口，将10～40％的由位于锅炉四角的二次风喷嘴喷入炉膛的二次风移至位于新布置的墙式二次风喷嘴3-2喷入炉膛，同时原二次风喷嘴缩小为3-1。这部分墙式二次风与水冷壁的夹角为α，在炉内形成一个略大于一次风气流的切圆。该低NOx燃烧方法及装置下，一次风喷嘴与二次风喷嘴在水平方向上有一定的距离，因而能够大大延迟一、二次风的混合，降低煤粉燃烧初期化学当量比，抑制NOx的生成。此外，由于墙式二次风入射角度α较大，其对煤粉气流的卷吸作用也有限，可以有效防止煤粉气流产生较大偏斜而冲刷水冷壁。同时在墙式二次风喷嘴的下游水冷壁附近还可形成一层富氧气氛的保护气膜，防止水冷壁超温、结渣及腐蚀。运行中，还可通过电动执行器操作墙式二次风入射角度，即改变夹角α来进行燃烧调整。
应用本发明时，可以对已有的四角切圆锅炉进行改造，保持本体四角的一次风喷嘴和二次风喷嘴位置不变，仅需减小四角二次风喷嘴的出口面积，并在前、后、左、右墙上增加二次风喷嘴即可。
作为优化，在锅炉本体四角最上面的一次风喷嘴的上方设置有分离燃尽风喷嘴4，将总风量的20-30％通过喷嘴4喷入炉膛，起到深度空气分级燃烧的作用，从而进一步降低炉内NOx的生成。
四角切圆锅炉的前、后、左、右墙上的二次风喷嘴喷出的二次风气流方向与锅炉水冷壁之间的夹角α大于一次风入射角度，一次风入射方向一般在40～45度之间，墙式二次风喷嘴喷出的二次风气流方向在50～60度之间。
本领域的技术人员容易理解，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 (4)

1.一种二次风墙式深度分级低NOx燃烧方法，在四角切圆锅炉本体的四角纵向交替设有一次风喷嘴和二次风喷嘴，其特征在于，同时在四角切圆锅炉本体的前、后、左、右墙上靠近炉膛中心的位置布置有二次风喷嘴，将10～40％的二次风量从四角切圆锅炉的前、后、左、右墙上的二次风喷嘴喷入炉膛，从而实现二次风在水平方向上的深度空气分级低NOx燃烧。
2.根据权利要求1所述的二次风墙式深度分级低NOx燃烧方法，其特征在于，所述四角切圆锅炉的前、后、左、右墙上的二次风喷嘴喷出的二次风气流方向与锅炉水冷壁之间存在夹角α，夹角α大于一次风入射角度。
3.一种二次风墙式深度分级低NOx燃烧装置，包括四角切圆锅炉本体，在四角切圆锅炉本体的四角纵向交替设有一次风喷嘴和二次风喷嘴，其特征在于，在四角切圆锅炉本体的四角以及前、后、左、右墙上靠近炉膛中心的位置均设置有二次风喷嘴，四角切圆锅炉的前、后、左、右墙上设置的墙式二次风喷嘴的二次风量占整个二次风量的10～40％。
4.根据权利要求3所述的二次风墙式深度分级低NOx燃烧装置，其特征在于，四角切圆锅炉的前、后、左、右墙上的二次风喷嘴喷出的二次风气流方向与锅炉水冷壁之间存在夹角α，夹角α大于一次风入射角度。
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