CN106287674B - 一种切圆锅炉深度脱硝燃烧方法 - Google Patents

一种切圆锅炉深度脱硝燃烧方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种切圆锅炉深度脱硝燃烧方法，将燃煤通过一层以上的一次风喷口内的一次风送入炉膛主燃区燃烧，并在主燃区通过二次风喷口通入一层以上的二次风，在燃尽区通过燃尽风喷口通入一层以上的燃尽风，其中主燃区的过量空气系数范围为0.5～1.05，燃煤进行低氧燃烧；燃尽区的过量空气系数为1.05～1.3，进行富氧燃烧；还通过还原风喷口喷入还原风，还原风的过量空气系数为0.6～0.85；最上层燃尽风以下的炉膛内通过一层以上的还原抑制剂喷口喷入氨基还原抑制剂，同层的还原抑制剂喷口位于同一水平面，在炉膛内高温环境下还原烟气中的氮氧化物，以及抑制新的氮氧化物生成。本发明不仅可显著降低炉膛出口的氮氧化物排放值，实现超低排放，且不需要严格的温度窗口和催化剂，大幅降低了脱硝成本，燃烧效率也可保证，经济效益显著，并具有广泛的适用性。

Description

一种切圆锅炉深度脱硝燃烧方法
技术领域
本发明涉及一种用于切圆锅炉脱硝的燃烧方法。
背景技术
切圆锅炉是燃烧器呈四角布置、喷射燃煤形成切圆燃烧方式；煤在燃烧过程中会排放氮氧化物（NOx）污染物，这些污染物会造成光化学烟雾污染，会对人类呼吸系统及动植物生存均会造成严重的危害。我国最新的《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-2011）规定，自2015年1月1日起，全部燃煤锅炉氮氧化物（以NO2计）排放限值为100mg/Nm3（采用W型火焰炉膛的，现有的循环流化床火力发电锅炉以及2003年12月31日前建成投产的火力发电锅炉等限值为200 mg/Nm3）。
目前成熟应用于锅炉的脱硝技术分为炉内脱硝和尾部脱硝两种。炉内脱硝包括采用低NOx燃烧器、空气分级、燃料再燃、选择性非催化还原（SNCR）等技术，尾部脱硝包括选择性催化还原（SCR）、活性炭吸附等技术。
单纯采用控制炉内燃烧过程的脱硝技术（例如空气分级和再燃技术），NOx还原效率30%～70%左右，对于原始排放在600 mg/m3左右的燃煤锅炉，NOx排放控制值不能够满足国家的排放标准。目前的普通再燃技术对比空气分级技术在脱硝效率方面并没有明显的提高，但是设备系统更加复杂，因此没有技术和市场优势。为了达到较高的脱硝效率，对于普通空气分级技术的发展方向是在不断加大空气的分级程度，然而随着分级程度的增加，燃料燃烧效率会降低，给燃料燃烧的经济性带来了较明显的负面影响，同时，分级程度加大对处于强还原性气氛下的炉内水冷壁的安全可靠运行也带来了显著的负面影响。
因此，仅仅依靠控制燃烧过程来降低氮氧化物排放效果，在满足现有国家排放标准，并兼顾高效燃烧等要求，则需要同时使用其它脱硝技术措施。
目前，国内电厂普遍采用选择性催化还原技术（SCR）在炉膛低NOx燃烧基础上进行进一步深度脱硝。这种技术在尾部烟道喷入氨剂在催化剂的作用下还原烟气中的氮氧化物，运行环境的温度需要控制在300℃～400℃，温度过高氨反而会被氧化为NOx，氨量控制不当还会造成氨逃逸，并且由于反应过程需要投入催化剂，因此，运行成本较高。
相比于SCR技术，选择性非催化还原技术（SNCR）在燃尽风之后靠近炉膛出口高温区投入氨剂还原氮氧化物。由于反应区域温度高，不需要催化剂，降低了运行成本。但是这种技术适用的温度反应窗口较窄，在800℃～1100℃之间。在低负荷工况下，炉膛内氧浓度偏高，氨更易被氧化为氮氧化物。如果燃料含硫较高，NH3还会与SO3反应生成铵盐，在低温下会结渣腐蚀。并且因为布置在燃尽风之后，如果喷入氨量过多，也会造成氨逃逸，因此对锅炉的工况要求较高，适用的范围有限。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种切圆锅炉深度脱硝燃烧方法，它不仅可显著降低炉膛出口的氮氧化物排放值，实现超低排放，且不需要严格的温度窗口和催化剂，大幅降低了脱硝成本，燃烧效率也可保证，经济效益显著，并具有广泛的适用性。
为了达到上述目的，本发明的一种切圆锅炉深度脱硝燃烧方法，其炉膛分为主燃区、还原区和燃尽区；将燃煤通过一层以上的一次风喷口内的一次风送入炉膛主燃区燃烧，并在主燃区通过二次风喷口通入一层以上的二次风，在燃尽区通过燃尽风喷口通入一层以上的燃尽风，其特征在于：其中主燃区的过量空气系数范围为0.5～1.05，燃煤进行低氧燃烧；燃尽区的过量空气系数为1.05～1.3，进行富氧燃烧；还通过二次风喷口与燃尽风喷口之间炉墙上的还原风喷口喷入还原风，还原风的过量空气系数为0.6～0.85；最上层燃尽风以下的炉膛内通过一层以上的还原抑制剂喷口喷入氨基还原抑制剂，同层的还原抑制剂喷口位于同一水平面，在炉膛内高温环境下还原烟气中的氮氧化物；
本发明可以将所述氨基还原抑制剂从设于一次风喷口或二次风喷口内的还原抑制剂喷口喷入，还原抑制剂喷口口径小于设于一次风喷口口径或二次风喷口口径；
本发明也可以将所述氨基还原抑制剂从或设于一、二次风喷口之间炉墙上的还原抑制剂喷口、或设于主燃区与燃尽区之间还原区炉墙上的还原抑制剂喷口、或设于数层燃尽风喷口之间炉墙上的还原抑制剂喷口喷入；
本发明也可以通过设于还原风喷口与燃尽风喷口之间的所述一层以上的还原抑制剂喷口喷入所述氨基还原抑制剂；
本发明还通过二次风喷口与燃尽风喷口之间的再燃燃料喷口喷入再燃燃料，通过设于再燃燃料喷口与燃尽风喷口之间的所述一层以上的还原抑制剂喷口喷入氨基还原抑制剂；
本发明可以将所述还原抑制剂喷口设于炉墙四角，同层的氨基还原抑制剂以在炉膛中心形成假想切圆的方式喷入；既保持炉膛良好的燃烧环境，又保证氨基还原抑制剂与烟气的充分混合；
本发明也可以将所述还原抑制剂喷口设于四面的炉墙上，在每面炉墙上设有一个以上的还原抑制剂喷口，同层的氨基还原抑制剂以在炉膛中形成一个以上假想切圆的方式喷入。
本发明也可以将所述还原抑制剂喷口设于四面的炉墙上，在每面炉墙上设有两个以上的还原抑制剂喷口，相对两侧炉墙上还原抑制剂喷口中心线共线，将同层相对两侧氨基还原抑制剂以对冲方式喷入。
本发明也可以在至少一面炉墙上设置还原剂输送管，将所述还原抑制剂喷口设于对应的还原剂输送管上；
本发明通过在主燃区通入氨基还原抑制剂，并控制过量空气系数在较低的范围，此处烟气中的氧已基本被耗尽，处于还原性气氛中，由于反应区域温度很高，不需要催化剂，氨基还原抑制剂将烟气中的氮氧化物强化还原，并在该气氛中抑制氮氧化物的生成，使得进入燃尽区的氮氧化物浓度大大降低，未燃尽的燃料在燃尽区得到充分燃烧，可保证燃烧效率，新产生的氮氧化物加上进入燃尽区的氮氧化物有限，此区域温度仍较高，可由烟气中的氨基还原抑制剂还原，使得炉膛出口的氮氧化物排放值显著降低，实现超低排放特性；本方法相比于已有的选择性非催化还原技术（SNCR）不需要严格的温度窗口，即使在炉内最高的燃烧区域烟气温度下，仍不会导致氨的大量氧化，经济效益显著，并具有广泛的适用性。
作为本发明的一种优选，从锅炉空预器之后或之前尾部烟道抽取部分烟气作为氨基还原抑制剂的输送介质，与所述氨基还原抑制剂混合后一同从还原抑制剂喷口喷入炉膛；更利于实现炉膛的还原性气氛及提高反应区域温度；
综上所述，本发明不仅可显著降低炉膛出口的氮氧化物排放值，实现超低排放，且不需要严格的温度窗口和催化剂，大幅降低了脱硝成本，燃烧效率也可保证，经济效益显著，并具有广泛的适用性。
附图说明
图1为使用本发明实施例一的切圆锅炉简图。
图2为图1中一侧燃烧器和燃尽风喷口的排列示意图。
图3为图1中四角的还原抑制剂喷口布置简图。
图4为使用本发明实施例二的切圆锅炉一侧燃烧器和燃尽风喷口的排列示意图。
图5为使用本发明实施例三的切圆锅炉简图。
图6为图5中四面炉墙上还原抑制剂喷口布置简图。
图7为使用本发明实施例四的切圆锅炉一侧燃烧器和燃尽风喷口的排列示意图。
图8为图7中四面炉墙上还原抑制剂喷口布置简图。
图9为使用本发明实施例五的切圆锅炉简图。
图10为图9中四面炉墙上还原抑制剂喷口布置简图。
图11为使用本发明实施例六的切圆锅炉简图。
图12为图11中一面炉墙上还原剂输送管及还原抑制剂喷口的布置简图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1、图2、图3所示，该切圆锅炉的炉膛从下至上分为主燃区1、还原区2和燃尽区3，四个燃烧器4呈四角布置，每个燃烧器4设有数个在纵向交叉排列的一次风喷口5和二次风喷口6，在其中一次风喷口5与二次风喷口6之间的炉墙四角设有一层还原抑制剂喷口7，四角的还原抑制剂喷口7按形成切圆的方式布置，锅炉空预器之后的尾部烟道通过管路8及风机9与所有还原抑制剂喷口7相连；燃尽区的燃尽风箱10设有四层燃尽风喷口11；本实施例的切圆锅炉深度脱硝燃烧方法，将燃煤通过位于炉墙四角各燃烧器4的一次风送入炉膛主燃区1燃烧，并在主燃区1通过各燃烧器4的二次风喷口6通入多层的二次风，其中主燃区1的过量空气系数范围为0.5～1.05，燃煤进行低氧燃烧；在燃尽区2通过燃尽风喷口11通入四层燃尽风，燃尽区的过量空气系数为1.05～1.3，进行富氧燃烧；还通过二次风喷口与燃尽风喷口之间炉墙上的还原风喷口喷入还原风，还原风的过量空气系数为0.6～0.85；通过从锅炉空预器之后尾部烟道抽取部分烟气作为氨基还原抑制剂的输送介质，从炉墙四角的一层还原抑制剂喷口7喷入氨基还原抑制剂，四角的还原抑制剂喷口7位于同一水平面，四角的氨基还原抑制剂以在炉膛中形成一个假想切圆的方式喷入，在炉膛内高温环境下还原烟气中的氮氧化物；
本实施例通过在主燃区1通入氨基还原抑制剂，并控制过量空气系数在较低的范围，此处烟气中的氧已基本被耗尽，加上氨基还原抑制剂由微氧烟气送入，利于处于还原性气氛中，由于反应区域温度很高，不需要催化剂，氨基还原抑制剂在主燃区1和还原区2对烟气中的氮氧化物强化还原为氮气，并在该气氛中抑制氮氧化物的生成，使得进入燃尽区3的氮氧化物浓度大大降低，未燃尽的燃料在燃尽区3得到充分燃烧，可保证燃烧效率，新产生的氮氧化物加上进入燃尽区3的氮氧化物有限，此区域温度仍较高，可由烟气中的氨基还原抑制剂继续还原；按切圆方式喷入的氨基还原抑制剂，既保持炉膛良好的燃烧环境，又保证氨基还原抑制剂与烟气的充分混合，充分还原氮氧化物，使得炉膛出口的氮氧化物排放值显著降低，脱硝效率在90%以上，实现超低排放特性；相比于已有的选择性非催化还原技术（SNCR）不需要严格的温度窗口，即使在炉内最高的燃烧区域烟气温度（1100℃以上），仍不会导致氨的大量氧化，经济效益显著，并具有广泛的适用性。
实施例二
如图4所示，本实施例与实施例一的区别仅在于：将四角的还原抑制剂喷口7设于各燃烧器的一次风喷口5或二次风喷口6内，还原抑制剂喷口7口径小于设于一次风喷口5的口径或二次风喷口6的口径；将所述氨基还原抑制剂从设于一次风喷口5或二次风喷口6内的还原抑制剂喷口7按形成假想切圆的方式喷入；由于还原抑制剂喷口7口径小于设于一次风喷口5的口径或二次风喷口6的口径，不影响原有的一次风或二次风喷入炉膛，可实现与实施例一相同的技术效果；
实施例三
如图5、图6所示，本实施例与实施例一的区别仅在于：将还原抑制剂喷口7设于主燃区1与燃尽区3之间还原区2的四面炉墙上；每面炉墙上设有两个还原抑制剂喷口7；将氨基还原抑制剂从每面炉墙上的两个还原抑制剂喷口7按形成一个假想切圆的方式喷入炉膛内；还原抑制剂喷口7孔径为1～10mm，开口为扇形，开口角度在10°～150°之间，氨基还原抑制剂的喷入速度在10m/s～400m/s之间，调整还原抑制剂喷口7的偏转角度可以调节切圆直径大小及旋转方向，满足不同工况的需要，可实现与实施例一基本相同的技术效果；
实施例四
如图7、图8所示，本实施例与实施例一的区别仅在于：将还原抑制剂喷口7设于四层燃尽风喷口11之间炉墙上，每面炉墙上设有一个还原抑制剂喷口7；将氨基还原抑制剂从每面炉墙上的还原抑制剂喷口7按形成一个假想切圆的方式喷入炉膛内；多层布置的燃尽风喷口11具有更好的降低氮氧化物排放的效果，因此燃尽风喷口11可以根据燃料特性布置多层，每层的风量根据实际情况调整至最佳比例，尽量降低氮氧化物的生成量，同样本实施例脱硝效率在90%以上，实现超低排放特性；
实施例五
如图9、图10所示，本实施例与实施例一的区别仅在于：在燃烧器4的二次风喷口与燃尽风箱10的燃尽风喷口之间炉墙上还设有一层还原风喷口12，将还原抑制剂喷口7设于还原风喷口12与燃尽风喷口之间的四面炉墙上，在每面炉墙上设有两个还原抑制剂喷口7，相对两侧炉墙上还原抑制剂喷口7中心线共线；燃烧时，通过还原风喷口12喷入还原风，还原风的过量空气系数为0.6～0.85，通过还原抑制剂喷口7将同层相对两侧氨基还原抑制剂以对冲方式喷入；
本实施例通过喷入过量空气系数为0.6～0.85的还原风，可提高炉内的还原气氛，以对冲方式喷入的氨基还原抑制剂，还原抑制剂喷口孔径为1～10mm，开口为扇形，开口角度在10°～150°之间，喷入速度在10m/s～400m/s之间，其穿透力和覆盖范围可达到与烟气充分混合的目的，可满足不同燃煤种类的需要。
实施例六
如图11、图12所示，本实施例与实施例一的区别仅在于：在燃烧器4的二次风喷口与燃尽风箱10的燃尽风喷口之间炉墙上还设有一层再燃燃料喷口13，在再燃燃料喷口13与燃尽风喷口之间的一面炉墙上设置还原剂输送管14，在还原剂输送管14上设置数个还原抑制剂喷口7；燃烧时，通过二次风喷口与燃尽风喷口之间的再燃燃料喷口13喷入再燃燃料，通过从锅炉空预器之前尾部烟道抽取部分烟气作为氨基还原抑制剂的输送介质，将从料管15送入的氨基还原抑制剂由数个还原抑制剂喷口7喷入炉膛；本实施例适用于采用再燃技术的切圆锅炉，同样可达到深度脱销的目的。
本发明不限于上述实施方式，如还原抑制剂喷口的设置位置与喷入形式（切圆、对冲、输送管喷入）的组合形式还可多种多样，切圆喷入中也可在炉内形成两个切圆，多层还原剂喷口其上下层的喷入形式可以不同，它们均属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种切圆锅炉深度脱硝燃烧方法，其炉膛分为主燃区、还原区和燃尽区；将燃煤通过一层以上的一次风喷口内的一次风送入炉膛主燃区燃烧，并在主燃区通过二次风喷口通入一层以上的二次风，在燃尽区通过燃尽风喷口通入一层以上的燃尽风，其特征在于：其中主燃区的过量空气系数范围为0.5～1.05，燃煤进行低氧燃烧；燃尽区的过量空气系数为1.05～1.3，进行富氧燃烧；还通过二次风喷口与燃尽风喷口之间炉墙上的还原风喷口喷入还原风，还原风的过量空气系数为0.6～0.85；最上层燃尽风以下的炉膛内通过一层以上的还原抑制剂喷口喷入氨基还原抑制剂，同层的还原抑制剂喷口位于同一水平面，在炉膛内高温环境下还原烟气中的氮氧化物。
2.根据权利要求1所述的一种切圆锅炉深度脱硝燃烧方法，其特征在于：将所述氨基还原抑制剂从设于一次风喷口或二次风喷口内的还原抑制剂喷口喷入，还原抑制剂喷口口径小于设于一次风喷口口径或二次风喷口口径。
3.根据权利要求1所述的一种切圆锅炉深度脱硝燃烧方法，其特征在于：将所述氨基还原抑制剂从或设于一、二次风喷口之间炉墙上的还原抑制剂喷口、或设于主燃区与燃尽区之间还原区炉墙上的还原抑制剂喷口、或设于数层燃尽风喷口之间炉墙上的还原抑制剂喷口喷入。
4.根据权利要求1所述的一种切圆锅炉深度脱硝燃烧方法，其特征在于：通过设于还原风喷口与燃尽风喷口之间炉墙上的所述一层以上的还原抑制剂喷口喷入所述氨基还原抑制剂。
5.根据权利要求1所述的一种切圆锅炉深度脱硝燃烧方法，其特征在于：还通过二次风喷口与燃尽风喷口之间的再燃燃料喷口喷入再燃燃料，通过设于再燃燃料喷口与燃尽风喷口之间炉墙上的所述一层以上的还原抑制剂喷口喷入氨基还原抑制剂。
6.根据权利要求3至5任一所述的一种切圆锅炉深度脱硝燃烧方法，其特征在于：将所述还原抑制剂喷口设于炉墙四角，同层的氨基还原抑制剂以在炉膛中心形成假想切圆的方式喷入。
7.根据权利要求3至5任一所述的一种切圆锅炉深度脱硝燃烧方法，其特征在于：将所述还原抑制剂喷口设于四面的炉墙上，在每面炉墙上设有一个以上的还原抑制剂喷口，同层的氨基还原抑制剂以在炉膛中形成一个以上假想切圆的方式喷入。
8.根据权利要求3至5任一所述的一种切圆锅炉深度脱硝燃烧方法，其特征在于：将所述还原抑制剂喷口设于四面的炉墙上，在每面炉墙上设有两个以上的还原抑制剂喷口，相对两侧炉墙上还原抑制剂喷口中心线共线，将同层相对两侧氨基还原抑制剂以对冲方式喷入。
9.根据权利要求3至5任一所述的一种切圆锅炉深度脱硝燃烧方法，其特征在于：在至少一面炉墙上设置还原剂输送管，将所述还原抑制剂喷口设于对应的还原剂输送管上，通过还原剂输送管喷入氨基还原抑制剂。
10.根据权利要求1至5任一所述的一种切圆锅炉深度脱硝燃烧方法，其特征在于：从锅炉空预器之后或之前尾部烟道抽取部分烟气作为还原抑制剂的输送介质，与所述氨基还原抑制剂混合后一同从还原抑制剂喷口喷入炉膛。
11.根据权利要求6所述的一种切圆锅炉深度脱硝燃烧方法，其特征在于：从锅炉空预器之后或之前尾部烟道抽取部分烟气作为还原抑制剂的输送介质，与所述氨基还原抑制剂混合后一同从还原抑制剂喷口喷入炉膛。
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