CN106594710A - 一种独立分区层燃烟气循环燃烧系统及其使用方法 - Google Patents

一种独立分区层燃烟气循环燃烧系统及其使用方法 Download PDF

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    • F23L9/06—Passages or apertures for delivering secondary air for completing combustion of fuel  by discharging the air into the fire bed

Abstract

一种独立分区层燃烟气循环燃烧系统及其使用方法，涉及一种低氮燃烧系统及其使用方法。本发明是为了解决现有层燃锅炉燃烧过程中生成NOx量较大的技术问题。本发明系统是由再循环引风机、分支管路电动调节阀、后拱至锅炉后墙的烟气连通管路、连通管路调节阀和分区拱组成；再循环引风机入口与层燃锅炉引风机出口连通，再循环引风机出口与炉排风室连通，再循环分支管路上设置电动调节阀；炉膛后拱上引出炉膛后拱至锅炉后墙的烟气连通管路并设置调节阀；在炉膛后拱下方设置分区拱。本系统使用方法：一、控制再循环烟气总量；二、控制各风室内的再循环烟气量；三、控制连通管路调节阀。本发明具有以下有益效果：本发明降氮效率为25％‑27％。

Description

一种独立分区层燃烟气循环燃烧系统及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种低氮燃烧系统及其使用方法。
背景技术
我国现役燃煤工业锅炉约54.6万台，占目前在役工业锅炉总数的85％，且每年以1.5％左右的速度递增。燃煤工业锅炉年用煤量5-6亿吨，约占全国年用煤总量的18％。工业锅炉每年的总能源消耗和污染排放均位居全国工业行业第二。
在工业锅炉污染物减排的研究中，SO2和烟尘的研究开展比较早，而且已经取得不少的研究成果，并已经工业化应用。由于工业锅炉低温燃烧等特点，使得其生成的NOx量相对较少(400-700mg/Nm3)。所以，工业锅炉的NOx减排工作一直未受到充分的重视。近几年我国的环保要求逐年提高，使得工业锅炉的NOx排放问题越发凸显。特别是NOx在城市空气环境中对PM 2.5的二次源贡献率逐渐受到关注。因此，开发与燃烧过程协同的经济型层燃锅炉低NOx燃烧技术，显得十分紧迫。
煤的层燃技术历史悠久，但是针对层燃过程的NOx经济性控制是新问题。现有烟气再循环控制氮氧化物排放的理论仅从机理层面上认为循环烟气的混入降低了穿过煤层气流的氧浓度，抑制了燃料氮与氧的反应。现有涉及烟气再循环降低NO的燃烧技术专利都依据上述理论，采用将再循环烟气单独或混入一次风送入层燃锅炉风室，实际降氮效率不超过20％，同时还导致煤层胶结、跑火、锅炉效率降低的问题。层燃锅炉因其负荷适应性好、燃烧工况稳定等优势，今后还将长期、大量地应用于各个领域。层燃锅炉特殊的区段燃烧特性，已经具备分级燃烧的特征，如果能够通过工艺技术和结构措施充分发挥其已有低氮燃烧优点，并克服存在的不足之处，在保证其燃烧的前提下，将可能实现其对燃烧过程中生成NO的有效还原。
发明内容
本发明是为了解决现有层燃锅炉燃烧过程中生成NOx量较大的技术问题，从而提供一种独立分区层燃烟气循环燃烧系统及其使用方法。
本发明的一种独立分区层燃烟气循环燃烧系统是由层燃锅炉、除尘器、层燃锅炉引风机、再循环引风机输入管路、再循环引风机、再循环引风机输出管路、再循环分支管路、分支管路电动调节阀、风室电动调节阀、风室压力测量表、后拱至锅炉后墙的烟气连通管路、连通管路调节阀和分区拱组成；
除尘器的入口与锅炉的烟道出口连通，除尘器的出口与层燃锅炉引风机的入口连通，再循环引风机输入管路的一端与层燃锅炉引风机出口的稳定段连通，再循环引风机输入管路的另一端与再循环引风机的进风口连通，再循环引风机的出风口与再循环引风机输出管路的一端连通，再循环引风机输出管路的另一端通过再循环分支管路与层燃锅炉炉排下方的第二至第六风室分别连通，每个再循环分支管路上各设置一个分支管路电动调节阀，炉排的第二至第六风室各设置一个风室电动调节阀和一个风室压力测量表；
炉膛后拱沿炉膛宽度方向均匀开多个孔，并且每个孔引出炉膛后拱至锅炉后墙的烟气连通管路至炉膛垂直段中部并进入炉膛，在炉膛后拱至锅炉后墙的烟气连通管路上设置连通管路调节阀；
在炉膛后拱下方设置分区拱，分区拱较炉膛后拱向上倾斜2°～5°，分区拱的前部延伸至炉膛喉口并向上弯折，分区拱后部延伸至炉排下方的第四风室上端，分区拱与炉膛后拱之间距离150mm～250mm。
层燃锅炉的六个风室由炉膛前拱至炉膛后拱方向依次是第一风室、第二风室、第三风室、第四风室、第五风室和第六风室。
第一风室对应着火区；第二风室、第三风室和第四风室对应主燃区；第五风室和第六风室对应燃尽区。
分区拱靠近炉膛前拱的是分区拱前部，靠近炉膛后拱的是分区拱后部。
所述的炉膛宽度方向指的是与炉膛前拱和炉膛后拱连线垂直的水平方向。
本发明的一种独立分区层燃烟气循环燃烧系统的使用方法是：
一、打开再循环引风机，层燃锅炉引风机出口稳定段的热烟气被再循环引风机抽吸，依次经再循环引风机输入管路、再循环引风机输出管路、再循环分支管路进入层燃锅炉炉排下方的第二至第六风室，通过再循环引风机控制再循环烟气总量占锅炉负荷实际烟气总量的15％～25％；其中当锅炉的负荷大于等于85％的额定负荷时，控制再循环烟气总量占锅炉负荷实际烟气总量的15％；当锅炉的负荷小于等于50％的额定负荷时，控制再循环烟气量占锅炉负荷实际烟气总量的25％；
二、层燃锅炉炉排下方的第一风室完全关闭；层燃锅炉炉排下方的第二风室的风室电动调节阀完全打开，开启层燃锅炉炉排下方的第二风室的分支管路电动调节阀，控制分支管路电动调节阀使得锅炉炉排下方的第二风室内的再循环烟气量占锅炉炉排下方的第二风室总风量的5％以下；设置层燃锅炉炉排下方的第三风室的风室电动调节阀开启75％～100％，控制分支管路电动调节阀使得锅炉炉排下方的第三风室内的再循环烟气量占锅炉炉排下方的第三风室总风量的10％～15％；设置层燃锅炉炉排下方的第四风室的风室电动调节阀开启25％～50％，控制分支管路电动调节阀使得锅炉炉排下方的第四风室内的再循环烟气量占锅炉炉排下方的第四风室总风量的30％～50％；设置层燃锅炉炉排下方的第五风室的风室电动调节阀开启0～25％，控制分支管路电动调节阀使得锅炉炉排下方的第五风室内的再循环烟气量占锅炉炉排下方的第五风室总风量的25％以下；设置层燃锅炉炉排下方的第六风室的风室电动调节阀开启0～25％，控制分支管路电动调节阀使得锅炉炉排下方的第六风室内的再循环烟气量占锅炉炉排下方的第六风室总风量的25％以下；
三、当锅炉的负荷在额定负荷的60％～100％时，设置连通管路调节阀的开度为75％；当锅炉的负荷在额定负荷的60％以下时，设置连通管路调节阀的开度为100％。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明依据炉排主燃区煤层还原层厚度调控相应配风及再循环烟气量，结合着火区段煤层(该区段风室封门关闭)热解析出的还原性挥发物，在主燃区床层与前拱及分区拱以下的独立分区形成低化学当量比的弱还原性气氛，在该独立分区实现NO还原反应；
2、本发明炉排上床层的燃尽区段配风以再循环烟气为主，依靠再循环烟气中的氧量实现燃尽区剩余焦炭的燃尽及灰渣的冷却；
3、本发明依靠层燃锅炉的后拱燃尽区段与炉膛垂直段的压差，经后拱至锅炉后墙的烟气连通管路将燃尽区域高氧量烟气引至炉膛，一定程度上起到燃尽风作用，与喉口烟气混合，促进其中的可燃气体及未燃尽炭粒的燃烧，同时减少了后拱烟气向前拱的冲量，确保独立分区(分区拱和前拱之间的区域)层燃烟气循环燃烧工艺独立分区的低化学当量比条件稳定；分区拱与层燃锅炉后拱间隙分流的燃尽区高氧量烟气在喉口处与独立分区层产生的烟气强烈混合，促进独立分区层未完全燃烧物质的燃尽；
4、本发明的降氮效率达到25％-27％。
附图说明
图1是具体实施方式一中独立分区层燃烟气循环燃烧系统的示意图；
图2是具体实施方式一中炉排17所在区域的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1-2，本实施方式为一种独立分区层燃烟气循环燃烧系统是由层燃锅炉1、除尘器11、层燃锅炉引风机12、再循环引风机输入管路2、再循环引风机3、再循环引风机输出管路4、再循环分支管路13、分支管路电动调节阀5、风室电动调节阀6、风室压力测量表7、后拱至锅炉后墙的烟气连通管路9、连通管路调节阀8和分区拱10组成；
除尘器11的入口与锅炉的烟道出口连通，除尘器11的出口与层燃锅炉引风机12的入口连通，再循环引风机输入管路2的一端与层燃锅炉引风机12出口的稳定段连通，再循环引风机输入管路2的另一端与再循环引风机3的进风口连通，再循环引风机的出风口3与再循环引风机输出管路4的一端连通，再循环引风机输出管路4的另一端通过再循环分支管路13与层燃锅炉1的炉排17下方的第二至第六风室分别连通，每个再循环分支管路13上各设置一个分支管路电动调节阀5，炉排17下方的第二至第六风室各设置一个风室电动调节阀6和一个风室压力测量表7，风室电动调节阀6连通空气管路，风室压力测量表7安装在风室的风门上；
炉膛后拱15沿炉膛宽度方向均匀开多个孔18，并且每个孔18引出炉膛后拱至锅炉后墙的烟气连通管路9至炉膛垂直段16中部并进入炉膛，在炉膛后拱至锅炉后墙的烟气连通管路9上设置连通管路调节阀8；
在炉膛后拱15下方设置分区拱10，分区拱10较炉膛后拱15向上倾斜2°～5°，分区拱10的前部10-1延伸至炉膛喉口并向上弯折，分区拱10的后部10-2延伸至炉排17下方的第四风室17-4上端，分区拱10与炉膛后拱15之间距离150mm～250mm。
层燃锅炉1的六个风室由炉膛前拱14至炉膛后拱15方向依次是第一风室17-1、第二风室17-2、第三风室17-3、第四风室17-4、第五风室17-5和第六风室17-6。
第一风室17-1对应着火区；第二风室17-2、第三风室17-3和第四风室17-4对应主燃区；第五风室17-5和第六风室17-6对应燃尽区。
分区拱10靠近炉膛前拱14的是分区拱前部10-1，靠近炉膛后拱15的是分区拱后部10-2。
所述的炉膛宽度方向指的是与炉膛前拱14和炉膛后拱15连线垂直的水平方向。
本实施方式中炉排17下方的第二至第六风室的原有手动调节阀更换为风室电动调节阀6，并加装风室压力测量表7。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述的后拱至锅炉后墙的烟气连通管路9的材质是耐高温不锈钢310S。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式是具体实施方式一中的一种独立分区层燃烟气循环燃烧系统的使用方法，具体是：
一、打开再循环引风机3，层燃锅炉引风机12出口稳定段的热烟气被再循环引风机抽吸3，依次经再循环引风机输入管路2、再循环引风机输出管路4、再循环分支管路13进入层燃锅炉炉排17下方的第二至第六风室，通过再循环引风机2控制再循环烟气量占锅炉负荷实际烟气总量的15％～25％；其中当锅炉的负荷大于等于85％的额定负荷时，控制再循环烟气总量占锅炉负荷实际烟气总量的15％；当锅炉的负荷小于等于50％的额定负荷时，控制再循环烟气总量占锅炉负荷实际烟气总量的25％；
二、层燃锅炉炉排17下方的第一风室17-1完全关闭；层燃锅炉炉排的第二风室17-2的风室电动调节阀6完全打开，开启连通层燃锅炉炉排17下方的第二风室17-2的分支管路电动调节阀5，控制分支管路电动调节阀5使得锅炉炉排17下方的第二风室17-2内的再循环烟气量占锅炉炉排17下方的第二风室17-2总风量的5％以下；设置层燃锅炉炉排17下方的第三风室17-3的风室电动调节阀6开启75％～100％，控制分支管路电动调节阀5使得锅炉炉排17下方的第三风室17-3内的再循环烟气量占锅炉炉排17下方的第三风室17-3总风量的10％～15％；设置层燃锅炉炉排17下方的第四风室17-4的风室电动调节阀6开启25％～50％，控制分支管路电动调节阀5使得锅炉炉排17下方的第四风室17-4内的再循环烟气量占锅炉炉排17下方的第四风室17-4总风量的30％～50％；设置层燃锅炉炉排17下方的第五风室17-5的风室电动调节阀6开启0～25％，控制分支管路电动调节阀5使得锅炉炉排17下方的第五风室17-5内的再循环烟气量占锅炉炉排17下方的第五风室17-5总风量的25％以下；设置层燃锅炉炉排17下方的第六风室17-6的风室电动调节阀6开启0～25％，控制分支管路电动调节阀5使得锅炉炉排17下方的第六风室17-6内的再循环烟气量占锅炉炉排17下方的第六风室17-6总风量的25％以下；
三、当锅炉的负荷在额定负荷的60％～100％时，设置连通管路调节阀8的开度为75％；当锅炉的负荷在额定负荷的60％以下时，设置连通管路调节阀8的开度为100％。
本实施方式的层燃锅炉燃尽区段后拱15与锅炉后墙垂直段16的后拱至锅炉后墙的烟气连通管路9和连通管路调节阀8能够调节层燃锅炉的燃尽区高氧量烟气进入锅炉炉膛垂直段16流量，起到燃尽风作用。
本实施方式调节及控制主燃区风室风量的分配，促进及强化厚还原层薄氧化层区段的燃烧反应，加快该区域燃料氮的释放速度，进而强化该区域还原层对氧化层释放燃料型NO的还原作用。同时控制厚氧化层薄还原层区段处于等化学当量比的反应条件；分区拱10分流燃尽区产生的高氧量烟气，将主燃区煤层生成产物导向前拱14区域，结合着火区段煤层(该区段风室封门关闭)热解析出的还原性挥发分，在该局部区域形成低化学当量比的弱还原性气氛的独立分区(分区拱10和前拱14之间的区域)；分区拱10与层燃锅炉后拱15间隙分流的燃尽区高氧量烟气在喉口处与独立分区产生的烟气强烈混合，促进独立分区未完全燃烧物质的燃尽；依靠再循环烟气实现燃尽区段煤层剩余焦炭的燃尽及灰渣的冷却；
本实施方式依靠层燃锅炉的后拱15燃尽区与炉膛垂直段16的压差，经后拱至锅炉后墙的烟气连通管路9将该区域高氧量烟气引至炉膛，一定程度上起到燃尽风作用，与喉口烟气混合，促进其中的可燃气体及未燃尽炭粒的燃烧。该步骤的设置减少了后拱15的烟气向前拱14的冲量，确保在主燃区床层与前拱14及分区拱10以下的独立分区的低化学当量比条件的稳定；使该独立分区的着火区段、带还原层的燃烧区段煤层释放的还原性物质，包括CO、CH4、H2等还原性气体及被烟气从煤层中携带出的半焦颗粒，混合独立分区煤层生成的NO及含氮中间产物NHi、HCN、CN等在该独立分区空间发生NO消减的同相及异相还原反应。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三的不同点是：步骤二中设置层燃锅炉炉排17下方的第三风室17-3的风室电动调节阀6开启80％，控制分支管路电动调节阀5使得锅炉炉排17下方的第三风室17-3内的再循环烟气量占锅炉炉排17下方的第三风室17-3总风量的12％。其他与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三的不同点是：步骤二中设置层燃锅炉炉排17下方的第四风室17-4的风室电动调节阀6开启40％，控制分支管路电动调节阀5使得锅炉炉排17下方的第四风室17-4内的再循环烟气量占锅炉炉排17下方的第四风室17-4总风量的40％。其他与具体实施方式三相同。

Claims (5)

1.一种独立分区层燃烟气循环燃烧系统，其特征在于独立分区层燃烟气循环燃烧系统是由层燃锅炉(1)、除尘器(11)、层燃锅炉引风机(12)、再循环引风机输入管路(2)、再循环引风机(3)、再循环引风机输出管路(4)、再循环分支管路(13)、分支管路电动调节阀(5)、风室电动调节阀(6)、风室压力测量表(7)、后拱至锅炉后墙的烟气连通管路(9)、连通管路调节阀(8)和分区拱(10)组成；
除尘器(11)的入口与锅炉的烟道出口连通，除尘器(11)的出口与层燃锅炉引风机(12)的入口连通，再循环引风机输入管路(2)的一端与层燃锅炉引风机(12)出口的稳定段连通，再循环引风机输入管路(2)的另一端与再循环引风机(3)的进风口连通，再循环引风机的出风口(3)与再循环引风机输出管路(4)的一端连通，再循环引风机输出管路(4)的另一端通过再循环分支管路(13)与层燃锅炉(1)的炉排(17)下方的第二至第六风室分别连通，每个再循环分支管路(13)上各设置一个分支管路电动调节阀(5)，炉排(17)下方的第二至第六风室各设置一个风室电动调节阀(6)和一个风室压力测量表(7)；
炉膛后拱(15)沿炉膛宽度方向均匀开多个孔(18)，并且每个孔(18)引出炉膛后拱至锅炉后墙的烟气连通管路(9)至炉膛垂直段(16)中部并进入炉膛，在炉膛后拱至锅炉后墙的烟气连通管路(9)上设置连通管路调节阀(8)；
在炉膛后拱(15)下方设置分区拱(10)，分区拱(10)较炉膛后拱(15)向上倾斜2°～5°，分区拱(10)的前部(10-1)延伸至炉膛喉口并向上弯折，分区拱(10)的后部(10-2)延伸至炉排(17)下方的第四风室(17-4)上端，分区拱(10)与炉膛后拱(15)之间距离150mm～250mm。
2.根据权利要求1所述的一种独立分区层燃烟气循环燃烧系统，其特征在于所述的后拱至锅炉后墙的烟气连通管路(9)的材质是耐高温不锈钢310S。
3.如权利要求1所述的一种独立分区层燃烟气循环燃烧系统的使用方法，其特征在于独立分区层燃烟气循环燃烧系统的使用方法是按以下步骤进行的：
一、打开再循环引风机(3)，层燃锅炉引风机(12)出口稳定段的热烟气被再循环引风机抽吸(3)，依次经再循环引风机输入管路(2)、再循环引风机输出管路(4)、再循环分支管路(13)进入层燃锅炉炉排(17)下方的第二至第六风室，通过再循环引风机(2)控制再循环烟气总量占锅炉负荷实际烟气总量的15％～25％；其中当锅炉的负荷大于等于85％的额定负荷时，控制再循环烟气总量占锅炉负荷实际烟气总量的15％；当锅炉的负荷小于等于50％的额定负荷时，控制再循环烟气总量占锅炉负荷实际烟气总量的25％；
二、层燃锅炉炉排(17)下方第一风室(17-1)完全关闭；层燃锅炉炉排下方的第二风室(17-2)的风室电动调节阀(6)完全打开，开启连通层燃锅炉炉排(17)下方的第二风室(17-2)的分支管路电动调节阀(5)，控制分支管路电动调节阀(5)使得锅炉炉排(17)下方的第二风室(17-2)内的再循环烟气量占锅炉炉排(17)下方的第二风室(17-2)总风量的5％以下；设置层燃锅炉炉排(17)下方的第三风室(17-3)的风室电动调节阀(6)开启75％～100％，控制分支管路电动调节阀(5)使得锅炉炉排(17)下方的第三风室(17-3)内的再循环烟气量占锅炉炉排(17)下方的第三风室(17-3)总风量的10％～15％；设置层燃锅炉炉排(17)下方的第四风室(17-4)的风室电动调节阀(6)开启25％～50％，控制分支管路电动调节阀(5)使得锅炉炉排(17)下方的第四风室(17-4)内的再循环烟气量占锅炉炉排(17)下方的第四风室(17-4)总风量的30％～50％；设置层燃锅炉炉排(17)下方的第五风室(17-5)的风室电动调节阀(6)开启0～25％，控制分支管路电动调节阀(5)使得锅炉炉排(17)下方的第五风室(17-5)内的再循环烟气量占锅炉炉排(17)下方的第五风室(17-5)总风量的25％以下；设置层燃锅炉炉排(17)下方的第六风室(17-6)的风室电动调节阀(6)开启0～25％，控制分支管路电动调节阀(5)使得锅炉炉排(17)下方的第六风室(17-6)内的再循环烟气量占锅炉炉排(17)下方的第六风室(17-6)总风量的25％以下；
三、当锅炉的负荷在额定负荷的60％～100％时，设置连通管路调节阀(8)的开度为75％；当锅炉的负荷在额定负荷的60％以下时，设置连通管路调节阀(8)的开度为100％。
4.根据权利要求3所述的一种独立分区层燃烟气循环燃烧系统的使用方法，其特征在于步骤二中设置层燃锅炉炉排(17)下方的第三风室(17-3)的风室电动调节阀(6)开启80％，控制分支管路电动调节阀(5)使得锅炉炉排(17)下方的第三风室(17-3)内的再循环烟气量占锅炉炉排(17)下方的第三风室(17-3)总风量的12％。
5.根据权利要求3所述的一种独立分区层燃烟气循环燃烧系统的使用方法，其特征在于步骤二中设置层燃锅炉炉排(17)下方的第四风室(17-4)的风室电动调节阀(6)开启40％，控制分支管路电动调节阀(5)使得锅炉炉排(17)下方的第四风室(17-4)内的再循环烟气量占锅炉炉排(17)下方的第四风室(17-4)总风量的40％。
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