CN106765067A - 一种水煤浆超低排放燃烧系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种水煤浆超低排放燃烧系统，包括媒体物料循环燃烧系统和送风系统和水煤浆给浆口。其中媒体物料循环燃烧系统包括炉膛和分离回输装置，送风系统包括一次风风室和二次风口。水煤浆燃烧送风分一次风和二次风送入炉膛，一次风经过一次风风室由下向上送入炉膛，二次风在炉膛密相区的上侧送入。通过调整一、二次风的比例，确保一次风满足流化和创造密相区缺氧燃烧环境，二次风满足稀相区富氧燃烧，从而消除缺氧区。水煤浆在密相区还原性气氛下产生各种可燃成份，在进入稀相区后，在富氧燃烧环境条件下，根据其与氧气结合的先后顺序进行燃烧，从而最大限度降低燃料型NOx的生成；同时富氧燃烧环境可保证水煤浆燃料的充分燃烬。

Description

一种水煤浆超低排放燃烧系统
技术领域
本发明涉及燃烧锅炉技术领域，更进一步地涉及一种水煤浆超低排放燃烧系统。
背景技术
随着国家环保要求的不断提高，对节能减排型锅炉的要求越来越高。在现有的悬浮流化水煤浆锅炉燃烧工艺中，水煤浆燃料颗粒度在35～75μm左右，颗粒状水煤浆团在燃烧过程中进一步解体为细颗粒，由于燃料颗粒度小，燃烧组织不合理，未燃烬的颗粒很难被分离器捕捉，导致飞灰的含碳量高；另外，由于燃料中的灰分少，仅靠燃料中的灰分很难建立灰循环，在运行过程中，一旦床温超温，没有有效的降床温措施来保证锅炉正常运行。进而使锅炉污染物的原始排放浓度较高，锅炉尾部脱硫、脱硝、除尘装置的压力很大，并且设备投资和运行的成本高。
因此，对于本领域的技术人员来说，如何降低锅炉污染物的原始排放，是目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种水煤浆超低排放燃烧系统，通过合理的炉内燃烧技术组织、炉内脱硫、降硝技术，大大降低原始排放中的污染物含量。具体方案如下：
一种水煤浆超低排放燃烧系统，包括媒体物料循环燃烧系统和送风系统；
所述媒体物料循环燃烧系统包括炉膛，所述炉膛顶部连接分离回输装置，所述炉膛排出的高温烟气中携带的媒体物料经所述分离回输装置送回所述炉膛中的床面上；
所述送风系统包括设置于所述床面下方的一次风风室，所述一次风风室向所述炉膛通入一次风；设置于所述炉膛密相区上方的二次风口，所述二次风口向所述炉膛通入二次风；一次风与二次风在所述床面处的密相区形成还原性气氛，在所述炉膛上方的稀相区形成富氧气氛；
还包括设置于所述炉膛的侧壁上、且位于所述床面上方的水煤浆给浆口。
可选地，所述分离回输装置包括高温旋风分离器和返料器，所述高温旋风分离器和所述返料器之间通过返料灰通道连通。
可选地，所述二次风口距离所述床面的高度为3～5m，经所述二次风口向所述炉膛送入粒径0～2mm的石灰石作为脱硫剂。
可选地，所述水煤浆给浆口距离所述床面的高度为1.5～3m。
可选地，所述炉膛中一次风与二次风的比例介于5:5至4.5:5.5之间。
可选地，所述床面所述炉膛中烟气的流速为4.5～5.5m/s。
可选地，所述床面的温度介于850～900℃之间。
可选地，所述床面上布置粒径为0～2mm的惰性媒体物料。
本发明提供一种水煤浆超低排放燃烧系统，包括媒体物料循环燃烧系统和送风系统和水煤浆给浆口。其中媒体物料循环燃烧系统包括炉膛和分离回输装置，送风系统包括一次风风室和二次风口。
炉膛是整个锅炉的燃烧技术组织部分，水煤浆燃烧送风分一次风和二次风送入炉膛，一次风经过一次风风室由下向上送入炉膛，二次风在炉膛密相区的上侧送入。通过调整一、二次风的比例，确保一次风满足流化和创造密相区缺氧燃烧环境，二次风满足稀相区富氧燃烧，从而消除缺氧区。水煤浆在密相区还原性气氛下产生各种可燃成份，在进入稀相区后，在富氧燃烧环境条件下，根据其与氧气结合的先后顺序进行燃烧，从而最大限度降低燃料型NOx的生成；同时富氧燃烧环境可保证水煤浆燃料的充分燃烬。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的水煤浆超低排放燃烧系统的结构图。
其中包括：
炉膛1、床面11、顶部出口12、水煤浆给浆口13、分离回输装置2、高温旋风分离器21、返料器22、返料灰通道23、一次风风室31、二次风口32。
具体实施方式
本发明的核心在于提供一种水煤浆超低排放燃烧系统，能够降低原始排放中的污染物含量。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本申请的水煤浆超低排放燃烧系统进行详细的介绍说明。
如图1所示，为本发明提供的水煤浆超低排放燃烧系统的结构图，图中的箭头表示媒体物料的流动方向。
本发明提供的水煤浆超低排放燃烧系统包括媒体物料循环燃烧系统、送风系统和水煤浆给浆口等部分。
媒体物料循环燃烧系统包括炉膛1和分离回输装置2，炉膛1是整个锅炉的燃烧技术组织部分，炉膛1通过顶部出口12向外排出烟气，在顶部出口12上连接分离回输装置2，炉膛1排出的高温烟气中携带的媒体物料经分离回输装置2向下送回炉膛1中的床面11上。本申请中所说的媒体物料是指燃烧环境下各种功能的固体，包括床料、石灰石、水煤浆颗粒等。
送风系统包括一次风风室31和二次风口32，一次风风室31设置于床面11的下方，一次风风室31向炉膛1通入一次风；二次风口32设置于炉膛1的密相区上方，二次风口32向炉膛1通入二次风。调节一次风与二次风的送风比例，在床面11处的密相区形成还原性气氛，在炉膛1上方的稀相区形成富氧气氛；
水煤浆给浆口13设置于炉膛1的侧壁上，并且位于床面11上方，将水煤浆送到床面11之上。
通过调整一次风与二次风的比例，确保一次风满足流化和创造密相区缺氧燃烧环境，二次风满足稀相区富氧燃烧和消除缺氧区，使水煤浆在密相区还原性气氛下产生各种可燃成份，在进入稀相区后，在富氧燃烧环境条件下，根据其与氧气结合的先后顺序进行燃烧，从而最大限度降低燃料型NOx的生成；同时富氧燃烧环境可保证水煤浆燃料的充分燃烬。传统的锅炉结构的燃烧组织不合理，密相区的温度通常在850～900℃之间，而燃烧温度在920℃以上时产生的NOx较多。本发明在床面11处形成了缺氧燃烧的环境，反应形成各种可燃气体；将炉膛废气中的媒体物料重新送回床面11上，降低床面11处的温度，使燃烧温度控制在850～900℃之间，减少了氮氧化物的产生。
更进一步，本发明中的分离回输装置2包括高温旋风分离器21和返料器22，高温旋风分离器21和返料器22之间通过返料灰通道23连通。由炉膛1、高温旋风分离器21、返料器22组成媒体物料循环燃烧系统。高温旋风分离器21是媒体物料循环的重要组成部分，水煤浆在炉膛1内经过燃烧后产生的高温烟气携带媒体物料经过顶部出口12进入高效高温旋风分离器21，分离下来的媒体物料通过返料器、返料灰通道23返回炉膛1，继续参与热量传递、炉内脱硫等作用，能有效降低床面11的温度，从而抑制热力型的NOx的生成；不能被分离的少量细小媒体物料被烟气带出分离器而离开本媒体物料循环燃烧系统。
具体地，二次风口32距离床面11的高度为3～5m。炉膛1上设置的水煤浆给浆口13距离床面11的高度为1.5～3m。本发明的水煤浆超低排放燃烧系统采用粗制水煤浆作为燃料，经专用输送设备送入炉膛。水煤浆给浆口13设置在炉膛前侧中心位置距床面高度1.5～3.0m范围内，采用0～2mm耐磨性材料(如石英砂、河砂、煤矸石、炉渣等)作底料经炉前送入，采用粒径0～2mm的石灰石作为脱硫剂经二次风送入炉膛1。控制炉内燃烧温度850～900℃，炉膛烟气流速4.5～5.5m/s。
石灰石既用于脱硫又起循环物料作用，石灰石的品质好，达到同样脱硫效果石灰石使用的量少，反之则增大；石灰石高温分解易成粉末状，在经过高效高温旋风分离器分离后，能起一定的循环灰的补充作用，但经过几次循环后，分离器捕捉不到就形成烟尘造成除尘器的负荷加大，所以应提高石灰石的品质。
在燃烧温度区间内石灰石脱硫是扩散反应，如石灰石粒径太大，比表面积小，脱硫反应不充分，石灰石利用率低；同时，颗粒扬析率也低，不能起到循环物料作用。若颗粒太小，则在床内停留时间太短，脱硫效果也差。石灰石宜采用气力输送方式连续不断送入燃烧室，以保持稳定的炉内脱硫效果，达到稳定的SO2的原始排放。
高效的高温旋风分离器21可以有效的控制炉膛1内的燃烧温度，由于水煤浆的粒度较小且灰份少，通过燃烧和磨损，均被烟气携带，通过高温旋风分离器21分离成为循环灰，不能被分离下来直接被烟气带走，不会产生大渣，但不能满足循环灰量的需求，在运行过程中需补充循环灰(耐磨损、0-2mm粒度)，通过补充循环灰量来调节床温和炉膛燃烧温度850-900℃的需求，但所需的补充量很少。
在操作时，床面11上铺设粒径为0～2mm的媒体物料，将滴状粗制水煤浆(粒度150～300μm)投入燃烧室下部炽热的处于流化状态的石英砂床料中，其燃烧温度控制在850-900℃左右。水煤浆在炽热的流化床料的加热下迅速完成析出水份、挥发份析出并着火燃烧及焦碳燃烧过程，并在流化状态下颗粒状水煤浆团进一步解体为细颗粒被热烟气带出密相区进入稀相区继续燃烧。
在上述任一技术及其相互组合的基础上，炉膛1中一次风与二次风的比例为5:5或4.5:5.5。采用一次风与二次风分级送风，合理调节一、二次风的比例和二次风的送入位置，一次风从床面11以下送入，二次风从密相区的上部送入；并通过水煤浆的合理送入位置进行水煤浆燃烧组织。在密相区采用缺氧燃烧技术，产生燃烧的还原性气氛环境，并能保证合理的床温；在稀相区采用富氧燃烧技术，并采用大孔径大动量的二次风消除炉膛中上部炉膛缺氧区，使水煤浆在密相区缺氧燃烧状态下产生的各种能燃成分以及水煤浆中的未燃成分根据其和氧气结合的先后顺序组织富氧燃烧，从而抑制燃料型NOx的生成和保证水煤浆燃料的充分燃烧。
床面11上布置粒径为0～2mm的惰性媒体物料。可通过降低床料(石英砂)的颗粒度和炉内脱硫所需的石灰石来补充灰量，满足锅炉循环所需灰量，也可以采用河沙、煤矸石等耐磨损的物质，颗粒度要保持在0-2mm左右，以维持适当的流化床料和循环灰的需要。
锅炉燃烧环境温度是CaO脱硫的最佳运行温度，脱硫效率很高；采用炉内石灰石脱硫，采用气力输送的方式向炉内输送一定粒度的石灰石，石灰石在高温下煅烧生成CaO，CaO与SO2进一步反应生成CaSO4，在Ca/S＝2.1左右时，石灰石粒度在0-2mm时，脱硫效率可以达到85-95％，大大降低了SO2的原始排放；水煤浆中的灰分很少，燃烧后产生的烟尘量很少，加上媒体物料的磨损破碎产生的烟尘量很少，因此锅炉的尘原始排放很少。
本发明提供了一种水煤浆超低排放燃烧系统，实现了水煤浆的低温燃烧，燃烧温度控制在850-900℃，解决了水煤浆高温燃烧结焦、运行不稳定、安全性差的问题，低温燃烧环境有效控制了热力型NOx的形成，辅以缺氧、富氧燃烧技术有效抑制燃料型NOx的生成，从而保证很低的NOx的原始排放，NOx的原始排放低于100mg/NM3。
采用高温旋风分离器，提高了媒体物料的利用率，减少了媒体物料的补充量；采用细的石英砂做床料，石灰石做脱硫剂、水煤浆的颗粒、结团的颗粒构成循环灰，对受热面的磨损很小，运行周期长。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种水煤浆超低排放燃烧系统，其特征在于，包括媒体物料循环燃烧系统和送风系统；
所述媒体物料循环燃烧系统包括炉膛(1)，所述炉膛(1)顶部连接分离回输装置(2)，所述炉膛(1)排出的高温烟气中携带的媒体物料经所述分离回输装置(2)送回所述炉膛(1)中的床面(11)上；
所述送风系统包括设置于所述床面(11)下方的一次风风室(31)，所述一次风风室(31)向所述炉膛(1)通入一次风；设置于所述炉膛(1)密相区上方的二次风口(32)，所述二次风口(32)向所述炉膛(1)通入二次风；一次风与二次风在所述床面(11)处的密相区形成还原性气氛，在所述炉膛(1)上方的稀相区形成富氧气氛；
还包括设置于所述炉膛(1)的侧壁上、且位于所述床面(11)上方的水煤浆给浆口(13)。
2.根据权利要求1所述的水煤浆超低排放燃烧系统，其特征在于，所述分离回输装置(2)包括高温旋风分离器(21)和返料器(22)，所述高温旋风分离器(21)和所述返料器(22)之间通过返料灰通道(23)连通。
3.根据权利要求2所述的水煤浆超低排放燃烧系统，其特征在于，所述二次风口(32)距离所述床面(11)的高度为3～5m；经所述二次风口(32)向所述炉膛(1)送入粒径0～2mm的石灰石作为脱硫剂。
4.根据权利要求2所述的水煤浆超低排放燃烧系统，其特征在于，所述水煤浆给浆口(13)距离所述床面(11)的高度为1.5～3m。
5.根据权利要求1至4任一项所述的水煤浆超低排放燃烧系统，其特征在于，所述炉膛(1)中一次风与二次风的比例介于5:5至4.5:5.5之间。
6.根据权利要求5所述的水煤浆超低排放燃烧系统，其特征在于，所述床面(11)所述炉膛(1)中烟气的流速为4.5～5.5m/s。
7.根据权利要求5所述的水煤浆超低排放燃烧系统，其特征在于，所述床面(11)的温度介于850～900℃之间。
8.根据权利要求5所述的水煤浆超低排放燃烧系统，其特征在于，所述床面(11)上布置粒径为0～2mm的惰性媒体物料。
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