CN107477573A - 一种用于工业煤粉锅炉的在燃烧器中心喷氨的燃烧装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于工业煤粉锅炉的在燃烧器中心喷氨的燃烧装置,它涉及工业煤粉锅炉技术领域。本发明为解决现有卧式工业煤粉锅炉存在的NOx排放量高,NOx减排成本较高,煤粉燃尽差,对负荷变化的调节能力差,锅炉热效率低和结渣严重的问题。本发明包括一次风管、直流二次风管、旋流内二次风管、旋流外二次风管、混合器、氨基还原剂输送管、浓煤粉输送管、炉膛和两级燃尽风系统,一次风管、直流二次风管、旋流内二次风管和旋流外二次风管由内至外依次设置,氨基还原剂输送管和浓煤粉输送管分别与混合器的入口端连接,混合器的出口端与一次风管的入口端连接,两级燃尽风系统设置在炉膛的膛壁上。本发明用于工业煤粉锅炉。
Description
技术领域
本发明涉及工业煤粉锅炉技术领域,具体涉及一种用于工业煤粉锅炉的在燃烧器中心喷氨的燃烧装置。
背景技术
在我国,工业锅炉以中小型锅炉为主,数量多分布广,而且大部分工业锅炉仍然使用煤作为主要燃料,工业煤粉锅炉已经是我国NOx污染物的主要排放源之一。国家环境保护部于2014年5月16日颁布的《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2014)中明确规定了7MW以上的在用燃煤热水锅炉自2015年10月1日起,NOx排放量不得超过400mg/m3;7MW以上的新建燃煤热水锅炉自2015年10月1日起,NOx排放量不得超过300mg/m3;对于重点区域,NOx排放量更是不得超过200mg/m3。因此,控制工业煤粉锅炉的NOx排放量刻不容缓。
选择性非催化还原(SNCR)技术是一种较为成熟的NOx减排商业化技术,SNCR技术一般仅在850℃~1100℃的温度区间内有效,对于温度较高的主燃烧区域很难实现脱硝的作用,但当主燃区处于低氧强还原性气氛时,能够将脱硝反应发生的温度区间提升到900~1300℃内。
现有一些用于锅炉提高运行效率和降低NOx排放量的技术,例如发明专利《一种锅炉的旋流燃烧器和燃尽风布置结构》(中国专利号为ZL201210097534.1、申请公布日为2012年8月1日、申请公布号为CN102620285A,下称“文件一”)在立式锅炉后墙位于旋流燃烧器的侧上方布置燃尽风喷口;发明专利《大型锅炉高温烟气区域喷氨气脱硝系统及脱硝工艺》(中国专利号为ZL201610056650.7、申请公布日为2016年1月28日、申请公布号为CN105509081A,下称“文件二”)在水平烟道入口横截面布置氨基还原剂喷管,喷管对冲烟气方向上开设喷孔向烟气喷氨。现有的技术虽然可以在一定程度上降低NOx排放量,但降低幅度有限,无法满足环保要求。
发明内容
本发明为了解决现有卧式工业煤粉锅炉存在的NOx排放量高,NOx减排成本较高,煤粉燃尽差,对负荷变化的调节能力差,锅炉热效率低和结渣严重的问题,进而提出一种用于工业煤粉锅炉的在燃烧器中心喷氨的燃烧装置。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是:
一种用于工业煤粉锅炉的在燃烧器中心喷氨的燃烧装置包括一次风管、直流二次风管、旋流内二次风管、旋流外二次风管、混合器、氨基还原剂输送管、浓煤粉输送管、炉膛和两级燃尽风系统,一次风管、直流二次风管、旋流内二次风管和旋流外二次风管由内至外依次设置,氨基还原剂输送管和浓煤粉输送管分别与混合器的入口端连接,混合器的出口端与一次风管的入口端连接,一次风管、直流二次风管、旋流内二次风管和旋流外二次风管的出口端分别与燃烧器喷口连接,燃烧器喷口设置在炉膛前墙的中部,燃烧器喷口与炉膛的内壁平齐,旋流内二次风管内设有内轴向旋流叶片,旋流外二次风管内设有外轴向旋流叶片,两级燃尽风系统设置在炉膛的膛壁上。
本发明与现有技术相比包含的有益效果是:
1、本发明更有利于降低NOx的排放量
①本发明所述技术采用了低氮旋流燃烧器,在燃烧器出口区域可以形成具有强还原性气氛的中心回流区,同时在烟气流程的中后部布置了两级燃尽风喷口,40~60%的助燃空气自燃尽风喷口送入炉膛,强烈的空气分级燃烧大大降低了主燃区过量空气系数,增强了主燃区的还原性,即中心回流区的还原性得到加强,有利于抑制燃烧过程中燃料型NOx的生成;本技术中氨基还原剂和浓煤粉气流在一次风管前端的混合器中混合均匀后,从位于燃烧器中心的一次风管喷口喷入炉内,氨基还原剂直达具有强烈还原性气氛的中心回流区中,强还原性气氛下,氨基还原剂发生脱硝反应的温度窗口扩大到900~1300℃的范围,延长了脱硝反应的发生时间,大大降低了炉内烟气中的NOx含量。
②“文件二”所述技术方案在水平烟道入口横截面布置氨基还原剂喷管,喷管在对冲烟气的方向上开设喷孔,向烟气中喷氨,氨基还原剂喷入后随着炉内烟气迅速进入对流换热区域,该区域换热强度大,烟气温度下降迅速,当降到温度窗以下时还原反应停止,因此氨基还原剂在温度窗内停留时间短,还原反应的作用时间短,对NOx的还原效果差,同时未反应的氨基还原剂还会造成氨逃逸,需要另在尾部设置设备除去多余的还原剂氨。对比“文件二”,本发明所述技术将氨基还原剂直接喷入燃烧器出口的中心回流区,由于本技术采用了低氮旋流燃烧器,并且布置了燃尽风,中心回流区具有强还原性,氨基还原剂在900~1300℃的温度窗内持续发生脱硝反应,扩大了氨基还原剂发生脱硝反应的温度窗口,大大降低主燃区的NOx生成量;而且旋转的烟气使得氨基还原剂与烟气气流间的扰动更加强烈,加快了氨基还原剂与烟气的混合,延长了氨基还原剂发生脱硝反应的停留时间,烟气中NOx与氨基还原剂的反应也更彻底,因此能在燃烧后期更有效地降低NOx的浓度,使NOx排放量得到进一步降低。
2、本发明有利于煤粉的燃尽,提高锅炉热效率
“文件一”仅在后墙上对应旋流燃烧器侧上方位置紧凑布置一或两层燃尽风喷口,燃尽风进入炉内后与烟气混合均匀程度差,烟气中未混合燃尽风的区域氧浓度低,未完全燃烧物无法继续完成燃烧,燃尽效果差。对比“文件一”,本发明所述技术布置在炉膛中部的四股高速一级燃尽风在炉膛中心切于具有一定直径的假想切圆,四股燃尽风射流在炉内形成一股旋转气流,使得燃尽风与烟气的扰动更加剧烈,强烈的扰动使得两者的混合更加快速、均匀,一方面降低了煤粉燃尽所需时间,另一方面避免了因氧浓度分布不均而导致的燃料无法燃尽的现象,有效地减少了不完全燃烧热损失,锅炉热效率得到提高;同时,本发明所述技术采用L型炉膛,自燃烧器送入的气流行程长,煤粉停留时间长,有利于煤粉充分燃尽。
3、本发明能减轻炉内结渣
本发明所述技术在炉膛中部四个角部布置一级燃尽风喷口,向炉膛送入燃尽风,低温的燃尽风绕炉膛四周运动,将高温、高灰渣浓度的烟气与炉膛内壁分隔开,减少了高温的灰渣与炉膛内壁的接触,可以减轻炉内结渣现象。低温的燃尽风有效地降低了炉膛内壁附近的烟气温度,使得熔融的煤粒在到达水冷壁面时就已经被冷却,避免了由于水冷壁附近温度过高而引起的结渣。同时炉膛中部送入的一级燃尽风形成的强烈的旋转气流吹扫炉膛内壁,起到了清灰的作用,减少了炉内积灰,避免了因为受热面积灰过多而引起的结渣。
4、本发明能有效节约脱硝成本
“文件二”喷氨口布置在烟道附近,氨基还原剂喷入后迅速随着烟气进入对到流换热区域,该区域换热强度大,故烟气温度下降迅速,当降到温度窗以下时还原反应停止,氨基还原剂在炉内停留时间短,还原反应的作用时间短,大部分氨基还原剂没有得到有效地利用,不仅使得炉内脱硝效率低,还会导致大量未反应的氨造成氨逃逸,只能在尾部加配附加设备来对未反应的氨基还原剂加以利用,大大增加了设备建设及运行成本。对比“文件二”,本发明所述技术在一次风管前端的混合器中将氨基还原剂和浓煤粉气流混合均匀后,混合气流从位于燃烧器中心的一次风管喷口喷入炉内,氨基还原剂进入炉内的位置到燃尽风喷口位置距离远,且这段行程上烟气处于还原性气氛下,故有效延长了氨基还原剂在炉内还原性气氛下进行脱硝反应的停留时间;同时,喷入主燃区内的氨基还原剂在900~1300℃温度范围内持续地发生脱硝反应,温度窗得到扩大,能够发生脱硝反应的时间得到延长,保证了氨基还原剂能够充分进行反应脱除烟气中的NOx;本发明所述技术在采用较小的氨氮比的同时,依然能够保证较低的NOx排放量,节省了氨基还原剂的使用量,同时尾部不用配置附加设备处理未能反应的氨基还原剂,降低了NOx减排的成本。
5、本发明能提高锅炉对负荷的适应能力
本发明所述技术沿烟气流程上布置两级燃尽风喷口,第一级燃尽风喷口布置在炉膛中部,第二级燃尽风喷口水平布置在上行烟道的前墙侧。当锅炉低负荷下运行时,通过关闭全部或部分第二级燃尽风喷口,一方面不降低燃尽风射流速度,保证了燃尽风和烟气的混合效果,另一方面,又能减小燃尽风率,有利于低负荷状态下煤粉的稳定燃烧。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图,其中箭头的方向表示气体的流入方向;
图2是本发明中炉膛10中部的竖直截面的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一:结合图1和图2说明本实施方式,本实施方式所述一种用于工业煤粉锅炉的在燃烧器中心喷氨的燃烧装置包括一次风管1、直流二次风管2、旋流内二次风管3、旋流外二次风管4、混合器7、氨基还原剂输送管8、浓煤粉输送管9、炉膛10和两级燃尽风系统,一次风管1、直流二次风管2、旋流内二次风管3和旋流外二次风管4由内至外依次设置,氨基还原剂输送管8和浓煤粉输送管9分别与混合器7的入口端连接,混合器7的出口端与一次风管1的入口端连接,一次风管1、直流二次风管2、旋流内二次风管3和旋流外二次风管4的出口端分别与燃烧器喷口连接,燃烧器喷口设置在炉膛16前墙的中部,燃烧器喷口与炉膛16的内壁平齐,旋流内二次风管3内设有内轴向旋流叶片6,旋流外二次风管4内设有外轴向旋流叶片5,两级燃尽风系统设置在炉膛10的膛壁上。
具体实施方式二:结合图1说明本实施方式,本实施方式所述一次风管1、直流二次风管2、旋流内二次风管3和旋流外二次风管4同轴设置。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:结合图1和图2说明本实施方式,本实施方式所述两级燃尽风系统包括多个一级燃尽风喷口11和多个二级燃尽风喷口12,多个一级燃尽风喷口11沿炉膛10中部的竖直圆周方向均布设置,每个一级燃尽风喷口11的喷射方向与炉膛10的中心之间设有夹角α,二级燃尽风喷口12设置在炉膛10的上行烟道13前墙上,多个二级燃尽风喷口12沿上行烟道13的水平圆周方向均布设置。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一或二相同。
每个一级燃尽风喷口11的喷射方向均与炉膛10的中心形成倾角,使一级燃尽风喷口11送入炉膛10的四股射流在炉膛10中心切于具有一定直径的假想切圆,即一级燃尽风喷口11射出的气流在炉膛10的中心形成一个切圆。
具体实施方式四:结合图1和图2说明本实施方式,本实施方式所述多个一级燃尽风喷口11的数量为四个。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式三相同。
具体实施方式五:结合图1和图2说明本实施方式,本实施方式所述一级燃尽风喷口11设置在炉膛10的四个角部。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式四相同。
具体实施方式六:结合图1说明本实施方式,本实施方式所述二级燃尽风喷口12与炉膛10的转角之间沿高度方向上设有间隔。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式四或五相同。即二级燃尽风喷口12与炉膛10的转角之间沿高度方向上设有一定距离。
工作原理
锅炉运行时,浓煤粉输送管9中的浓煤粉气流和氨基还原剂输送管8中的氨基还原剂在混合器7中混合均匀后,经由一次风管1送入炉内,被高温回流烟气加热后着火燃烧,部分助燃空气通过直流二次风管2、旋流内二次风管3和旋流外二次风管4送入炉膛10,与浓煤粉气流接触并提供煤粉初期燃烧所需的氧,炉内主燃区过量空气系数在0.48~0.72之间,,将主燃区温度控制在1300℃以下,有利于氨基还原剂发生脱硝反应,大大降低烟气中生成的NOx含量,剩余40%~60%的助燃空气由燃尽风喷口分两级分别在炉膛10中部和上行烟道13中送入与烟气混合,提供煤粉燃尽所需的氧气,其中四股一级燃尽风通过一级燃尽风喷口11从炉膛10中部的四个角部进入烟气气流中,在炉膛10中心切于具有一定直径的假想切圆,射流方向与烟气旋流方向相同,加强了一级燃尽风与烟气的扰动,有利于加快两者的混合,促进烟气中可燃物的燃尽。
当锅炉正常负荷下运行时,两级燃尽风喷口全开,40%~60%的助燃空气由两级燃尽风喷口分别在炉膛10中部和上行烟道13中送入与烟气混合,保证了降低NOx排放量的效果;当锅炉低负荷下运行时,通过关闭全部或部分第二级燃尽风喷口12,可以在不降低燃尽风射流速度的同时,减小燃尽风率,有利于低负荷状态下煤粉的稳定燃烧。
Claims (6)
1.一种用于工业煤粉锅炉的在燃烧器中心喷氨的燃烧装置,其特征在于:所述一种用于工业煤粉锅炉的在燃烧器中心喷氨的燃烧装置包括一次风管(1)、直流二次风管(2)、旋流内二次风管(3)、旋流外二次风管(4)、混合器(7)、氨基还原剂输送管(8)、浓煤粉输送管(9)、炉膛(10)和两级燃尽风系统,一次风管(1)、直流二次风管(2)、旋流内二次风管(3)和旋流外二次风管(4)由内至外依次设置,氨基还原剂输送管(8)和浓煤粉输送管(9)分别与混合器(7)的入口端连接,混合器(7)的出口端与一次风管(1)的入口端连接,一次风管(1)、直流二次风管(2)、旋流内二次风管(3)和旋流外二次风管(4)的出口端分别与燃烧器喷口连接,燃烧器喷口设置在炉膛(16)前墙的中部,燃烧器喷口与炉膛(16)的内壁平齐,旋流内二次风管(3)内设有内轴向旋流叶片(6),旋流外二次风管(4)内设有外轴向旋流叶片(5),两级燃尽风系统设置在炉膛(10)的膛壁上。
2.根据权利要求1所述一种用于工业煤粉锅炉的在燃烧器中心喷氨的燃烧装置,其特征在于:所述一次风管(1)、直流二次风管(2)、旋流内二次风管(3)和旋流外二次风管(4)同轴设置。
3.根据权利要求1或2所述一种用于工业煤粉锅炉的在燃烧器中心喷氨的燃烧装置,其特征在于:所述两级燃尽风系统包括多个一级燃尽风喷口(11)和多个二级燃尽风喷口(12),多个一级燃尽风喷口(11)沿炉膛(10)中部的竖直圆周方向均布设置,每个一级燃尽风喷口(11)的喷射方向与炉膛(10)的中心之间设有夹角(α),二级燃尽风喷口(12)设置在炉膛(10)的上行烟道(13)前墙上,多个二级燃尽风喷口(12)沿上行烟道(13)的水平圆周方向均布设置。
4.根据权利要求3所述一种用于工业煤粉锅炉的在燃烧器中心喷氨的燃烧装置,其特征在于:所述多个一级燃尽风喷口(11)的数量为四个。
5.根据权利要求4所述一种用于工业煤粉锅炉的在燃烧器中心喷氨的燃烧装置,其特征在于:所述一级燃尽风喷口(11)设置在炉膛(10)的四个角部。
6.根据权利要求4或5所述一种用于工业煤粉锅炉的在燃烧器中心喷氨的燃烧装置,其特征在于:所述二级燃尽风喷口(12)与炉膛(10)的转角之间沿高度方向上设有间隔。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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