CN107559821B - 烟气再循环和旋流煤粉燃烧器顶置的多行程工业煤粉锅炉 - Google Patents
烟气再循环和旋流煤粉燃烧器顶置的多行程工业煤粉锅炉 Download PDFInfo
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Abstract
烟气再循环和旋流煤粉燃烧器顶置的多行程工业煤粉锅炉，它涉及一种工业煤粉锅炉，以解决目前工业煤粉锅炉NOx排放量高和燃尽差的问题，它包括一次风管、直流二次风管、旋流内二次风管以及旋流外二次风管，锅炉本体内具有三烟气行程的曲折通道；一次风管设在直流二次风管内，直流二次风管设在旋流内二次风管内，旋流内二次风管设在旋流外二次风管内，旋流内二次风管和旋流外二次风管内均安装有轴向旋流叶片，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喷口与锅炉本体的炉顶齐平，烟气再循环系统与直流二次风管、旋流内二次风管和旋流外二次风管相连通，风粉系统的出口通过一次风管与锅炉本体相连通。本发明用于制造燃煤工业锅炉。
Description
技术领域
本发明涉及一种工业煤粉锅炉，具体涉及一种采用烟气再循环的中心给粉旋流煤粉燃烧器顶置的多行程工业煤粉锅炉。
背景技术
在我国，燃煤工业锅炉是除电站锅炉以外的主要用煤装备，总数接近60万台，年消耗煤炭近6.4亿吨。我国燃煤工业锅炉主要存在NOx排放量高、锅炉效率低以及易结渣等问题。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。如果不采取减排措施，将难以满足日益苛刻的环保要求。
目前，烟气再循环技术是运用得较多的NOx控制技术，烟气再循环技术是指在锅炉尾部抽取一部分低温烟气送入炉内，这样既降低了氧气浓度，也降低了燃烧温度，从而降低NOx的排放。采用烟气再循环技术带来的缺点是燃烧温度降低会影响煤粉的燃烧，锅炉能效降低，特别是对现有中小型工业煤粉锅炉，由于受到炉膛尺寸的限制，烟气行程短，采用烟气再循环技术时，更容易导致煤粉燃尽差，对锅炉效率影响较大。
发明内容
本发明是为解决目前工业煤粉锅炉NOx排放量高和燃尽差的问题，提供一种烟气再循环和旋流煤粉燃烧器顶置的多行程工业煤粉锅炉。
本发明采取的技术方案是：
烟气再循环和旋流煤粉燃烧器顶置的多行程工业煤粉锅炉包括旋流煤粉燃烧器、风粉系统、锅炉本体和烟气再循环系统；
旋流煤粉燃烧器包括一次风管、直流二次风管、旋流内二次风管以及旋流外二次风管，所述锅炉本体内具有三烟气行程的曲折通道；
一次风管设在直流二次风管内，直流二次风管设在旋流内二次风管内，旋流内二次风管设在旋流外二次风管内，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同轴布置，旋流内二次风管和旋流外二次风管内均安装有轴向旋流叶片，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喷口与锅炉本体的炉顶齐平，烟气再循环系统与直流二次风管、旋流内二次风管和旋流外二次风管相连通，风粉系统的出口通过一次风管与锅炉本体相连通。
进一步地，曲折通道呈立式的‘∽’形布置。
进一步地，锅炉本体包括下降炉膛、上升炉膛和燃尽炉膛和冷灰斗；下降炉膛、上升炉膛和燃尽炉膛形成曲折通道，冷灰斗设在下降炉膛和上升炉膛的底部。
进一步地，烟气循环系统包括再循环烟气管道、再循环烟气风机和再循环烟气管道阀门；再循环烟气风机的出口连接再循环烟气管道，再循环烟气管道设有三个分支烟气管道，三个分支烟气管道一一对应连接直流二次风管、旋流内二次风管和旋流外二次风管，三个分支烟气管道上各安装有一个再循环烟气管道阀门。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
一、有利于降低NOx生成量
(1)、本发明所述旋流煤粉燃烧器设置有多级风管，把燃烧需要的空气分成多级送入炉内，在燃烧器中心区域形成还原性气氛，实现径向空气分级燃烧，大大降低了NOx的生成量。
(2)、本发明所述旋流煤粉燃烧器采用一次风管输送高浓度煤粉气流，煤粉被完全集中在燃烧器中心喷入炉膛，增大了燃烧器出口中心回流区的煤粉浓度，使煤粉集中在中心回流区还原性气氛中燃烧，延长了煤粉在还原性气氛中的停留时间，进一步降低了NOx的生成量。
(3)、本发明设置烟气再循环通道，将烟气再循环技术与空气分级燃烧技术相结合，大幅度降低NOx的生成。再循环烟气与空气在各级二次风管中混合，当烟气再循环率设置为20％时，再循环烟气与空气混合后的气体氧浓度在16％左右，相较于混合前的空气氧浓度下降约5％，强化了主燃区的还原性气氛，使煤粉集中在主燃区还原性气氛中燃烧，有效地降低了主燃区NOx的生成量；同时，再循环烟气的混入有效地降低了助燃空气中的氧含量，降低了火焰局部高温，能够有效地抑制热力型NOx的生成；再循环烟气抽取的是锅炉尾部的低温烟气，低温烟气的混入使得炉膛内平均温度降低，从而进一步降低了NOx的生成量。
(4)、本发明中在低氮旋流煤粉燃烧器的各级二次风管内均引入再循环烟气，再循环烟气与空气在上述各风管内混合均匀，将混合后的再循环烟气与空气送入炉膛，在煤粉周围形成了均匀的、低氧浓度的空气烟气混合气流，强化了主燃区的还原性气氛，延长了煤粉在还原性气氛下的停留时间，抑制了主燃烧区域的NOx排放量。NOx排放量满足《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2014)要求，即，7MW以上的在用燃煤热水锅炉NOx排放量不得超过400mg/m3；7MW以上的新建燃煤热水锅炉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。
二、有利于煤粉的燃尽
烟气再循环技术的引入能够有效地降低锅炉NOx的生成，但是引入再循环烟气后炉内温度水平及氧浓度降低，这种“低温低氧”的燃烧状态不利于煤粉的燃尽，增大未完全燃烧热损失，导致锅炉热效率降低。特别是对现行的工业煤粉锅炉，由于工业煤粉锅炉大多是中小型锅炉，炉膛尺寸受限，烟气在炉内行程短、停留时间短，引入再循环烟气后更加不利于煤粉的燃尽。本发明所述锅炉本体采用立式“∽”形式布置，设置有下降炉膛、上升炉膛以及燃尽炉膛三个烟气行程，多个烟气行程有效地延长了高温烟气在炉内的停留时间，加强了高温烟气未燃尽的煤粉的换热，有利于煤粉的燃尽，提高锅炉效率90％。
三、煤种适应性广
本发明在旋流煤粉燃烧器各级二次风管及各再循环烟气管道上分别安装有阀门，阀门可调节各级二次风管及各级再循环烟气管道的开度以合理分配送入各级二次风管的空气与再循环烟气的比例，能够针对不同的煤质及锅炉负荷选取合适的空气及烟气量送入炉内，有效地增强了锅炉的煤种适应性及负荷调节范围。
四、本发明有利于避免炉内结渣
本发明燃烧器采用一次风管输送高浓度煤粉气流，煤粉被完全集中在燃烧器中心喷入炉膛，防止煤粉被旋转的二次风甩到水冷壁上，从而有效避免燃烧器周围水冷壁结渣和高温腐蚀的发生。
卧式锅炉通常在炉膛底部设置吹灰装置清理炉底积灰，设置吹灰装置不仅增大了锅炉运行成本，也无法吹走掉落的渣块，一旦较大的渣块出现往往需要停炉清理。本发明锅炉本体采用立式“∽”形式布置，同时，在炉底设置有冷灰斗，灰、渣掉能够通过底部冷灰斗及时排除，不存在炉底积灰甚至积渣的问题。
附图说明
图1是烟气再循环和旋流煤粉燃烧器顶置的多行程工业煤粉锅炉的结构布置图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地说明。
如图1所示，烟气再循环和旋流煤粉燃烧器顶置的多行程工业煤粉锅炉包括旋流煤粉燃烧器1、风粉系统2、锅炉本体3和烟气再循环系统4；
旋流煤粉燃烧器1包括一次风管5、直流二次风管6、旋流内二次风管7以及旋流外二次风管8，锅炉本体3内具有三烟气行程的曲折通道；一次风管5设在直流二次风管6内，直流二次风管6设在旋流内二次风管7内，旋流内二次风管7设在旋流外二次风管8内，一次风管5、直流二次风管6、旋流内二次风管7和旋流外二次风管8同轴布置，旋流内二次风管7和旋流外二次风管8内均安装有轴向旋流叶片17，一次风管5、直流二次风管6、旋流内二次风管7和旋流外二次风管8的喷口与锅炉本体3的炉顶4齐平，烟气再循环系统4与直流二次风管6、旋流内二次风管7和旋流外二次风管8相连通，风粉系统2的出口通过一次风管5与锅炉本体3相连通。
为了保证二次风与烟气有效混合，在直流二次风管6、旋流内二次风管7和旋流外二次风管8上分别还连接有能控制二次风流量的空气管道，在这每个空气管道上安装可调节流量的调节阀门13，这样调节各级空气管道阀门13的开度以调节送入各级二次风管的空气量，调节各再循环烟气管道阀门15的开度以合理分配送入各级二次风管的再循环烟气的比例。高浓度煤粉气流与直流二次风气流在燃烧器出口混合，旋转射流在气流中心形成回流区，卷吸炉内高温烟气加热并点燃煤粉气流。煤粉燃烧产生的高温烟气经过锅炉本体3内布置的多个烟气行程，不断加热点燃未燃尽的煤粉，保证煤粉的燃尽，提高锅炉效率。
如图1所示，曲折通道呈立式的‘∽’形布置。如此设置，该曲折管道内的烟气阻力小，运行稳定可靠，多烟气行程有效地延长了高温烟气再炉内停留时间，加强了高温烟气未燃尽的煤粉的换热，有利于煤粉的燃尽，提高锅炉效率。
如图1所示，锅炉本体3包括下降炉膛19、上升炉膛20和燃尽炉膛21和冷灰斗22；下降炉膛19、上升炉膛20和燃尽炉膛21形成曲折通道，冷灰斗22设在下降炉膛19和上升炉膛20的底部。如此，下降炉膛19、上升炉膛20和燃尽炉膛21三者构成呈立式布置的‘∽’形曲折通道，下降炉膛19直接与一次风管5贯通，下降炉膛19和上升炉膛20之间通过一个间壁墙分隔，上升炉膛20与燃尽炉膛21之间通过另一个间壁墙分隔，进而形成三烟气行程的烟气通道，为了保证灰、渣掉能够及时排出，不存在积灰甚至积渣的问题，在下降炉膛19和上升炉膛20下方设置一个冷灰斗22，该冷灰斗22的截面成倒棱锥形，这样更有利于灰的沉积并及时排出。
作为一个可实施方式，为了便于运行，设计的烟气循环系统4包括再循环烟气管道14、再循环烟气风机16和再循环烟气管道阀门15；再循环烟气风机16的出口连接再循环烟气管道14，再循环烟气管道14设有三个分支烟气管道，三个分支烟气管道一一对应连接直流二次风管6、旋流内二次风管7和旋流外二次风管8，三个分支烟气管道上各安装有一个再循环烟气管道阀门15。如此设置，烟气再循环技术与空气分级燃烧技术相结合，大幅度降低NOx的生成。在低氮旋流煤粉燃烧器的各级二次风管内均引入再循环烟气，再循环烟气与空气在上述各二次风管内混合均匀，将混合后的再循环烟气与空气送入炉膛，在煤粉周围形成了均匀的、低氧浓度的空气烟气混合气流，既节省了烟气与空气在炉内的混合过程，又使燃烧器出口区域径向氧浓度分布均匀，保证了煤粉稳定燃烧，同时加强主燃区的还原性气氛，延长了煤粉在还原性气氛下的停留时间，大大地抑制了主燃烧区域的NOx排放量。在将混合后的再循环烟气与空气送入炉膛时刻通过控制再循环烟气管道阀门15和调节阀门13的开度，实时调整匹配的送入量，使得空气烟气混合气流浓度更加符合实际，保证了煤粉更加稳定燃烧。
作为另一个可实施方式，基于燃煤工业锅炉和中心给粉旋流煤粉燃烧器设计的风粉系统2包括给粉机9、风粉混合器10、罗茨风机11和煤粉仓12；煤粉仓12的出口安装有给粉机9，给粉机9的出口与罗茨风机11的出口与风粉混合器10的入口相连通，风粉混合器10的出口与一次风管5的入口相连通。锅炉运行中，给粉机9给入的煤粉与罗茨风机11给入的空气在风粉混合器10内混合，形成高浓度煤粉气流送入一次风管5内，有利于保证高浓度煤粉气流由一次风管5自燃烧器中心送入炉膛。
工作过程
再循环烟气风机16将锅炉尾部烟气分别送入各再循环烟气管道14内，引入的再循环烟气与空气在各级二次风管中混合，给粉机9给入的煤粉与罗茨风机11给入的空气在风粉混合器10内混合，形成高浓度煤粉气流送入一次风管5内。高浓度煤粉气流由一次风管1自燃烧器中心送入炉膛，均匀混合后的气体由各级二次风管输送进入炉膛，旋流内二次风气流在轴向旋流叶片17的作用下形成旋转射流后送入炉膛，旋流外二次风气流在轴向旋流叶片17作用下形成旋转射流进入炉膛。调节各级空气管道的调节阀门13的开度以调节送入各级二次风管的空气量，调节各再循环烟气管道阀门15的开度以合理分配送入各级二次风管的再循环烟气的比例。高浓度煤粉气流与直流二次风气流在燃烧器出口混合，旋转射流在气流中心形成回流区，卷吸炉内高温烟气加热并点燃煤粉气流。煤粉燃烧产生的高温烟气经过锅炉本体3内布置的多个烟气行程，不断加热点燃未燃尽的煤粉，保证煤粉的燃尽，提高锅炉效率。
本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。
Claims (3)
1.烟气再循环和旋流煤粉燃烧器顶置的多行程工业煤粉锅炉，它包括旋流煤粉燃烧器(1)、风粉系统(2)、锅炉本体(3)和烟气再循环系统(4)；
其特征在于：旋流煤粉燃烧器(1)包括一次风管(5)、直流二次风管(6)、旋流内二次风管(7)以及旋流外二次风管(8)，锅炉本体(3)内具有三烟气行程的曲折通道；
一次风管(5)设在直流二次风管(6)内，直流二次风管(6)设在旋流内二次风管(7)内，旋流内二次风管(7)设在旋流外二次风管(8)内，一次风管(5)、直流二次风管(6)、旋流内二次风管(7)和旋流外二次风管(8)同轴布置，旋流内二次风管(7)和旋流外二次风管(8)内均安装有轴向旋流叶片(17)，一次风管(5)、直流二次风管(6)、旋流内二次风管(7)和旋流外二次风管(8)的喷口与锅炉本体(3)的炉顶齐平，烟气再循环系统(4)与直流二次风管(6)、旋流内二次风管(7)和旋流外二次风管(8)相连通，风粉系统(2)的出口通过一次风管(5)与锅炉本体(3)相连通；
风粉系统(2)包括给粉机(9)、风粉混合器(10)、罗茨风机(11)和煤粉仓(12)；煤粉仓(12)的出口安装有给粉机(9)，给粉机(9)的出口与罗茨风机(11)的出口与风粉混合器(10)的入口相连通，风粉混合器(10)的出口与一次风管(5)的入口相连通；
所述旋流煤粉燃烧器(1)采用一次风管(5)输送高浓度煤粉气流，煤粉被完全集中在旋流煤粉燃烧器(1)中心喷入炉膛，高浓度煤粉气流与直流二次风气流在旋流煤粉燃烧器(1)出口混合；锅炉运行中，给粉机(9)给入的煤粉与罗茨风机(11)给入的空气在风粉混合器(10)内混合，形成高浓度煤粉气流送入一次风管(5)内；
所述曲折通道呈立式的‘∽’形布置。
2.根据权利要求1所述烟气再循环和旋流煤粉燃烧器顶置的多行程工业煤粉锅炉，其特征在于：所述锅炉本体(3)包括下降炉膛(19)、上升炉膛(20)和燃尽炉膛(21)和冷灰斗(22)；下降炉膛(19)、上升炉膛(20)和燃尽炉膛(21)形成曲折通道，冷灰斗(22)设在下降炉膛(19)和上升炉膛(20)的底部。
3.根据权利要求2所述烟气再循环和旋流煤粉燃烧器顶置的多行程工业煤粉锅炉，其特征在于：烟气循环系统包括再循环烟气管道(14)、再循环烟气风机(16)和再循环烟气管道阀门(15)；
再循环烟气风机(16)的出口连接再循环烟气管道(14)，再循环烟气管道(14)设有三个分支烟气管道，三个分支烟气管道一一对应连接直流二次风管(6)、旋流内二次风管(7)和旋流外二次风管(8)，三个分支烟气管道上各安装有一个再循环烟气管道阀门(15)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 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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