CN107606606B - 一种采用烟气再循环的中心给粉“ω”形工业煤粉锅炉 - Google Patents

Abstract

一种采用烟气再循环的中心给粉“Ω”形工业煤粉锅炉，它涉及工业煤粉锅炉技术领域。本发明为解决现有工业煤粉锅炉NOx排放量高、燃尽差以及结构复杂检修难度大的问题。本发明包括旋流煤粉燃烧器、风粉系统和锅炉本体，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，一次风管的入口端与煤粉管道的出口端连接，再循环烟气管道的出口端分别与直流二次风管、旋流内二次风管和旋流外二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旋流煤粉燃烧器的喷口连接，锅炉本体采用卧式“Ω”形的形式布置。本发明用于工业煤粉锅炉。

Description

一种采用烟气再循环的中心给粉“Ω”形工业煤粉锅炉

技术领域

本发明涉及工业煤粉锅炉技术领域，具体涉及一种采用烟气再循环的中心给粉“Ω”形工业煤粉锅炉。

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的问题：(1)实际平均热效率大多在65％左右，而发达国家的热效率一般达到90％以上；(2)污染物排放超标，普遍达不到国家和地方排放标准，每年燃煤工业锅炉产生NOx约200万吨，排放量仅次于燃煤电站锅炉。

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

本发明为了解决现有工业煤粉锅炉NOx排放量高、燃尽差以及结构复杂检修难度大的问题，进而提出一种采用烟气再循环的中心给粉“Ω”形工业煤粉锅炉。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种采用烟气再循环的中心给粉“Ω”形工业煤粉锅炉包括旋流煤粉燃烧器、风粉系统和锅炉本体，旋流煤粉燃烧器包括一次风管、直流二次风管、旋流内二次风管和旋流外二次风管，风粉系统包括再循环烟气管道和煤粉管道，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，一次风管的入口端与煤粉管道的出口端连接，再循环烟气管道的出口端分别与直流二次风管、旋流内二次风管和旋流外二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旋流煤粉燃烧器的喷口连接，旋流煤粉燃烧器的喷口设置在锅炉本体内，旋流煤粉燃烧器的喷口与锅炉本体的锅炉前墙内壁平齐，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，锅炉本体采用卧式“Ω”形的形式布置。

本发明与现有技术相比包含的有益效果是：

(1)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等多级风管，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扎克CONOx-UCC燃烧器在燃烧器中心布置旋转的内二次风，内二次风外布置环形一次风管，通过环形一次风管道给入煤粉气流，煤粉进气流在旋转的内二次风的导向作用下迅速向外二次风区域扩开，与外二次风混合后随着外二次风向炉内流动，煤粉颗粒在富氧的外二次风区域燃烧，不利于降低NOx生成量。对比扎克生产的CONOx-UCC燃烧机，本发明装置将旋流内二次风布置在一次风管外，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，降低燃烧器中心区域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，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，抑制了主燃烧区域的NOx排放量。

(2)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卧式“Ω”形式布置，设置有水平炉膛、上升炉膛以及下降炉膛三个烟气行程，多个烟气行程有效地延长了煤粉在炉内的停留时间，有利于煤粉的燃尽，提高锅炉效率。

(3)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。

(4)锅炉结构简单检修难度低

本发明锅炉本体采用卧式“Ω”形式布置，水平炉膛、上升炉膛以及下降炉膛布置紧凑，锅炉高度降低，不仅使得锅炉房建造成本大大降低，还有利于操作及锅炉检修。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图，其中空心箭头的方向表示二次风空气流入的方向，实心箭头的方向表示煤粉燃烧产生的高温烟气在锅炉本体3内的流向。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种采用烟气再循环的中心给粉“Ω”形工业煤粉锅炉包括旋流煤粉燃烧器1、风粉系统2和锅炉本体3，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和旋流外二次风管8，风粉系统2包括再循环烟气管道15和煤粉管道22，一次风管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由内至外依次设置，一次风管5的入口端与煤粉管道22的出口端连接，再循环烟气管道15的出口端分别与直流二次风管6、旋流内二次风管7和旋流外二次风管8的入口端连接，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的出口端分别与旋流煤粉燃烧器1的喷口连接，旋流煤粉燃烧器1的喷口设置在锅炉本体3内，旋流煤粉燃烧器1的喷口与锅炉本体3的锅炉前墙4内壁平齐，旋流内二次风管7内设有内轴向旋流叶片17，旋流外二次风管8内设有外轴向旋流叶片18，锅炉本体3采用卧式“Ω”形的形式布置。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述锅炉本体3包括水平炉膛19、上升炉膛20和下降炉膛21，水平炉膛19、上升炉膛20和下降炉膛21由前至后依次设置，上升炉膛20和下降炉膛21均沿竖直方向设置，锅炉前墙4设置在水平炉膛19的前端，上升炉膛20的下端与水平炉膛19的后端连接，上升炉膛20的上端与下降炉膛21的上端连接，下降炉膛21的下端设有水平段21-1，水平段21-1的末端设置在下降炉膛21的后侧。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说明本实施方式，本实施方式所述一次风管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。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述再循环烟气管道15的出口端与直流二次风管6、旋流内二次风管7和旋流外二次风管8的入口端之间分别通过再循环烟气支管道23连接，再循环烟气支管道23上设有再循环烟气管道阀门14。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说明本实施方式，本实施方式所述再循环烟气管道15的入口端设有引风机16。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的入口端设有二次风空气管道阀门13。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一、二、四或五相同。

具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述风粉系统2还包括给粉机9、风粉混合器10、罗茨风机11和煤粉仓12，罗茨风机11设置在煤粉管道22的入口端，风粉混合器10设置在煤粉管道22的中部，煤粉仓12设置在煤粉管道22的上方，煤粉仓12的下端设有给粉机9，给粉机9的出口端与风粉混合器10连接。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式六相同。

工作原理

引风机16将锅炉尾部烟气分别送入各再循环烟气管道15内，引入的再循环烟气与空气在各级二次风管(直流二次风管6、旋流内二次风管7和旋流外二次风管8)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5自燃烧器中心送入锅炉本体3，均匀混合后的气体由各级二次风管(直流二次风管6、旋流内二次风管7和旋流外二次风管8)输送进入锅炉本体3，旋流内二次风气流在内轴向旋流叶片17的作用下形成旋转射流后送入锅炉本体3，旋流外二次风气流在外轴向旋流叶片18作用下形成旋转射流进入锅炉本体3。调节各二次风空气管道阀门13的开度以调节送入各级二次风管(直流二次风管6、旋流内二次风管7和旋流外二次风管8)的空气量，调节各再循环烟气管道阀门14开度以合理分配送入各级二次风管(直流二次风管6、旋流内二次风管7和旋流外二次风管8)的再循环烟气的比例，旋流煤粉燃烧器1设置在锅炉前墙4上。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(水平炉膛19、上升炉膛20和下降炉膛21)，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。

Claims (5)

1.一种采用烟气再循环的中心给粉“Ω”形工业煤粉锅炉，其特征在于：所述一种采用烟气再循环的中心给粉“Ω”形工业煤粉锅炉包括旋流煤粉燃烧器(1)、风粉系统(2)和锅炉本体(3)，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)和旋流外二次风管(8)，风粉系统(2)包括再循环烟气管道(15)和煤粉管道(22)，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)由内至外依次设置，一次风管(5)的入口端与煤粉管道(22)的出口端连接，再循环烟气管道(15)的出口端分别与直流二次风管(6)、旋流内二次风管(7)和旋流外二次风管(8)的入口端连接，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)的出口端分别与旋流煤粉燃烧器(1)的喷口连接，旋流煤粉燃烧器(1)的喷口设置在锅炉本体(3)内，旋流煤粉燃烧器(1)的喷口与锅炉本体(3)的锅炉前墙(4)内壁平齐，旋流内二次风管(7)内设有内轴向旋流叶片(17)，旋流外二次风管(8)内设有外轴向旋流叶片(18)，锅炉本体(3)采用卧式“Ω”形的形式布置，所述锅炉本体(3)包括水平炉膛(19)、上升炉膛(20)和下降炉膛(21)，水平炉膛(19)、上升炉膛(20)和下降炉膛(21)由前至后依次设置，上升炉膛(20)和下降炉膛(21)均沿竖直方向设置，锅炉前墙(4)设置在水平炉膛(19)的前端，上升炉膛(20)的下端与水平炉膛(19)的后端连接，上升炉膛(20)的上端与下降炉膛(21)的上端连接，下降炉膛(21)的下端设有水平段(21-1)，水平段(21-1)的末端设置在下降炉膛(21)的后侧，所述风粉系统(2)还包括给粉机(9)、风粉混合器(10)、罗茨风机(11)和煤粉仓(12)，罗茨风机(11)设置在煤粉管道(22)的入口端，风粉混合器(10)设置在煤粉管道(22)的中部，煤粉仓(12)设置在煤粉管道(22)的上方，煤粉仓(12)的下端设有给粉机(9)，给粉机(9)的出口端与风粉混合器(10)连接。

2.根据权利要求1所述一种采用烟气再循环的中心给粉“Ω”形工业煤粉锅炉，其特征在于：所述一次风管(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)同轴设置。

3.根据权利要求2所述一种采用烟气再循环的中心给粉“Ω”形工业煤粉锅炉，其特征在于：所述再循环烟气管道(15)的出口端与直流二次风管(6)、旋流内二次风管(7)和旋流外二次风管(8)的入口端之间分别通过再循环烟气支管道(23)连接，再循环烟气支管道(23)上设有再循环烟气管道阀门(14)。

4.根据权利要求3所述一种采用烟气再循环的中心给粉“Ω”形工业煤粉锅炉，其特征在于：所述再循环烟气管道(15)的入口端设有引风机(16)。

5.根据权利要求1、2、3或4所述一种采用烟气再循环的中心给粉“Ω”形工业煤粉锅炉，其特征在于：所述直流二次风管(6)、旋流内二次风管(7)和旋流外二次风管(8)的入口端设有二次风空气管道阀门(13)。