CN109297014A - 一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉及其系统 - Google Patents

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CN109297014A CN201811259323.7A CN201811259323A CN109297014A CN 109297014 A CN109297014 A CN 109297014A CN 201811259323 A CN201811259323 A CN 201811259323A CN 109297014 A CN109297014 A CN 109297014A
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Abstract

本发明一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉及其系统，所述的锅炉包括前拱和与之对应的后拱，前拱和后拱从下到上依次形成的炉膛、喉口和燃烧室，以及炉膛下方的传送带，能确保挥发分的完全燃尽；所述的系统中，除挥发分风仓之外的其他风仓送入的一次风中掺混来自排烟引风机出口的部分再循环烟气和蒸汽发生器产生的一定量的水蒸气，再循环烟气可以降低通入炉排的一次风的含氧量，水蒸气在炉排上和炽热的焦炭发生水煤气反应生成CO和H2，将部分气固反应转化成气相反应，另一方面CO可以增大煤层上方的还原层厚度，并有效还原煤层燃烧生成的NOx；在不增设大型辅机设备的条件下，能够主动降低NOx的生成，实现节能和减排的双重目标。

Description

一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉及其系统
技术领域
本发明涉及层燃锅炉控制氮氧化物排放技术领域，具体为一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉及其系统。
背景技术
我国燃煤工业锅炉保有量约为40万台，每年消耗标准煤达4亿吨标准煤以上，占全国年燃煤消耗总量的20％。截至2016年底，我国北方地区城乡建筑取暖总面积约206亿平方米，其中，燃煤是我国北方取暖用能的主要方式，我国北方燃煤取暖面积约占总取暖面积的83％，天然气、电能、地热能、生物质能、太阳能、工业余热等合计约占17％。燃煤工业锅炉的能源消耗和污染物排放总量巨大，是造成空气质量恶化和雾霾天气频发的主要污染源之一。为了加快转变经济发展方式，大力推进社会主义生态文明建设，“十二五”期间，国家出台了有关控制燃煤锅炉大气污染物排放的最新标准，部分省市和地区还结合自身情况制订了地方性法律法规，对燃煤锅炉氮氧化物的排放水平作出了更加严格的限制。在环保标准日趋严格的今天，对高能耗，高污染，高排放的燃煤工业锅炉进行脱硝改造已经迫在眉睫。在我国的燃煤工业锅炉中，层燃链条锅炉占到了总数的60％以上。因此，发展层燃链条锅炉的NOx减排技术对减轻大气污染，改善空气质量尤为重要。
近年来，我国科研人员已经开展了层燃炉的低氮燃烧改造技术的相关研究，取得了很多成果，但现有技术仍然停留在一次风、二次风分级燃烧和烟气再循环组合技术降低氮氧化物的初级水平上，其方法一般是把再循环烟气全部作为一次风送入鼓风机或炉排风仓下，这样就无法依靠再循环烟气调整燃烧的还原区，而将前、后炉拱二次风布置在前、后炉拱的喉口又缩小了炉膛烟气的还原区，同时二次风还会强化燃烧从而增加NOx的原始生成，因此这种技术仅能将层燃炉的原始NOx排放从400mg/m3降低到200mg/m3左右，剩余的NOx仍需要采用SNCR或SCR才能降低到50mg/m3以下。传统的炉拱结构虽可有效提高锅炉的燃烧效率，但它过于强调新煤引燃与强化燃烧的重要性，而忽视了从源头上抑制燃烧过程中NOx的产生。若采用炉内SCR/SNCR等烟气脱硝处理技术又存在脱除效率不理想，存在二次污染风险、运行成本高昂等一系列问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉及其系统，在不增设大型辅机设备的条件下，通过分割炉膛对燃料进行分级燃烧，能够主动降低NOx的生成，实现节能和减排的双重目标。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉，包括前拱和与之对应的后拱，前拱和后拱从下到上依次形成的炉膛、喉口和燃烧室，以及炉膛下方的传送带；
所述的炉膛内设置有将其一分为二的分割耐火墙，分割耐火墙与前拱形成预燃室作为挥发分热解燃烧区，分割耐火墙与后拱形成焦炭燃烧区；分割耐火墙下端与传送带上的煤层之间形成缝隙，用于透过炉膛内焦炭燃烧区中的烟气和辐射热，使得预燃室中的挥发分燃烧且焦炭不发生燃烧；
所述预燃室的上部设有位于分割耐火墙的前拱再循环烟气引射器，前拱再循环烟气引射器用于将预燃室中的上行烟气和未燃尽挥发分是引射至喉口；
所述后拱靠近喉口处设有后拱再循环烟气喷射器，燃尽室靠近喉口处设置前拱二次风喷头和后拱二次风喷头。
优选的，所述的传送带下方设置有与其上方煤层对应的若干风仓，与热解燃烧区对应的为挥发分风仓，挥发分风仓内对称设置有高温烟气引射器；在焦炭燃烧区靠近分割耐火墙的炉膛两侧壁面分别开设圆孔，炉膛内的部分高温烟气通过侧壁外部烟道流至高温烟气引射器，高温烟气由通入高温烟气引射器的再循环烟气引射至挥发分风仓上方的炉排面。
进一步，所述炉膛两侧壁面开设圆孔的位置应靠近炉膛的还原区，且不高于前拱二次风喷头和后拱二次风喷头。
优选的，燃尽室靠近喉口处水平对置一排前拱二次风喷头和一排后拱二次风喷头；所述前拱二次风喷头和后拱二次风喷头的角度能够以水平为基准的-15°～45°进行喷射方向的调节。
优选的，所述前拱再循环烟气引射器的安装高度高于后拱再循环烟气喷射器。
优选的，前拱再循环烟气引射器布置有一排朝向喉口的喷管；后拱再循环烟气喷射器布置有一排朝向分割耐火墙的喷管和一排朝向后拱下方焦炭燃烧区的喷管，两排喷嘴之间的夹角为1°～120°。
优选的，所述分割耐火墙由钢板两侧焊接抓钉后敷耐火材料制成；分割耐火墙上部开设缩放喷口，缩放喷口是一条截面为缩放喷管的槽道，前拱再循环烟气引射器的喷嘴设置于缩放喷口的喉口处。
一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉系统，包括上述任意一项所述的层燃锅炉，依次连接在层燃锅炉烟道的空气预热器的热端、除尘器、引风机和烟囱；
所述引风机和烟囱之间的烟道设置有再循环烟气管路，在循环烟气管路经再循环烟气引风机分别连接至前拱再循环烟气引射器、后拱再循环烟气喷射器和高温烟气引射器；
所述的传送带的下方设有炉排配风室，炉排配风室的输出端分别连接除挥发分风仓以外的其他风仓；
一次风依次经一次风引风机、空气预热器的冷端和蒸汽发生器连接炉排配风室的输入端。
进一步，在通入挥发分风仓的再循环烟气中掺入氨。
再进一步，炉排配风室配风时，后拱再循环烟气喷射器下方炉排相对应及其后的各风仓的配风量大于剩余各风仓风量。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明所述的层燃锅炉中，分割耐火墙将炉膛分割成挥发分热解燃烧区和焦炭燃烧区两部分，由于预燃室的设立，分割耐火墙充当了引燃煤层的前拱，煤层的燃烧过程被推迟，相当于缩短了传送带下炉排面的有效长度。分割耐火墙下端与煤层之间会形成一个较小的缝隙，炉膛中的烟气和辐射热就可以透过该缝隙进入预燃室中。根据锅炉所用煤种的特点，需适当设定该缝隙的大小，以保证透过来的少量烟气和辐射热足以引燃燃点较低的挥发分，且不至于使焦炭发生燃烧。大部分挥发分在含氧量较低的还原性气氛中进行燃烧，从而显著降低由挥发分氮导致的NOx产量；尚未燃尽的挥发分与烟气的混合气受热膨胀，加速上行至预燃室的上部，再循环烟气从前拱再循环烟气引射器引射预燃室中热解和燃烧生成的气体携带进入炉膛的喉口处并与后拱再循环烟气喷射器喷出的再循环烟气进行NOx的还原燃烧。最后经上层的前拱二次风喷头和后拱二次风喷头进行二次风的进一步燃烧，以确保挥发分的完全燃尽。
进一步的，在靠近分割耐火墙的炉膛两侧壁面上开设圆孔，炉膛内的部分高温烟气沿着侧壁外部烟道流至高温烟气引射器的喷管喉部，而后被低温再循环烟气引射，混合后的热烟气喷出后沿烟道流至挥发分风仓上方的炉排面处，其作用是为煤层热解和挥发分引燃提供热量，而又不致使煤层的温度达到焦炭燃点而致使焦炭燃烧，煤层热解产生的挥发分被上行的烟气携带进入预燃室中。
再进一步，为保证所引射高温烟气的含氧量尽可能低，应适当抬高圆孔的开设位置，以尽量靠近炉膛的还原区，但不得高于前拱二次风喷头和后拱二次风喷头。
进一步的，前拱二次风喷头和后拱二次风喷头对置喷射二次风以强化可燃物的燃尽，所述前拱二次风喷头和后拱二次风喷头的角度可以根据燃煤种类在以水平为基准的-15°～45°进行喷射方向的调节，以实现空气的分级燃烧。
进一步的，后拱再循环烟气喷射器的安装高度低于前拱再循环烟气引射器，其目的是确保从缩放喷口喷出的混合气中未燃尽挥发分起到NOx的还原作用。
进一步的，后拱再循环烟气喷射器配置的两排喷嘴将来自排烟引风机后的再循环烟气分别射向分割耐火墙和后拱下方的主燃烧区，同时降低焦炭燃区的温度和含氧量，将炉排面上方的还原区扩大至前拱二次风喷头和后拱二次风喷头下方，从而显著降低NOx的生成，实现烟气分级还原条件下的低氮燃烧。
进一步的，再循环烟气从前拱再循环烟气引射器的喷嘴喷射至缩放喷口的喉口处，以此克服炉膛中的烟气压力将预燃室中热解和燃烧生成的气体携带进入炉膛的喉口处并与后拱再循环烟气喷射器喷出的再循环烟气进行NOx的还原燃烧。
本发明所述的层燃锅炉系统中，除挥发分风仓之外的其他风仓送入的一次风中掺混来自排烟引风机出口的部分再循环烟气和蒸汽发生器产生的一定量的水蒸气，再循环烟气可以降低通入炉排的一次风的含氧量，水蒸气在炉排上和炽热的焦炭发生水煤气反应生成CO和H2，将部分气固反应转化成气相反应，另一方面CO可以增大煤层上方的还原层厚度，并有效还原煤层燃烧生成的NOx。
进一步的，通入挥发分风仓的再循环烟气中掺入一定量的氨，以进一步降低NOx的排放水平。
进一步的，为了保证改造后煤层仍能够充分燃尽，需适当加大和后拱再循环烟气喷射器下方炉排相对应及其后的各风仓的配风量，以解决分级燃烧引起的推迟煤层焦炭燃尽的难题，降低灰渣含碳量，在确保低氮燃烧的同时提高煤炭的燃烧效率。
附图说明
图1为本发明实例中所述层燃锅炉的结构示意图。
图2为本发明实例中所述系统的结构示意图。
图3为本发明实例中所述风仓的局部剖面示意图。
图4为本发明实例中所述分割耐火墙的结构示意图。
图5为本发明实例中所述前拱再循环烟气引射器的结构示意图。
图6是本发明实例中所述前拱再循环烟气引射器和缩放喷口的剖面图。
图7是本发明实例中所述高温烟气引射器的结构示意图。
图中：1.前拱、2.预燃室、3.前拱再循环烟气引射器、4.分割耐火墙、5.后拱再循环烟气喷射器、6.炉膛、7.后拱、8.缩放喷口、9.挥发分风仓、10.传送带、11.煤闸门、12.前拱二次风喷头、13.后拱二次风喷头、14.水冷壁下集箱、15.炉排配风室、16.高温烟气引射器、17.圆孔、18.炉排面、19.喉口、20.分割耐火墙下端、21.煤层、22.空气预热器、23.除尘器、24.引风机、25.烟囱、26.再循环烟气引风机、27.一次风引风机、28.蒸汽发生器、29.炉膛两侧壁面、30.侧壁外部烟道、31.炉排下方烟道、32.钢板、33.耐火材料、34.抓钉、35.前拱再循环烟气引射器集箱、36.喷嘴、37.喷管喉部、38.旁支管、39.喷管收缩段。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉，分割耐火墙4将原炉膛空间一分为二，并与前拱1形成预燃室2。挥发分风仓9中热烟气使煤层21热解析出挥发分，炉膛6中的辐射热透过分割耐火墙底端20和煤层21之间缝隙与热烟气协同引燃预燃室2中的挥发分，水冷壁下集箱14中的冷水在沿前拱1内敷设的水冷壁管上行的过程中不断从预燃室2吸收热量，从而使挥发分在较低温度的还原性气氛中燃烧，抑制热力型NOx生成。为了适应层燃锅炉燃用不同煤种的需要，可以结合煤种的组分特点，通过调整煤闸门11的开度来改变煤层21的厚度，从而调节分割耐火墙底端20和煤层21之间缝隙的大小，以保证透过来的少量烟气和辐射热足以引燃燃点较低的挥发分，又不至于使焦炭发生燃烧。预燃室2中的挥发分和烟气因受热膨胀上行被前拱再循环烟气引射器3引射至喉口19处进一步还原NOx。后拱再循环烟气喷射器5配置2排喷嘴射向主燃烧区，降低主燃烧区温度和氧含量，减少热力型NOx生成，使炉膛6的还原区扩大至前拱二次风喷头12和后拱二次风喷头13位置，强化可燃物的燃尽。除挥发分风仓9的其他风仓的一次风中掺混有再循环烟气和水蒸气，水蒸气可以与焦炭发生水煤气反应生成CO和H2，将部分气固反应转化成气相反应，同时增大煤层21及其上的还原气氛。预燃室2挥发分从预燃室进入炉膛中，来自排烟引风机24后的再循环烟气分别从前拱再循环烟气引射器3、后拱再循环烟气喷射器5、挥发分风仓9和炉排配风室15送入炉膛6中，扩大了原前后拱下方的还原区，极大地抑制了NOx的生成，本发明可使层燃炉NOx原始排放降低到100mg/m3左右。
本发明在不改动锅炉本体受压元件结构，不增设大型辅机设备的条件下，通过综合运用燃料分级、空气分级和再循环烟气分级燃烧的综合低氮燃烧技术从源头上抑制NOx的产生，通过分割炉膛对燃料进行分级燃烧，将空气和再循环烟气交叉分级，扩大炉膛燃烧的还原区，降低还原燃烧区的燃烧温度，最后喷入二次风进行燃料燃尽，该综合技术可将层燃炉的原始NOx排放降低到100mg/m3左右，极大地降低燃煤工业锅炉SCR/SNCR烟气脱硝改造的投资、运营成本及由于SCR/SNCR实施引起的二次污染的风险。
具体的，本发明一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉，包括前拱1和与之对应的后拱7，以及前拱1和后拱7包围形成的炉膛6，分割耐火墙4将炉膛6一分为二分割成挥发分热解燃烧区和焦炭燃烧区两部分，煤层21通过煤闸门11后在挥发分风仓9上方的炉排面18上受热分解析出挥发分。分割耐火墙下端20略高于煤闸门11的底端，炉膛6中的烟气和辐射热透过分割耐火墙下端20与煤层21之间形成的缝隙进入预燃室2中。应用时需根据锅炉所用煤种的特点适当设定该缝隙的大小，以保证透过来的少量烟气和辐射热足以引燃燃点较低的挥发分，又不至于使焦炭发生燃烧。从而保证大部分挥发分在含氧量较低的还原性气氛中进行燃烧，显著降低NOx的生成量，实现燃料的分级燃烧。
分割耐火墙4与前拱1之间形成预燃室2，预燃室2的上部设有前拱再循环烟气引射器3，其作用是引射预燃室2中上行烟气和未燃尽挥发分至喉口19处并与后拱再循环烟气喷射器5喷出的再循环烟气进行NOx的还原燃烧，最后经上层前拱二次风喷头12和后拱二次风喷头13进行二次风进一步燃尽，同时未燃尽挥发分还可以还原炉膛中已生成的部分NOx。
后拱7靠近喉口19处设有后拱再循环烟气喷射器5，燃尽室靠近喉口19处设置一排前拱二次风喷头12和一排后拱二次风喷头13，传送带10的下方设有炉排配风室15，在靠近分割耐火墙4的炉膛两侧壁面29分别开设圆孔17，炉膛6内的部分高温烟气通过侧壁外部烟道30流至高温烟气引射器16。
所述高温烟气引射器16利用来自再循环烟气引风机26出口处低温再循环烟气引射部分炉内高温烟气并将混合后的热烟气喷射至挥发分风仓9上方的炉排面18处，其作用是为煤层21热解和挥发分引燃提供热量，而又不致使煤层21的温度达到焦炭燃点而使焦炭燃烧。
所述炉膛两侧壁面29开设圆孔17，圆孔17的开设位置应适当抬高以尽量靠近炉膛6的还原区，但不得高于前拱二次风喷头12和后拱二次风喷头13。炉膛6内的部分高温烟气沿着侧壁外部烟道30流至高温烟气引射器16的喉口处，而后被低温再循环烟气引射，混合后的热烟气喷出后沿烟道流至挥发分风仓9上方的炉排面18处，为煤层21的热解提供热量，煤层21热解产生的挥发分被分割耐火墙下端20和煤层21之间的辐射热引燃后燃烧，烟气受热膨胀上行进入预燃室2中。
所述预燃室2靠近喉口19处设置有前拱再循环烟气引射器3，即前拱1的喉口处设置有前拱再循环烟气引射器3，所述后拱7靠近喉口处设置有后拱再循环烟气喷射器5，前拱再循环烟气引射器3的安装高度高于后拱再循环烟气喷射器5。以确保前拱再循环烟气引射器3喷出的挥发分的NOx还原作用，前拱再循环烟气引射器3的主要作用是克服炉膛6中的烟气压力将预燃室2中热解和燃烧生成的气体携带进入炉膛6。
所述前拱再循环烟气引射器3布置有一排朝向喉口19的喷管36。
所述后拱再循环烟气喷射器5布置有一排朝向分割耐火墙4的喷管和一排朝向后拱7正下方主燃烧区的喷管。和后拱再循环烟气喷射器5下方炉排相对应及其后的各风仓的配风量需适当加大，以解决一次风和再循环烟气含氧量降低引起的炉排上煤层21焦炭推迟燃尽的难题，降低灰渣含碳量，在确保低氮燃烧的同时提高煤炭的燃烧效率。
所述前拱再循环烟气引射器3利用来自再循环烟气引风机26出口处的再循环烟气引射煤层21热解后上行的挥发分，挥发分被送入喉口19处进行燃烧。
所述后拱再循环烟气喷射器5向分割耐火墙4和后拱7正下方主燃烧区喷射来自引风机24后的再循环烟气。来自引风机24后的低温再循环烟气先在前拱再循环烟气引射器集箱35中汇集，再从喷管36喷射至分割耐火墙4顶部缩放喷口8的喉口处，喷射出来的高速气流将预燃室2中的挥发分引射至喉口19处。
所述分割耐火墙4由钢板32两侧焊接抓钉34后敷耐火材料33制成。所述分割耐火墙4上部开设缩放喷口8，缩放喷口8是一条截面为缩放喷管的槽道。所述分割耐火墙底端20比煤闸门11的下端略高。
所述前拱二次风喷头12和后拱二次风喷头13水平对置喷射二次风以助燃喉口19处的挥发分，强化炉膛6内烟气的扰动。
所述炉排配风室15给除挥发分风仓9以外的其他风仓送入的一次风中掺混来自引风机24之后的部分再循环烟气和蒸汽发生器28产生的一定量的水蒸气。
本优选实例中，如图1所示，本发明一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉，包括前拱1和后拱7，所述前拱1和分割耐火墙4间形成预燃室2，分割耐火墙4由钢板32两侧焊接抓钉34后敷耐火材料33制成，分割耐火墙4将炉膛6分割成挥发分热解燃烧段和焦炭燃烧区两部分，煤层21通过煤闸门11后在挥发分风仓9上方的炉排面18上受热分解生成挥发分。由于分割耐火墙下端20略高于煤闸门11的底端，因此分割耐火墙下端20与煤层21之间会形成一个较小的缝隙，炉膛6中的烟气和辐射热就可以透过该缝隙进入预燃室2中。根据锅炉所用煤种的特点，需适当设定该缝隙的大小，以保证透过来的少量烟气和辐射热足以引燃燃点较低的挥发分，且不至于使焦炭发生燃烧。大部分挥发分在含氧量较低的还原性气氛中进行燃烧，从而显著降低由挥发分氮导致的NOx产量。
如图4所示，在预燃室2的上部出口处安装有前拱再循环烟气引射器3，在分割耐火墙4的顶部开设缩放喷口8，缩放喷口8是一条截面为缩放喷管的槽道。来自引风机24后的部分再循环烟气从前拱再循环烟气引射器3的喷嘴喷射至缩放喷口8的喉口处，以此克服炉膛6中的烟气压力将预燃室2中热解和燃烧生成的气体携带进入炉膛6的喉口19处并与后拱再循环烟气喷射器5喷出的再循环烟气进行NOx的还原燃烧，最后经上层的前拱二次风喷头12和后拱二次风喷头13进行二次风的进一步燃烧，以确保挥发分的完全燃尽。
如图3所示，②为高温烟气；③为再循环烟气；④为高温烟气与再循环烟气的混合气，即为混合后的热烟气；挥发分风仓9下方的烟道内通入来自引风机24后的部分再循环烟气，在靠近分割耐火墙4的炉膛两侧侧壁29开设有圆孔17，为保证所引射高温烟气的含氧量尽可能低，应适当抬高圆孔17的开设位置，以尽量靠近炉膛6的还原区，但不得高于前拱二次风喷头12和后拱二次风喷头13。炉膛6内的一部分高温烟气沿着侧壁外部烟道30流至高温烟气引射器16的喉口处，而后被再循环烟气引射，混合后的热烟气喷出后沿烟道流至挥发分风仓9上方的炉排面18处，其作用是为煤层21的热解和挥发分的引燃提供热量，而又不致使煤层21的温度达到焦炭燃点而致使焦炭发生燃烧。
高温烟气引射器16的结构如图7所示，②为引射气体即高温烟气；③为入射气体即再循环烟气；④为喷射气体即再循环烟气和高温烟气的混合气；高温烟气通过旁支管流入高温烟气引射器16，再循环烟气在流经喷管收缩段39的过程中加速，从而在喷管喉部37形成低压区，以达到吸引旁支管38内的高温烟气下行的目的。挥发分和烟气的混合气在预燃室2中受热而急剧膨胀，之后被预燃室2上部的前拱再循环烟气引射器3引射至炉膛6上方的燃尽室中靠近喉口19的位置处，未燃尽的挥发分在此进行NOx的还原燃烧。在所述后拱7靠近喉口处设有后拱再循环烟气喷射器5，其高度低于前拱再循环烟气引射器3的高度，以确保前拱再循环烟气引射器3喷出的挥发分起到NOx还原作用。
前拱再循环烟气引射器3的任务是使未燃尽的挥发分如烃类、H2等可燃气体在喉口19处的低过量空气系数区域内进行燃烧，既可以减少挥发分燃烧生成的NOx，又可以降低锅炉炉膛6内焦炭燃烧区的过量空气系数，有利于创造较大范围的还原区，促使燃烧过程中产生的NOx还原成N2，还可以确保挥发分完全燃尽，保证锅炉的燃料利用效率。若改造后仍无法使NOx排放降低到标准水平，也可以在通入挥发分风仓9的再循环烟气中掺入一定量的氨，以进一步降低NOx的排放水平。前拱再循环烟气引射器3的结构和工作原理分别如图5和图6所示，③为喷射气体，即再循环烟气；⑤引射气体，即煤层热解析出挥发分与热烟气的混合气；如图2所示的层燃锅炉系统中，来自再循环烟气引风机26出口的低温再循环烟气汇集至前拱再循环烟气引射器集箱35后由各个喷嘴36喷射至缩放喷口8的喉口处，以此引射预燃室2中上行的挥发分与热烟气的混合气通过缩放喷口8抵达喉口19处并与后拱再循环烟气喷射器5喷出的再循环烟气进行NOx的还原燃烧。如图6所示，缩放喷口8左方为预燃室2，右方为炉膛6。如图2所示，①为一次风，一次风经一次风引风机进入空气预热器22中预热后连接蒸汽发生器28，为除了分仓9以为的其他分仓提供水蒸汽。
后拱再循环烟气喷射器5配置的两排喷嘴将来自引风机24后的再循环烟气分别射向分割耐火墙4和后拱下方的焦炭燃烧区，同时降低焦炭燃区的燃烧温度和含氧量，将炉排面18上方的还原区扩大至前拱二次风喷头12和后拱二次风喷头13的下方，显著降低NOx的生成，实现烟气分级还原条件下的低氮燃烧。后拱再循环烟气喷射器5配置的两排喷嘴之间的夹角可根据煤种情况在1°～120°之间加以调节，也可以固定在某一角度上。
除挥发分风仓9之外的其他风仓送入的一次风中掺混来自再循环烟气引风机26出口的部分再循环烟气和蒸汽发生器28产生的一定量的水蒸气，再循环烟气可以降低通入炉排的一次风的含氧量，水蒸气在炉排上和炽热的焦炭发生水煤气反应生成CO和H2，将部分气固反应转化成气相反应，另一方面CO可以增大煤层21上方的还原层厚度，并有效还原煤层21燃烧生成的NOx。
由于预燃室2的设立，分割耐火墙4充当了引燃煤层21的前拱，煤层21的燃烧过程被推迟，相当于缩短了炉排面18的有效长度。为了保证改造后煤层21仍能够充分燃尽，需适当加大和后拱再循环烟气喷射器5下方炉排相对应及其后的各风仓的配风量，以解决分级燃烧引起的推迟煤层21焦炭燃尽的难题，降低灰渣含碳量，在确保低氮燃烧的同时提高煤炭的燃烧效率。
前拱二次风喷头12和后拱二次风喷头13对置喷射二次风以强化可燃物的燃尽，所述前拱二次风喷头12和后拱二次风喷头13的角度可以根据燃煤种类在以水平为基准的-15°～45°进行喷射方向的调节，以实现空气分级燃烧。
本发明的工作原理为：分割耐火墙4将原炉膛空间一分为二，并与前拱1之间形成一预燃室2，在层燃链条锅炉的热力准备阶段，挥发分风仓9中上行的热烟气给从煤闸门送入的煤层21热解和挥发分的引燃提供热量，炉膛6中少量的烟气和辐射热透过分割耐火墙下端20与煤层21之间形成的缝隙进入预燃室2中，与上行的热烟气协同引燃燃点较低的挥发分，使得大部分挥发分在含氧量较低的还原性气氛中进行燃烧，且不至于使焦炭发生燃烧，未燃尽的挥发分则被烟气携带上行至预燃室2的上部，来自再循环烟气引风机26出口的低温再循环烟气通过前拱再循环烟气引射器3将挥发分和烟气的混合气从预燃室引射至喉口19处，未燃尽的挥发分在炉膛6上方的燃尽室中靠近喉口19的低过量空气系数的区域内进行还原燃烧，从而进一步减少挥发分燃烧过程中NOx的生成量，保证挥发分的完全燃烧，同时把从炉膛6喉口19处的高温烟气中携带的NOx还原成N2。前拱二次风喷头12和后拱二次风喷头13对置喷射二次风以强化可燃物的燃尽，实现空气的分级燃烧。后拱再循环烟气喷射器5配置的两排喷嘴分别射向分割耐火墙4和后拱正下方主燃烧区，能够同时降低焦炭燃烧区的燃烧温度和含氧量，将炉排面18上方的还原区扩大至前拱二次风喷头12和后拱二次风喷头13的下方，显著降低NOx的生成，实现烟气分级还原条件下的低氮燃烧。由于预燃室2的设立，分割耐火墙4充当了引燃煤层21的前拱，煤层21的燃烧过程被推迟，相当于缩短了炉排面18的有效长度。为了保证改造后煤层21仍能够充分燃尽，需适当加大和后拱再循环烟气喷射器5下方炉排相对应及其后的各风仓的配风量，以解决分级燃烧引起的推迟煤层21焦炭燃尽的难题，降低灰渣含碳量，在确保低氮燃烧的同时提高煤炭的燃烧效率。除挥发分风仓9之外的其他风仓送入的一次风中掺混来自再循环烟气引风机26出口的部分再循环烟气和蒸汽发生器28产生的一定量的水蒸气，再循环烟气可以降低通入炉排的一次风的含氧量，水蒸气在炉排上和炽热的焦炭发生水煤气反应生成CO和H2，将部分气固反应转化成气相反应，另一方面CO可以增大煤层21上方的还原层厚度，并有效还原煤层21燃烧生成的NOx。预燃室2挥发分从预燃室进入炉膛中，来自排烟引风机24后的再循环烟气分别从前拱再循环烟气引射器3、后拱再循环烟气喷射器5、挥发分风仓9和炉排配风室15送入炉膛6中，大大降低了炉内的过量空气系数，在炉内创造了广大的还原区，极大地减少了NOx的排放。

Claims (10)

1.一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉，其特征在于，包括前拱(1)和与之对应的后拱(7)，前拱(1)和后拱(7)从下到上依次形成的炉膛(6)、喉口(19)和燃烧室，以及炉膛(6)下方的传送带(10)；
所述的炉膛(6)内设置有将其一分为二的分割耐火墙(4)，分割耐火墙(4)与前拱(1)形成预燃室(2)作为挥发分热解燃烧区，分割耐火墙(4)与后拱(7)形成焦炭燃烧区；分割耐火墙下端(20)与传送带(10)上的煤层(21)之间形成缝隙，用于透过炉膛(6)内焦炭燃烧区中的烟气和辐射热，使得预燃室(2)中的挥发分燃烧且焦炭不发生燃烧；
所述预燃室(2)的上部设有位于分割耐火墙(4)的前拱再循环烟气引射器(3)，前拱再循环烟气引射器(3)用于将预燃室(2)中的上行烟气和未燃尽挥发分是引射至喉口(19)；
所述后拱(7)靠近喉口(19)处设有后拱再循环烟气喷射器(5)，燃尽室靠近喉口(19)处设置前拱二次风喷头(12)和后拱二次风喷头(13)。
2.根据权利要求1所述的一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉，其特征在于，所述的传送带(10)下方设置有与其上方煤层对应的若干风仓，与热解燃烧区对应的为挥发分风仓(9)，挥发分风仓(9)内对称设置有高温烟气引射器(16)；在焦炭燃烧区靠近分割耐火墙(4)的炉膛两侧壁面(29)分别开设圆孔(17)，炉膛(6)内的部分高温烟气通过侧壁外部烟道(30)流至高温烟气引射器(16)，高温烟气由通入高温烟气引射器(16)的再循环烟气引射至挥发分风仓(9)上方的炉排面(18)。
3.根据权利要求2所述的一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉，其特征在于，所述炉膛两侧壁面(29)开设圆孔(17)的位置应靠近炉膛(6)的还原区，且不高于前拱二次风喷头(12)和后拱二次风喷头(13)。
4.根据权利要求1所述的一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉，其特征在于，燃尽室靠近喉口(19)处水平对置一排前拱二次风喷头(12)和一排后拱二次风喷头(13)；所述前拱二次风喷头(12)和后拱二次风喷头(13)的角度能够以水平为基准的-15°～45°进行喷射方向的调节。
5.根据权利要求1所述的一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉，其特征在于，所述前拱再循环烟气引射器(3)的安装高度高于后拱再循环烟气喷射器(5)。
6.根据权利要求1所述的一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉，其特征在于，前拱再循环烟气引射器(3)布置有一排朝向喉口(19)的喷管(36)；后拱再循环烟气喷射器(5)布置有一排朝向分割耐火墙(4)的喷管和一排朝向后拱(7)下方焦炭燃烧区的喷管，两排喷嘴之间的夹角为1°～120°。
7.根据权利要求1所述的一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉，其特征在于，所述分割耐火墙(4)由钢板(32)两侧焊接抓钉(34)后敷耐火材料(33)制成；分割耐火墙(4)上部开设缩放喷口(8)，缩放喷口(8)是一条截面为缩放喷管的槽道，前拱再循环烟气引射器(3)的喷嘴设置于缩放喷口(8)的喉口处。
8.一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉系统，其特征在于，包括如权利要求1-7任意一项所述的层燃锅炉，依次连接在层燃锅炉烟道的空气预热器(22)的热端、除尘器(23)、引风机(24)和烟囱(25)；
所述引风机(24)和烟囱(25)之间的烟道设置有再循环烟气管路，在循环烟气管路经再循环烟气引风机(26)分别连接至前拱再循环烟气引射器(3)、后拱再循环烟气喷射器(5)和高温烟气引射器(16)；
所述的传送带(10)的下方设有炉排配风室(15)，炉排配风室(15)的输出端分别连接除挥发分风仓(9)以外的其他风仓；
一次风依次经一次风引风机(27)、空气预热器(22)的冷端和蒸汽发生器(28)连接炉排配风室(15)的输入端。
9.根据权利要求8所述的一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉系统，其特征在于，在通入挥发分风仓(9)的再循环烟气中掺入氨。
10.根据权利要求8所述的一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉系统，其特征在于，炉排配风室(15)配风时，后拱再循环烟气喷射器(5)下方炉排相对应及其后的各风仓的配风量大于剩余各风仓风量。
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