CN109442391A - 一种简单高效低氮排放的层燃锅炉 - Google Patents

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翟明
金帅
邹旬
董芃
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Harbin Institute of Technology
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Harbin Institute of Technology
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B80/00—Combustion apparatus characterised by means creating a distinct flow path for flue gases or for non-combusted gases given off by the fuel
    • F23B80/02—Combustion apparatus characterised by means creating a distinct flow path for flue gases or for non-combusted gases given off by the fuel by means for returning flue gases to the combustion chamber or to the combustion zone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L9/00—Passages or apertures for delivering secondary air for completing combustion of fuel 

Abstract

本发明公开一种简单高效的低氮排放的层燃锅炉，包括炉膛，以及炉膛的周界：前拱、后拱、前墙、后墙和炉排。所述后拱上有通循环烟气的烟管，后墙上有通火上风管和二次风管，炉排下布置有风室。按照燃料的燃烧过程将炉膛划分为四个区域：挥发分析出区(还原区)、挥发分燃尽区、焦炭燃烧区、焦炭燃尽区。当燃料从煤斗送入时，首先在燃料挥发分析出的区域少送风或者不送风，在所述炉排前段上部形成一块还原区，在所述炉排后部形成的烟气和从尾部抽出的循环烟气流向还原区，将烟气中的NOx还原。为了保证燃烧效率在后墙上布置火上风口和二次风口，有利于燃料的燃烧和燃尽。

Description

一种简单高效低氮排放的层燃锅炉
技术说明
本发明涉及层燃锅炉技术领域，具体地涉及一种降低层燃锅炉的氮氧化物的燃烧技术。
技术背景
层燃炉经历了上百年的发展。因为其具有机械化程度高、运行可靠、操作简单等优点，所以常用于小型电厂、工业应用和区域的集中供暖。但是层燃炉也存在着一些技术问题尚未得到良好的解决。在人们没有意识到环境问题的严峻性之前，工业锅炉的设计主要以经济性、可靠性、安全性为基础，而烟气污染物排放问题并没有设计理念中体现。
国家已将氮氧化物(NOx)纳入总量控制指标体系，但是在目前出版的排放标准中，还没有明确规定NOx的排放限值。在全国的范围内，由于净化处理技术的不断发展，对工业燃煤锅炉NOx已经实现了一定控制。工业锅炉在燃烧过程中会产生热力型氮氧化物、燃料型氮氧化物、快速型氮氧化物，而一些常规的低氮燃烧技术例如炉内喷还原剂技术、炉外脱氮技术等，大多是在大型的电站锅炉上发展起来，并且上述技术的运行成本高，并不适合工业锅炉。此外，炉内喷还原剂的反应过程大多为异相反应，面临着反应速度和效率低等问题。因此，如何想出一个简单高效低氮排放的层燃锅炉的设计，是目前本领域研究人员需要解决的技术问题。
发明内容
技术问题：本发明内容针对上述问题提出一种能够降低层燃锅炉氮氧化物排放量的燃烧技术，在不降低燃烧效率的同时，通过合理的布置配风方式、烟气再循环方式和火上风，以减少NOx的排放。
技术方案：一种简单高效低氮排放的层燃锅炉，其包括炉体和炉排。炉体包括前墙、前拱、后墙、后拱、左右两侧墙、尾部烟气循环管、火上风风管、二次风风管；所述尾部烟气循环管布置在后拱上，所述火上风风管和二次风风管布置在后墙上，所述炉排在前拱和后拱之间并且位于所述炉体下方，诉述炉排下根据锅炉出力布置风室个数。
所述前拱的倾角为45°～60°
所述后拱的倾角为8°～18°
所述前拱和后拱覆盖炉排比例不超过0.85
附图说明
图1为本发明所述的一种简单高效低氮燃烧层燃链条炉排锅炉；
图2为本发明所述的一种简单高效低氮燃烧层燃往复炉排锅炉；
附图标记：1-炉膛，2-前拱，3-后拱，4-前墙，5-后墙，6-炉排，7-烟气循环烟管， 8-火上风管，9-二次风管，10-风室，11-挥发分析出区(还原区)，12-挥发分燃尽区(燃尽区)，13-焦炭燃烧区(氧化区)，14-焦炭燃尽区
具体实施方案
本发明的基本工作原理，煤被置于炉排6上，并随炉排6运动在炉膛1内依时间顺序完成干燥、干馏、着火，焦炭燃烧、燃尽等过程。炉排6下部沿煤层运动方向通常配置有多个风室10，可以实现分室调节送风。炉排6上部则配置有前拱2和后拱3，多采用短前拱2、长后拱3，前拱2高于后拱3的组合式炉拱结构。燃烧过程为煤被炉排6送入炉膛1后，煤层表面会接收到大量的炉膛1 内火焰和炉拱2和3、炉墙4和5的辐射热，在炉排6的前部完成干燥和干馏过程，析出水蒸气和大量挥发分，并开始着火、燃烧。完成干燥和干馏过程的燃料形成了焦炭层，在空气中氧的参与下进行强烈燃烧，并逐渐燃尽。各风室10则根据不同燃烧阶段分别进行送风量调节，以保证燃烧所需的氧量供应。炉膛1 内燃料燃烧后的烟气在后拱引导下全部都在炉膛1前部流出。
对于采用空气分级低氮燃烧技术的锅炉，在运行中根据所燃用煤种特性，通过炉排下部各个风室10送风量的调节，实现空气分级低氮燃烧技术。其原理如下：煤随炉排运动进入到炉膛1后，在炉膛内高温的作用下，在炉排6的前部完成干燥和干馏过程，析出水蒸气和大量挥发分(挥发分的成分主要是H2、CO、 CnHm)，炉排6的前部风室10不给风或少给风，保证在此区段形成强烈的还原区11(α＜1)。完成干燥和干馏过程的燃料形成了焦炭层，在炉排6下的中间风室10给入大量空气(α＞1)的条件下进行强烈燃烧，形成强烈的氧化区13(α＞1)，析出的挥发分在挥发分燃尽区12燃尽，焦炭在炉排6后部的焦炭燃尽区14燃尽。在炉排6的前部风室10完成干燥和干馏过程，析出水蒸气和大量挥发分，由于炉排前部风室10不给风或少给风，保证在此区段形成强烈的还原性区 11(α＜1)，抑制了NOx的生成。根据层燃锅炉炉膛1的结构特性，炉膛1内煤燃烧后的火焰和烟气在后拱3引导下全部都在炉膛1前部流出，这样，炉膛1 中后部焦炭燃烧区13所产生的含有NOx的高温烟气会进入位于炉膛前部的挥发分析出区(还原区)11，并与其中的挥发分物质强烈混合，其中的NOx(主要是 NO)会与各种挥发分物质发生如下还原反应，以NO的还原反应为例：
4NO+CH4→N2+CO2+H2O
2NO+2CnHm+(2n+m/2-1)O2→N2+2nCO2+mH2O
2NO+2CO→N2+2CO2
2NO+2C→N2+2CO
2NO+2H2→N2+2H2O
使得NOx的最终生成量大幅度的降低。
同时，在挥发分析出区11上部配置了空气组合射流喷口(火上风)8，其与从挥发分析出区11流出的高温烟气强烈混合，并在炉膛出口处布置二次风9保证燃料完全燃尽，实现高燃烧效率。

Claims (7)

1.一种简单高效低氮排放的层燃锅炉，包括炉膛(1)以及炉膛的周界。所述炉膛周界包括：前拱(2)、后拱(3)、前墙(4)、后墙(5)和炉排(6)。所述后拱上有通循环烟气的烟管(7)，后墙上有火上风管(8)和二次风管(9)，炉排下布置有风室(10)。按照燃料的燃烧过程将所述炉膛(1)划分为四个区域：挥发分析出区(还原区)(11)、挥发分燃尽区(12)、焦炭燃烧区(13)、焦炭燃尽区(14)。
其特征在于：
所述风室采用空气分级燃烧技术，即前两个风室少送风或者不送风，
所述的后拱上布置有进行烟气再循环的烟管，
所述的后墙上布置有火上风风管和二次风管。
2.根据权利要求1所述的简单高效低氮排放的层燃锅炉，其特征在于，所述后拱的倾角为45°～60°。
3.根据权利要求1所述的简单高效低氮排放的层燃锅炉，其特征在于，所述后拱的倾角为8°～18°。
4.根据权利要求1所述的简单高效低氮排放的层燃锅炉，其特征在于，所述前拱和后拱覆盖炉排比例不超过0.85。
5.根据权利要求1所述的简单高效低氮排放的层燃锅炉，其特征在于，所述后拱上布置有尾部烟气循环管。
6.根据权利要求1所述的简单高效低氮排放的层燃锅炉，其特征在于，所述后墙上布置有火上风风管和二次风管。
7.根据权利要求1所述的简单高效低氮排放的层燃锅炉，其特征在于，所述炉排下布置风室，其中前两个风室不送风或者少量送风。
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