CN109578986A - 一种复合烟气再循环的层燃锅炉及其处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种复合烟气再循环的层燃锅炉及其处理方法，所述层燃锅炉包括锅炉主体、煤仓和炉排，锅炉主体内于煤仓一侧设有前拱，所述炉排内部和/或底部由煤仓一侧沿炉排运动方向依次设置风室，所述前拱上开设气体出口，所述气体出口与主燃风室连通；锅炉主体上部设有烟气出口，所述烟气出口与预燃风室连通。本发明所述层燃锅炉通过将煤挥发分烟气和尾部烟道烟气引入到不同的风室，利用不同阶段烟气各自的特性，减少NOx的析出量，同时将生成的NOx进行还原，有效降低排放气体中NOx的含量，提高了锅炉的燃煤效率。

Description

一种复合烟气再循环的层燃锅炉及其处理方法
技术领域
本发明属于工业燃煤锅炉技术领域，涉及一种复合烟气再循环的层燃锅炉及其处理方法。
背景技术
工业燃煤锅炉曾是工业革命时期最为核心的能源动力设备，在我国的应用也十分广泛，至今仍然发挥着重要的作用，总数量有50多万台，占目前在用工业锅炉总数的85％，容量在14MW以下的约占80％，24.5MW以上的不足2％，年消耗煤炭7亿吨以上。
层燃锅炉中的燃煤自煤仓进入炉排，随着炉排的转动，依次经历煤的干燥、挥发分析出、焦炭燃烧、焦炭燃尽等过程。其中，由前拱的辐射热及炉膛的高温烟气热流完成煤的干燥及挥发分析出过程，析出的挥发分在炉膛中部火焰处燃烧，随后排向尾部烟道。在此过程中，挥发分中的NH3等部分还原性气体也会被氧化成NOx排向尾部烟道。由于层燃锅炉的固有特性，其燃烧温度在1200℃左右，在此温度下，热力型NOx的生成量增加，再加上燃料型NOx的排放，导致层燃锅炉中NOx的原始排放量高达300～400mg/m3，与煤粉炉的原始排放量相当，不符合国家规定的烟气污染物超低排放的要求。
为了降低层燃锅炉高温烟气中NOx的含量，将该设备进行改进，使之能够促进燃煤挥发分的充分燃烧，同时将烟气循环到层燃锅炉中再利用，不仅能使烟气中的NOx被还原，还可以充分利用高温烟气的余热，提高燃煤锅炉的热效率。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种复合烟气再循环的层燃锅炉及其处理方法。本发明所述层燃锅炉通过将煤燃烧过程中产生的煤挥发分烟气和尾部烟道烟气分别进行循环，引入到不同的风室，利用不同阶段烟气各自的特性，减少NOx的析出量，同时将生成的NOx进行还原，有效降低排放气体中NOx的含量。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供了一种复合烟气再循环的层燃锅炉，所述层燃锅炉包括锅炉主体、煤仓和炉排，所述煤仓位于锅炉主体一侧，炉排位于煤仓和锅炉主体下方。
其中，所述锅炉主体顶部设有汽包，锅炉主体内于煤仓一侧设有前拱，与煤仓相对一侧设有后拱；所述炉排内部和/或底部由煤仓一侧沿炉排运动方向依次设置风室，燃煤在炉排上随着炉排的运动依次形成挥发分析出区、焦炭燃烧区和焦炭燃尽区；所述前拱上开设气体出口，所述气体出口与炉排位于焦炭燃烧区下方对应的风室连通；锅炉主体上部设有烟气出口，所述烟气出口与炉排位于挥发分析出区下方对应的风室连通。
本发明中，在现有层燃锅炉的基础上进行改进，通过将煤挥发分烟气和尾部烟道烟气引入到不同的风室，煤挥发分烟气中含有NH3、CO和CH4等还原性气体，通入到焦炭燃烧区下方对应的风室，在煤层半焦催化作用下，可将焦炭燃烧产生的NOx还原成无害的N2，降低最终排放烟气中NOx的含量；尾部烟道烟气引入到挥发分析出区下方对应的风室，此时燃煤处于预燃阶段，利用尾部烟道烟气和高温和低氧量特性，提高预燃段煤的温度，将煤中的水分和挥发分析出，为煤的燃烧创造条件，同时提供低氧还原性氛围，使煤在预燃热解过程中生成的NOx减少，而生成的NOx也会被热解阶段产生的CH4、CO和H2等还原，经过以上两方面共同作用，可以有效降低NOx的排放。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，所述前拱包括向锅炉主体内倾斜向上的倾斜隔板，在所述倾斜隔板上开设气体出口。
优选地，所述风室包括预燃风室、主燃风室和燃尽风室。
优选地，所述预燃风室为炉排位于挥发分析出区下方对应的风室，主燃风室为炉排位于焦炭燃烧区下方对应的风室，燃尽风室为炉排位于焦炭燃尽区下方对应的风室。
优选地，所述预燃风室至少有1个，例如1个、2个、3个、4个或5个等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为2个。
优选地，所述主燃风室至少有2个，例如2个、3个、4个、5个或6个等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为3个。
优选地，所述燃尽风室至少有1个，例如1个、2个、3个、4个或5个等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为2个。
本发明中，不同燃烧阶段所对应风室的数量由层燃锅炉的大小、燃煤的处理量以及燃煤品质来综合决定。
作为本发明优选的技术方案，所述层燃锅炉还包括尾气排放系统，所述尾气排放系统包括引风机和烟囱。
优选地，所述锅炉主体的上部连接有尾部烟道，所述尾部烟道通过引风机与烟囱相连。
优选地，所述尾部烟道上开设烟气出口，所述烟气出口与预燃风室相通。
本发明中，燃煤燃烧后产生的烟气从锅炉主体的上部进入尾部烟道，在引风机的作用下从烟囱排出，同时在尾部烟道上另外开设烟气出口，与预燃风室相连，将部分烟气循环到层燃锅炉内再利用。
作为本发明优选的技术方案，所述层燃锅炉还包括气体输送设备，所述气体输送设备包括第一气体输送设备和第二气体输送设备。
优选地，所述前拱上的气体出口通过第一气体输送设备与主燃风室相通，所述尾部烟道上的烟气出口通过第二气体输送设备与预燃风室相通。
优选地，所述气体输送设备为循环风机。
另一方面，本发明提供了一种采用上述层燃锅炉的复合烟气循环处理方法，所述方法包括以下步骤：
(1)燃煤进入炉排后，随着炉排的运动依次经历干燥、挥发分析出、焦炭燃烧和焦炭燃尽过程；
(2)步骤(1)所述挥发分析出过程产生的挥发分从前拱上的气体出口离开，进入主燃风室；
(3)燃煤燃烧产生的尾部烟道烟气，一部分进入预燃风室，另一部分排空。
本发明中，燃煤从煤仓均匀加在炉排上，随着炉排的运动完成煤的燃烧过程，依次经过干燥、挥发分析出、焦炭燃烧和焦炭燃尽的过程，不同燃烧阶段所需的反应条件会有所差异，烟气的循环正是利用烟气的特性，有利于反应的进行。
作为本发明优选的技术方案，所述复合烟气包括煤挥发分烟气和尾部烟道烟气。
优选地，所述煤挥发分烟气包括NH3、CO和CH4。
优选地，所述尾部烟道烟气的温度为300℃～400℃，例如300℃、320℃、340℃、360℃、380℃或400℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内未列举的数值同样适用。
优选地，所述尾部烟道烟气中氧气的体积含量为10％～12％，例如10％、10.5％、11％、11.5％或12％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内未列举的数值同样适用。
本发明中，尾部烟道烟气的含氧量较低，通入预燃风室后，可以为煤的预燃段提供低氧氛围，使煤在预燃热解过程中生成的NOx减少，而生成的NOx被热解生成的CO和H2等还原成无害的N2。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述干燥和挥发分析出过程在预燃风室上部的炉排上进行。
优选地，所述挥发分析出过程的温度为300℃～400℃，例如300℃、320℃、340℃、360℃、380℃或400℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内未列举的数值同样适用。
优选地，所述挥发分析出过程中所需氧的体积含量为3％～5％，例如3％、3.5％、4％、4.5％或5％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述焦炭燃烧过程在主燃风室上部的炉排上进行。
优选地，所述焦炭燃烧过程的温度为900℃～1000℃，例如900℃、920℃、940℃、960℃、980℃或1000℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内未列举的数值同样适用。
优选地，所述焦炭燃烧过程中所需氧的体积含量为6％～8％，例如6％、6.5％、7％、7.5％或8％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述挥发分离开后经第一气体输送设备进入主燃风室。
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述尾部烟道烟气的一部分经烟囱排空，另一部分从烟气出口离开，通过第二气体输送设备进入预燃风室。
优选地，所述进入预燃风室的烟气占尾部烟道烟气的体积分数为15％～20％，例如15％、16％、17％、18％、19％或20％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内未列举的数值同样适用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述层燃锅炉通过将煤挥发分烟气引入到主燃风室，煤挥发分烟气中的还原性气体可将焦炭燃烧产生的NOx还原成无害的N2，有效降低了烟气中NOx的含量，同时挥发分烟气的通入也有利于焦炭的充分燃烧，提高燃煤效率；
(2)本发明所述层燃锅炉通过将尾部烟道烟气引入到预燃风室，利用烟气的高温和低氧量特性，提高预燃段煤的温度，将煤中的水分和挥发分析出，为煤的燃烧创造条件，同时提供低氧还原性氛围，减少NOx的析出量，生成的NOx会被热解产物还原，有效降低NOx的排放；
(3)本发明所述层燃锅炉的改进操作简便，效果明显，通过两方面共同作用，可以将NOx的排放降低至200mg/Nm3以下，锅炉的燃煤效率可达到80％。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的层燃锅炉的结构示意图；
其中，1-煤仓，2-汽包，3-炉排，4-风室，5-气体输送设备，51-第一气体输送设备，52-第一气体输送设备，6-引风机，7-烟囱。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
实施例1：
本实施例提供了一种复合烟气再循环的层燃锅炉，所述层燃锅炉的结构示意图如图1所示，包括锅炉主体、煤仓1和炉排3，所述煤仓1位于锅炉主体一侧，炉排3位于煤仓1和锅炉主体下方。
其中，所述锅炉主体顶部设有汽包2，锅炉主体内于煤仓1一侧设有前拱，与煤仓1相对一侧设有后拱；所述炉排3内部由煤仓1一侧沿炉排3运动方向依次设置风室4，燃煤在炉排3上随着炉排3的运动依次形成挥发分析出区、焦炭燃烧区和焦炭燃尽区；所述前拱上开设气体出口，所述气体出口与炉排3位于焦炭燃烧区下方对应的风室4连通；锅炉主体上部设有烟气出口，所述烟气出口与炉排3位于挥发分析出区下方对应的风室4连通。
所述前拱包括向锅炉主体内倾斜向上的倾斜隔板，在所述倾斜隔板上开设气体出口。
所述风室4包括预燃风室、主燃风室和燃尽风室，所述预燃风室为炉排3位于挥发分析出区下方对应的风室，主燃风室为炉排3位于焦炭燃烧区下方对应的风室，燃尽风室为炉排3位于焦炭燃尽区下方对应的风室；所述预燃风室有2个，主燃风室有3个，燃尽风室有2个。
所述层燃锅炉还包括尾气排放系统，所述尾气排放系统包括引风机6和烟囱7，所述锅炉主体的上部连接有尾部烟道，所述尾部烟道通过引风机7与烟囱8相连，所述尾部烟道上开设烟气出口，所述烟气出口与预燃风室相通。
所述层燃锅炉还包括循环风机5，所述循环风机5包括第一循环风机51和第二循环风机52，所述前拱上的气体出口通过第一循环风机51与主燃风室相通，所述尾部烟道上的烟气出口通过第二循环风机52与预燃风室相通。
实施例2：
本实施例提供了一种复合烟气再循环的层燃锅炉，所述层燃锅炉的结构参照实施例1中的结构，区别仅在于：所述预燃风室有1个，主燃风室有2个，燃尽风室有1个。
实施例3：
本实施例提供了一种层燃锅炉中复合烟气再循环的处理方法，所述方法采用实施例1中的层燃锅炉进行，所述方法包括以下步骤：
(1)燃煤进入炉排3后，随着炉排3的运动依次经历干燥、挥发分析出、焦炭燃烧和焦炭燃尽过程，所述挥发分析出过程的温度为300℃，挥发分析出过程所需氧的体积含量为3％，所述焦炭燃烧过程的温度为900℃，焦炭燃烧过程所需氧的体积含量为6％；
(2)步骤(1)所述挥发分析出过程产生的挥发分从前拱上的气体出口离开，经第一循环风机51进入主燃风室，所述煤挥发分烟气包括NH3、CO和CH4；
(3)燃煤燃烧产生的尾部烟道烟气，所述尾部烟道烟气的温度为300℃，烟气中氧气体积含量为10％，体积分数为15％的尾部烟道烟气从烟气出口离开，通过第二循环风机52进入预燃风室，剩余烟气经烟囱8排空。
本实施例中，与未进行烟气循环时相比，排放的烟气中NOx的含量可降低至200mg/Nm3以下，锅炉的燃煤效率可达到80％。
实施例4：
本实施例提供了一种层燃锅炉中复合烟气再循环的处理方法，所述方法采用实施例2中的层燃锅炉进行，所述方法参照实施例3中的方法，区别仅在于：步骤(1)所述挥发分析出过程的温度为400℃，挥发分析出过程所需氧的体积含量为5％。
本实施例中，与未进行烟气循环时相比，排放的烟气中NOx的含量可降低至190mg/Nm3，锅炉的燃煤效率可达到82％。
实施例5：
本实施例提供了一种层燃锅炉中复合烟气再循环的处理方法，所述方法采用实施例1中的层燃锅炉进行，所述方法参照实施例3中的方法，区别仅在于：步骤(1)所述焦炭燃烧过程的温度为1000℃，焦炭燃烧过程所需氧的体积含量为8％。
本实施例中，与未进行烟气循环时相比，排放的烟气中NOx的含量可降低至180mg/Nm3，锅炉的燃煤效率可达到84％。
实施例6：
本实施例提供了一种层燃锅炉中复合烟气再循环的处理方法，所述方法采用实施例2中的层燃锅炉进行，所述方法参照实施例3中的方法，区别仅在于：所述尾部烟道烟气的温度为400℃，烟气中氧气体积含量为12％，体积分数为20％的尾部烟道烟气从烟气出口离开进行循环。
本实施例中，与未进行烟气循环时相比，排放的烟气中NOx的含量可降低至185mg/Nm3，锅炉的燃煤效率可达到83％。
对比例1：
本对比例提供了一种烟气再循环的层燃锅炉及其处理方法，所述层燃锅炉的结构参照实施例1中的结构，区别仅在于：所述前拱上不开设气体出口，不包括第一循环风机51，即不设置挥发分烟气的循环管路。
所述方法参照实施例3中的方法，区别仅在于：不包括步骤(2)。
本对比例中，与未进行烟气循环时相比，排放的烟气中NOx的含量仍为250mg/Nm3，锅炉的燃煤效率仅可达到75％。
对比例2：
本对比例提供了一种烟气再循环的层燃锅炉及其处理方法，所述层燃锅炉的结构参照实施例1中的结构，区别仅在于：所述尾部烟道上不开设烟气出口，不包括第二循环风机52，即不设置尾部烟道烟气的循环管路。
所述方法参照实施例3中的方法，区别仅在于：步骤(3)中所述尾部烟道烟气全部经烟囱8排空。
本对比例中，与未进行烟气循环时相比，排放的烟气中NOx的含量仍为240mg/Nm3，锅炉的燃煤效率仅可达到76％。
对比例3：
本对比例提供了一种常规层燃锅炉及其处理方法，所述层燃锅炉的结构参照实施例1中的结构，区别仅在于：不包括循环管路。
所述方法参照实施例3中的方法，区别仅在于：不包括步骤(2)，步骤(3)中所述尾部烟道烟气全部经烟囱8排空。
本对比例中，排放的烟气中NOx的含量较高，达到300mg/Nm3，不符合国家规定的标准，还需进行后续处理，锅炉的燃煤效率只有72％。
综合上述实施例和对比例可以看出，本发明所述层燃锅炉通过将煤挥发分烟气和尾部烟道烟气进行循环，煤挥发分烟气中含有还原性气体，通入到主燃风室，可将焦炭燃烧产生的NOx还原成无害的N2，降低最终排放烟气中NOx的含量；尾部烟道烟气引入到预燃风室，利用烟气的高温和低氧量特性，提高预燃段煤的温度，有利于煤的充分燃烧，提高了燃煤效率，生成的NOx会被热解产物还原，有效降低NOx的排放；通过两方面共同作用，可以将NOx的排放量降低至200mg/Nm3以下，锅炉的燃煤效率可达到80％。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明设备结构的等效替换及辅助结构的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种复合烟气再循环的层燃锅炉，其特征在于，所述层燃锅炉包括锅炉主体、煤仓(1)和炉排(3)，所述煤仓(1)位于锅炉主体一侧，炉排(3)位于煤仓(1)和锅炉主体下方；
其中，所述锅炉主体顶部设有汽包(2)，锅炉主体内于煤仓(1)一侧设有前拱，与煤仓(1)相对一侧设有后拱；所述炉排(3)内部和/或底部由煤仓(1)一侧沿炉排(3)运动方向依次设置风室(4)，燃煤在炉排(3)上随着炉排(3)的运动依次形成挥发分析出区、焦炭燃烧区和焦炭燃尽区；所述前拱上开设气体出口，所述气体出口与炉排(3)位于焦炭燃烧区下方对应的风室(4)连通；锅炉主体上部设有烟气出口，所述烟气出口与炉排(3)位于挥发分析出区下方对应的风室(4)连通。
2.根据权利要求1所述的层燃锅炉，其特征在于，所述前拱包括向锅炉主体内倾斜向上的倾斜隔板，在所述倾斜隔板上开设气体出口；
优选地，所述风室(4)包括预燃风室、主燃风室和燃尽风室；
优选地，所述预燃风室为炉排(3)位于挥发分析出区下方对应的风室，主燃风室为炉排(3)位于焦炭燃烧区下方对应的风室，燃尽风室为炉排(3)位于焦炭燃尽区下方对应的风室；
优选地，所述预燃风室至少有1个，优选为2个；
优选地，所述主燃风室至少有2个，优选为3个；
优选地，所述燃尽风室至少有1个，优选为2个。
3.根据权利要求1或2所述的层燃锅炉，其特征在于，所述层燃锅炉还包括尾气排放系统，所述尾气排放系统包括引风机(6)和烟囱(7)；
优选地，所述锅炉主体的上部连接有尾部烟道，所述尾部烟道通过引风机(7)与烟囱(8)相连；
优选地，所述尾部烟道上开设烟气出口，所述烟气出口与预燃风室相通。
4.根据权利要求1-3任一项所述的层燃锅炉，其特征在于，所述层燃锅炉还包括气体输送设备(5)，所述气体输送设备(5)包括第一气体输送设备(51)和第二气体输送设备(52)；
优选地，所述前拱上的气体出口通过第一气体输送设备(51)与主燃风室相通，所述尾部烟道上的烟气出口通过第二气体输送设备(52)与预燃风室相通；
优选地，所述气体输送设备(5)为循环风机。
5.一种采用权利要求1-4任一项所述层燃锅炉的复合烟气循环处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)燃煤进入炉排(3)后，随着炉排(3)的运动依次经历干燥、挥发分析出、焦炭燃烧和焦炭燃尽过程；
(2)步骤(1)所述挥发分析出过程产生的挥发分从前拱上的气体出口离开，进入主燃风室；
(3)燃煤燃烧产生的尾部烟道烟气，一部分进入预燃风室，另一部分排空。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述复合烟气包括煤挥发分烟气和尾部烟道烟气；
优选地，所述煤挥发分烟气包括NH3、CO和CH4；
优选地，所述尾部烟道烟气的温度为300℃～400℃；
优选地，所述尾部烟道烟气中氧气的体积含量为10％～12％。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述干燥和挥发分析出过程在预燃风室上部的炉排上进行；
优选地，所述挥发分析出过程的温度为300℃～400℃；
优选地，所述挥发分析出过程中所需氧的体积含量为3％～5％。
8.根据权利要求5-7任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述焦炭燃烧过程在主燃风室上部的炉排上进行；
优选地，所述焦炭燃烧过程的温度为900℃～1000℃；
优选地，所述焦炭燃烧过程中所需氧的体积含量为6％～8％。
9.根据权利要求5-8任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述挥发分离开后经第一气体输送设备(51)进入主燃风室。
10.根据权利要求5-9任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述尾部烟道烟气的一部分经烟囱(8)排空，另一部分从烟气出口离开，通过第二气体输送设备(52)进入预燃风室；
优选地，所述进入预燃风室的烟气占尾部烟道烟气的体积分数为15％～20％。
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