CN109578994A - 一种烟气再循环及超细煤粉分级气化低NOx燃烧系统 - Google Patents

一种烟气再循环及超细煤粉分级气化低NOx燃烧系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种烟气再循环及超细煤粉分级气化低NOx燃烧系统，属于热能与动力工程技术领域，涉及一种煤粉分级燃烧及环保系统，包括用于处理煤粉的炉膛，炉膛自下而上分为气化炉膛和燃烧炉膛，燃烧炉膛包括燃烧区和燃尽区；气化炉膛壁面开设有一次燃料气化喷口，燃烧区壁面设有用于二次煤粉进入炉膛的二次燃料燃烧喷口，燃尽区壁面开设有顶部燃尽风喷；在燃尽区尾部连接设置有烟道，烟道尾部开设有烟气出口，烟气出口与烟气管道相连，烟道内的烟气经烟气管道通过炉膛侧壁的循环烟气喷口进入炉膛内部，循环烟气喷口处设置有用于控制流量的烟气蝶阀，通过分级气化与燃烧技术，以及烟气再循环技术，保证煤粉燃烧效率，并降低NOx生成。

Description

一种烟气再循环及超细煤粉分级气化低NOx燃烧系统
【技术领域】
本发明属于热能与动力工程技术领域，涉及一种煤粉分级燃烧及环保系统，尤其是一种烟气再循环及超细煤粉分级气化低NOx燃烧系统。
【背景技术】
氮氧化物是造成酸雨、温室效应以及光化学烟雾的主要根源，严重影响了人们的生活环境，成为关注的焦点。NOX排放总量在2014年已达到2078万t，其中近一半来自于火电厂。为此《煤电节能减排升级与改造行动计划》提出，我国东部、中部与西部地区新建燃煤发电机组NOx排放浓度应分别基本达到、原则上接近或达到、鼓励达到燃气轮机组排放限值(即基准氧含量6％时，NOx排放浓度不高于50mg/m3)。
电站燃煤锅炉的NOX主要分燃料型、热力型和快速型3种类型：燃料型NOX主要是由空气中的氧与燃料中含氮的有机物燃烧反应而生成的，受温度的影响比较小，空气与燃料的混合比(空燃比)对其影响较大；热力型NOX是由高温下空气中的N2被氧化而生成的，其受温度的影响最大，当炉内的温度低于1500℃时生成量极少，但当温度大于1500℃时，每升高约100℃，反应速率会增加6-7倍；快速型NOX主要由周围的氧与煤燃烧生成的中间产物HCN和N，在高温下以极快的反应速率生成的，其生成量受环境中含氧量影响较大。目前国内外燃煤电厂降低NOX排放的主要技术包括空气分级燃烧技术和尾部的烟气SCR脱硝技术，尾部烟气SCR脱硝技术一般对NOX的脱除效率能达到80％以上，但是投资费用太高。
【发明内容】
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种烟气再循环及超细煤粉分级气化低NOx燃烧系统。通过分级气化与燃烧技术，以及烟气再循环技术保证煤粉燃烧效率，并降低NOx生成。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种烟气再循环及超细煤粉分级气化低NOx燃烧系统，包括用于处理煤粉的炉膛，炉膛自下而上分为气化炉膛和燃烧炉膛，燃烧炉膛包括燃烧区和燃尽区；气化炉膛壁面开设有一次燃料气化喷口，燃烧区壁面设有用于二次煤粉进入炉膛的二次燃料燃烧喷口，燃尽区壁面开设有顶部燃尽风喷口；在燃尽区尾部连接设置有烟道，烟道尾部开设有烟气出口，烟气出口与烟气管道相连，烟道内的烟气经烟气管道通过炉膛侧壁的循环烟气喷口进入炉膛内部，循环烟气喷口处设置有用于控制流量的烟气蝶阀。
本发明进一步的改进在于：
气化炉膛上部直径较下部缩小，使壁面处烟气流动受到阻碍形成回流。
气化炉膛内壁设有维持温度的耐火层。
顶部燃尽风喷口在燃尽区壁面自下而上多层布置。
烟气管道分为两条支路，一路将烟道中的烟气通过循环烟气喷口送至燃烧炉膛，另一路将烟气送至气化炉膛。
一次燃料气化喷口按照四角切圆燃烧方式布置于气化炉膛。
燃烧炉膛内的过量空气系数为0.8-0.9。
由循环烟气喷口进入炉膛内的烟气占烟道内烟气总量的15-30％。
气化炉膛内的过量空气系数为0.2-0.5。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过控制煤粉在低温低氧环境下燃烧，不仅NOX的脱除效率能达到30-40％，且投资费用是最低的，将炉膛分为气化、燃烧和燃尽三层，依次缺氧燃烧、NOX还原、到最后在燃尽区对未燃尽的颗粒和剩余还原性气体充分燃烧；另外烟气再循环核心在于利用尾部烟气低温低氧的特点，将循环烟气喷入炉膛合适的部分，降低炉内火焰的局部高温，并有效的降低炉膛内部的氧含量，通过在炉膛侧壁设置循环烟气喷口，将烟道内的部分烟气引入炉膛，由于循环烟气温度和含氧量都较低，通过调节烟气蝶阀控制进入炉膛的烟气量，进而调节控制炉膛内的燃烧温度和氧含量，因此来减少煤粉燃烧过程中热力型NOX和快速型NOX的生成。
进一步的，本发明气化炉膛上部直径缩小，壁面处的烟气流动受到阻碍形成回流，煤粉在气化炉膛内的停留时间增加，促进煤粉热解气化产生足够多的还原气体及焦炭。
进一步的，本发明气化炉膛内部设有耐火层，防止炉膛内温度过低，保证一次煤粉能够在气化炉膛内的低温低氧环境下顺利着火热解气化，产生还原性气体及焦炭，并抑制NOX的生成。
进一步的，本发明通过布置多层顶部燃尽风喷口，减少每层燃尽风的过量空气系数，在保证煤粉燃烧效率的情况下降低NOX的生成。
【附图说明】
图1为本发明的烟气再循环及超细煤粉分级气化低NOx燃烧系统结构示意图；
其中：1-耐火层；2-气化炉膛；3-一次燃料气化喷口；4-燃烧炉膛；5-二次燃料燃烧喷口；6-顶部燃尽风喷口；7-烟道；8-循环烟气喷口；9-烟气蝶阀；10-烟气管道；11-烟气出口。
【具体实施方式】
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1，本发明一种烟气再循环及超细煤粉分级气化低NOx燃烧系统，包括用于处理煤粉的炉膛，炉膛自下而上分为气化炉膛2和燃烧炉膛4，燃烧炉膛包括燃烧区和燃尽区；其中气化炉膛2壁面开设有一次燃料气化喷口3，燃烧区壁面设有用于二次煤粉进入炉膛的二次燃料燃烧喷口5，燃尽区壁面开设有顶部燃尽风喷口6；在燃尽区尾部连接设置有烟道7，烟道7尾部开设有烟气出口11，烟气出口11与烟气管道10相连，烟道7内的烟气经烟气管道10通过炉膛侧壁的循环烟气喷口8进入炉膛内部，循环烟气喷口8处设置有用于控制流量的烟气蝶阀9。气化炉膛2上部直径较下部缩小，使壁面处烟气流动受到阻碍形成回流。气化炉膛2内壁设有维持温度的耐火层1。顶部燃尽风喷口6在燃尽区壁面自下而上多层布置。烟气管道10分为两条支路，一路将烟道7中的烟气通过循环烟气喷口8送至燃烧炉膛4，另一路将烟气送至气化炉膛2。一次燃料气化喷口3按照四角切圆燃烧方式布置于气化炉膛2。燃烧炉膛4内的过量空气系数为0.8-0.9。由循环烟气喷口8进入炉膛内的烟气占烟道7内烟气总量的15-30％。气化炉膛2内的过量空气系数为0.2-0.5。
本发明一种烟气再循环及超细煤粉分级气化低NOx燃烧系统的工作原理如下：
炉膛最下部为气化区，属于缺氧燃烧区；中部为燃烧区，属于NOX还原区；上部为燃尽区，使燃尽区以下煤粉燃烧过程产生的还原性气体和未燃尽的焦炭颗粒进一步充分燃烧。一次煤粉通过一次燃料气化喷口3喷入气化区，通过调节空气风量以及再循环烟气量，保证气化区内的过量空气系数在0.2-0.5之间，并调节气化炉膛2内的温度，一次煤粉气流进入气化区和空气混合后着火热解气化，在低温低氧环境下煤粉气化析出大量的还原性气体以及焦炭并抑制NOX的产生，随后一次煤粉产生的还原性气体以及焦炭进入燃烧炉膛4内的燃烧区。二次煤粉通过二次燃料燃烧喷口5进入燃烧区，此时循环烟气通过循环烟气喷口8进入燃烧炉膛4，保证燃烧区内过量空气系数在0.8-0.9之间，同时由于循环烟气温度较低，燃烧区内的火焰温度降低，则二次煤粉和还原气以及焦炭在燃烧区内充分混合后低温低氧燃烧，煤粉、还原性气体以及焦炭在燃烧区的还原性气氛下将部分NOX还原为N2，烟气中的NOX含量降低。由于气化区以及燃烧区的煤粉均在低氧环境下燃烧，烟气中未燃尽的还原性气体以及焦炭上升至燃烧炉膛4顶部和燃尽风充分混合后燃尽，通过布置多层顶部燃尽风喷口6以减少每层燃尽风的过量空气系数，在保证煤粉燃烧效率的情况下降低NOX的生成。
气化炉膛2以及燃烧炉膛4均设有循环烟气喷口8，在靠近循环烟气喷口8处设置有烟气蝶阀9，烟道7尾部的烟气经过烟气管道10通过循环烟气喷口8喷入炉膛，由于循环烟气的温度、含氧量较低，通过调节烟气蝶阀9的大小来实现对炉膛内燃烧温度以及氧含量的精准控制，以此来减少煤粉气化燃烧过程中热力型NOX以及快速型NOX的生成。
实施例1
一次煤粉通过一次燃料气化喷口3进入气化炉膛2，通过调节空气风量和再循环烟气量保证气化炉膛2内过量空气系数为0.2；二次煤粉通过二次燃料燃烧喷口5进入燃烧炉膛4，循环烟气通过循环烟气喷口8进入燃烧炉膛4，保证燃烧炉膛4内过量空气系数为0.9；未燃尽还原性气体及焦炭上升进入燃尽区，燃尽风由顶部燃尽风喷口6进入燃尽区，充分混合燃尽；燃烧后的烟气进入烟道7，部分烟气通过烟道7侧壁的烟气出口11进入烟气管道10，再经过循环烟气喷口8分别进入气化炉膛2和燃烧炉膛4，调节烟气蝶阀9可以控制烟气的进入量进而调节炉膛内的温度和氧含量，由循环烟气喷口8进入炉膛内的烟气占烟道7内烟气总量的15％，完成烟气再循环。
实施例2
一次煤粉通过一次燃料气化喷口3进入气化炉膛2，通过调节空气风量和再循环烟气量保证气化炉膛2内过量空气系数为0.3；二次煤粉通过二次燃料燃烧喷口5进入燃烧炉膛4，循环烟气通过循环烟气喷口8进入燃烧炉膛4，保证燃烧炉膛4内过量空气系数为0.85；未燃尽还原性气体及焦炭上升进入燃尽区，燃尽风由顶部燃尽风喷口6进入燃尽区，充分混合燃尽；燃烧后的烟气进入烟道7，部分烟气通过烟道7侧壁的烟气出口11进入烟气管道10，再经过循环烟气喷口8分别进入气化炉膛2和燃烧炉膛4，调节烟气蝶阀9可以控制烟气的进入量进而调节炉膛内的温度和氧含量，由循环烟气喷口8进入炉膛内的烟气占烟道7内烟气总量的20％，完成烟气再循环。
实施例3
一次煤粉通过一次燃料气化喷口3进入气化炉膛2，通过调节空气风量和再循环烟气量保证气化炉膛2内过量空气系数为0.5；二次煤粉通过二次燃料燃烧喷口5进入燃烧炉膛4，循环烟气通过循环烟气喷口8进入燃烧炉膛4，保证燃烧炉膛4内过量空气系数为0.8；未燃尽还原性气体及焦炭上升进入燃尽区，燃尽风由顶部燃尽风喷口6进入燃尽区，充分混合燃尽；燃烧后的烟气进入烟道7，部分烟气通过烟道7侧壁的烟气出口11进入烟气管道10，再经过循环烟气喷口8分别进入气化炉膛2和燃烧炉膛4，调节烟气蝶阀9可以控制烟气的进入量进而调节炉膛内的温度和氧含量，由循环烟气喷口8进入炉膛内的烟气占烟道7内烟气总量的30％，完成烟气再循环。
实施例4
一次煤粉通过一次燃料气化喷口3进入气化炉膛2，通过调节空气风量和再循环烟气量保证气化炉膛2内过量空气系数为0.4；二次煤粉通过二次燃料燃烧喷口5进入燃烧炉膛4，循环烟气通过循环烟气喷口8进入燃烧炉膛4，保证燃烧炉膛4内过量空气系数为0.8；未燃尽还原性气体及焦炭上升进入燃尽区，燃尽风由顶部燃尽风喷口6进入燃尽区，充分混合燃尽；燃烧后的烟气进入烟道7，部分烟气通过烟道7侧壁的烟气出口11进入烟气管道10，再经过循环烟气喷口8分别进入气化炉膛2和燃烧炉膛4，调节烟气蝶阀9可以控制烟气的进入量进而调节炉膛内的温度和氧含量，由循环烟气喷口8进入炉膛内的烟气占烟道7内烟气总量的25％，完成烟气再循环。
以上内容是对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的保护范围。

Claims (9)

1.一种烟气再循环及超细煤粉分级气化低NOx燃烧系统，其特征在于，包括用于处理煤粉的炉膛，炉膛自下而上分为气化炉膛(2)和燃烧炉膛(4)，燃烧炉膛(4)包括燃烧区和燃尽区；气化炉膛(2)壁面开设有一次燃料气化喷口(3)，燃烧区壁面设有用于二次煤粉进入炉膛的二次燃料燃烧喷口(5)，燃尽区壁面开设有顶部燃尽风喷口(6)；在燃尽区尾部连接设置有烟道(7)，烟道(7)尾部开设有烟气出口(11)，烟气出口(11)与烟气管道(10)相连，烟道(7)内的烟气经烟气管道(10)通过炉膛侧壁的循环烟气喷口(8)进入炉膛内部，循环烟气喷口(8)处设置有用于控制流量的烟气蝶阀(9)。
2.如权利要求1所述烟气再循环及超细煤粉分级气化低NOx燃烧系统，其特征在于，气化炉膛(2)上部直径较下部缩小，使壁面处烟气流动受到阻碍形成回流。
3.如权利要求2所述烟气再循环及超细煤粉分级气化低NOx燃烧系统，其特征在于，气化炉膛(2)内壁设有维持温度的耐火层(1)。
4.如权利要求1所述烟气再循环及超细煤粉分级气化低NOx燃烧系统，其特征在于，顶部燃尽风喷口(6)在燃尽区壁面自下而上多层布置。
5.如权利要求1所述烟气再循环及超细煤粉分级气化低NOx燃烧系统，其特征在于，烟气管道(10)分为两条支路，一路将烟道(7)中的烟气通过循环烟气喷口(8)送至燃烧炉膛(4)，另一路将烟气送至气化炉膛(2)。
6.如权利要求1所述烟气再循环及超细煤粉分级气化低NOx燃烧系统，其特征在于，一次燃料气化喷口(3)按照四角切圆燃烧方式布置于气化炉膛(2)。
7.如权利要求1所述烟气再循环及超细煤粉分级气化低NOx燃烧系统，其特征在于，燃烧炉膛(4)内的过量空气系数为0.8-0.9。
8.如权利要求1所述烟气再循环及超细煤粉分级气化低NOx燃烧系统，其特征在于，由循环烟气喷口(8)进入炉膛内的烟气占烟道(7)内烟气总量的15-30％。
9.如权利要求1所述烟气再循环及超细煤粉分级气化低NOx燃烧系统，其特征在于，气化炉膛(2)内的过量空气系数为0.2-0.5。
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Application publication date: 20190405

Assignee: Ningxia Xingjian boiler and vessel Co.,Ltd.

Assignor: XI'AN JIAOTONG University

Contract record no.: X2020610000007

Denomination of invention: Low NOx combustion system for flue gas recycle and ultrafine pulverized coal staged gasification

Granted publication date: 20200331

License type: Common License

Record date: 20200715