CN109945160A - 一种烟气再循环燃烧系统 - Google Patents

Abstract

一种烟气再循环燃烧系统，涉及一种链条锅炉低氮氧化物生成的炉膛分区装置协同半焦回送及辅助烟气再循环燃尽技术。解决了现有链条锅炉低氮燃烧技术中，燃料分级燃烧技术和烟气再循环技术无法同时兼顾实现控制NOx排放与锅炉稳定运行的问题。本发明包括链条锅炉、除尘器、烟气管路和引风机，煤粉在链条锅炉内燃烧后，排出的带粉尘的烟气经除尘器除尘后，通过引风机将除尘后的烟气排到空气中，除尘器和引风机之间通过烟气管路连通；还包括设置在链条锅炉外的1号烟气再循环支路；1号烟气再循环支路将烟气管路中的部分烟气回送至链条锅炉的炉排上燃尽区和部分主燃区所对应的风室内。本发明主要进行低氮燃烧。

Description

一种烟气再循环燃烧系统

技术领域

本发明涉及一种链条锅炉低氮氧化物生成的炉膛分区装置协同半焦回送及辅助烟气再循环燃尽方式。

背景技术

在我国燃煤工业锅炉中，链条锅炉占工业锅炉总数的60％以上。由于链条锅炉燃烧工况稳定、良好的负荷适应性，以及不断提高的能效指标，促进其不断向大型化发展，成为城市集中供热热源的重要部分。

近年来，我国的环保要求逐年提高，使得工业锅炉的NOx排放问题越发凸显。特别是NOx在城市空气环境中对PM 2.5的二次源贡献率受到关注。2017年12月20日制定了《北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2021年)》，规划中的总体目标明确了：“到2021年，北方地区清洁取暖率达到70％，替代散烧煤(含低效小锅炉用煤)1.5亿吨。力争用5年左右时间，基本实现雾霾严重城市化地区的散煤供暖清洁化，形成公平开放、多元经营、服务水平较高的清洁供暖市场”。在清洁燃煤集中供暖中“重点提高环保水平，城市城区的燃煤锅炉必须达到超低排放(即在基准氧含量6％条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50毫克/立方米)”。作为烟气脱硝前置技术的低氮燃烧技术，能够有效降低链条锅炉的初始NOx排放，保障后续烟气脱硝工艺可靠实现超低排放指标，并提高整体脱硝过程技术经济性。

链条锅炉低氮燃烧技术实现的前提在于燃烧过程的良好实现，现有链条锅炉低氮燃烧技术：

①燃料分级燃烧技术，依靠煤层着火区段煤层热解析出挥发分还原主燃区段煤层燃烧生成的NOx，以实现控制总体NOx排放。但是，这一技术在实施过程中通常难以保证着火区段煤层热解热源的供给，进而影响链条锅炉稳定运行和煤层的总体燃烧进程，使这一技术难以实施。

②烟气再循环技术，依靠循环烟气的混入降低穿过煤层气流的氧浓度，抑制了燃料氮与氧的反应；现有涉及烟气再循环降低NOx的燃烧技术专利都依据上述理论。该技术的再循环烟气会分风室或统一混入一次风送入层燃锅炉风室，实际降低NOx不超过20％。不过，这一技术在应用过程中会出现煤层结焦、跑火、锅炉效率降低等问题，影响锅炉的稳定运行。

因此，燃料分级燃烧技术和烟气再循环技术无法同时兼顾并实现控制NOx排放和锅炉稳定运行的问题，以上问题亟需解决。

发明内容

本发明是为了解决现有链条锅炉低氮燃烧技术中，燃料分级燃烧技术和烟气再循环技术无法同时兼顾控制NOx排放与锅炉稳定运行的问题，本发明提供了一种烟气再循环燃烧系统及燃烧方法。

一种烟气再循环燃烧系统，包括链条锅炉、除尘器、烟气管路和引风机，煤在链条锅炉内燃烧后，生成的带粉尘的烟气经除尘器除尘后，通过引风机将除尘后的烟气排到空气中，除尘器和引风机之间通过烟气管路连通；

还包括设置在链条锅炉外的1号烟气再循环支路；

1号烟气再循环支路将烟气管路中的部分烟气回送至链条锅炉的炉排上燃尽区和部分主燃区所对应的风室内；

沿炉排的运动方向，炉排上的煤依次经过着火区、主燃区和燃尽区。

优选的是，所述的一种烟气再循环燃烧系统，还包括设置在链条锅炉外的2号烟气再循环支路和引射器，链条锅炉的炉壁上开设有半焦回送喷口；

2号烟气再循环支路，用于将烟气管路中的部分烟气回送至引射器；

链条锅炉炉膛内的半焦分离收集区收集的半焦颗粒落入引射器内；

半焦颗粒和烟气在引射器内混合后，通过半焦回送喷口回送至链条锅炉的炉膛内。

优选的是，所述的一种烟气再循环燃烧系统，还包括设置在链条锅炉的炉膛喉口处的分隔屏，分隔屏将炉膛喉口划分为前、后两半部分，分隔屏下部向后弯曲10°至20°；

分隔屏内的循环水采用锅炉一次网回水管路中的回水。

优选的是，分隔屏将炉膛喉口划分为前、后两半部分后，前、后两半部分的流通面积比例不超过2：1，分隔屏底面距炉排表面的垂直距离距离不小于700mm。

优选的是，一种烟气再循环燃烧系统，还包括分隔屏回水再循环支路，用于将锅炉一次网回水管路中的回水提供给分隔屏。

优选的是，分隔屏回水再循环支路包括分隔屏取水管路、分隔屏回水管路和循环泵；

循环泵将锅炉一次网回水管路中的回水通过分隔屏取水管路泵入到分隔屏的进水口，分隔屏的出水口通过分隔屏回水管路与锅炉一次网回水管路连通；

分隔屏取水管路上设有压力表P、温度计T和流量计Q；

分隔屏回水管路上设有温度计T。

优选的是，1号烟气再循环支路包括1号再循环取烟气管路、1号再循环风机和1 号再循环烟气调节阀；

通过1号再循环取烟气管路将烟气管路与链条锅炉的炉排上燃尽区和部分主燃区所对应的风室连通；

1号再循环风机和再循环烟气调节阀均设置在1号再循环取烟气管路上，1号再循环风机用于将烟气管路中的烟气泵入到炉排上燃尽区和部分主燃区所对应的风室内。

优选的是，2号烟气再循环支路包括2号再循环取烟气管路、2号再循环风机和2号再循环烟气调节阀；

通过2号再循环取烟气管路将烟气管路与引射器连通，

2号再循环风机和2号再循环烟气调节阀均设置在2号再循环取烟气管路上，2号再循环风机用于将烟气管路中的部分烟气泵入到引射器内。

优选的是，所述1号再循环取烟气管路上设有压力表P、温度计T和流量计Q。

优选的是，所述2号再循环取烟气管路上设有压力表P、温度计T和流量计Q。

优选的是，分隔屏下部向后弯曲15°。

本发明合理利用燃料分级技术，协同烟气再循环技术，并有效结合链条锅炉的区段燃烧特性，在保证燃烧的前提下，实现链条锅炉低氮燃烧。有效降低链条锅炉初始NOx排放水平，保障后续烟气脱硝工艺可靠实现超低排放指标，并提高整体脱硝过程技术经济性。

本发明带来的有益效果是：

1、本发明依据链条锅炉分区段燃烧特性，利用分隔屏将炉膛燃烧空间分区。分隔屏可以阻止燃尽区高氧浓度烟气前冲，强化炉内着火与主燃烧区段气氛的混合，进而控制分隔屏前部区域的还原性气氛。由于前部区域对应挥发分析出区段和大部分主燃烧区段，燃料氮在这一区域析出大部分份额，因此分隔屏前部区域的强化还原性气氛能够有效降低NOx排放。同时，分隔屏也可以屏蔽燃尽区的相对低温度的烟气，不会影响前拱处煤层的着火及燃烧。

2、本发明半焦分离收集区可以分离链条锅炉烟气中的飞灰。飞灰含碳量较高，一般在20％左右，其中大颗粒半焦的含碳量更高。这部分未燃尽半焦回送到分隔屏后部的高氧浓度区域，会与该区域烟气中的NO发生异相还原反应，实现NO的还原；这种异相还原反应可以在有氧条件下实现。另外，分隔屏仅对锅炉喉口以下区域进行分区，出喉口后，分隔屏前、后的烟气会充分混合，确保烟气中未燃尽组分及回送半焦中的碳充分燃尽，提高锅炉效率。

3、本发明再循环烟气作为链条锅炉燃尽区段燃尽风的补充，强化火床一次风穿透性，在辅助燃尽同时，减少送入炉膛的氧量，消减该区域焦炭氮向NO的转化。

4、本发明能够实现NOx排放量降低25％～35％。

附图说明

图1为本发明所述一种烟气再循环燃烧系统的主剖视简图；

图2为分隔屏的结构示意图；

图3为链条锅炉内烟气的走向图。

具体实施方式

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的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种烟气再循环燃烧系统，包括链条锅炉1、除尘器2、烟气管路3和引风机4，煤在链条锅炉1内燃烧后，生成的带粉尘的烟气经除尘器2除尘后，通过引风机4将除尘后的烟气排到空气中，除尘器2和引风机4 之间通过烟气管路3连通；

还包括设置在链条锅炉1外的1号烟气再循环支路；

1号烟气再循环支路将烟气管路3中的部分烟气回送至链条锅炉的炉排1-1上燃尽区和部分主燃区所对应的风室1-2内；

沿炉排1-1的运动方向，炉排1-1上的煤依次经过着火区、主燃区和燃尽区。

本实施方式中的通过1号烟气再循环支路将烟气管路3中的烟气回送至链条锅炉的炉排1-1上燃尽区和部分主燃区所对应的风室1-2内，对链条锅炉1燃尽区段燃尽风的补充和主燃区段风的补充，强化炉排1-1上燃尽区一次风穿透性，再循环烟气在辅助燃尽同时，通过调节送入燃尽区所对应风室内的空气，减少送入炉膛的氧量，从而消减燃尽区焦炭氮向NO的转化，从而实现降低燃烧系统NOx的排放量。

本实施方式以7个风室的链条锅炉1进行说明，沿炉排1-1的前进方向，依次经历第1至第7风室，链条锅炉第1风室对应着火区；第2风室、第3风室和第4风对应主燃区；第5风室、第6风室和第7风室对应燃尽区。

在使用的过程中，通过1号烟气再循环支路将烟气管路3中的部分烟气回送至链条锅炉的炉排1-1上燃尽区和部分主燃区所对应的第4至第7风室内，控制1号烟气再循环支路输送的烟气总量占锅炉对应负荷实际烟气量的8％～15％；其中当锅炉负荷大于或等于80％额定负荷时，控制再循环烟气总量占锅炉负荷实际烟气量的8％；当锅炉负荷小于额定负荷50％时，控制再循环烟气量占锅炉负荷实际烟气量的15％。

链条锅炉在全负荷范围，开启对应第4风室烟气再循环支路的调节阀，控制该分支管路循环烟气量占第4风室总风量的10～20％；开启对应第5风室烟气再循环支路的调节阀，控制该分支管路循环烟气量占第5风室总风量的20～30％；开启对应第6风室烟气再循环支路的调节阀，控制该分支管路循环烟气量站占第6风室总风量的30～70％；开启对应第7风室烟气再循环支路的调节阀，该风室风量全部由再循环烟气组成。

参见图1说明本优选实施方式，所述的一种烟气再循环燃烧系统，还包括设置在链条锅炉1外的2号烟气再循环支路和引射器5，链条锅炉1的炉壁上开设有半焦回送喷口1-3；

2号烟气再循环支路，用于将烟气管路3中的部分烟气回送至引射器5；

链条锅炉1炉膛内的半焦分离收集区1-4收集的半焦颗粒落入引射器5内；

半焦颗粒和烟气在引射器5内混合后，通过半焦回送喷口1-3回送至链条锅炉1的炉膛内。

本优选实施方式中，半焦分离收集区1-4可以分离链条锅炉1炉膛烟气中飞灰，飞灰含碳量较高，一般在20％左右，从飞灰中分离出的大颗粒半焦的含碳量更高，通过引射器5将接收的半焦颗粒和烟气混合后，通过半焦回送喷口1-3回送至链条锅炉1的炉膛内，使未燃烧完全的半焦颗粒燃烧充分，同时还能强化NOx在炉膛内的还原性能，从而降低燃烧系统的NOx排放量。

优选的是，半焦回送喷口1-3的中心点位于分隔屏6与后拱出口形成渐缩通道的中心线所在的竖直平面内。

本优选实施方式中，半焦回送喷口1-3的中心与炉排1-1之间的垂直距离不低于400mm。

参见图1说明本优选实施方式，所述的一种烟气再循环燃烧系统，还包括设置在链条锅炉1的炉膛喉口1-5处的分隔屏6，分隔屏6将炉膛喉口1-5划分为前、后两半部分，分隔屏6下部向后弯曲10°至20°；

分隔屏6内的循环水采用锅炉一次网回水管路11中的回水。

本优选实施方式中，分隔屏6将炉膛喉口1-5划分为前、后两半部分，用于推迟炉排1-1上的着火区和主燃区与燃尽区气体的混合时间，后半部分的炉膛喉口1-5靠近炉排1-1上燃尽区所在的那侧；半焦回送喷口1-3靠近炉膛喉口1-5的后半部分，半焦分离收集区 1-4可以分离链条锅炉1炉膛烟气中飞灰，飞灰含碳量较高，一般在20％左右，飞灰中的大颗粒半焦的含碳量更高。这部分未燃尽半焦回送到分隔屏6后半部分高氧浓度区域，半焦会与该区域烟气中的NO发生异相还原反应，实现NO的还原；这种异相还原反应可以在有氧条件下实现。另外，分隔屏6仅对炉膛喉口1-5以下区域进行分区，出喉口后，分隔屏前、后的烟气会充分混合，确保烟气中未燃尽组分及回送半焦中的碳充分燃尽，提高锅炉效率。

本优选实施方式中，分隔屏6由管子及连接翅片构成，并在其管子和连接翅片表面包覆浇注水泥。

本优选实施方式中，分隔屏6下部可向炉膛喉口1-5的后拱方向最佳弯曲15°，并与后拱出口即后拱顶部形成渐缩通道，加强渐缩通道内烟气流速。

参见图1说明本优选实施方式，所述的一种烟气再循环燃烧系统中，分隔屏6将炉膛喉口1-5划分为前、后两半部分后，前、后两半部分的流通面积比例不超过2：1，分隔屏6底面距炉排1-1表面的垂直距离距离不小于700mm。

参见图1说明本优选实施方式，所述的一种烟气再循环燃烧系统，还包括分隔屏回水再循环支路7，用于将锅炉一次网回水管路11中的回水提供给分隔屏6。

分隔屏回水再循环支路7设置在锅炉给水泵前；

分隔屏回水再循环支路7包括分隔屏取水管路7-1、分隔屏回水管路7-2和循环泵7-3；

循环泵7-3将锅炉一次网回水管路11中的回水通过分隔屏取水管路7-1泵入到分隔屏6的进水口，分隔屏6的出水口通过分隔屏回水管路7-2与锅炉一次网回水管路11连通；

分隔屏取水管路7-1上设有压力表P、温度计T和流量计Q；

分隔屏回水管路7-2上设有温度计T。

本优选实施方式中，循环泵7-3一用一备，可以将锅炉一次网回水管路11中的回水通过分隔屏取水管路7-1泵入到分隔屏6的进水口，利用锅炉一次网回水管路11中的回水作为分隔屏6内的循环水，提高一次网回水的利用率，避免资源浪费。分隔屏取水管路 7-1上设有压力表P、温度计T和流量计Q，依次用于监测该管路内的压力、温度和流量，用于控制分隔屏取水管路7-1水速不低于1.5m/s，同时检测在锅炉全负荷条件下，分隔屏 6进出水温差不超过10℃。根据分隔屏回水管路7-2上设有温度计T检测的温度对分隔屏取水管路7-1内循环水的压力、温度和流量进行控制，实现闭环跟踪控制。

参见图1说明本优选实施方式，所述的一种烟气再循环燃烧系统中，1号烟气再循环支路包括1号再循环取烟气管路8-1、1号再循环风机9-1和1号再循环烟气调节阀10-1；

通过1号再循环取烟气管路8-1将烟气管路3与链条锅炉的炉排1-1上燃尽区和部分主燃区所对应的风室1-2连通；

1号再循环风机9-1和再循环烟气调节阀10-1均设置在1号再循环取烟气管路8-1上， 1号再循环风机9-1用于将烟气管路3中的烟气泵入到炉排1-1上燃尽区和部分主燃区所对应的风室1-2内。

本优选实施方式具体应用时，开启1号再循环风机9-1，除尘器2到引风机4之间烟气管路3中稳定段的热烟气被1号再循环风机9-1抽吸，再循环烟气通过1号再循环取烟气管路8-1进入炉排1-1上燃尽区和部分主燃区所对应的风室1-2内。

参见图1说明本优选实施方式，所述的一种烟气再循环燃烧系统中，2号烟气再循环支路包括2号再循环取烟气管路8-2、2号再循环风机9-2和2号再循环烟气调节阀10-2；

通过2号再循环取烟气管路8-2将烟气管路3与引射器5连通，

2号再循环风机9-2和2号再循环烟气调节阀10-2均设置在2号再循环取烟气管路8-2上，2号再循环风机9-2用于将烟气管路3中的部分烟气泵入到引射器5内。

本优选实施方式具体应用时，开启2号再循环风机9-2，除尘器2到引风机4之间烟气管路3中稳定段的热烟气被2号再循环风机9-2抽吸，再循环烟气通过2号再循环取烟气管路8-2送入到引射器5内。高速烟气经引射器5抽吸半焦分离收集区1-4收集锅炉烟气中携带半焦，并携带输送到锅炉侧壁上的半焦回送喷口1-3。2号再循环取烟气管路8-2 烟气流速不低于20m/s，半焦回送喷口1-3射流速度不低于40m/s。

参见图1说明本优选实施方式，所述的一种烟气再循环燃烧系统中，1号再循环取烟气管路8-1上设有压力表P、温度计T和流量计Q。

本优选实施方式中，压力表P用于对所在管路内的烟气压力进行监控、温度计T用于对所在管路内的烟气温度进行监控、流量计Q用于对所在管路内的烟气流量进行监控。

参见图1说明本优选实施方式，所述的一种烟气再循环燃烧系统中，所述2号再循环取烟气管路8-2上设有压力表P、温度计T和流量计Q。

本优选实施方式中，压力表P用于对所在管路内的烟气压力进行监控、温度计T用于对所在管路内的烟气温度进行监控、流量计Q用于对所在管路内的烟气流量进行监控。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其它的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例。

Claims (10)

1.一种烟气再循环燃烧系统，包括链条锅炉(1)、除尘器(2)、烟气管路(3)和引风机(4)，煤在链条锅炉(1)内燃烧后，生成的带粉尘的烟气经除尘器(2)除尘后，通过引风机(4)将除尘后的烟气排到空气中，除尘器(2)和引风机(4)之间通过烟气管路(3)连通；

其特征在于，还包括设置在链条锅炉(1)外的1号烟气再循环支路；

1号烟气再循环支路将烟气管路(3)中的部分烟气回送至链条锅炉的炉排(1-1)上燃尽区和部分主燃区所对应的风室(1-2)内；

沿炉排(1-1)的运动方向，炉排(1-1)上的煤依次经过着火区、主燃区和燃尽区。

2.根据权利要求1所述的一种烟气再循环燃烧系统，其特征在于，还包括设置在链条锅炉(1)外的2号烟气再循环支路和引射器(5)，链条锅炉(1)的炉壁上开设有半焦回送喷口(1-3)；

2号烟气再循环支路，用于将烟气管路(3)中的部分烟气回送至引射器(5)；

链条锅炉(1)炉膛内的半焦分离收集区(1-4)收集的半焦颗粒落入引射器(5)内；

半焦颗粒和烟气在引射器(5)内混合后，通过半焦回送喷口(1-3)回送至链条锅炉(1)的炉膛内。

3.根据权利要求1或2所述的一种烟气再循环燃烧系统，其特征在于，还包括设置在链条锅炉(1)的炉膛喉口(1-5)处的分隔屏(6)，分隔屏(6)将炉膛喉口(1-5)划分为前、后两半部分，分隔屏(6)下部向后弯曲10°至20°；

分隔屏(6)内的循环水采用锅炉一次网回水管路(11)中的回水。

4.根据权利要求3所述的一种烟气再循环燃烧系统，其特征在于，分隔屏(6)将炉膛喉口(1-5)划分为前、后两半部分后，前、后两半部分的流通面积比例不超过2：1，分隔屏(6)底面距炉排(1-1)表面的垂直距离距离不小于700mm。

5.根据权利要求3所述的一种烟气再循环燃烧系统，其特征在于，还包括分隔屏回水再循环支路(7)，用于将锅炉一次网回水管路(11)中的回水提供给分隔屏(6)。

6.根据权利要求5所述的一种烟气再循环燃烧系统，其特征在于，分隔屏回水再循环支路(7)包括分隔屏取水管路(7-1)、分隔屏回水管路(7-2)和循环泵(7-3)；

循环泵(7-3)将锅炉一次网回水管路(11)中的回水通过分隔屏取水管路(7-1)泵入到分隔屏(6)的进水口，分隔屏(6)的出水口通过分隔屏回水管路(7-2)与锅炉一次网回水管路(11)连通；

分隔屏取水管路(7-1)上设有压力表P、温度计T和流量计Q；

分隔屏回水管路(7-2)上设有温度计T。

7.根据权利要求1所述的一种烟气再循环燃烧系统，其特征在于，1号烟气再循环支路包括1号再循环取烟气管路(8-1)、1号再循环风机(9-1)和1号再循环烟气调节阀(10-1)；

通过1号再循环取烟气管路(8-1)将烟气管路(3)与链条锅炉的炉排(1-1)上燃尽区和部分主燃区所对应的风室(1-2)连通；

1号再循环风机(9-1)和再循环烟气调节阀(10-1)均设置在1号再循环取烟气管路(8-1)上，1号再循环风机(9-1)用于将烟气管路(3)中的烟气泵入到炉排(1-1)上燃尽区和部分主燃区所对应的风室(1-2)内。

8.根据权利要求2所述的一种烟气再循环燃烧系统，其特征在于，2号烟气再循环支路包括2号再循环取烟气管路(8-2)、2号再循环风机(9-2)和2号再循环烟气调节阀(10-2)；

通过2号再循环取烟气管路(8-2)将烟气管路(3)与引射器(5)连通，

2号再循环风机(9-2)和2号再循环烟气调节阀(10-2)均设置在2号再循环取烟气管路(8-2)上，2号再循环风机(9-2)用于将烟气管路(3)中的部分烟气泵入到引射器(5)内。

9.根据权利要求7所述的一种烟气再循环燃烧系统，其特征在于，所述1号再循环取烟气管路(8-1)上设有压力表P、温度计T和流量计Q。

10.根据权利要求8所述的一种烟气再循环燃烧系统，其特征在于，所述2号再循环取烟气管路(8-2)上设有压力表P、温度计T和流量计Q。