CN111442260A - 工业锅炉的煤燃烧系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种超低氮氧化物排放的工业锅炉煤燃烧系统及方法。该工业锅炉煤燃烧系统包括：煤燃烧工业锅炉以及用于通过将煤粉预处理生成还原性气体的煤粉预处理装置，其中：所述煤燃烧工业锅炉中包括主进煤口、燃尽风入口以及设置于所述主进煤口与所述燃尽风入口之间的预处理产物入口，其中：所述预处理产物入口与所述煤粉预处理装置连接，使得煤粉预处理装置中所生成的还原性气体能够通过预处理产物入口通入所述工业锅炉炉膛，将主进煤口中通入工业锅炉燃烧所生成的氮氧化物还原为氮气，从而降低工业锅炉出口烟气中氮氧化物的浓度，解决现有技术中的问题。

Description

工业锅炉的煤燃烧系统及方法

技术领域

本申请涉及热工领域，尤其涉及工业锅炉的煤燃烧系统及方法。

背景技术

在工业生产和燃煤发电过程中，通常采用锅炉燃烧煤来进行供热。但是，在锅炉燃烧煤的过程中，通常会排放大量的氮氧化物(NO_x)，从而造成环境影响。在实际应用中，随着人们对环境保护的不断重视，需要提供能够降低氮氧化物排放量的煤燃烧系统，以满足环保要求。

发明内容

本申请实施例所提供的工业锅炉的煤燃烧系统及方法，能够用于降低工业锅炉燃烧煤过程中氮氧化物的排放量。

本申请实施例提供了一种煤燃烧系统，包括：煤燃烧工业锅炉以及用于通过煤粉预处理生成还原性气体的煤粉预处理装置，其中：

所述煤燃烧工业锅炉中包括主进煤口、燃尽风入口以及设置于所述主进煤口与所述燃尽风入口之间的预处理产物入口，其中：所述预处理产物入口与所述煤粉预处理装置连接。

优选的，所述主进煤口设置于所述煤燃烧工业锅炉炉膛的上端；

所述预处理产物入口设置于所述煤燃烧工业锅炉炉膛的中部；以及，

所述燃尽风入口设置于所述煤燃烧工业锅炉的炉膛下端。

优选的，所述主进煤口设置于所述煤燃烧工业锅炉炉膛的炉顶；

所述预处理产物入口设置于所述煤燃烧工业锅炉中，距炉膛炉顶三分之一炉膛高度至二分之一炉膛高度之间的位置；以及，

所述燃尽风入口设置于所述煤燃烧工业锅炉中，距炉膛炉底三分之一炉膛高度的位置。

优选的，所述煤燃烧工业锅炉还包括：设置于所述燃尽风入口下方的烟气出口，其中，所述烟气出口连接烟气后处理装置。

优选的，所述预处理产物入口中设置有喷口，用于将所述煤粉预处理装置预处理所生成的半焦及还原性气体喷入所述煤燃烧工业锅炉。

优选的，所述喷口具体包括：可延垂直和/或水平方向摆动的喷口。

优选的，所述煤粉预处理装置通过所提供低氧环境，在预设温度下将煤粉热解生成还原性气体和半焦。

优选的，所述预设温度大于或等于700度，且小于或等于1200度。

本申请实施例还提供了一种基于本申请实施例所提供的煤燃烧系统的煤燃烧方法，包括：

以第一流速通过主进煤口向煤燃烧工业锅炉的炉膛中通入煤粉，用于在煤燃烧工业锅炉的炉膛中进行燃烧；

以第二流速向煤粉预处理装置中通入煤粉，用于通过煤粉预处理装置对煤粉进行预处理生成还原性气体，并通过预处理产物入口将所生成的还原性气体通入煤燃烧工业锅炉的炉膛，以使得还原性气体在炉膛中对煤粉燃烧所生成的氮氧化物进行还原，其中，所述第一流速与所述第二流速的煤粉质量比值小于或等于8:2；以及，

通过燃尽风入口向煤燃烧工业锅炉的炉膛中通入燃尽风，用于对残留的煤粉及未燃烬气体进行燃烧。

优选的，所述第一流速与所述第二流速的煤粉质量比值大于或等于7：3，且小于或等于8:2。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

采用本申请实施例所提供的煤燃烧系统，该煤燃烧系统中包括煤燃烧工业锅炉以及用于通过煤粉预处理生成还原性气体的煤粉预处理装置，煤燃烧工业锅炉的预处理产物入口设置于主进煤口与燃尽风入口之间，并且预处理产物入口与煤粉预处理装置连接。从而使得煤粉预处理装置中所生成的还原性气体能够通过预处理产物入口通入煤燃烧工业锅炉的炉膛，将主进煤口中所通入煤粉燃烧所生成的氮氧化物还原为氮气，从而降低所排放烟气中氮氧化物的含量，解决现有技术中的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的煤燃烧系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的煤燃烧方法的具体流程示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

如前所示，燃烧煤的过程中，通常会排放大量的NO_x，从而造成环境影响，因此需要提供能够降低氮氧化物排放量的煤燃烧系统，使之能够满足排放标准。

基于此，本申请实施例提供了一种煤燃烧系统。如图1所示，该煤燃烧系统10包括：煤燃烧工业锅炉11以及煤粉预处理装置12，其中，该煤粉预处理装置12用于通过对煤粉进行预处理生成还原性气体。

其中，煤燃烧工业锅炉11中包括主进煤口111、燃尽风入口112以及预处理产物入口113，其中，预处理产物入口113设置于主进煤口111与燃尽风入口112之间的位置，并且预处理产物入口113与煤粉预处理装置12连接，从而使得通过煤粉预处理装置12所生成的还原性气体能够通过预处理产物入口113，通入煤燃烧工业锅炉11的炉膛内。对于该主进煤口111，其作为工业锅炉煤粉的主要入口，在实际应用中还可以为一次风煤入口、二次风入口等。

燃尽风入口112可以连接燃尽风吹入装置。该燃尽风吹入装置可以通过该燃尽风入口112，向煤燃烧工业锅炉11的炉膛中吹入燃尽风。

对煤燃烧工业锅炉11的炉膛中所设置的主进煤口111、燃尽风入口112和预处理煤入口113，三者之间的位置，可以有多种布局方式。

比如，可以将主进煤口111可以设置于煤燃烧工业锅炉11炉膛的上端，同时将燃尽风入口112设置于煤燃烧工业锅炉11炉膛的下端，并将预处理产物入口113设置于煤燃烧工业锅炉11炉膛的中部。此时，煤燃烧工业锅炉11中的烟气出口114可以设置于燃尽风入口112的下方，这样可以使得主进煤口111通入的煤粉燃烧所产生的氮氧化物向下流经炉膛时，被预处理产物入口113所通入的还原性气体还原成氮气。

其中一种可选的布局方式为，将主进煤口111设置于煤燃烧工业锅炉11炉膛的炉顶，将燃尽风入口112设置煤燃烧工业锅炉11下端中，距炉膛炉底三分之一炉膛高度的位置，对于预处理煤入口113，其可以设置于距炉膛炉顶三分之一炉膛高度至二分之一炉膛高度之间的位置，这样可以充分利用整个炉膛。当煤粉从设置于炉顶的主进煤口111中通入之后，利用主进煤口111与预处理产物入口113之间的炉膛空间形成主燃区，对煤粉进行燃烧，从而将其中的氮元素转化为氮氧化物，随后通过预处理产物入口113中通入还原性气体，并利用预处理产物入口113与燃尽风入口112之间的炉膛空间形成还原区，在还原区中还原性气体将所生成的氮氧化物还原成氮气，随后在燃尽风入口112中向炉膛通入燃尽风，将残留的煤粉及未燃烬气体进行充分燃烧。

当然，主进煤口111、燃尽风入口112和预处理产物入口113，三者之间的位置，也可以将主进煤口111可以设置于煤燃烧工业锅炉11炉膛的下端，同时将燃尽风入口112设置于煤燃烧工业锅炉11炉膛的上端，并将预处理煤入口113设置于煤燃烧工业锅炉11炉膛的中部，这样也可以使得主进煤口111通入的煤粉燃烧所产生的氮氧化物向上流经炉膛时，被预处理产物入口113所通入的还原性气体还原成氮气。

为了充分利用炉膛的空间，也可以将主进煤口111设置于炉膛的炉底，将燃尽风入口112设置煤燃烧工业锅炉11上端中，距炉膛炉顶三分之一炉膛高度的位置，对于预处理产物入口113，其可以设置于距炉膛炉底三分之一炉膛高度至二分之一炉膛高度之间的位置。此时，煤燃烧工业锅炉11中的烟气出口114可以设置于燃尽风入口112的上方，从而使得主进煤口111通入的煤粉燃烧所产生的氮氧化物流经炉膛时，被预处理煤入口113所通入的还原性气体还原成氮气。

当主进煤口111设置于炉膛侧面时，可以将燃尽风入口112设置于与主进煤口111相对应的领域各侧面，并将预处理产物入口113设置于两个侧面之间。

在实际应用中，为了使得烟气出口114中烟气满足排放标准，比如满足硫化物排放标准、烟尘排放标准，可以将烟气出口连接烟气后处理装置13，其中如图1所示，该烟气后处理装置13可以包括脱硫装置131和脱尘装置132。烟气出口114中所排出烟气的通过脱硫装置131脱硫之后，在通过脱尘装置132脱尘，然后通过烟囱14进行排放。

通常还可以在预处理产物入口113中设置喷口，从而通过喷口将煤粉预处理装置12预处理所生成的半焦及还原性气体喷入煤燃烧工业锅炉的炉膛中，使得还原性气体能够与主进煤口111中所通入，并在主燃区内燃烧后的含有氮氧化物烟气充分混合，更加利于在还原区的还原。

通常，设置于预处理产物入口113中的喷口可以为，能够延垂直和/或水平方向摆动的喷口(简称摆动喷嘴)，这样可以通过设置该摆动喷嘴的摆角来调控还原区的长度，从而控制主燃区所生成的氮氧化物在还原区的驻留时长，对还原过程进行控制。比如，如图1中，当烟气出口114中所排放的烟气中氮氧化物的含量过高时，可以控制摆动喷嘴的摆角向上摆动，从而增加还原区的长度，使得主燃区所生成的氮氧化物在还原区的驻留时长增大，更多的氮氧化物被还原。这样可以使得，在实际应用中，能够针对不同炉型的煤燃烧工业锅炉11和不同煤种调整，来调整还原区空间和炉膛内气体流场，实现NOx高效还原。

对于煤粉预处理装置12，其可以通过对煤粉进行预处理生成还原性气体的。比如，煤粉预处理装置12以通过所提供低氧环境，并在预设温度下将煤粉热解生成H₂、CO、CH₄、CO₂和C_nH_m等还原性气体。该预设温度可以介于500度至1200度之间，当温度靠近500度时，热解气中的还原性气体相对较少，因此设置预设温度时，一种可选的的方案为预设温度大于或等于700度且小于或等于至1200度之间，比如为700度、800度、850度、900度、1000度、1100度、1200度或介于700度至1200度之间的其他温度。还原性气体和半焦能够以高温状态直接进入炉膛，在燃尽区完全燃烧，提高工业锅炉热效率。

煤粉预处理装置12中还可包括点火装置121，用于对所通入的煤粉进行点火，从而利用被点火之后的煤粉在低氧环境下进行自热式燃烧，提供煤粉热解所需要的预设温度。通常，该点火装置121可以为等离子体点火装置，也可以为其他的点火装置。

上述是对本申请所提供的煤燃烧系统10结构的具体说明，为了便于理解，下面可以结合具体的示例对其进一步进行说明。

在该示例中，主进煤口111设置于煤燃烧工业锅炉11炉膛的炉顶；燃尽风入口112设置煤燃烧工业锅炉11下端中，距炉膛炉底三分之一炉膛高度的位置；预处理产物入口113设置于距炉膛炉顶三分之一炉膛高度至二分之一炉膛高度之间的位置；烟气出口114设置于燃尽风入口112下端，并且依次与脱硫装置131和脱尘装置132连接；预处理产物入口113与煤粉预处理装置12连接。

可以将70％-80％的煤粉通过主进煤口111通入炉膛，从而利用主进煤口111与预处理产物入口113之间的炉膛空间形成主燃区，对主进煤口111中所通入的煤粉进行燃烧。

煤粉在主燃区燃烧产生的烟气自上而下流动，由于燃尽风入口112设置于距炉膛炉底三分之一炉膛高度的位置，因此在炉膛中部形成了低氧的区间。20％-30％的煤粉通入煤粉预处理装置12进行热解，煤粉预处理装置12通过点火装置121，由于煤粉预处理装置12中为低氧环境，通过调节送粉风量控制热解温度为预设温度，从而调节煤粉预处理装置12出口还原性气体成分及其还原强度，并将其通过预处理产物入口113通入煤燃烧工业锅炉11炉膛中的还原区，通过还原性气体在还原区中将氮氧化物进行还原为氮气

需要说明的是，70％-80％的煤粉通过主进煤口111通入炉膛，20％-30％的煤粉通入煤粉预处理装置12进行热解中，对于70％-80％以及20％-30％，其均为总煤量的质量占比。比如，将总煤质量70％的煤粉通过主进煤口111通入炉膛，其它30％质量的煤粉通入煤粉预处理装置12中，或者总质量80％的煤粉通过主进煤口111通入炉膛，其它20％质量的煤粉通入煤粉预处理装置12中，或者总质量75％的煤粉通过主进煤口111通入炉膛，其它25％质量的煤粉通入煤粉预处理装置12中等。

由于实际应用中，不同煤种中氮元素的含量并不相同，但通常小于5％，因此将总质量70％-80％的煤粉通过主进煤口111通入炉膛，其所产生的氮氧化物含量，能够通过20％-30％煤粉在煤粉预处理装置12热解产生的还原性气体还原。当通过主进煤口111通入炉膛中的煤量大于80％时，可能会造成所产生的还原性气体不足以还原主燃区产生的氮氧化物，导致所排放的氮氧化物含量超标；当通过主进煤口111通入炉膛中的煤量小于70％时，煤粉预处理装置12中产生的半焦及还原性气体可能在燃尽区无法完全燃烧，造成工业锅炉燃烧效率降低。

由于煤质的不同，需要对主进煤口111所通入炉膛的中的煤粉的流速进行控制，因此可以在煤粉输送管道中增设挡板门，从而根据煤质不同，控制煤粉气流的流速。同样，也可以在向煤粉预处理装置12中通入煤粉的管道中增设挡板门，从而根据煤质不同，控制煤粉气流的流速，从而控制煤粉在热解预处理装置的停留时间，达到调节热解气成分的目的，最终实现NOx的高效还原。

在实际应用中，对于通入煤粉预处理装置12的煤粉，可以在送粉风里掺入一定量的低品质蒸汽或烟气，从而实现煤粉在煤粉预处理装置12中部分的热解气化，提高还原性气体的产量，进一步强化还原性气氛。

基于本申请中所提供的煤燃烧系统，本申请还可以提供一种煤燃烧方法，也能够用于解决现有技术中的问题。如图2所示，该煤燃烧方法包括如下步骤：

步骤S21：以第一流速通过主进煤口向煤燃烧工业锅炉的炉膛中通入煤粉，用于在煤燃烧工业锅炉的炉膛中进行燃烧。

步骤S22：以第二流速向煤粉预处理装置中通入煤粉，用于通过煤粉预处理装置对煤粉进行预处理生成还原性气体，并通过预处理产物入口将所生成的还原性气体通入煤燃烧工业锅炉的炉膛。

为了使得总质量的70％-80％的煤粉通过主进煤口111通入炉膛，其它20％-30％的煤粉通入煤粉预处理装置，第一流速与第二流速的煤粉质量比值可以小于或等于8:2，并且大于或等于7：3。

步骤S23：通过燃尽风入口向煤燃烧工业锅炉的炉膛中通入燃尽风，用于对残留的煤粉及未燃烬气体进行燃烧。

对于上述步骤S21～步骤S23的执行顺序，可以先执行步骤S21向煤燃烧工业锅炉的炉膛中通入煤粉，从而在主燃区进行燃烧，然后执行步骤S22，从而向炉膛中通入还原性气体，最后执行步骤S23；也可以同时执行步骤S21和步骤S22，然后执行步骤S23；也可以先执行步骤S22，然后执行步骤S21和步骤S23，这里并不对其具体执行顺序进行限定。只需要主燃区中所生成的氮氧化物在还原区中，被煤粉预处理装置所生成的还原性气体还原，并通过燃尽区将残留煤粉及未燃烬气体进行燃烧即可。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种超低氮氧化物排放的工业锅炉煤燃烧系统，其特征在于，包括：煤燃烧工业锅炉以及用于将煤粉预处理生成还原性气体的煤粉预处理装置，其中：

所述煤燃烧工业锅炉中包括主进煤口、燃尽风入口以及设置于所述主进煤口与所述燃尽风入口之间的预处理产物入口，其中：所述预处理产物入口与所述煤粉预处理装置连接。

2.如权利要求1所述的煤燃烧系统，其特征在于，

所述主进煤口设置于所述煤燃烧工业锅炉炉膛的上端；

所述预处理产物入口设置于所述煤燃烧工业锅炉炉膛的中部；以及，

所述燃尽风入口设置于所述煤燃烧工业锅炉的炉膛下端。

3.如权利要求2所述的燃烧系统，其特征在于，

所述主进煤口设置于所述煤燃烧工业锅炉炉膛的炉顶；

所述预处理产物入口设置于所述煤燃烧工业锅炉中，距炉膛炉顶三分之一炉膛高度至二分之一炉膛高度之间的位置；以及，

所述燃尽风入口设置于所述煤燃烧工业锅炉中，距炉膛炉底三分之一炉膛高度的位置。

4.如权利要求3所述的燃烧系统，其特征在于，所述煤燃烧工业锅炉还包括：设置于所述燃尽风入口下方的烟气出口，其中，所述烟气出口连接烟气后处理装置。

5.如权利要求1所述的煤燃烧系统，其特征在于，所述预处理产物入口中设置有喷口，用于将所述煤粉预处理装置预处理所生成的半焦及还原性气体喷入所述煤燃烧工业锅炉。

6.如权利要求5所述的煤燃烧系统，其特征在于，所述喷口具体包括：可延垂直和/或水平方向摆动的喷口。

7.如权利要求1所述的煤燃烧系统，其特征在于，所述煤粉预处理装置通过所提供低氧环境，在预设温度下将煤粉热解生成还原性气体和半焦。

8.如权利要求7所述的煤燃烧系统，其特征在于，所述预设温度大于或等于700度，且小于或等于1200度。

9.一种基于权利要求1～8任意一项所述的煤燃烧系统的煤燃烧方法，其特征在于，包括：

以第一流速通过主进煤口向煤燃烧工业锅炉的炉膛中通入煤粉，用于在煤燃烧工业锅炉的炉膛中进行燃烧；

以第二流速向煤粉预处理装置中通入煤粉，用于通过煤粉预处理装置对煤粉进行预处理生成还原性气体，并通过预处理产物入口将所生成的还原性气体通入煤燃烧工业锅炉的炉膛，以使得还原性气体在炉膛中对煤粉燃烧所生成的氮氧化物进行还原，其中，所述第一流速与所述第二流速的煤粉质量比值小于或等于8:2；以及，

通过燃尽风入口向煤燃烧工业锅炉的炉膛中通入燃尽风，用于对残留的煤粉及未燃烬气体进行燃烧。

10.如权利要9所述的煤燃烧方法，其特征在于，所述第一流速与所述第二流速的煤粉重量比值大于或等于7：3，且小于或等于8:2。

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