CN111578268A - 在循环流化床锅炉中抑制硫、氮氧化物的方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

在循环流化床锅炉中抑制硫、氮氧化物方法及其系统，在循环流化床锅炉采用一、二次风配比分级燃烧控制稀相区和密相区氧化、还原气氛抑制氮氧化物生成的同时，将脱硫剂从燃烧室密相区、稀相区的不同炉膛高度分级给入，基于硫、氮在还原区域和氧化区域的生成特点，脱硫剂在氧化区域和还原区域的分解和流化反应特点，增加脱硫剂与炉膛稀相区的烟气接触，利用煤中硫在稀相区氧化性气氛中转变为SO2比例较高且在氧化气氛中脱硫剂脱硫效率较高原理，在氮氧化物生成较低情况下，增强炉内脱硫效果。即控制炉膛下部贫氧抑制氮氧化物生成，炉膛上部富氧区域SO2生成比例较高分级送入脱硫剂高效脱硫，实现循环流化床锅炉炉内硫、氮氧化物的协同低排放控制。

Description

在循环流化床锅炉中抑制硫、氮氧化物的方法及其系统
技术领域
本发明涉及一种循环流化床锅炉脱硫剂分级给入炉膛的炉内脱硫方法及其系统，特别是关于循环流化床锅炉固体燃料燃烧过程中炉膛内硫、氮氧化物的同步协同抑制降低排放的方法。
背景技术
根据我国《火电厂大气污染物排放标准》GB13223-2011，新建循环流化锅炉的二氧化硫排放浓度需小于100mg/m3，氮氧化物浓度需小于100mg/m3，在重点地区二氧化硫限值为50mg/m3。循环流化床燃烧是一种煤的洁净燃烧高效利用方式，但面对超低排放要求，降低循环流化床锅炉炉内二氧化硫与氮氧化物原始排放、在炉内实现二氧化硫与氮氧化物排放达标的挑战变大。
一般地，循环流化床锅炉运行控制硫氧化物，氮氧化物排放方法是：在炉膛密相区内添加脱硫剂吸收固定煤燃烧产生的硫氧化物实现炉内脱硫；采用分级燃烧的方式，在炉膛密相区和稀相区分别形成还原性气氛和氧化性气氛来控制氮氧化物生成。
实际采用炉内脱硫方式运行的循环流化床锅炉中，存在炉膛硫、氮氧化物排放互相反向影响问题。加强对硫氧化物生成抑制时，如增加Ca/S摩尔比，硫氧化物排放减少，但由于脱硫剂对煤挥发分中氮元素转变为NOx的催化作用增强，使得氮氧化物排放增加；加强对氮氧化物生成抑制时，如减少过量空气系数，氮氧化物排放降低，但由于脱硫剂脱硫过程需要氧气参与，脱硫过程受到削弱，硫氧化物排放增加。同时煤中硫元素转变为SO2的过程与氧浓度密切相关，煤颗粒在密相区中没有及时析出的硫元素到氧浓度较高的稀相区中继续析出，脱硫剂在密相区内加入，在稀相区内脱硫剂浓度较低，无法将在稀相区析出的硫氧化物完全固定，脱硫效果有限。
为降低循环流化床锅炉污染物排放以满足越来越严格的污染物排放标准要求，需要对循环流化床锅炉炉膛内进行硫、氮氧化物的协同抑制。
发明内容
本发明所要解决的问题是提出一种循环流化床锅炉脱硫剂分级炉膛给入方法及系统，实现循环流化床锅炉炉膛内硫、氮氧化物的协同抑制，降低循环流化床污染物排放。不同于以往流化床锅炉将脱硫剂与燃料从炉膛下部密相区给入，本发明是在密相区和稀相区分别设置多级脱硫剂给入点，通过合理控制脱硫剂在炉膛中的浓度分布来降低流化床燃烧过程中SO2排放，在现有分级燃烧控制NOx排放的基础上提高脱硫效率，解决炉膛硫、氮氧化物排放互相反向影响问题，提高循环流化床锅炉环保性能与经济性。
针对上述问题，本发明提出一种循环流化床锅炉脱硫剂分级给入炉膛方法及其系统，所述系统包括燃烧室、脱硫剂分级给入点，气固分离装置、立管、返料装置、燃料仓和脱硫剂仓，一次风口、二次风口；所述燃烧室进行一、二次风配比分级燃烧，脱硫剂分级给入炉膛密相区与稀相区。
在循环流化床锅炉中抑制硫、氮氧化物的方法，包括如下步骤：
步骤1，燃料由燃料仓送入燃烧室密相区，空气由一二次风配比送入燃烧室，进行分级燃烧，在炉膛下部密相区为含氧量较低的还原性气氛，在炉膛上部稀相区为含氧量较高的氧化性气氛。
步骤2，脱硫剂从脱硫剂仓分不同管路送入位于循环流化床锅炉燃烧室密相区、稀相区的脱硫剂给入点。
步骤3，脱硫剂从各分级给入点进入锅炉燃烧室，对煤燃烧生成的SO2进行固定，实现炉内脱硫。
优选地，步骤1中循环流化床分级燃烧以控制循环流化床内NOx进行合理的一、二次风配比，在燃烧室密相区保持过量空气系数小于0.96在燃烧室稀相区出口过量空气系数为1.02到1.3之间，同时应保证炉膛中温度均匀，为 800～980℃。
优选地，步骤2中脱硫剂从距离炉膛布风板3.6米以下高度给入炉膛密相区，方式包括：与给煤混合通过给煤口送入；随布置于密相区的下二次风送入密相区；从返料腿随固体颗粒返料送入密相区；直接送入密相区。
优选地，在步骤2中，脱硫剂从炉膛稀相区不同高度多点给入，方式包括：随上部二次风送入稀相区；稀相区不同高度单层或多层直接送入。
优选地，脱硫剂给入点单位平方米不大于1个，各个脱硫剂给入点间隔大于 0.5米。
优选地，在实际锅炉密相区、稀相区脱硫剂分级给入方式可以为上述推荐送入密相区、稀相区的一种或多种方式组合。
优选地，在步骤3中，进入炉膛密相区，稀相区的脱硫剂比例可根据炉膛实际运行情况在0.1到20之间进行调整。
实施本发明的在循环流化床锅炉中抑制硫、氮氧化物方法的系统，包括燃烧室(1)，燃烧室(1)的下部为密相区(2)，上部为稀相区(3)，所述的密相区连接燃料仓(11)，所述的稀相区连接气固分离器(4)，所述的气固分离器(4) 下端通过立管(5)连接回料器(6)，回料器(6)通过返料腿(7)连接所述的密相区；还包括脱硫剂仓(12)，所述脱硫剂仓通过管道将脱硫剂分级给入密相区(2)的给入点与稀相区(3)的给入点，所述的密相区脱硫剂给入点包括：输煤管(10)给入点(13)、下二次风口(8)给入点(14)、返料器给入点(15)、密相区直接给入点(16)，所述的稀相区脱硫剂给入点包括：上二次风口(9)给入点(17)、稀相区直接给入点(18)。
本发明具有以下优点及突出性的技术效果：①在保证一、二次风配比分级燃烧，控制密相区为还原性气氛和稀相区为氧化性气氛抑制氮氧化物生成的同时，通过脱硫剂分级送入燃烧室，减少密相区的脱硫剂浓度，降低脱硫剂对NOx生成的催化作用，从而降低NOx排放；②在炉膛稀相区中，分级给入脱硫剂，增加脱硫剂与炉膛稀相区的烟气的接触，利用煤中硫元素在稀相区中氧化性气氛中转变为SO2比例较高，且在氧化气氛中脱硫剂脱硫效率较高原理，在氮氧化物生成较低情况下，增强炉内脱硫效果；③通过合理分级给入脱硫剂可提高脱硫剂的使用率，可降低钙硫摩尔比，减少脱硫剂的用量，实现循环流化床锅炉炉内硫、氮氧化物的协同控制，有利于提升循环流化床燃烧的经济性和环保性。
附图说明
图1是本发明方法所使用的一种循环流化床锅炉脱硫剂分级给入炉膛协同抑制硫、氮氧化物的系统的示意图。图1中，1-燃烧室；2-密相区；3-稀相区； 4-气固分离器；5-立管；6-返料器；7-返料腿；8-下二次风口；9-上二次风口；10- 给煤口；11-燃料仓；12-脱硫剂仓；13-18-脱硫剂给入点。
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。应当理解的是，此处所述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，本发明保护范围以权利要求书为准。
本发明具体实施方式部分提供了一种循环流化床锅炉炉膛脱硫剂分级给入协同抑制硫、氮氧化物的方法及系统，如图1所示，所述循环流化床锅炉系统包括：，1-燃烧室；2-密相区；3-稀相区；4-气固分离器；5-立管；6-返料器；7-返料腿；8-下二次风口；9-上二次风口；10-给煤口；11-燃料仓；12-脱硫剂仓；13-18- 脱硫剂给入点。
在循环流化床锅炉中抑制硫、氮氧化物的方法，包括如下步骤：
步骤1，燃料由燃料仓通过给煤口送入燃烧室(1)的密相区(2)，空气由一、二次风配比送入燃烧室(1)，在密相区(2)形成含氧量较低的还原性气氛，在稀相区(3)形成含氧量较高的氧化性气氛，燃料进行分级燃烧；
步骤2，脱硫剂从脱硫剂仓分不同管路送入位于循环流化床锅炉燃烧室密相区、稀相区的脱硫剂给入口；
步骤3，脱硫剂进入锅炉燃烧室，对煤燃烧生成的SO2进行固定，实现炉内脱硫；
所述步骤1中，循环流化床分级燃烧以控制循环流化床内NOx进行合理的一、二次风配比，在燃烧室密相区保持过量空气系数小于0.96在燃烧室稀相区出口过量空气系数为1.02到1.3之间，同时控制燃料量空气量以保证炉膛中温度均匀，为800～980℃。
所述步骤2中，脱硫剂从距离炉膛布风板3.6米以下高度给入炉膛密相区，给入方式包括：与给煤混合通过给煤口送入(13)；随布置于密相区的下二次风送入密相区(14)；从返料腿随固体颗粒返料送入密相区(15)；直接送入密相区 (16)。
所述步骤2中，脱硫剂送入循环流化床锅炉燃烧室稀相区的方式包括：随上二次风送入稀相区(17)；燃烧室稀相区不同高度单层或多层直接送入(18)。
所述脱硫剂给入点单位平方米不大于1个，各个脱硫剂给入点间隔大于0.5 米。
实际锅炉密相区、稀相区脱硫剂分级给入方式采用上述推荐送入密相区、稀相区的一种或多种方式组合。
所述步骤3中，进入炉膛密相区，稀相区的脱硫剂比例可根据炉膛实际运行情况在0.1到20之间进行调整。
实施本发明的在循环流化床锅炉中抑制硫、氮氧化物方法的系统，包括燃烧室(1)，燃烧室(1)的下部为密相区(2)，上部为稀相区(3)，所述的密相区连接燃料仓(11)，所述的稀相区连接气固分离器(4)，所述的气固分离器(4) 下端通过立管(5)连接回料器(6)，回料器(6)通过返料腿(7)连接所述的密相区；还包括脱硫剂仓(12)，所述脱硫剂仓通过管道将脱硫剂分级给入密相区(2)的给入点与稀相区(3)的给入点，所述的密相区脱硫剂给入点包括：输煤管(10)给入点(13)、下二次风口(8)给入点(14)、返料器给入点(15)、密相区直接给入点(16)，所述的稀相区脱硫剂给入点包括：上二次风口(9)给入点(17)、稀相区直接给入点(18)。
本发明的工作过程如下：燃料进入燃烧室密相区，空气由一、二次风配比送入燃烧室，燃料在密相区不完全燃烧，形成富燃料的还原性气氛，煤中的氮元素首先被氧化成氮氧化物，后被密相区中浓度较高的CO、焦炭还原成N2，煤中的硫元素部分在密相区中转变为SO2，并随着煤颗粒进入稀相区，在含氧量充足的环境下，煤中的硫元素全部转化为SO2。
脱硫剂进入燃烧室发生如下反应：
CaCO3→CaO+CO2
CaO+SO2+0.5O2→CaSO4
脱硫剂首先分解生成CaO，形成的孔隙结构对烟气中的SO2进行吸附，由于吸附过程需要氧气参与，故在氧气浓度较高时，吸附效率高。进入密相区的脱硫剂对煤中氮元素转变为氮氧化物有催化作用。本发明通过在燃烧室密相区，稀相区分级给入脱硫剂，降低了密相区中脱硫剂含量，减少脱硫剂对氮氧化物生成的催化作用；从稀相区送入的脱硫剂在燃烧室中发生沉降，并受热分解，该过程增加脱硫剂与炉膛稀相区的烟气的接触，利用煤中硫元素在稀相区中氧化性气氛中转变为SO2比例较高且在氧化气氛中脱硫剂脱硫效率较高原理，在氮氧化物生成较低情况下，增强炉内脱硫效果。
本发明克服了以往将脱硫剂全部送入密相区，由于脱硫剂对氮氧化物生成的促进作用导致的硫、氮氧化物互相反向影响的问题，采用脱硫剂分级给入方式，在控制密相区氮氧化物生成的基础上，加强对稀相区的硫氧化物的吸附，有利于实现循环流化床锅炉炉内硫、氮氧化物的协同抑制。

Claims (8)

1.在循环流化床锅炉中抑制硫、氮氧化物的方法，包括如下步骤：
步骤1，燃料由燃料仓送入燃烧室密相区，空气由一、二次风配比送入燃烧室，进行分级燃烧，炉膛下部密相区为含氧量较低的还原性气氛，炉膛上部稀相区为含氧量较高的氧化性气氛；
步骤2，脱硫剂从脱硫剂仓分不同管路送入位于循环流化床锅炉燃烧室密相区、稀相区的脱硫剂分级给入点；
步骤3，脱硫剂从各分级给入点进入锅炉燃烧室，对煤燃烧生成的SO2进行固定，实现炉内脱硫。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1中循环流化床分级燃烧以控制循环流化床内NOx进行一、二次风配比，在燃烧室密相区保持过量空气系数小于0.96，在燃烧室稀相区出口过量空气系数为1.02到1.3之间，同时应保证炉膛中温度均匀，且在800～980℃。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2中脱硫剂从距离炉膛布风板3.6米以下高度送入炉膛密相区，给入方式包括：与给煤混合通过给煤口送入；随布置于密相区的下二次风送入密相区；从返料腿随固体颗粒返料送入密相区；直接送入密相区。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2中脱硫剂从炉膛稀相区不同高度多点给入，方式包括：随上部二次风送入稀相区；稀相区不同高度单层或多层直接送入。
5.如权利要求3，4所述的方法，其特征在于：所述脱硫剂给入点单位平方米不大于1个，各个脱硫剂给入点间隔大于0.5米。
6.如权利要求1，3，4所述的方法，其特征在于：在实际锅炉密相区、稀相区脱硫剂分级给入方式为权利要求3，4中的一种或多种方式组合。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3中进入炉膛密相区、稀相区的脱硫剂比例根据炉膛实际运行情况在0.1到20之间进行调整。
8.一种实施权利要求1-7所述的在循环流化床锅炉中抑制硫、氮氧化物方法的系统，包括燃烧室(1)，燃烧室(1)的下部为密相区(2)，上部为稀相区(3)，所述的密相区连接燃料仓(11)，所述的稀相区连接气固分离器(4)，所述的气固分离器(4)下端通过立管(5)连接回料器(6)，回料器(6)通过返料腿(7)连接所述的密相区；还包括脱硫剂仓(12)，所述脱硫剂仓通过管道将脱硫剂分级给入密相区(2)的给入点与稀相区(3)的给入点，所述的密相区脱硫剂给入点包括：输煤管(10)给入点(13)、下二次风口(8)给入点(14)、返料器给入点(15)、密相区直接给入点(16)，所述的稀相区脱硫剂给入点包括：上二次风口(9)给入点(17)、稀相区直接给入点(18)。
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