CN111878800A

CN111878800A - 一种微流化层燃锅炉燃烧方法

Info

Publication number: CN111878800A
Application number: CN202010773236.4A
Authority: CN
Inventors: 郭强
Original assignee: Liaoning Lvyuan Energy Environmental Protection Technology Group Co ltd
Current assignee: Liaoning Lvyuan Energy Environmental Protection Technology Group Co ltd
Priority date: 2020-08-04
Filing date: 2020-08-04
Publication date: 2020-11-03

Abstract

本发明涉及锅炉燃烧技术领域，公开了一种微流化层燃锅炉燃烧方法，包括：从锅炉的炉膛底部向炉膛内部进行送风；通过调节送风风量，使得炉膛内部的部分燃料呈流化悬浮态燃烧。本发明提供的一种微流化层燃锅炉燃烧方法，通过改善燃烧设备的流场和风力分配，既提供层燃的空气量，又提供了流化燃烧的动力；由于燃料大颗粒处于微悬浮层燃状态、小颗粒处于流化燃烧状态，大幅提高了燃烧速度，改善了炉膛内的热负荷分布，实现了高效燃烧、强化传热、低氮生成；由于层燃过程小颗粒燃料减少，改善了传统层燃时CO₂在煤层间滞留而影响燃烧速度的难题，提高了层燃效率，减少了灰渣含碳量；同时，同样是流化态燃烧，耗能却低50％以上。

Description

一种微流化层燃锅炉燃烧方法

技术领域

本发明涉及锅炉燃烧技术领域，特别是涉及一种微流化层燃锅炉燃烧方法。

背景技术

我国是一个以煤为主要能源的发展中国家，煤炭资源占我国能源生产和消费总量的75％左右。煤在燃烧过程中，会产生大量的污染物，其中氮氧化物(NO_X)对环境危害极大，氮氧化物除了形成酸雨破坏生态环境，还能形成光化学烟雾危害人类健康。煤炭高温燃烧是NO_X的主要来源之一，而我国锅炉主要以燃煤为主，因此降低燃煤锅炉NO_X的排放具有重要的意义。

且传统的层燃锅炉在采用层燃方式时一般根据温燃、主燃、燃烬这样划分，在对应的不同风室送入燃烧所需要的相对应空气量，以实现稳定燃烧，该传统的燃烧技术会导致燃烬行程长，且燃料堆放在炉排上存在燃烧不充分而影响燃烧效率以及增加污染物排放的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种微流化层燃锅炉燃烧方法，用于解决或部分解决传统的层燃燃烧燃烬行程长，且燃料堆放在炉排上存在燃烧不充分而影响燃烧效率以及增加污染物排放的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种微流化层燃锅炉燃烧方法，包括：从锅炉的炉膛底部向炉膛内部进行送风；通过调节送风风量，使得炉膛内部的部分燃料呈流化悬浮态燃烧。

在上述方案的基础上，将锅炉的炉膛分隔为并排的主炉膛和副炉膛，设置主炉膛的顶端与副炉膛的顶端相连通，在主炉膛的底部设置炉排，在副炉膛的底端连接尾部烟道。

在上述方案的基础上，从主炉膛底部向主炉膛内部送入从空气预热器引出的一次风。

在上述方案的基础上，还包括：从尾部烟道上引出部分再循环烟气；将再循环烟气从主炉膛的底部通入主炉膛中。

在上述方案的基础上，将再循环烟气送至主炉膛底部的前方位置。

在上述方案的基础上，还包括：在主炉膛的上方部位和/或副炉膛的上方部位送入二次风；二次风采用外界冷空气。

在上述方案的基础上，还包括：向主炉膛的内部分别喷入脱硫剂和脱硝剂进行炉内脱硫脱硝。

在上述方案的基础上，采用外界热空气或尾部烟道中的烟气喷射脱硫剂和脱硝剂。

在上述方案的基础上，一次风在总送风量中的占比为75％-85％；再循环烟气的温度小于等于150℃；再循环烟气在总烟气中的占比为15％-35％。

在上述方案的基础上，二次风在总送风量中的占比为15％-25％。

(三)有益效果

本发明提供的一种微流化层燃锅炉燃烧方法，保留了层燃锅炉的操作简单和燃烧稳定的特点，通过改善燃烧设备的流场和风力分配，既提供层燃的空气量，又提供了流化燃烧的动力；由于燃料大颗粒处于微悬浮层燃状态、小颗粒处于流化燃烧状态，大幅提高了燃烧速度，改善了炉膛内的热负荷分布，实现了高效燃烧、强化传热、低氮生成；在流化燃烧时充分利用了炉膛空间，提高了燃烧速度、强化了辐射受热面的传热；由于层燃过程小颗粒燃料减少，改善了传统层燃时CO₂在煤层间滞留而影响燃烧速度的难题，提高了层燃效率，减少了灰渣含碳量；同时，进入流化态燃烧的燃料颗粒平均粒径远远小于传统流化床锅炉燃煤粒径，因此，同样是流化态燃烧，耗能却低50％以上。

附图说明

图1为本发明实施例中涉及的层燃锅炉结构的示意图。

附图标记说明：

其中，1、主炉膛；2、副炉膛；3、一次风；4、再循环烟气；5、二次风；6、脱硫剂；7、脱硝剂；8、对流通道；9、尾部烟道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供一种微流化层燃锅炉燃烧方法，该燃烧方法包括：从锅炉的炉膛底部向炉膛内部进行送风；通过调节送风风量，使得炉膛内部的部分燃料呈流化悬浮态燃烧。

该燃烧方法不仅适用于锅炉中煤粉的燃烧，还适用于其他任何固体颗粒的燃烧，例如煤炭、生物质、垃圾、固体混合压制燃料等。以下以煤粉为例具体说明该燃烧方法。

本实施例提供的一种微流化层燃锅炉燃烧方法，保留了层燃锅炉的操作简单和燃烧稳定的特点，通过改善燃烧设备的流场和风力分配，既提供层燃的空气量，又提供了流化燃烧的动力；由于燃料大颗粒处于微悬浮层燃状态、小颗粒处于流化燃烧状态，大幅提高了燃烧速度，改善了炉膛内的热负荷分布，实现了高效燃烧、强化传热、低氮生成；在流化燃烧时充分利用了炉膛空间，提高了燃烧速度、强化了辐射受热面的传热；由于层燃过程小颗粒燃料减少，改善了传统层燃时CO₂在煤层间滞留而影响燃烧速度的难题，提高了层燃效率，减少了灰渣含碳量；同时，进入流化态燃烧的燃料颗粒平均粒径远远小于传统流化床锅炉燃煤粒径，因此，同样是流化态燃烧，耗能却低50％以上。

在上述实施例的基础上，进一步地，参考图1，将锅炉的炉膛分隔为并排的主炉膛1和副炉膛2，设置主炉膛1的顶端与副炉膛2的顶端相连通，在主炉膛1的底部设置炉排，在副炉膛2的底端连接尾部烟道9。根据燃烧速度与烟气流速的变化，设置了多炉膛空间结构，将流化燃烧行程提高了两倍以上，替代了传统流化床锅炉循环返料环节，解决了返料时结焦、磨损、堵塞、耗能等固疾，对于实现锅炉满负荷与超负荷运行提供了保证。

本实施例根据一种微流化层燃锅炉燃烧方法提供一种层燃锅炉结构，该层燃锅炉结构在主炉膛1的后方依次并排设置副炉膛2和对流通道8，并使主炉膛1顶部与副炉膛2连通，副炉膛2底部与对流通道8连通，对流通道8的顶部与尾部烟道9相连；从而主炉膛1、副炉膛2和对流通道8形成S型三回程烟气通道，能够有效的提高烟气的流动距离，增加燃料即煤粉在炉内的燃烧时间，提高燃烧效率；减少烟气中未充分燃烧的产物，有利于减少硫氧化物的排放，减少环保投入，提高经济性。

进一步地，主炉膛1和副炉膛2的四周侧壁上附着有膜式水冷壁；对流通道8的侧壁上同样设有膜式水冷壁，对流通道8内设有对流受热面，以提高热量的使用效率。膜式水冷壁与下降管相连通，下降管与锅筒相连。

在上述实施例的基础上，进一步地，从主炉膛1底部向主炉膛1内部送入从空气预热器引出的一次风3。

在上述实施例的基础上，进一步地，一种微流化层燃锅炉燃烧方法还包括：从尾部烟道9上引出部分再循环烟气4；将再循环烟气4从主炉膛1的底部通入主炉膛1中。

在上述实施例的基础上，进一步地，将再循环烟气4送至主炉膛1底部的前方位置。在尾部烟道9取部分再循环烟气4送入主炉膛1中，可降低主炉膛1内燃烧区的燃烧温度，减少热力型氮氧化物的生成；满足硫氧化物和氮氧化物的环保排放要求，降低了环保设备投入及环保设备运行费用，有较好的经济效益和社会效益；且将烟气再次通入主炉膛1中，还有利于燃料的充分完全燃烧以及进一步提高热量利用率，提高热效率。

在循环烟气送至主炉膛1底部的前方位置，使得在主炉膛1底部的前方位置既有一次风3又有再循环烟气4，从而前方位置的风量较大，对位于炉排前方的燃料提供微流化悬浮动力。因为炉排上燃料的主要燃烧区即位于炉排的前方，因此，在炉排的前方通过在一次风3的基础上叠加输送再循环烟气4，使得风量较大，实现燃料的微流化悬浮状态。

进一步地，可在主炉膛1的底部沿炉排的长度均匀送入一次风3；可保证炉排上的燃料均进行燃烧。具体的，可在炉排的底部并排设置多个风室，一次风3均匀送入各个风室中。再循环烟气4送至靠近炉排前方的若干个风室中。位于前方的若干个风室对应的是主燃区的部位。即通过叠加一次风3和再循环烟气4增加主燃区局部送风量，使炉排上的燃料例如煤层从传统的移动状态改变为低悬浮微流化状态，进而在传统层燃的基础上增加了部分悬浮燃烧方式，提高了燃烧速度，降低了床层深度，减短燃烬行程，提高燃烧效率。

进一步地，向主炉膛1内部送入再循环烟气4的具体部位可根据锅炉的大小具体设定，以再循环烟气4的送入部位与主燃区相对应且尽量减少风室数量为目的，以在满足主燃区燃烧需求的基础上尽量增大局部送风量，以更好的形成煤层低悬浮微流化状态。

进一步地，通过控制再循环烟气4的送入量，控制炉膛温度保持在900℃以下；有利于抑制氮氧化物的生成。

进一步地，低悬浮燃烧过程中，细小煤粒和一部分挥发份气体的燃烧行程会延长，上述实施例所提供的双炉膛锅炉结构可增加燃烬的空间和时间，与该低悬浮燃烧过程相适应。

在上述实施例的基础上，进一步地，一种微流化层燃锅炉燃烧方法还包括：在主炉膛1的上方部位和/或副炉膛2的上方部位送入二次风5；二次风5采用外界冷空气。二次风5进口用于引入外界冷空气作为二次风5。可在主炉膛1的上方部位朝下送入二次风5。二次风5朝下吹入主炉膛1，二次风5送入的方向与烟气流动方向相反，可以将烟气中夹带的未燃尽的碳颗粒吹回至炉膛，增加其燃烧时间，利于燃尽。设置二次风5分级配风，可减弱局部的剧烈燃烧产生高温，减少NO_x生成量。分级配风，可减弱局部氧浓度，降低NO_x生成。

在上述实施例的基础上，进一步地，一种微流化层燃锅炉燃烧方法还包括：向主炉膛1的内部分别喷入脱硫剂6和脱硝剂7进行炉内脱硫脱硝。脱硫剂6可为氧化钙粉末或碳酸钙粉末；通过向炉膛适当区域喷入氧化钙粉末或碳酸钙粉末，可与烟气中的酸性物质发生反应，通过酸碱中和与氧化还原，可实现炉内脱硫。脱硝剂7可为PNCR高分子材料，用于实现炉内脱硝。

在上述实施例的基础上，进一步地，采用外界热空气或尾部烟道9中的烟气喷射脱硫剂6和脱硝剂7。

即氧化钙粉末或碳酸钙粉末可通过热空气喷射输送，也可在尾部烟道9中抽取尾部烟气，利用尾部烟气喷射输送。热空气可从空气预热器处引出。可利用罗茨风机输送热空气或尾部烟气实现钙粉的输送，且在采用尾部烟气喷射输送氧化钙粉末或碳酸钙粉末时，尾部烟气应进行除水干燥处理，避免造成钙粉失活。

采用尾部烟气喷射氧化钙粉末或碳酸钙粉末进入炉膛，尾部烟气具有一定温度，既可避免因温度过低而对炉膛内部的燃烧产生影响，又可适当的降低炉膛温度，可减少氮氧化物的生成；同时将尾部烟气引入炉膛中可对其进行再次燃烧，以提高燃烧效率，使得燃料充分完全燃烧。

因为氧化钙粉末具有吸湿性，与水反应生成碱，有腐蚀性并伴有大量热生成，具体反应式为：CaO+H₂O→Ca(OH)₂。因此，设置除水装置，将引入的尾部烟气在与氧化钙粉末混合之前经过除水装置，以避免尾部烟气携带有水而影响氧化钙粉末的酸碱中和与氧化还原反应。

进一步地，喷入碳酸钙粉末时，碳酸钙粉末的喷入点位于主炉膛1温度在900-950℃之间的部位。喷入氧化钙粉末时，氧化钙粉末的喷入点位于主炉膛1温度在750-850℃之间的部位。该区域温度合适，较有利于氧化钙粉末的混合反应，且该温度处烟气中硫氧化物较多，有利于提高脱硫效果。以喷入氧化钙粉末为例，该温度范围内较适宜进行酸碱中和与氧化还原反应，具体反应式为：

CaO+SO₂+1/2O₂→CaSO₄；

CaO+SO₃→CaSO₄；

进一步地，氧化钙粉末或碳酸钙粉末可研磨至200目喷入炉膛内，有利于提高反应效率。氧化钙粉末或碳酸钙粉末可放置在存储箱内部，存储箱与喷嘴相连，每次将一定量的氧化钙粉末输送至喷嘴处，经气流喷射进入炉膛。

在上述实施例的基础上，进一步地，一次风3在总送风量中的占比为75％-85％；再循环烟气4的温度小于等于150℃；再循环烟气4在总烟气中的占比为15％-35％。

在上述实施例的基础上，进一步地，二次风5在总送风量中的占比为15％-25％。再循环烟气4通入主炉膛1的流速为25-35m/s。总送风量即预设的较适宜的全部送风量。

具体的，在尾部烟道9位于空气预热器之后设置取烟口，此处烟气温度应低于150℃，取此部分烟气送入炉排前方的风室，有利于降低炉膛内部燃烧温度，降低氮氧化物的生产。再循环烟气4的循环量约取总烟气量的20％左右。实际运行当中，可利用变频循环风机来调整再循环烟气4量，以取得最好的效果。

进一步地，对流通道8内还设有炉内除尘装置；尾部烟道9上沿烟气流动方向依次设有布朗气脱硝装置、SCR脱硝模块、火管省煤器、空气预热器、引风机、火管节能器和烟气综合处理塔。空气预热器连接有鼓风机，用于实现一次风3的输送。

进一步地，通过调节炉膛底部送风的风量，使得直径≥5mm的煤炭颗粒保持在炉排上实现层状燃烧，直径＜5mm的煤炭颗粒进入流化态，在炉膛内流化燃烧；通过调整炉排结构设计，让炉排起到移动布风床的作用。粒径＜5mm的燃煤约占总燃料量的30％。

通过实施分级配风来管控锅炉的燃烧进度和截面热负荷指标，构建均衡燃烧流程；实现低氮燃烧和恒温燃烧两个基本目标。通过控制传热与放热的关系，协同流场管控技术共同构建大行程恒温流场，为炉内干法脱硫和脱硝提供最佳反应空间、时间、流场，实现燃烧、传热、环保三个物理化学过程协同。

通过控制烟气流速和流场状态，在炉内构建烟尘高温射流分离、中温离心分离、低温折流撞击分离等降尘装置；实现锅炉主机低尘排放，为简化尾部受热面结构形式，实现低温排放和超高能效创造了条件。

通过炉内低温干法小苏打脱硫、高低温协同布朗气混烧脱硝、炉外节能环保综合塔等装置，创新了环保工艺，节省了环保设施的投资和占用空间，提高了煤种对节能环保指标的适应性。

该燃烧方法煤种适应性强。兼具层燃与流化床锅炉的优势，可以满足各类烟煤、无烟煤、褐煤的燃烧特性，容易实现稳定燃烧，可以实现产品的大型化(500蒸吨)。产品性能优异。锅炉定型能效≥93％；排烟温度≤60℃；灰渣含碳量≤5％、温度≤300℃；烟气可燃物近零；NO_x原始生成≤150mg/m³、炉内脱出效率≥80％；炉内脱硫效率≥90％；炉内原始排尘≤10mg/m³。

节能优势显著。系统散热损失降低、灰渣温度降低、耗能降低。与循环流化床锅炉对比，系统综合净能效(扣除燃料破碎、上煤、配风、冷渣、环保等系统耗能)平均高出6％以上；与层燃锅炉对比，系统综合净能效平均高出12％以上。

建设投资低。与循环流化床锅炉对比，锅炉金属耗材少，环保装置炉内内置，无重型炉墙、全系统轻体保温，基建成本低、投资可以降低40％以上(包括土建、设备购置、安装、电力增容)。

安装时间短。与循环流化床锅炉对比，采用模块化安装，轻体保温，无须筑炉、养生与烘炉环节，工期节省50％以上。

运维成本低。与循环流化床锅炉对比，流态燃烧占比低70％，流态燃烧颗粒小，对锅炉的磨损程度低，锅炉可靠性高，检修周期长，维修费用低60％以上。

解决了节能与环保的矛盾。传统工艺在解决环保问题的同时，通常造成锅炉热效率下降和系统耗能提高，使节能和环保过程成为一对矛盾体。本技术将燃烧、传热、环保技术通过协同管控实现了燃烧、传热、节能、环保过程一体化。

避免了低温受热面堵塞、腐蚀。由于锅炉原始排尘超净，炉内脱硫，解决了在锅炉低温受热面生成亚硫酸氢铵的几率，避免了其与灰尘粘结，堵塞、腐蚀受热面的难题。

颠覆了传统分级送风低氮燃烧思维，首次提出主燃区高风缺氧、燃尽区低风富氧，冷风冷渣的配风模型，实现节能与降氮协同。实现了炉内长流程、高温、恒温、紊流流场条件下的干法高效脱硫，简化了脱硫工艺，消灭了烟羽。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种微流化层燃锅炉燃烧方法，其特征在于，包括：

从锅炉的炉膛底部向炉膛内部进行送风；

通过调节送风风量，使得炉膛内部的部分燃料呈流化悬浮态燃烧。

2.根据权利要求1所述的微流化层燃锅炉燃烧方法，其特征在于，将锅炉的炉膛分隔为并排的主炉膛和副炉膛，设置主炉膛的顶端与副炉膛的顶端相连通，在主炉膛的底部设置炉排，在副炉膛的底端连接尾部烟道。

3.根据权利要求2所述的微流化层燃锅炉燃烧方法，其特征在于，从主炉膛底部向主炉膛内部送入从空气预热器引出的一次风。

4.根据权利要求3所述的微流化层燃锅炉燃烧方法，其特征在于，还包括：从尾部烟道上引出部分再循环烟气；将再循环烟气从主炉膛的底部通入主炉膛中。

5.根据权利要求4所述的微流化层燃锅炉燃烧方法，其特征在于，将再循环烟气送至主炉膛底部的前方位置。

6.根据权利要求2所述的微流化层燃锅炉燃烧方法，其特征在于，还包括：在主炉膛的上方部位和/或副炉膛的上方部位送入二次风；二次风采用外界冷空气。

7.根据权利要求2至6任一所述的微流化层燃锅炉燃烧方法，其特征在于，还包括：向主炉膛的内部分别喷入脱硫剂和脱硝剂进行炉内脱硫脱硝。

8.根据权利要求7所述的微流化层燃锅炉燃烧方法，其特征在于，采用外界热空气或尾部烟道中的烟气喷射脱硫剂和脱硝剂。

9.根据权利要求4所述的微流化层燃锅炉燃烧方法，其特征在于，一次风在总送风量中的占比为75％-85％；再循环烟气的温度小于等于150℃；再循环烟气在总烟气中的占比为15％-35％。

10.根据权利要求6所述的微流化层燃锅炉燃烧方法，其特征在于，二次风在总送风量中的占比为15％-25％。