CN111947179A - 低氮燃烧方法及低氮燃烧设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低氮燃烧方法及低氮燃烧设备，用于提高脱硝效率。其中，低氮燃烧方法包括：将煤粉进行预处理，产生包含还原气体的气固两相混合物；以及将煤粉预处理后产生的气固两相混合物与含氮还原剂混合喷入炉膛内。本发明采用煤粉预处理后的还原性气体裹携着含氮还原剂喷入炉膛内，提高了含氮还原剂与炉膛烟气的混合程度，提高脱硝效率，实现NOx的超低排放。

Description

低氮燃烧方法及低氮燃烧设备
技术领域
本发明涉及锅炉燃烧领域，尤其涉及一种低氮燃烧方法及低氮燃烧设备。
背景技术
根据《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》的要求，全国所有具备改造条件的燃煤电厂力争实现超低排放(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)。全国有条件的新建燃煤发电机组达到超低排放水平。
目前，工业上常用的烟气脱硝技术主要包括SCR烟气脱硝法以及SNCR烟气脱硝法。其中，SNCR烟气脱硝技术无需催化剂的作用，其是将尿素等氨基还原剂喷入炉内温度为850℃～1100℃的区域内，即可将烟气中的氮氧化物还原成氮气和水，具有占地少、投资小、运行成本低、系统简单和对锅炉运行影响小等优点。影响SNCR效率的主要有反应温度、停留时间与混合效果，因此，虽然理论上SNCR脱硝效率可达80％～90％，但受上述因素影响，实际应用中只有30％～50％。
发明内容
本发明的一些实施例提出一种低氮燃烧方法及低氮燃烧设备，用于提高脱硝效率。
本发明的一些实施例提供了一种低氮燃烧方法，其包括：
将煤粉进行预处理，产生包含还原气体的气固两相混合物；以及
将煤粉预处理后产生的气固两相混合物与含氮还原剂混合喷入炉膛内。
在一些实施例中，将煤粉进行预处理包括对煤粉进行加热产生还原性气体。
在一些实施例中，将煤粉预处理后产生的气固两相混合物的温度控制在850℃～1100℃，然后与含氮还原剂混合喷入炉膛内。
在一些实施例中，将煤粉预处理后产生的气固两相混合物通过第一管道喷入炉膛内，将含氮还原剂喷入第一管道内，使煤粉预处理后产生的气固两相混合物裹携含氮还原剂进入炉膛内。
在一些实施例中，含氮还原剂喷入第一管道内的位置位于第一管道的尾端，且靠近炉膛。
在一些实施例中，炉膛包括主燃区，以及位于主燃区下游的再燃区，将煤粉预处理后产生的气固两相混合物和含氮还原剂混合后喷入炉膛的再燃区。
本发明的一些实施例提供了一种低氮燃烧设备，其用于实现上述的低氮燃烧方法，其中，所述低氮燃烧设备包括：
炉膛；
煤粉预处理装置，通过第一管道连接所述炉膛，所述煤粉预处理装置被配置对煤粉进行预处理，以产生包含还原气体的气固两相混合物；以及
还原剂供给装置，被配置为通过第二管道与所述第一管道连通，向所述炉膛提供含氮还原剂。
在一些实施例中，所述煤粉预处理装置被配置为对煤粉进行加热产生还原性气体，且将煤粉预处理后产生的气固两相混合物的温度控制在850℃～1100℃。
在一些实施例中，所述煤粉预处理装置固定设于所述炉膛的外墙。
在一些实施例中，所述第二管道与所述第一管道的尾端，且靠近所述炉膛的位置连通。
在一些实施例中，所述炉膛包括主燃区，以及位于所述主燃区下游的再燃区，所述煤粉预处理装置通过第一管道连通所述再燃区。
基于上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：
在一些实施例中，采用煤粉预处理后的还原性气体裹携着含氮还原剂喷入炉膛内，提高了含氮还原剂与炉膛烟气的混合程度，提高脱硝效率，实现NOx的超低排放。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为根据本发明一些实施例提供的低氮燃烧设备的示意图。
附图中标号说明如下：
1-炉膛；11-主燃区；12-再燃区；13-燃尽区；
2-煤粉预处理装置；21-第一管道；
3-还原剂供给装置；31-第二管道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
一般低氮燃烧技术脱硝效率为10％～30％，利用还原气体再燃脱硝则可高达50％以上，通过向炉内喷入还原气体，将已生成的NOx(氮氧化物) 还原为N2，可降低NOx的排放。
基于此，本公开提供了一种低氮燃烧方法及低氮燃烧设备，结合SNCR (Se l ecti ve Non-Cata l yt i c Reduct i on，选择性非催化还原与燃料再燃)，可将脱硝效率提高至85％以上。
在一些实施例中，低氮燃烧方法包括：
将煤粉进行预处理，产生包含还原气体的气固两相混合物；
将煤粉预处理后产生的气固两相混合物与含氮还原剂混合喷入炉膛1内。此处的含氮还原剂包括含有氮元素的还原剂。
在一些实施例中，首先将煤粉进行预处理，煤粉预处理后产生的气固两相混合物中含有大量还原性气体，还原性气体具有降氮效果，与含氮还原剂复合后，用于实现锅炉NOx的超低排放，且还原性气体的扰动作用能够强化还原剂与烟气的混合程度，有助于含氮还原剂与炉膛烟气的充分混合，大大提高降氮效率。
在一些实施例中，采用煤粉预处理后的还原性气体裹携着含氮还原剂喷入炉膛内，提高了含氮还原剂与炉膛烟气的混合程度，实现NOx的超低排放。
在一些实施例中，将煤粉进行预处理包括对煤粉进行加热产生还原性气体，例如：对煤粉加热使煤粉发生热解反应，产生还原性气体。
煤粉被加热发生热解反应产生大量还原性气体，还原性气体的主要成分包括CO、H2、CH4等。利用煤粉预处理产生的大量还原性气体裹携着氨或尿素等含氮还原剂喷入炉膛，提高了含氮还原剂与炉膛烟气的混合程度；且含氮还原剂与还原性气体协同降氮，进一步降低了烟气中NOx 的含量。
在一些实施例中，将煤粉预处理后产生的气固两相混合物的温度控制在850℃～1100℃，然后与含氮还原剂混合喷入炉膛1内。
煤粉预处理后产生的还原气体本身具有良好的脱硝效果，进一步将温度控制在850℃～1100℃，该温度范围也是含氮还原剂适宜的反应温度，还原性气体裹携着含氮还原剂进入炉膛，增加了与炉膛的混合程度，用于实现锅炉燃烧的超低NOx排放。
在一些实施例中，将煤粉预处理后产生的气固两相混合物通过第一管道21喷入炉膛1内，将含氮还原剂喷入第一管道21内，使煤粉预处理后产生的气固两相混合物裹携含氮还原剂进入炉膛1内。此处的第一管道21的尾端是指沿管道内的流体流向的下游。
含氮还原剂可喷入第一管道21的任意位置，例如：中部至尾端等不同位置，可选地，将含氮还原剂喷入第一管道21的尾端，也就是第一管道21靠近炉膛1的位置，能够使煤粉预处理后产生的气固两相混合物裹挟含氮还原剂喷入炉膛1，且煤粉预处理后产生的气固两相混合物在喷入炉膛1后，在炉膛1内形成气廊以包裹含氮还原剂，使含氮还原剂充分与炉膛烟气混合，提高脱氮效果。
在一些实施例中，炉膛1包括主燃区11，以及位于主燃区11下游的再燃区12，将煤粉预处理后产生的气固两相混合物和含氮还原剂混合后喷入炉膛1的再燃区12。
在一些实施例中，含氮还原剂包括氨或尿素等含氮还原剂。
如图1所示，在一些实施例中，提供了一种低氮燃烧设备，其用于实现上述的低氮燃烧方法，其中，低氮燃烧设备包括炉膛1、煤粉预处理装置2和还原剂供给装置3。
煤粉预处理装置2通过第一管道21连接炉膛1，煤粉预处理装置2被配置对煤粉进行预处理，以产生包含还原气体的气固两相混合物。
还原剂供给装置3被配置为通过第二管道31与第一管道21连通，向炉膛1提供含氮还原剂。
煤粉预处理装置2用来对煤粉进行预处理，使煤粉产生还原性气体，还原剂供给装置3用来将氨或尿素等含氮还原剂喷入第一管道21，使含氮还原剂与还原性气体混合后，共同喷入炉膛，协同实现锅炉的超低 NOx排放，结构简单，操作方便，且适用于改造现有燃烧设备，运行费用较低。
煤预处理装置2的具体结构及布置方式不限，但其作用是对煤粉进行预处理，产生还原性气体，使还原性气体裹携氨或尿素等含氮还原剂喷入炉膛1，提高含氮还原剂与炉膛1内烟气的混合程度，实现复合深度降氮的效果。
在一些实施例中，煤粉预处理装置2被配置为对煤粉进行加热，产生还原性气体，且将煤粉预处理后产生的气固两相混合物的温度控制在850℃～1100℃。
煤粉预处理装置2对煤粉进行预先处理，煤粉在煤预处理装置2内被加热，例如：使煤粉发生热解反应，经热解产生大量还原性气体，还原性气体的主要成分包括CO、H2、CH4等。
煤粉预处理装置2对煤粉进行预处理，且将煤粉热解反应产生的气固两相混合物的温度控制在850℃～1100℃左右。还原剂供给装置3 内装有氨或尿素等含氮还原剂，通过第二管道31喷入煤粉预处理装置2 的第一管道21的尾端，使煤粉预处理装置2预处理煤粉后产生的大量还原气体裹携着含氮还原剂进入炉膛。
采用煤粉预处理装置2预处理煤粉，且使煤粉预处理后产生850℃～1100℃左右的大量还原气体，该温度范围的还原性气体裹携着含氮还原剂喷入炉膛，还原气体本身具有良好的脱硝效果，同时为含氮还原剂提供了适宜的反应温度，增加了含氮还原剂与炉膛1内烟气的混合程度，可实现锅炉燃烧的超低NOx排放。
在一些实施例中，煤粉预处理装置2固定设于炉膛1的外墙。
煤粉预处理装置2直接安装在炉膛1的外墙上，且煤粉预处理装置2处理的是锅炉本身需要的煤粉，不需要额外的装置和燃料，结构简单，易操作，同时也适用于对现有燃烧设备进行改造，也就是只需利用煤粉预处理装置2的喷口，不需要额外安装脱硝装置或脱硝反应器喷口，仅需要将锅炉原产生还原性气体的煤预处理装置2的第一管道21的尾端连通炉膛1，使还原剂供给装置3向第一管道21喷含氮还原剂，即可有效降低NOx的排放。
在一些实施例中，第二管道31与第一管道21的尾端，且靠近炉膛1的位置连通。
在一些实施例中，炉膛1包括主燃区11，以及位于主燃区11下游的再燃区12，煤粉预处理装置2通过第一管道21连通再燃区12。
煤粉预处理装置2通过第一管道21连通再燃区12，将氨或尿素等含氮还原剂提前与煤粉预处理装置2产生的大量气体混合，利用煤粉预处理装置2的喷口，将还原性气体裹携着氨或尿素等含氮还原剂喷入炉膛1，有助于提高含氮还原剂与炉膛1内烟气的混合程度，提高还原剂的降氮效果，还原剂与还原性气体进行复合协同降氮，最终实现锅炉NOx 的超低排放。
在一些实施例中，低氮燃烧设备包括煤粉燃烧炉、燃气锅炉、循环流化床锅炉或窑炉。炉膛1可以为煤粉燃烧炉、燃气锅炉、循环流化床锅炉或窑炉的炉膛。
基于上述各实施例，本公开至少具有以下有益效果：
1、采用煤粉预处理装置预处理煤粉，能够低成本、低能耗的实现锅炉的煤粉预处理，长时间安全、稳定的使煤粉气流产生大量的还原性气体并喷入炉膛。预处理后的产物量大，有助于与炉膛内的烟气的充分混合；且预处理产物本身含有大量还原性气体，具有降氮效果，与含氮还原剂复合后，可以实现锅炉NOx的超低排放，大大提高降氮效率。
2、采用了预处理后的煤粉，煤粉经提前热解、气化，有助于煤粉的燃尽及与烟气的混合。
3、预处理后的煤粉产生的气固两相混合物(包括还原性气体)的温度控制在850℃～1100℃，还原性气体裹携着含氮还原剂喷入炉膛，能够将含氮还原剂包裹在合适的反应温度区间，提高含氮等还原剂与炉膛内烟气的混合程度，最终实现锅炉NOx的超低排放。
在本发明的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
另外，在没有明确否定的情况下，其中一个实施例的技术特征可以有益地与其他一个或多个实施例相互结合。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (11)

1.一种低氮燃烧方法，其特征在于，包括：
将煤粉进行预处理，产生包含还原气体的气固两相混合物；以及
将煤粉预处理后产生的气固两相混合物与含氮还原剂混合喷入炉膛(1)内。
2.如权利要求1所述的低氮燃烧方法，其特征在于，将煤粉进行预处理包括对煤粉进行加热产生还原性气体。
3.如权利要求1所述的低氮燃烧方法，其特征在于，将煤粉预处理后产生的气固两相混合物的温度控制在850℃～1100℃，然后与含氮还原剂混合喷入炉膛(1)内。
4.如权利要求1所述的低氮燃烧方法，其特征在于，将煤粉预处理后产生的气固两相混合物通过第一管道(21)喷入炉膛(1)内，将含氮还原剂喷入第一管道(21)内，使煤粉预处理后产生的气固两相混合物裹携含氮还原剂进入炉膛(1)内。
5.如权利要求4所述的低氮燃烧方法，其特征在于，含氮还原剂喷入第一管道(21)内的位置位于第一管道(21)的尾端，且靠近炉膛(1)。
6.如权利要求1所述的低氮燃烧方法，其特征在于，炉膛(1)包括主燃区(11)，以及位于主燃区(11)下游的再燃区(12)，将煤粉预处理后产生的气固两相混合物和含氮还原剂混合后喷入炉膛(1)的再燃区(12)。
7.一种低氮燃烧设备，其特征在于，用于实现如权利要求1至6任一项所述的低氮燃烧方法，其中，所述低氮燃烧设备包括：
炉膛(1)；
煤粉预处理装置(2)，通过第一管道(21)连接所述炉膛(1)，所述煤粉预处理装置(2)被配置对煤粉进行预处理，以产生包含还原气体的气固两相混合物；以及
还原剂供给装置(3)，被配置为通过第二管道(31)与所述第一管道(21)连通，向所述炉膛(1)提供含氮还原剂。
8.如权利要求7所述的低氮燃烧设备，其特征在于，所述煤粉预处理装置(2)被配置为对煤粉进行加热产生还原性气体，且将煤粉预处理后产生的气固两相混合物的温度控制在850℃～1100℃。
9.如权利要求7所述的低氮燃烧设备，其特征在于，所述煤粉预处理装置(2)固定设于所述炉膛(1)的外墙。
10.如权利要求7所述的低氮燃烧设备，其特征在于，所述第二管道(31)与所述第一管道(21)的尾端，且靠近所述炉膛(1)的位置连通。
11.如权利要求7所述的低氮燃烧设备，其特征在于，所述炉膛(1)包括主燃区(11)，以及位于所述主燃区(11)下游的再燃区(12)，所述煤粉预处理装置(2)通过第一管道(21)连通所述再燃区(12)。
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