CN1122812C - 减少流化床加热系统的烟中污染物的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

为了降低加热系统循环流化床加热炉(1)的燃烧烟(5)中的污染物(NOX、N2O和CO)的排放量，加热系统包括在加热炉下游颗粒分离器(2)和从颗粒分离器出来并通到废热锅炉(9)的管道(8)，在加热炉中第一次加入(7)呈磨碎或破碎的固体燃料，在管道中第二次(11)加入呈微粒化状的固体燃料，在该管道中和在第二次加入的下游，第三次加入(12)空气，必要的话与空气一起加入微粒化固体燃料。第二次和第三次加入(11和12)是在管道(8)的垂直段上层次配置的，第三次加入(12)部位随着通到废热锅炉(9)的管道垂直段的方向改变。

Description

减少流化床加热系统的烟中污染物的 方法和装置
本发明用于包括循环流化床加热炉、在加热炉下游以至少一个旋风分离器形式存在的颗粒分离器，和从分离器出来并通到废热锅炉的管道的加热系统。
循环流化床燃烧是一种生产能量的发展技术。为了使含有SO2的烟脱硫，在加热炉中加入石灰石是非常有效的。这种技术特别适用于燃烧不易燃的固体燃料，如高灰煤，或极端地，不需要复杂制备的biomasses煤。
在保持加热炉内适中的温度(约850℃)，和准备与加热炉相适应的层次注入空气时，可达到降低燃烧烟中排放的氮氧化物(NO，NO2都归并于术语NOX)，而同样地，降低对环境有害的亚氮氧化物N2O的排放量。特别地，当燃烧烟煤类型的固体燃料时便是这种情况。
本发明的目的是提出同时降低加热系统循环流化床加热炉排放的燃烧烟中氮氧化物(NO，NO2)、亚氮氧化物(N2O)、一氧化炭(CO)和未燃烧完全的固体的方法和设备，该加热系统包括在加热炉下游以至少一个旋风分离器形式存在的颗粒分离器，和从分离器出来并通到废热锅炉的管道。
本发明方法的特征在于：
1)将呈破碎或磨碎状的固体燃料加入加热炉中的第一加入点，
2)将微粒化状的固体燃料加入管道中的第二加入点，以便在燃烧的烟中产生氮氧化物和亚氮氧化物的还原粒子，
3)将空气加入所述管道中并且处在第二加入点下游的第三次加入点，以便然后氧化呈任何形式的残留的炭以及还原粒子。
注意到，通过分层注入空气而循环的流化床的第一次燃烧能够处理几乎未经预处理的固体燃料，并能够保证第一次脱硫，和与由粉化炭燃烧相比，显著地达到低的NOx水平。另外，在使用本发明方法时，在管道中产生一个能够降低排放N2O、CO、CnHm和没有全部燃烧的固体的高温区。于是，排放出与用粉化炭燃烧排放相类比的，非常少量的亚氮氧化物、一氧化碳和没有全部燃烧的固体颗粒。
借助本发明的方法，对于少量的物料来说，可以比较好地控制废热锅炉进口的温度，因为在这个废热锅炉上游的管道中加入燃料和空气，能够补偿在循环流化床加热中燃烧烟温度的降低。
根据本发明有利的实施方式，用一个或多个喷嘴将加入空气的第三加入点与加入微粒化固体燃料附加加入点结合起来，这样能够将降低排放污染物对还原粒子的要求与提高烟温度对热的要求分开。
着重指出的是，本发明的方法如下面将要看到的那样，特别好地适合超超临界类型蒸汽循环的应用。
上述的这些优点可以用如炭之类的固体燃料达到。在这种情况下，制备出微粒化的固体燃料，优选地用供给加热炉的磨碎或破的细部分炭，以便整个燃烧循环都使用同样的燃料。
本发明还涉及使用这种方法的设备，这种设备包括在颗粒分离器出口具有垂直段的管道，沿着该段第二加入点与第三加入点层次排列，加入任选地混有微粒化固体燃料的空气的第三加入点处于垂直段改向并前往废热锅炉的位置。
参照唯一的附图描述如下本发明的一个实施例，该图图示表明本发明的加热系统。
在图1上，加热系统包括循环流化床加热炉1、一个置于加热炉下游，具有呈至少一个如2的旋风分离器的外部颗粒分离器、将与燃烧烟分离的颗粒5从旋风分离器再送到加热炉1的下部的第一根管道3。
磨碎或破碎的炭由加热炉的第一加入点7加入，这种加热炉配置了层次配置加入空气的管道(未示出)。可以将石炭石加入加热炉1中，以便使含有SO2的燃烧烟5脱硫。
在颗粒分离器2的出口安装了第二根管道8，以便抽取燃烧烟并将其排到废热锅炉9，废热锅炉包括用10表示的对流加热表面。
管道8包括一个从分离器2出来的垂直段和通到锅炉9进口的基本水平段。
在管道8垂直段中并靠近分离器2出口的11处加入微粒化的炭。微粒化炭可以用气动输送设备或由于安全的原因使用浆体加入。在循环流化床出口于11加入微粒化炭，产生适宜于同时降低燃烧烟中排放的NOX和N2O的CnHm类物质。
在11加入处下游部位12加入空气，以便在燃烧烟进入锅炉9之前氧化任何形式的残留炭和在还原介质中存在的还原粒子，这种在12处加入空气是按照通到锅炉9的管道8水平方向进行的，即随着通到锅炉9的管道8的方向改变。
注意到，分两层加入微粒化炭和空气能够非常显著地提高燃烧烟的温度。提高这种温度还能够达到大大降低N2O、CO和没有全部燃烧的固体排放量。降低没有全部燃烧的固体将避免最后生成一氧化炭，这种一氧化炭是在废热锅炉9中没有全部燃烧的固体沉积形成的。
将在第三加入点12加入的空气沿轴向送到管道8的水平段或以旋涡方式送到管道8的水平段，这种导管可以具有不变的截面或沿锅炉9的方向扩大，以便推动气体/固体在导管中心流动区与周边环形区之间循环流动。
优选地，将在第三加入点12加入空气与附加加入微粒化炭结合起来。更优选地，准备了将在第三加入点12同时加入微粒化炭与加入空气结合起来的一个或多个微粒化炭的附加喷嘴(未表示)，这样能够将如上述的化学需要与热需要分开。这种或这些附加喷嘴优选地是有层次配置加入空气的低NOX类型的喷嘴，并且在导管中最后的燃烧区可以装管子或耐高温材料的填料。
根据多点布局，将在第二加入点11加入微粒化固体燃料沿经向或切线送入管道8的垂直段，在利用或不利用每个旋风分离器2的残留涡流的优点的条件下进行。
优选地，在第二加入点11和第三加入点12加入的微粒化炭的粒度d50(50％筛余物和50％通过物的相应的平均直径)低于50微米。所述微粒炭是如下准备的：由在6加入并由第一加入点7送到加热炉中的磨碎或破碎炭中含有的细粒部分，例如经过借助分离器13的筛和采用微粒化器14使细粒部分微粒化。这样，使用仅仅一类固体燃料，这样导致降低燃烧方法的使用费用，炭本身是一种廉价燃料，并且是易于处理的固体。
在加入加热炉的部分与加入管道8的部分之间加入的固体燃料分配(以重量计)可由70％-30％变到97％-3％。另外，将循环流化床区的平均温度升到750-950℃，在11处加入微粒化固体燃料区的平均温度升到750-1250℃，将在12处加入空气区(与微粒化固体燃料结合或不结合加入)的平均温度升到950-1250℃。燃烧烟在11与12之间的加入区中停留时间优选地是0.1-2秒钟。燃烧烟在12与锅炉9的第一过加热器10之间的区中停留时间优选地是0.5-4秒钟。
现在的描述不是限制性的。这种描述适合任何类型的大气压或加压流化床，以及适合多种加热系统，所述的系统包括唯一的加热炉，多个旋风分离器和唯一的废热锅炉。可以在矿区以水浆体和/或往往以可使用的炭的形式加入微粒化炭。在旋风分离器与废热锅炉之间的管道8不能包括水平部分，和可能完全或部分地是垂直或部分倾斜的。在11和/或12加入管道8中的微粒化炭与在第一加入点7加入的炭可以是不同的来源，如果在第一加入点7加入的炭组合物本身是必需长时间停留以便完全燃烧，或如果可能是磨损、腐蚀、污染或锅炉热交换表面积垢的重要来源时更是如此。
另外，在通常的蒸汽循环中，位于在废热锅炉9顶部的高温过加热器产生约560℃的蒸汽，而烟是约850℃，即温差约300℃。按照超超临界类型的蒸汽循环运行的废热锅炉，应该提供压力超过250巴和温度高于560℃，典型地650℃的蒸汽。因此，人们看到，本发明的方法特别适合超超临界类型的蒸汽循环的应用。事实上，使用本发明的方法，可安排刚好在废热锅炉9的进口温度达到1250℃的烟，其温差约600℃，而不是通常的流化床加热的温差为200℃，这样能够降低对热交换所必需的表面。

Claims (12)

1.降低加热系统循环流化床加热炉(1)的燃烧烟(5)中污染物排放量的方法，其加热系统包括一个在加热炉下游颗粒分离器(2)和从颗粒分离器出来的并通到废热锅炉(9)的管道(8)，其特征在于：
1)将呈破碎或磨碎状的固体燃料加入加热炉(1)下部的第一加入点(7)，
2)将微粒化状的固体燃料加入管道(8)中的第二加入点(11)，以便在燃烧的烟中产生氮氧化物和亚氮氧化物的还原物质，
3)将空气加入所述管道(8)中并且处在第二加入点(11)的下游的第三加入点(12)，以便然后氧化呈任何形式的残留的炭以及还原物质。
2.根据权利要求1所述的方法，其中借助至少一个喷嘴将加入空气的第三加入点(12)与加入呈微粒化状的固体燃料的附加加入点结合起来。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中固体燃料是炭。
4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的方法，其中将空气以轴向方式或旋涡方式送到管道(8)。
5.根据权利要求1所述的方法，其中沿径向或切线将微粒化的固体燃料送到管道(8)。
6.根据权利要求3所述的方法，其中微粒化炭的粒度d50低于50微米。
7.根据权利要求3所述的方法，其中微粒化的固体炭以浆体形式加入管道(8)中。
8.根据权利要求3所述的方法，其中由加入到加热锅炉(1)的磨碎或破碎的炭的细粒部分制备和分离出微粒化固体炭。
9.根据上述权利要求中任一项的方法，其中加入的固体燃料分配(以重量计)在加入到加热炉(1)中的部分与加入管道(8)的部分之间从70％-30％变到97％-3％。
10.根据上述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中第一加入点(7)区域的平均温度升到750-950℃，第二加入点(11)区域的平均温度升到750-1250℃，第三加入点(12)区域的平均温度升到950-1250℃。
11.根据权利要求10所述的方法，其中废热锅炉(9)是以超超临界蒸汽循环运行的。
12.使用上述权利要求中任一权利要求所述方法的设备，该设备包括在颗粒分离器(2)出口具有垂直段的管道(8)，沿该段第二加入点(11)与第三加入点(12)层次排列，第三加入点处于垂直段改变方向并且前往废热锅炉(9)的位置。
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