CN1135318C - 循环流化床蒸汽发生器NOx的控制 - Google Patents

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Abstract

一种控制循环流化床蒸汽发生器(12)中NOx到最少的强化方法，在该方法中向循环流化床蒸汽发生器(12)中加入燃料、流态化空气、下燃烧空气和上燃烧空气。燃料在第一个位置(30)加入，流态化空气在第二个位置(24)吹入，下燃烧空气在第三个位置(50b)吹入，上燃烧空气在第四个位置(50a)吹入。为了强化控制循环流化床蒸汽发生器(12)内NOx到最少，使下燃烧空气(50b)以及上燃烧空气(50a)各自在水平面以及竖直平面上发生偏移，以便借此控制下燃烧空气流(50b)和上燃烧空气流(50a)，从而保持循环流化床蒸汽发生器(12)内的局部化学计算量与化学计算量的70%-90%。

Description

循环流化床蒸汽发生器NOx的控制
                     发明背景
本发明涉及循环流化床蒸汽发生器，更具体而言，涉及使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的强化方法。
在现有技术中人们很久以来就知道在流化床设备中采用竖向燃料和空气分区。在此只引以为例而不受其限制，可参阅题为“燃烧含碳材料的方法”的美国专利4,165,717，该专利在1979年8月28日颁布。按照美国专利4,165,717所讲授的内容，将含碳材料加入立式反应器内的流化床中。在流化床底部加入的一次流态化气体使这些含碳材料在流化床中流态化。在加入一次气体的位置之上并高于流化床底部的位置上将二次气体加入流化床中。燃烧在含氧气体中进行，含氧气体是由在立式流化床不同高度上加入的两股气流所提供的，至少其中有一股气流被作为促进燃烧的二次气体，并沿一个平面或多个叠置的平面加入燃烧室内。这样，由于燃烧所需的全部含氧气体被分成至少两股气流并在不同高度上加入，所以燃烧分两个阶段进行。而且由于在下部第一区中的不完全燃烧和在上部第二区的二次燃烧，结果形成“软”(soft)燃烧，软燃烧消除了局部过热，所以避免了结壳或结渣，并将氧化氮的生成量减少到100ppm以下。
如前所述，通过燃料与空气在竖直方向上的分区混合，可将NOx的生成量降到最少。这样做是努力确保燃料中的氮不被氧化成NOx。上述分区的作用是在循环流化床蒸汽发生器内进行分区燃烧。按照循环流化床蒸汽发生器内的上述分区燃烧，有一部分燃料在循环流化床蒸汽发生器燃烧室的下部发生部分燃烧。为了氧化剩余的燃料和在燃烧过程中产生的气体，还向循环流化床蒸汽发生器中供给过燃空气。过燃空气是在高于循环流化床蒸汽发生器加入燃料的位置加入。
因此，简而言之，在循环流化床蒸汽发生器中进行常规分区燃烧的方法是在溜槽的下方加入一次空气和/或下二次空气，通常该溜槽用来将燃料加到循环流化床蒸汽发生器中。将一次空气和/或下二次空气加到循环流化床蒸汽发生器中，以便燃料在还原区内进行部分燃烧，使燃料中的氮生成N2。在燃料溜槽上方将过燃空气或上二次空气加到循环流化床蒸汽发生器中，以便燃烧剩余的燃料和还原性气体，实现低碳损失、低CO排放并充分氧化SO2，以使吸收剂对硫的捕获量最高，按照常规做法是将吸收剂加到循环流化床蒸汽发生器中。
根据以上所述，所有的燃料/空气都在竖直方向上进行分区。对此主要的难点是假设燃料和空气沿循环流化床蒸汽发生器的水平面有良好的混合。然而已经发现，燃料与空气的混合沿循环流化床蒸汽发生器的水平面实际上是不均匀的。也就是说，由于燃料与空气的混合沿循环流化床蒸汽发生器的水平面是不均匀的，所以已经发现在循环流化床蒸汽发生器同一高度的同一水平面上，一些强还原区和一些富空气区同时存在。
目前，为了使在循环流化床蒸汽发生器中，通过燃料与空气混合的竖直分区减少其NOx排放所能达到的程度再降低，工业上的习惯作法是为循环流化床蒸汽发生器配备附加装置，在循环流化床蒸汽发生器内生成NOx之后用该装置将其除去。现有技术包括多种被建议用来减少流化床设备NOx或N2O排放的方法。只引以为例而不受其限制，已知在题为“具有还原燃料气中氧化氮装置的燃烧设备”的美国专利4,880,378中公开一种上述减少流化床设备NOx排放的现有技术的方法，该专利是在1989年11月14日颁布的。按照美国专利4,880,378所讲授的内容，流化床设备配备有还原燃料气中氧化氮的装置。燃料气是燃料和空气在流化床设备内燃烧产生的。流化床设备配备的这个装置包括将包括氨在内的气体还原剂喷入流化床设备的喷入装置和在燃料气流动方向上位于喷入装置下游的催化剂分布装置，其中催化剂包含能经受住超过600℃燃气温度的铁族元素。
只引以为例而不受其限制，已知在题为“从燃烧废气中除去污染物质的方法”的美国专利5,382,418中公开了另一种上述减少流化床设备NOx排放的现有技术的方法，该专利是在1995年1月17日颁布的。更具体而言，在美国专利5,382,418中公开了一种从燃料气体中除去NOx的方法，该燃料气体是煤、煤气或燃料油燃烧产生的。按照美国专利5,382,418公开的这种方法，使含NH3的吸收剂和粒状的脱硝催化剂与燃料气体混合。然后将含有燃料气体的这种吸收剂加到流化床中，燃料气体在流化床中与吸收剂发生反应，从而除去其中的NOx。
只引以为例而不受其限制，还已知在题为“低NOx的燃烧方法和装置”的美国专利5,178,101中公开了另一种上述减少流化床设备NOx排放的方法，该专利是在1993年1月12日颁布的。按照美国专利5,178,101讲授的内容，该专利提供一种方法和一种装置，其中在减少NOx排放的过程中也同时减少N2O的排放。更具体而言，按照美国专利5,178,101讲授的内容，使流化床设备的废气流流过燃料和空气在其中燃烧的热反应区，以便提供改善的热气流，其中包括少量的可燃物质和氧。然后使这股改善的热气流在完全还原条件下依次通过催化剂床，热气流中的氧量超过按NOx和N2O的化学计算量，但少于按可燃物质的化学计算量，因而NOx和N2O首先氧化成NO2，随后NO2又被过量的可燃物质还原。
只引以为例而不受其限制，已知在题为“热分解一氧化二氮的方法和设备”的美国专利5,048,432中公开了旨在减少N2O排放情况下的另一种上述的方法，该专利是在1991年9月17日颁布的。按照美国专利5,048,432所讲授的内容，将含N2O的废气温度提高到至少约1700°F，使N2O热分解。预定进行上述处理的含N2O废气是燃料在锅炉例如流化床设备内燃烧产生的。N2O的热分解优选利用配置在流化床设备废气流动通道内的加热装置进行。也就是说，在流化床设备的情况下，据说为了效率最高，使该加热装置位于旋流器的下游和热交换器的上游是有利的。
虽然在上文参考的四份美国专利中所公开的减少流化床设备中与氮有关的排放的方法，已经表明为其预定的目的是可行的，然而己有证据说明，在现有技术中需要进一步改进上述减少与氮有关的排放的方法。换句话说，己有证据说明，在现有技术中需要一种改进的新方法来减少循环流化床蒸汽发生器中与氮有关的排放，特别是一种减少循环流化床蒸汽发生器中NOx的改进的新方法。更具体而言，已经表明在现有技术中需要一种改进的新方法，该方法不是用于在循环流化床蒸汽发生器中生成NOx之后除去NOx来减少其NOx排放，而是用于强化在循环流化床蒸汽发生器内使NOx生成最少来减少循环流化床蒸汽发生器的NOx排放，因此，由于在循环流化床蒸汽发生器内不生成NOx，因而不需要除它。
为此，己有证据表明在现有技术中需要一种上述强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的改进的新方法，该方法的特征在于许多方面。上述的一个特征在于，上述强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的改进的新方法，不需要通过从循环流化床蒸汽发生器内除去NOx来减少其NOx的排放，因为采用改进的新方法能有效地防止在循环流化床蒸汽发生器内生成NOx，否则需要将其除去。上述的另一个特征在于，上述强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的改进的新方法，不需要为循环流化床蒸汽发生器配备用于还原其中NOx的选择性不催化的NOx还原设备，因为采用改进的新方法能有效地防止在循环流化床蒸汽发生器内生成NOx，否则需要利用上述选择性不催化的NOx还原设备将其除去。上述的第三个特征在于，上述强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的改进的新方法，不需要为循环流化床蒸汽发生器配备用于还原其中NOx的选择性催化的NOx还原设备，因为采用改进的新方法能有效地防止循环流化床蒸汽发生器内生成NOx，否则需要利用上述选择性催化的NOx还原设备将其除去。上述的第四个特征在于，上述强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的改进的新方法不需将氨喷入到循环流化床蒸汽发生器中用于还原其中的NOx，因为采用改进的新方法能有效地防止在循环流化床蒸汽发生器内生成NOx，否则需要用上述喷入的氮将其除去。上述的第五个特征在于，上述强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的改进的新方法不需要将脲喷入循环流化床蒸汽发生器中用于还原其中的NOx，因为采用改进的新方法能有效地防止在循环流化床蒸汽发生器内生成NOx，否则需要用上述喷入的脲将其除去。上述的第六个特征在于，上述强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的改进的新方法使循环流化床蒸汽发生器的设置和操作费用非常低，因为采用改进的新方法不需要为循环流化床蒸汽发生器配备用于还原其中NOx的附加装置，因为改进的新方法能有效地防止在循环流化床蒸汽发生器内生成NOx，否则需要采用上述的附加装置将其除去。上述的第七个特征在于，上述强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的改进的新方法使循环流化床蒸汽发生器的设置和操作非常简单，因为采用改进的新方法不需要为循环流化床蒸汽发生器配备用于还原其中NOx的附加装置，因为改进的新方法能有效地防止在循环流化床蒸汽发生器内生成NOx，否则需要利用上述的附加装置将其除去。上述的第八个特征在于，上述强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的改进的新方法适合应用于新型循环流化床蒸汽发生器。上述的第九个特征在于，上述强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的改进的新方法适合应用于现有循环流化床蒸汽发生器的改造。
因此本发明的目的是提供一种用于减少循环流化床蒸汽发生器NOx排放的改进的新方法。
本发明的另一个目的是提供上述用于减少循环流化床蒸汽发生器NOx排放的改进的新方法，其中循环流化床蒸汽发生器NOx排放的减少是通过强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少实现的。
本发明的另一个目的是提供上述强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的改进的新方法，因而利用该方法不需要为循环流化床蒸汽发生器配备选择性不催化的NOx还原设备。
本发明的另一个目的是提供上述强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的改进的新方法，因而利用该方法不需要为循环流化床蒸汽发生器配备选择性催化的NOx还原设备。
本发明的另一个目的是提供上述强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的改进的新方法，因而利用该方法不需要向循环流化床蒸汽发生器内喷入氨或脲来还原循环流化床蒸汽发生器中的NOx。
本发明的另一个目的是提供上述强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的改进的新方法，该方法不会以其利用而发生氨从循环流化床蒸汽发生器中逸出的不利情况，因而利用该方法不需要向循环流化床蒸汽发生器内喷入成为氨逸出来源的氮和脲。
本发明的另一个目的是提供上述强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的改进的新方法，该方法的不会以其利用而发生灰被氨或脲所污染的不利情况，因为利用该方法不需要向循环流化床蒸汽发生器中喷入能成为灰污染来源的氨或脲。
本发明的另一个目的是提供上述强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的改进的新方法，该方法使循环流化床蒸汽发生器的设置和运行非常简单，因为利用该方法不需要为循环流化床蒸汽发生器配备任一附加装置，否则需要有附加装置将循环流化床蒸汽发生器内的NOx除去到同样程度。
本发明的另一个目的是提供上述强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的改进的新方法，该方法使循环流化床蒸汽发生器的设置和运行费用非常低，因为利用该方法不需要为循环流化床蒸汽发生器配备任一附加装置，否则需要有附加装置将循环流化床蒸汽发生器中的NOx除去到同样程度。
本发明的另一个目的是提供上述强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的改进的新方法，该方法适用于新型的循环流化床蒸汽发生器，且同样适宜于改造后用于现有循环流化床蒸汽发生器。
                       发明概述
根据本发明提供一种减少循环流化床蒸汽发生器NOx排放的方法，其中循环流化床蒸汽发生器NOx排放的减少是通过强化使循环流化床蒸汽发生器中NOx生成最少来实现的，为此根据强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的强化方法，NOx生成最少是通过燃料和空气在循环流化床蒸汽发生器内竖直地和水平地分区燃烧实现的。更具体而言，将一次空气，即流态化空气通过底板格栅加入循环流化床蒸汽发生器内。这股一次空气，即流态化空气的作用是使燃料、吸收剂和灰在循环流化床蒸汽发生器内流态化。除了一次空气，即流态化空气以外，还将燃烧空气分为下二次空气和上二次空气加入循环流化床蒸汽发生器内，为循环流化床蒸汽发生器内的适宜燃烧以及控制NOx提供所需要的空气。通过一个或多个燃烧溜槽将燃料加入循环流化床蒸汽发生器中，在竖直方向上看，这些溜槽位于向循环流化床蒸汽发生器中加入下二次空气和上二次空气的位置之间。为了使循环流化床蒸汽发生器内NOx的生成减少到最少，在将下二次空气流和上二次空气流加入循环流化床蒸汽发生器的过程中在竖直和水平两个方向上控制它们。在竖直和水平两个方向上对下二次空气流和上二次空气流的这种控制，是为了通过在循环流化床蒸汽发生器内保持局部化学计算量而将NOx的生成限制到最少，不促进氨生成的化学计算量即低化学计算量，不促进NOx的直接生成的化学计算量即高化学计算量。根据本发明的方法，使下二次空气流以及上二次空气流在水平面以及竖直平面上发生偏移，以便从而控制循环流化床蒸汽发生器内的局部化学计算量，然而根据本发明的方法，下二次空气流和上二次空气流的这种偏移是通过采用局部挡板实现的，为此把挡板装在下二次空气流和上二次空气流各自分别进入循环流化床蒸汽发生器所通过的供气管线上是合适的。因此简而言之，如果能局部地控制循环流化床蒸汽发生器内的化学计算量为化学计算量的约70％-90％，就可以使循环流化床蒸汽发生器内总NOx的生成保持最少。
                  附图简述
图1是化学计算量对循环流化床蒸汽发生器内NOx生成量的影响曲线；
图2是循环流化床蒸汽发生器的局部剖面侧视图，对这类蒸汽发生器可以利用根据本发明强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的方法；
图3是图2所示的这类循环流化床蒸汽发生器下部放大比例的侧视图，对于这类蒸汽发生器，可以利用根据本发明强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的方法；
图4是图2所示的这类循环流化床蒸汽发生器的平面图，对于这类蒸汽发生器，可以利用根据本发明强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的方法；
图5是图2所示的这类循环流化床蒸汽发生器放大比例的局部平面图，对于这类蒸汽发生器，可以利用根据本发明强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的方法；
图6与图3相似，是图2所示的这类循环流化床蒸汽发生器下部放大比例的侧视图，对于这类蒸汽发生器，可以利用根据本发明强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的方法，但所绘循环流化床蒸汽发生器的下部，己被划分成多个竖直区和水平区。
图7是在利用根据本发明强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的方法时，循环流化床蒸汽发生器配备的空气供给系统的示意图。
图8是在利用根据本发明强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的方法时，循环流化床蒸汽发生器配备的在图7中所示的空气供给系统的平面示意图。
                     优选实施方案的说明
现在参看附图，更具体而言参看附图1，其中用图解表示出化学计算量对典型的循环流化床蒸汽发生器内NOx生成的影响。该图解是用图1中由总编号10代表的曲线表述的。根据附图1，显然在化学计算量低于70％的条件下NOx的量增加。这是由于当化学计算量降到非常低的程度，即成为非常不足的化学计算量时生成氨所致。所以，如果在循环流化床蒸汽发生器内燃烧发生在局部化学计算量过低的情况下，即开始低于化学计算量70％的情况下，燃料中的氮在燃料燃烧过程中生成氨。而且随后这些氨在循环流化床蒸汽发生器的上部区域借助于那里存在的燃烧空气，即加到循环流化床蒸汽发生器中的二次空气很容易氧化成NOx。
另一方面，如果在循环流化床蒸汽发生器内，燃烧发生在局部化学计算量高于化学计算量90％的情况下，由于燃料中的氮迅速氧化，NOx又开始增加。因此，再看附图1，从该图可以看到，在化学计算量为约70％至约90％时，曲线10基本上是平的，而且在化学计算量为约70％至约90％NOx生成量最低。因此根据附图1，显然，要使氨的氧化和氮的直接氧化降低到最小程度，就必须使其中的燃料在循环流化床蒸汽发生器内保持局部化学计算量为化学计算量的约70％至约90％的情况下燃烧。所以，从曲线10可以看到上述局部化学计算量的窗口，即化学计算量为约70％至约90％，保证燃料在循环流化床蒸汽发生器中燃烧时产生的N2量最大而伴生的NOx量最少。
其次看附图2，其中示出用总编号12表示的这类循环流化床蒸汽发生器，对于这类蒸汽发生器，可以利用根据本发明强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的方法。为了本文讨论起见，可认为循环流化床蒸汽发生器12包括许多部件。所以附图2所示的循环流化床蒸汽发生器12包括由总编号14代表的燃料加料装置；由总编号16代表的燃烧室，由总编号18代表的旋流器；由总编号20代表的返灰装置；由总编号22代表的空气供给装置；由总编号24代表的流态化格栅装置；由总编号26代表的排灰装置。
继续阐述附图2所示的循环流化床蒸汽发生器12，其燃料加料装置14用于将燃料加到循环流化床蒸汽发生器12的燃烧室16中。为此燃料加料装置14包括在附图中由编号28代表的燃料加料器，将适当尺寸的固体燃料从适宜的燃烧来源加到加料器上，为了保持图解清晰，在附图中未示出燃料来源。燃料加料器28按己知方式将适当尺寸的固体燃料输送到多个燃料溜槽中，为了便于识别，在附图中每一个溜槽都用相同的编号，即编号30代表，这些参照附图4是非常好理解的。然后，燃料从燃料溜槽30加到循环流化床蒸汽发生器12的燃烧室16的内部。在下文中还有燃料溜槽30的参考资料。
下面研究循环流化床蒸汽发生器12的燃烧室16，从燃料溜槽30加到其中的燃料，在图2中由编号32代表的燃烧室16的下部内发生燃烧，这些在下文中会更详细地叙述。燃料在燃烧室16的下部32内燃烧产生的气体，通过图2中由编号34代表的燃烧室16的上部上升并最终从图2中由编号36代表的位置排出，随后气体进入旋流器18。这些气体在燃烧室16内向上流动的过程中同时按已知方式放出一些所带的热量。所以燃烧室16上部34的至少一部分呈水冷壁的形式，使水通过其中流动，于是在这些气体穿过燃烧室16内部从燃烧室16排入旋流器18之前在通过燃烧室16水冷壁流动的水和燃烧的热气之间进行热传递，从而使水转变成蒸汽。
为了有效地分离热气中载带的固体，又设计了旋流器18，燃烧室16中的热气36处排出并进入旋流器18。也就是说，在热气通过旋流器18的过程中，用工业上众所周知的方法并以常规方式把热气中载带的大于预定尺寸的固体从热气中分离出去。此外，在从旋流器18内的热气中分离大于预定尺寸的固体之后，热气即通过由图2中编号38代表的气体出口从旋流器18中排出，而在热气通过旋流器18的过程中从热气中分离出来的大于预定尺寸的固体，通过图2中由编号40代表的固体出口从旋流器18中排出。
通过固体出口40从旋流器18中排出的固体随后借助于返灰装置20返回到燃烧室16的下部32。按照所示的本发明实施方案，将返灰装置20绘成包含一个密封的返灰筒。所以返灰装置20包含由编号42代表的向下伸出的第一支管，该支管的一端与旋流器18出口40的流体相通；由编号44代表的密封筒装置，该装置与向下伸出的第一个支管42的另一端的流体相通；由编号46代表的向下伸出的第二个支管，该支管的一端与密封筒装置44的流体相通，而另一端与燃烧室16下部32的流体相通。返灰装置20的运行方式是，固体在通过固体出口40从旋流器18排出以后，进入向下伸出的第一个支管42并通过该支管流入密封筒装置44。固体从密封筒装置44进入向下伸出的第二个支管46并在流过该支管后进入燃烧室16的下部32。密封筒装置44以已知的方式控制通过它的固体从向下伸出的第一个支管42向向下伸出的第二个支管46的流动，从而还控制了从旋流器18返回到燃烧室16下部32的固体的流动，即固体量。
由于在下文将非常详细地讨论，在利用根据本发明强化使其中NOx生成最少的方法时，循环流化床蒸汽发生器需要包括的空气供给系统的构造特性和运行方式，所以相信以下对空气供给装置22的简要说明将会满足现在的需要。因此，根据附图2所示，空气供给装置22的构造特性是能有效地用来向循环流化床蒸汽发生器12加入一次空气和燃烧空气，即二次空气。
为了保持图的清晰，虽然在图中来继续给出空气供给装置22，但应当理解，空气供给装置22适合与适宜的空气供给来源，例如常规设计的风扇等的气流相通。适宜的空气供给来源(未示出)用来作为一次空气以及燃烧空气，即二次空气的气源，因此这个适宜的气源(未示出)本身与在图2中由总编号48代表的一次空气管道的气流相通，并与在图2中由总编号50代表的燃烧空气管道，即二次空气管道的气流相通。一次空气管道48用来将其从适宜的气源(未示出)接受的空气加到流态化格栅装置24，再用常规方法，以一次空气，即流态化空气的形式将这些空气从该装置吹进燃烧室16的底部32。所以根据图2所示，一次空气管道48包括分别由编号48a，和48b代表的第一、第二水平延伸段；由编号48c代表的向下延伸段，该段与第一水平延伸48a以及第二水平延伸段48b的流体相通；和由编号48d代表的向上延伸段，该段与第二水平延伸段48b以及流态化格栅装置24的流体互相连通。
至于二次空气管道50，是用于把来自适当空气源(未示出)的燃烧空气以上二次空气的形式在第一竖直平面上和以下二次空气的形式在第二竖直平面上加到燃烧室16下部32中。所以根据图2所示，二次空气管道50包括由编号50a代表的向下延伸的第一管道装置，借助该装置将上二次空气加到燃烧室16的下部32；和由编号50b代表的向下延伸的第二管道装置，借助于该装置，将下二次空气加到燃烧室16的下部。
本文还要叙述的循环流化床蒸汽发生器12的其余一个部件是除灰装置26，现在就来叙述该装置。当需要时，除灰装置26用来排除循环流化床蒸汽发生器12燃烧室16下部32的灰。为此，参看附图2就会非常清楚，除灰装置26包括由编号52代表的向下伸出的支管和由编号54代表的螺旋输送机装置。除灰装置26的运行方式是工业上众所周知的，按照这种运行方式，当需要从循环流化床蒸汽发生器12中除灰时，使这些灰从燃烧室16下部32进入向下伸出的支管52中。需要从燃烧室16下部32除灰时，在灰流过向下延伸的支管52后，由螺旋输送机装置54接受。螺旋输送机装置54用于以常规方式排除其所接受的从循环流化床蒸汽发生器12燃烧室16下部32排出的灰。
根据上述说明和附图所示，很明显，循环流化床蒸汽发生器12包含有两个高度的二次空气，即上二次空气和下二次空气。另外，很明显的是，设计通过由编号32a代表的前壁吹入燃烧室16下部32的二次空气，就上二次空气而言，是借助于向下延伸的第一管道50a加入的，而就下二次空气而言，是借助于向下延伸的第二管道50b加入的。此外，如从附图2所看到的，上二次空气是通过燃烧室16下部32的前壁32a吹入的，其位置高于燃料在前壁32a上从燃料溜槽30进入燃烧室16下部32的位置。另一方面，如从附图2所看到的，下二次空气是通过燃烧室16下部32的前壁32a吹入的，其位置低于燃料在前壁32a上从燃料溜槽30进入燃烧室16下部32的位置。除了通过其前壁32a吹入燃烧室16下部32的上二次空气和下二次空气以外，根据附图2所示的循环流化床蒸汽发生器12的实施方案，还有通过由编号32b代表的燃烧室16下部32的后壁吹入的上二次空气和下二次空气。通过后壁32b吹入燃烧室16下部32的上二次空气，优选与通过前壁32a吹入燃烧室16下部32的上二次空气在同一个平面上吹入。同样，通过后壁32b吹入燃烧室16下部32的下二次空气，优选与通过前壁32a吹入燃烧室16下部的下二次空气在同一个平面上吹入。如附图所示，虽然循环流化床蒸汽发生器12的设计是只通过前壁32a将燃料加进燃烧室16下部32，但要理解，也能通过后壁32b把燃料加进燃烧室16的下部32而不背离本发明的实质。
接着参看附图3会发现，其中以放大比例示出燃烧室16下部32，从而比图2更详细地表示出其特征。根据附图3会更加清楚，当相对燃烧室16的竖轴观看时，通过流态化格栅装置24吹入燃烧室16下部32的一次空气；通过前壁32a和后壁32b吹入燃烧室16下部32的下二次空气；通过前壁32a加进燃烧室16下部32的燃料；通过前壁32a和后壁32b吹入燃烧室16下部32的上二次空气是按相应顺序排列的。这样排列一次空气、燃料和二个高度的二次空气，即排列它们在竖直方向上的顺序位置是工业上的习惯作法。基于一次空气、燃料和两个高度二次空气的上述排列，使占加入循环流化床蒸汽发生器12中空气总量的约50％-60％的空气通过流态化格栅装置24时进入燃烧室16下部32。虽然其余占总量40％-50％的空气中有极少量空气可能通过其它装置进入循环流化床蒸汽发生器12，但这其余占加入循环流化床蒸汽发生器12总量的40％-50％的空气基本上全部作为上二次空气和下二次空气进入燃烧室16的下部32。
现在将讨论附图4和5，就此而言，如本文前面所述，图4是图2所绘循环流化床蒸汽发生器12以及其它部件的平面图，而图5与图4相似，是以放大比例表示的平面图，其中所绘的特征比图4表示的更为详细。特别是参看附图5，为便于参考起见，在图5中将燃料加料溜槽30进燃烧室16下部32的入口用黑体椭圆表示，在图5中每一个椭圆都由同一个编号56代表。同样，为了便于参考起见，在图5中用最里边的两排十字表示下二次空气的吹入口，其中每一个十字都由同一编号58代表，而为了便于参考起见，在图5中用最外边的两排十字表示上二次空气的吹入口，其中的每一个十字都由同一编号60代表。最后，为了便于参考起见，在附图5中将一次空气从流态化格栅装置24进入燃烧室16下部32的区域用二条虚线表示，每一条虚线都由同一编号62代表。虽然在附图5中分别采用由编号58和60代表的十字绘出了下二次空气和上二次空气吹入口的位置，但要理解，这些吹入口的实际位置实际上可能与图5中所绘的多少有些不同。然而，为了求得对本发明方法的理解，无论是从循环流化床蒸汽发生器，例如在本申请附图中所示的循环流化床蒸汽发生器12适用性的观点，还是就其能力而言，都不要认为其实际位置和在图5中图上位置之间的任何上述差别是有特别意义的。
如本文前面所提到的，现己发现，循环流化床蒸汽发生器一般说来燃料/空气没有良好的横向混合特性。参看附图5可以理解这一点。因此，为了便于理解起见，在图5中用虚线圆绘出燃料横向混合的限度，图中每一个虚线圆都由同一编号64表示。因此，参看附图5会很容易理解，在虚线圆以内的区域是富燃料区。为此，一些试验证实，在燃烧室16下部32内，燃料与空气发生的横向混合从燃料进口，即从燃料加料溜槽30的进口56向上可能只达约6ft。因此，从每个燃料加料溜槽进口56进入燃烧室16下部32的燃料都倾向于在燃烧室16内的竖直方向上形成一个羽状物。此外，根据试验测定发现，羽状物保留较多的燃料且一氧化碳浓度高。还发现，在燃料加料溜槽30的高度上，局部化学计算量非常低，正如根据图1中曲线10所推断的，燃料中的氮大都生成了氨，氨接着在燃烧室16内燃烧，以产生另一些NOx。此外，从附图5可明显地看到，在燃烧室16下部32内有一个较大的区域，即在虚线圆64以外的区域，因而也是在上述燃料形成的羽状物之外的区域。这一区域，即虚线圆64以外的区域，空气极其丰富，因为大多数燃料都没有沿横向流动到那里。因此，在这一区域，即在虚线圆64以外的区域内，燃料在其中释放的所有氮都很快地直接转化成NOx。
接着看附图6，图6与附图3基本相同，但在图6中示出，燃烧室16下部32被分成四个区，即图中由总编号66代表的第一区，图中由总编号68代表的第二区；图中由总编号70代表的第三区；和图中由总编号72代表的第四区。在图6中将燃烧室16下部32表示为上述的四个分区，以便本文由此阐明在循环流化床蒸汽发生器内，例如在本申请附图中所示的循环流化床蒸汽发生器12内NOx是如何生成的。本文为了阐明在循环流化床蒸汽发生器内NOx是如何生成的，把循环流化床蒸汽发生器例如循环流化床蒸汽发生器12的竖直分区和水平分区结合起来考虑。为此，引以为例而不受其限制，在下文中叙述在循环流化床蒸汽发生器，例如包含有循环流化床蒸汽发生器12这种构造的循环流化床蒸汽发生器内NOx生成方式的说明性实施例。在此还要注意，这个说明性实施例是以下列假设为基础的：进入燃烧室16下部32占空气总量的50％的空气作为流态化空气即一次空气通过流态化格栅装置24进入；进入燃烧室16下部32空气总量的25％的空气作为下二次空气进入，而进入燃烧室16下部32为空气总量的其余25％的空气作为上二次空气进入；在燃烧室16内燃烧的燃料100％在燃烧室16紧靠燃料加料溜槽入口56的半个平面图区域上燃烧；在燃烧室16内的总化学计算量是1.2，即燃烧室16的空气过量20％。
于是，基于上述的假设，第一区，即由编号66代表的在燃烧室16下部32内的区域，有一半一次空气，一半下二次空气和燃烧的全部燃料。因此，在第一区，即区域66内，局部化学计算量为45％。第三区，即由编号70代表的燃烧室16下部32内的区域，有一半上二次空气以及从第一区，即区域66向上流到那里的气体和燃料。因此在第三区，即区域70内的局部化学计算量为60％。最后，第二区，即由编号68代表的燃烧室16下部32内的区域和第四区，即由编号72代表的燃烧室16下部32内的区域，每一区基本上都只有空气。
虽然这个说明性实施例似乎可能多少有些极端，但它表明，燃料燃烧的区域66，即第一区是强还原性的，即局部化学计算量非常低，以致达到燃料中的氮以N2和氨释放的程度，此外，根据上述说明性实施例，很明显，来自第一区即区域66的气体，在第三区即区域70内由于上二次空气的加入而发生一些氧化，但仍然是还原性很强的，即低于化学计算量。在燃烧室16下部32的上部，来自第三区，即区域70的还原性气体与来自第四区，即区域72的氧化性气体的混合会发生完全的燃烧，但也会把在第三区，即区域70产生的氨氧化成NOx，因此简而言之，按照上述说明性实施例，空气与燃料燃烧的分配是迄今为止在循环流化床蒸汽发生器中所采用的具有代表性的分配，显然这种配置不会导致循环流化床蒸汽发生器所能达到的可能是最低的NOx生成。这主要是由于在第一区，即区域66内存在强还原性条件，即非常低的化学计算量条件，这导致燃料在该区发生生成氨的反应。如附图1中曲线10所示，从将NOx生成减少到最少的观点来看，在产生氨的区域内运行并不是最佳的。
与上述情况相比，根据本发明强化使NOx生成最少的方法而采取的方法，不仅在燃烧室内在竖直方向上，即沿燃烧室16的高度分区燃烧，而且还在横向上，即从一侧到另一侧也分区燃烧。试验表明，这样做能使总NOx减少到低于只采用竖直分区时所能达到的浓度。根据本发明的方法，燃料/空气的横向以及竖向分区燃烧是通过局部地控制空气向关键的上二次空气和下二次空气吹入口的流动实现的，以便由此控制燃烧室16下部32内的局部化学计算量。所以根据本发明最佳形式的实施方案以及下文将与附图7和8的说明结合起来进一步讨论的，上二次空气以及下二次空气的每一股空气都在进入燃烧室16下部32的各自吹入口的上游，即沿燃烧室16的周边逐一受到阻挡，以便由此分布进入燃烧室16下部32的空气流。以这种方式，即通过控制循环流化床蒸汽发生器燃烧室16所有各区的局部化学计算量使其中的NOx生成最少。因此，通过利用根据本发明强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的方法，循环流化床蒸汽发生器，例如采用本发明方法的循环流化床蒸汽发生器12的NOx排放水平与其中只采用竖直分区但仅当也配备有选择性不催化的NOx还原设备的循环流化床蒸汽发生器可能达到的NOx排放水平不相上下。也就是说，为了达到采用本发明方法的循环流化床蒸汽发生器所能达到的NOx排放水平，必须采用氨来降低没有采用本发明方法的循环流化床蒸汽发生器，即其中采用竖直分区的循环流化床蒸汽发生器的NOx排放水平。
在此重申，为了使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少，如图1中曲线10所示，必须将第一区，即区域66和第三区，即区域70中的局部化学计算量保持在化学计算量的70％-90％。因此，根据本发明强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的方法，使上二次空气以及下二次空气按需要向燃烧室16下部32的前壁32a偏移，以便借此提高局部化学计算量，以致使在第一区，即区域66和第三区，即区域70内的局部化学计算量为化学计算量的70％-90％。为此，通过提高第一区，即区域66和第三区，即区域70的局部化学计算量将氨的生成降至最少，其结果是随后受氧化作用生成NOx的氨量也随之减少到最少。除了强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少以外，利用本发明还可得到其它一些效益。也就是说现己发现，由于利用本发明，碳的损失，挥发性有机成分(VOC)和一氧化碳的生成也减少到最少，这是由于较高的空气/燃料混合比例的结果，而且还发现，由于燃料中的硫更迅速地氧化成SOx，使对SOx的吸收增强。
作为对本发明的方法如何有效地强化使循环流化床蒸汽发生器12内NOx生成最少的说明，本文提供以下说明性实施例。对这个说明性实施例现作下列假设：进入燃烧室16下部32的占空气总量的50％的空气作为流态化空气，即一次空气通过流态化格栅装置24进入；进入燃烧室16下部32的占空气总量的40％的空气作为下二次空气，全部通过前壁32a进入；而进入燃烧室16下部32的为空气总量的其余10％的空气作为上二次空气进入；在燃烧室16内燃烧的燃料100％是在燃烧室16紧靠燃料加料溜槽进口56的半个平面图区域内燃烧；燃烧室16内的总化学计算量为1.2，即燃烧室16的空气过量20％。
因此，根据上述的假设，第一区，即在燃烧室16下部32内由编号66代表的区域有一半流态化空气，即一次空气、全部的下二次空气以及燃烧的全部燃料。因此，在第一区，即区域66内的局部化学计算量为70％。第三区，即燃烧室16下部32内由编号70代表的区域有一半上二次空气以及从第一区，即区域66向上流到其中的气体和燃料。因此在第三区，即区域70内的局部化学计算量为75％。最后，第二区，即在燃烧室16下部32内由编号68代表的区域和第四区，即在燃烧室16下部32内由编号72代表的区域基本上只有空气。
因此，根据上述说明性实施例，很明显的是，如果下二次空气换一种方式通过后壁32b进入燃烧室16下部32，而不是通过前壁32a作为下二次空气吹入，那么在第一和第三区的每一区内，局部化学计算量为所需要的化学计算量即70％-90％，以致使氨在其中的生成减少到最少，并且还使随后伴随发生的氨氧化生成NOx的作用也减小到最小。在实践中，本发明的方法包括为使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少可以采用的空气竖直和水平偏移的多种结合。此外，根据本发明的方法，基于在具体的循环流化床蒸汽发生器内燃烧的燃料的反应率和基于需要在其中利用本发明的方法将其NOx排放水平减少到最少的具体循环流化床蒸汽发生器的特定几何学因素，将空气竖直和水平偏移的这些结合设计成在具体情况具体分析的基础上进行最佳化。
因此简言之，现己发现，通过燃料和空气在循环流化床蒸汽发生器内进行竖直和水平分区燃烧能够强化使其中NOx生成最少。为此，将流态化空气，即一次空气通过流态化格栅装置24加到燃烧室16下部32，以便为使燃烧室16中的燃料、吸收剂和灰流态化提供空气。将燃烧空气，即二次空气作为下二次空气和上二次空气加入燃烧室16，以便提供进行适宜的燃烧和控制NOx生成所需的空气。燃料通过燃料溜槽进入燃烧室16，溜槽30位于下二次空气吹入口和上二次空气吹入口之间。在不背离本发明实质的条件下，燃料溜槽30和上二次空气吹入口以及下二次空气吹入口沿燃烧室16任一个或多个壁，例如前壁32a、后壁32b等的水平面设置。
根据本发明的方法，为了强化使循环流化床蒸汽发生器，例如在本申请附图中所示的循环流化床蒸汽发生器12内NOx生成最少，在竖直和水平二个方向上控制上二次空气流和下二次空气流的每一股气流。这样做的目的是要保持局部化学计算量为化学计算量的70％-90％，即根据图1中曲线10不促进氨生成的局部化学计算量，即低化学计算量，或不促进直接生成NOx的局部化学计算量，即高化学计算量。根据本发明最佳形式的实施方案和对附图7和8的很好理解，这是通过采用在图7和8中分别由编号74和76代表的局部挡板使上二次空气流和下二次空气流发生偏移实现的。根据对附图8的很好理解，为此目的优选采用多个上述的局部挡板，即上二次空气每个吹入口的局部挡板74和下二次空气每个吹入口的局部挡板76。设计这些局部挡板74和76所起的作用是，通过使用局部挡板，即利用由于每个局部挡板位置所引起的二次空气流的偏移，可在燃烧室16内控制局部化学计算量为化学计算量的70％-90％，因此，从而使循环流化床蒸汽发生器12内NOx生成最少。
现在重申，应用根据本发明强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的方法所要得到的一些效益如下。在水平以及竖直平面上分区时，NOx的生成比只在竖直平面上分区生成的少。因此不需要采用只在竖直平面上分区时所需要另外采用的选择性不催化的NOx还原设备。由于取消选择性不催化的NOx还原设备，投资费用以及与利用选择性不催化的NOx还原设备所需要的另外提供氨或脲有关的运行费用也随之减少。此外，随着取消氨或脲的使用，也取消了有危害的化学试剂即氨或脲的运输和贮存，也随之消除了氨从循环流化床蒸汽发生器中的逸出和氨与氯化物或SO3反应造成蔽光的可能性。总之，利用本发明的方法，不需要增加任何与循环流化床蒸汽发生器有关的设备，也不引起任何附加费用。
因此，根据本发明提供一种减少循环流化床蒸汽发生器NOx排放的改进的新方法。此外，根据本发明提供上述减少循环流化床蒸汽发生器NOx排放的改进的新方法，其中减少循环流化床蒸汽发生器的NOx排放是由于强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的结果实现的。根据本发明还提供上述强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的改进的新方法，利用这种方法不需要为循环流化床蒸汽发生器配备选择性不催化的NOx还原设备。此外，根据本发明提供上述强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的改进的新方法，利用这种方法不需要将氨或脲喷入循环流化床蒸汽发生器来还原循环流化床蒸汽发生器内的NOx。此外，根据本发明提供上述强化使循环流化床蒸汽发生器NOx生成最少的改进的新方法，此方法其利用不会引起氨从循环流化床蒸汽发生器中逸出这一不利情况，因为利用该方法不需要向循环流化床蒸汽发生器中加入成为氨逸出来源的氨或脲。此外，根据本发明提供上述强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的改进的新方法，此方法其利用不会引起灰被氨或脲所污染这一不利情况，因为利用该方法不需要向循环流化床蒸汽发生器喷入成为灰污染来源的氨或脲。此外，根据本发明提供上述强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的改进的新方法，该方法使循环流化床蒸汽发生器的设置和运行非常简单，因为利用该方法不需为循环流化床蒸汽发生器配备任一附加装置，否则需要利用附加装置将循环流化床蒸汽发生器内的NOx除去到同样程度。此外，根据本发明提供上述强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的改进的新方法，该方法使循环流化床蒸汽发生器的设置和运行费用减少得非常多，因为利用该方法不需要为循环流化床蒸汽发生器配备任一附加装置，否则需要利用附加装置将循环流化床蒸汽发生器内的NOx除去到同样程度。最后，根据本发明提供上述强化使循环流化床蒸汽发生器内NOx生成最少的改进的新方法，该方法适合应用于新型的循环流化床蒸汽发生器，并同样适宜变动后用于现有循环流化床蒸汽发生器。
虽然给出我的发明的一个实施方案，但应当理解，本领域的技术人员仍可以很容易地对其做出包括上文所提到的一些在内的改进，因此我决定通过所附加的权利要求来保护包括本文所提到的改进以及在我的发明的准确内容范围内的所有其它改进。

Claims (8)

1.一种循环流化床蒸汽发生器，包括：
一个下部的燃烧室；
加燃料进下部的燃烧室中的多个燃料加料口；
为使燃料流态化，向下部的燃烧室中加入流态化空气的流态化空气加料口；
为了向下部的燃烧室中加入二次空气的位置邻近多个燃料加料口的多个二次空气加料口；
限制循环流化床蒸汽发生器的下部的燃烧室部分中的多个个别化的水平伸长的局部区段，各处个别化的水平伸长的局部区段的特征是多个燃料加料口之一个加料口和相应的二次空气加料口之一个加料口，
进入下部的燃烧室部分的二次空气偏置于水平和垂直两个平面上，使多个个别化的水平伸长的局部区段的各个区段中化学计算量保持在70％化学计算量至90％化学计算量的范围中。
2.根据权利要求1的循环流化床蒸汽发生器，其中多个二次空气的加料口是置于多个燃料的加料口之下。
3.根据权利要求1的循环流化床蒸汽发生器，其中多个二次空气加料口是置于多个燃料加料口之上。
4.根据权利要求1的循环流化床蒸汽发生器，其中多个二次空气加料口的一些是置于多个燃料加料口之下，而其余的多个二次空气加料口是置于多个燃料加料口之上。
5.根据权利要求4的循环流化床蒸汽发生器，其中二次空气的偏置是由档板完成的。
6.根据权利要求4的循环流化床蒸汽发生器，其中通过置于多个燃料加料口之下的多个二次空气加料口进入下部燃烧室部分的二次空气的偏置是由一种多个挡板的设备完成的，多个档板中的一个挡板置于在多个燃料加料口之下的多个二次空气加料口的各个加料口的上游。
7.根据权利要求6的循环流化床蒸汽发生器，其中通过置于多个燃料加料口之上的多个二次空气加料口进入下部燃烧室部分的二次空气的偏置是由一种多个挡板的设备完成的，多个挡板中的一个挡板是置于在多个燃料加料口之上的多个二次空气加料口的各个加料口的上游。
8.根据权利要求1的循环流化床蒸汽发生器，其中下部燃烧室部分的流态化空气加料口包含一个格栅，而流态化空气通过该格栅进入下部燃烧室。
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