CN114459023A - 一种循环流化床锅炉超低负荷运行的炉内强制脱硝装置 - Google Patents

一种循环流化床锅炉超低负荷运行的炉内强制脱硝装置 Download PDF

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Abstract

一种循环流化床锅炉超低负荷运行的炉内强制脱硝装置,涉及循环流化床技术领域。该炉内强制脱硝装置包括炉膛和烟气再循环系统;以及密相区喷头连接管和稀相区喷头连接管;所述密相区喷头连接管为对冲射流喷头连接管,所述稀相区喷头连接管为四墙切圆射流喷头连接管和/或四角切圆射流喷头连接管;炉膛的底部与水冷风室的顶部固定连接,且炉膛的内部底端设置有布风板。与现有流化床锅炉相比,在低负荷运行时本发明可降低40~60%的NOx排放量,将NOx排放量降低至50mg/Nm3以下,能够完全符合现行的环保超低排放要求。

Description

一种循环流化床锅炉超低负荷运行的炉内强制脱硝装置
技术领域
本发明涉及循环流化床技术领域,具体为一种循环流化床锅炉超低负荷运行的炉内强制脱硝装置。
背景技术
为了达到降低化石能源消耗量的目标,我国开始大力发展清洁能源,其中燃机发电装机容量小,成本高,受燃料资源分布影响难以担当消纳风电以及太阳能的重任,水力发电虽然调节速度快,但装机容量小,建设周期长,且化学蓄能还没有到大型商业化的阶段,火电由于其装机容量大,具有快速调峰能力,是灵活性改造的首选,在这种情况下,火电需承担更多、更深度的电网调峰任务,越来越多的火电机组参与了电网调峰,真正起到电网稳定运行的“压仓石”作用,而且参与电网调峰的火电机组的容量也在加大。循环流化床锅炉作为高效环保型锅炉在电网调峰灵活性运行中的作用不可或缺,但在超低负荷运行时,锅炉内部温度降低,锅炉稀相区中的温度无法满足SNCR脱硝系统的工作条件,使得循环流化床锅炉在15~50%额定负荷范围内运行时,锅炉的NOx排放超标,无法满足国家的环保要求。
由于流化床锅炉的结构紧凑,难以加装炉外烟道脱硝装置进行脱氮,并且流化床锅炉低负荷运行时炉膛内部温度较低,特别是锅炉顶部旋风分离器入口烟道区的温度无法满足SNCR脱硝系统的工作条件,所以流化床锅炉超低负荷运行目前不能达到环保超低排放的要求。
现有的SNCR脱硝系统需要在800~1000℃条件下才能正常运行,一般情况下流化床锅炉并不采用SCR脱硝系统实现NOx减排,而是利用设置的烟气再循环系统使烟气在设备中循环流通,锅炉的内部的氧气含量低、温度高,进而降低了NOx的产生量。
在锅炉超低负荷运行时,锅炉内部温度降低,特别是锅炉顶部的分离器入口烟道内温度无法满足SNCR脱硝系统的工作条件,使得循环流化床锅炉在15~50%额定负荷范围内运行时,锅炉的NOx排放超标,无法满足国家的环保要求;且流化床锅炉的尾部结构设计紧凑,加装炉外烟道SCR系统进行脱氮困难,因此需要设计一种循环流化床锅炉超低负荷运行的炉内强制脱硝装置,使流化床锅炉在烟气再循环系统正常工作条件下,锅炉最终NOx排放浓度始终满足环保超低排放的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种循环流化床锅炉超低负荷运行的炉内强制脱硝装置,以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:一种循环流化床锅炉超低负荷运行的炉内强制脱硝装置,包括炉膛和烟气再循环系统;
该装置还包括密相区喷头连接管和稀相区喷头连接管,以及与上述喷头连接管连接的喷头;
所述密相区喷头连接管为对冲射流喷头连接管,所述稀相区喷头连接管为四墙切圆射流喷头连接管和/或四角切圆射流喷头连接管;
所述对冲射流喷头连接管的一端位于炉膛内部的密相区中;所述四墙切圆射流喷头连接管位于炉膛内部的稀相区中;所述四角切圆射流喷头连接管的一端位于炉膛内部的稀相区中;
炉膛的底部与水冷风室的顶部固定连接,且炉膛的内部底端设置有布风板。本发明所述烟气再循环系统为锅炉尾部烟气进入一次风的再循环系统。
进一步的,所述喷头为调节喷头;所述密相区喷头连接管和稀相区喷头连接管的一端均与调节组件中的调节管套接,所述调节组件由调节管、调节块、调节喷头、第一连杆、第一滑块、第一气缸、第二连杆、第二滑块和第二气缸组成,调节管的底部设置有调节块,且调节块的一侧设置有第一连杆,第一连杆上滑动连接有第一滑块,且第一滑块与第一气缸的输出端固定连接,第一气缸固定在炉膛的外侧,且炉膛与第一气缸输出端的连接处开设有通孔;
所述调节管的顶部转动连接有调节喷头,且调节喷头的顶部设置有第二连杆,第二连杆中滑动连接有第二滑块,且第二滑块与第二气缸的输出端固定连接,第二气缸固定在炉膛的外侧,炉膛与第二气缸输出端的连接处开设有通孔。
进一步的,所述对冲射流喷头连接管设置有2~4层,且每层连通2N个调节喷头;所述四角切圆射流喷头连接管设置有1~10层;所述四墙切圆射流喷头连接管设置有1~10层,且每层连通有4M个调节喷头。其中N为正自然数;M为正自然数。
进一步的,对冲射流喷头连接管所连接的喷头设置在密相区炉膛的四面墙上或两面墙上。
进一步的,对冲射流喷头连接管所连接的喷头设置在密相区炉膛的两面墙上的,所述两面墙相对设置。
进一步的,所述对冲射流喷头连接管的另一端套接在第一环型管中,且第一环型管与炉膛通过第一连接块连接,第一环型管套接第一连接管的一端,且第一连接管上设置有调节阀,第一连接管的另一端套接第一输入管的一端,且第一输入管的另一端与增压器本体配合连接,增压器本体的输出端设置有第二输入管,且第二输入管的一端与第二环型管连通,第二环型管与炉膛通过第二连接块固定连接。
进一步的,所述第二环型管的上分别套接有第二连接管和/或第三连接管,且第二连接管和第三连接管的底部均设置有调节阀,第二连接管和第三连接管分别通过第三连接块和第四连接块与炉膛固定连接,且第二连接管和第三连接管上分别套接四墙切圆射流喷头连接管和四角切圆射流喷头连接管的另一端。
进一步的,所述炉膛的一侧顶部设置有对接管,且对接管与锅炉顶部的旋风分离器连通,旋风分离器的顶部出口套接有排烟管,旋风分离器的底端与立管的顶部固定连接,且立管上设置有回料阀,立管的底部固定在连接腔的顶部,且连接腔的底部与返料器本体固定连接,连接腔与炉膛通过导管连通,且导管上设置有调节阀。
进一步的,用第一执行器替代第一气缸;用第二执行器替代第二气缸。
与现有技术相比,本发明所达到的有益效果是:利用本发明装置向流化床锅炉炉膛内部喷射尿素,在流化床锅炉炉膛内发生SNCR脱硝反应。本发明利用设置的对冲射流喷头、四墙切圆喷头和四角切圆射流喷头在炉膛的内部形成强制刚性扰动多维度混合,使运行过程中产生的烟气与尿素充分反应,提高了低负荷状态下循环流化床锅炉的炉内烟气与还原剂的反应效率,强制降低炉膛内部原始NOx的产生,降低了NOx的排放量,满足了环保要求。利用第一气缸或执行器带动第一滑块移动,通过第一滑块与第一连杆的相互配合,带动第一连杆转动进而带动调节块、调节管和调节喷头转动,同时利用第二气缸或执行器带动第二滑块移动,进而通过第二滑块与第二连杆的相互配合,带动调节喷头改变喷射角度,通过调节喷头角度的转换在炉膛内部的稀相区形成上行的气体涡旋,同时在炉膛内部的密相区形成上行的气体涡旋,使得尿素与烟气在密相区域中充分混合,加速燃烧,从而提高了脱氮的效率。
对现有流化床锅炉进行简单的改造之后便可以实现本发明。与现有流化床锅炉相比,在低负荷运行时本发明可降低40~60%的NOx排放量,将NOx排放量降低至50mg/Nm3以下,能够完全符合现行的环保超低排放要求。本发明在不借助任何其它手段,实现循环流化床锅炉15-50%额定负荷范围运行NOx排放浓度仍需满足国家环保要求;在不借助其它任何辅助助燃手段,能实现循环流化床锅炉15-50%额定负荷范围内安全、稳定运行;流化床锅炉超低负荷运行各项运行指标不低于改造前运行水平;流化床锅炉保证能够长期高效、安全、稳定、环保运行。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1是本发明的整体结构主视图;
图2是图1中A区域的局部放大图;
图3是图1中B区域的局部放大图;
图4是本发明的部分结构俯视剖视图;
图5是图4中C区域的局部放大图;
图6是图4中D区域的局部放大图;
图7是本发明中调节组件的结构示意图;
图8是本发明中调节喷头的俯视剖视图;
图9是本发明的部分结构主视剖视图;
图10是本发明的局部结构主视剖视图;
图11是本发明运行时在炉膛稀相区四角切圆射流喷头形成的切圆回流示意图;
图12是本发明运行时在炉膛稀相区四墙切圆射流喷头形成的切圆回流示意图;
图13是本发明运行时在炉膛稀相区形成的上行气体涡旋示意图;
图中:1、炉膛;2、水冷风室;3、对冲射流喷头连接管;4、第一环型管;5、第一连接块;6、第一连接管;7、第一输入管;8、增压器本体;9、第二环型管;10、第二输入管;11、第二连接块;12、第二连接管;13、第三连接管;14、第三连接块;15、四墙切圆射流喷头连接管;16、第四连接块;17、四角切圆射流喷头连接管;18、旋风分离器;19、对接管;20、排烟管;21、立管;22、连接腔;23、返料器本体;24、导管;25、布风板;26、调节组件;261、调节管;262、调节块;263、调节喷头;264、第一连杆;265、第一滑块;266、第一气缸;267、第二连杆;268、第二滑块;269、第二气缸。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明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一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做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。
请参阅图1-13,本发明提供一种技术方案:一种循环流化床锅炉超低负荷运行的炉内强制脱硝装置,包括炉膛1和烟气再循环系统;该装置还包括密相区喷头连接管和稀相区喷头连接管,以及与喷头连接管连接的喷头;所述密相区喷头连接管为对冲射流喷头连接管3,所述稀相区喷头连接管为四墙切圆射流喷头连接管15和/或四角切圆射流喷头连接管17;所述对冲射流喷头连接管3的一端位于炉膛1内部的密相区中;所述四墙切圆射流喷头连接管15位于炉膛1内部的稀相区中;所述四角切圆射流喷头连接管17的一端位于炉膛1内部的稀相区中;炉膛1的底部与水冷风室2的顶部固定连接,且炉膛1的内部底端设置有布风板25。所述喷头为调节喷头263;所述密相区喷头连接管和稀相区喷头连接管的一端均与调节组件26中的调节管261套接,所述调节组件26由调节管261、调节块262、调节喷头263、第一连杆264、第一滑块265、第一气缸266、第二连杆267、第二滑块268和第二气缸269组成,调节管261的底部设置有调节块262,且调节块262的一侧设置有第一连杆264,第一连杆264上滑动连接有第一滑块265,且第一滑块265与第一气缸266的输出端固定连接,第一气缸266固定在炉膛1的外侧,且炉膛1与第一气缸266输出端的连接处开设有通孔;所述调节管261的顶部转动连接有调节喷头263,且调节喷头263的顶部设置有第二连杆267,第二连杆267中滑动连接有第二滑块268,且第二滑块268与第二气缸269的输出端固定连接,第二气缸269固定在炉膛1的外侧,炉膛1与第二气缸269输出端的连接处开设有通孔。
本发明利用设置的调节组件26,有利于带动调节喷头263改变喷射的角度,调节管261的顶部转动连接有调节喷头263,且调节喷头263的顶部设置有第二连杆267,第二连杆267中滑动连接有第二滑块268,且第二滑块268与第二气缸或执行器269的输出端固定连接,第二气缸或执行器269固定在炉膛1的外侧,炉膛1与第二气缸或执行器269输出端的连接处开设有通孔,通过将第二气缸或执行器269固定在炉膛1的外侧,避免了第二气缸或执行器269在炉内的高温环境下运行,从而延长了第二气缸或执行器269的使用寿命。
所述对冲射流喷头连接管3设置有2~4层,且每层连通2~20个调节喷头263;所述四角切圆射流喷头连接管17设置有1~10层;所述四墙切圆射流喷头连接管15设置有1~10层,且每层连通有4~40个调节喷头263。所述对冲射流喷头连接管3的另一端套接在第一环型管4中,且第一环型管4与炉膛1通过第一连接块5连接,第一环型管4套接第一连接管6的一端,且第一连接管6上设置有调节阀,第一连接管6的另一端套接第一输入管7的一端,且第一输入管7的另一端与增压器本体8配合连接,增压器本体8的输出端设置有第二输入管10,且第二输入管10的一端与第二环型管9连通,第二环型管9与炉膛1通过第二连接块11固定连接。
所述第二环型管9的上分别套接有第二连接管12和/或第三连接管13,且第二连接管12和第三连接管13的底部均设置有调节阀,第二连接管12和第三连接管13分别通过第三连接块14和第四连接块16与炉膛1固定连接,且第二连接管12和第三连接管13上分别套接四墙切圆射流喷头连接管15和四角切圆射流喷头连接管17的另一端。所述炉膛1的一侧顶部设置有对接管19,且对接管19与锅炉顶部的旋风分离器18连通,有利于通过烟气再循环系统完成烟气的循环流通,旋风分离器18的顶部出口套接有排烟管20,旋风分离器18的底端与立管21的顶部固定连接,且立管21上设置有回料阀,立管21的底部固定在连接腔22的顶部,且连接腔22的底部与返料器本体23固定连接,连接腔22与炉膛1通过导管24连通,且导管24上设置有调节阀。
本发明利用设置的第二连接块11将第二环型管9固定在炉膛1上,有利于提高结构的稳定性,通过第三连接块14和第四连接块16分别将第二连接管12和第三连接管13固定在炉膛1,有利于提高设备的结构稳定性。
烟气再循环系统是指锅炉尾部烟气进入一次风的再循环系统。
工作原理:本发明在使用时,首先利用对接管19将炉膛1与旋风分离器连通,在锅炉运行过程中,通过烟气再循环系统使烟气在炉内循环,降低了氧气含量,减少了NOx的产生量。在超低负荷下运行时,通过调节第一连接管6上的调节阀,再利用与对冲射流喷头连接管3连通的调节喷头263,在炉膛1内部的密相区域内产生强制对流,同时根据炉膛1内负荷及温度场等运行情况来调节第二连接管12和第三连接管13底部均设置的调节阀,再通过分别与四墙切圆射流喷头连接管15和四角切圆射流喷头连接管17连通的调节喷头263,在炉膛1内部的稀相区域中产生回流,调节喷头263运行时,利用第一气缸或执行器266带动第一滑块265移动,通过第一滑块265与第一连杆264的相互配合,带动第一连杆264转动进而带动调节块262、调节管261和调节喷头263转动,同时利用第二气缸或执行器269带动第二滑块268移动,进而通过第二滑块268与第二连杆267的相互配合,带动调节喷头263改变喷射角度,通过调节喷头263角度的转换在炉膛1内部的稀相区形成上行的气体涡旋,同时在炉膛1内部的密相区形成上行的气体涡旋,使得尿素与烟气在密相区域中充分混合,加强还原反应,提高了脱氮效果,强制降低炉膛1内部原始NOx的产生,降低了NOx的排放量,使流化床锅炉在烟气再循环系统正常工作条件下,锅炉最终NOx排放浓度始终满足环保超低排放的要求。从锅炉尾部引风机出口抽取烟气送入一次风系统,即本发明所述的烟气再循环系统。由于流化床锅炉在超低负荷运行锅炉正常运行的最低临界流化风量必须保证,因此降低锅炉二次风量,主要依靠烟气再循环提供的风作为最低临界流化风来保证锅炉床层燃烧运行。一次风(烟气)有利于床层流化燃烧,保证燃烧稳定;而且一次风中氧量极低,有利于减少燃烧初期NOx的生成;更为关键的在于炉内进风主要为有一定温度的烟气,从而满足了在低负荷运行时锅炉内(包括稀相区)的温度升高至800℃以上,进而实现炉内SNCR脱硝。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (7)

1.一种循环流化床锅炉超低负荷运行的炉内强制脱硝装置,包括炉膛(1)和烟气再循环系统;
其特征在于:该装置还包括密相区喷头连接管和稀相区喷头连接管,以及与喷头连接管连接的喷头;
所述密相区喷头连接管为对冲射流喷头连接管(3),所述稀相区喷头连接管为四墙切圆射流喷头连接管(15)和/或四角切圆射流喷头连接管(17);
所述对冲射流喷头连接管(3)的一端位于炉膛(1)内部的密相区中;所述四墙切圆射流喷头连接管(15)位于炉膛(1)内部的稀相区中;所述四角切圆射流喷头连接管(17)的一端位于炉膛(1)内部的稀相区中;
炉膛(1)的底部与水冷风室(2)的顶部固定连接,且炉膛(1)的内部底端设置有布风板(25)。
2.根据权利要求1所述的一种循环流化床锅炉超低负荷运行的炉内强制脱硝装置,其特征在于:所述喷头为调节喷头(263);所述密相区喷头连接管和稀相区喷头连接管的一端均与调节组件(26)中的调节管(261)套接,所述调节组件(26)由调节管(261)、调节块(262)、调节喷头(263)、第一连杆(264)、第一滑块(265)、第一气缸(266)、第二连杆(267)、第二滑块(268)和第二气缸(269)组成,调节管(261)的底部设置有调节块(262),且调节块(262)的一侧设置有第一连杆(264),第一连杆(264)上滑动连接有第一滑块(265),且第一滑块(265)与第一气缸(266)的输出端固定连接,第一气缸(266)固定在炉膛(1)的外侧,且炉膛(1)与第一气缸(266)输出端的连接处开设有通孔;
所述调节管(261)的顶部转动连接有调节喷头(263),且调节喷头(263)的顶部设置有第二连杆(267),第二连杆(267)中滑动连接有第二滑块(268),且第二滑块(268)与第二气缸(269)的输出端固定连接,第二气缸(269)固定在炉膛(1)的外侧,炉膛(1)与第二气缸(269)输出端的连接处开设有通孔。
3.根据权利要求2所述的一种循环流化床锅炉超低负荷运行的炉内强制脱硝装置,其特征在于:所述对冲射流喷头连接管(3)设置有2~4层,且每层连通2N个调节喷头(263);所述四角切圆射流喷头连接管(17)设置有1~10层;所述四墙切圆射流喷头连接管(15)设置有1~10层,且每层连通有4M个调节喷头(263)。
4.根据权利要求2所述的一种循环流化床锅炉超低负荷运行的炉内强制脱硝装置,其特征在于:所述对冲射流喷头连接管(3)的另一端套接在第一环型管(4)中,且第一环型管(4)与炉膛(1)通过第一连接块(5)连接,第一环型管(4)套接第一连接管(6)的一端,且第一连接管(6)上设置有调节阀,第一连接管(6)的另一端套接第一输入管(7)的一端,且第一输入管(7)的另一端与增压器本体(8)配合连接,增压器本体(8)的输出端设置有第二输入管(10),且第二输入管(10)的一端与第二环型管(9)连通,第二环型管(9)与炉膛(1)通过第二连接块(11)固定连接。
5.根据权利要求4所述的一种循环流化床锅炉超低负荷运行的炉内强制脱硝装置,其特征在于:所述第二环型管(9)的上分别套接有第二连接管(12)和/或第三连接管(13),且第二连接管(12)和第三连接管(13)的底部均设置有调节阀,第二连接管(12)和第三连接管(13)分别通过第三连接块(14)和第四连接块(16)与炉膛(1)固定连接,且第二连接管(12)和第三连接管(13)上分别套接四墙切圆射流喷头连接管(15)和四角切圆射流喷头连接管(17)的另一端。
6.根据权利要求5所述的一种循环流化床锅炉超低负荷运行的炉内强制脱硝装置,其特征在于:所述炉膛(1)的一侧顶部设置有对接管(19),且对接管(19)与锅炉顶部的旋风分离器(18)连通,旋风分离器(18)的顶部出口套接有排烟管(20),旋风分离器(18)的底端与立管(21)的顶部固定连接,且立管(21)上设置有回料阀,立管(21)的底部固定在连接腔(22)的顶部,且连接腔(22)的底部与返料器本体(23)固定连接,连接腔(22)与炉膛(1)通过导管(24)连通,且导管(24)上设置有调节阀。
7.根据权利要求2所述的一种循环流化床锅炉超低负荷运行的炉内强制脱硝装置,其特征在于:用第一执行器替代第一气缸(266);用第二执行器替代第二气缸(269)。
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