CN1148527C - 一种降低燃煤锅炉氮氧化物排放的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低燃煤锅炉氮氧化物排放的方法，其主要方法步骤为：(1)分级送风；(2)燃料分级燃烧；(3)改进再燃，并喷入促进剂提高脱硝效果；在保证燃料充分燃烧同时降低氮氧化物排放，排放量减少80%以上。为实现该方法在锅炉壁面主燃烧器上方分层加装再燃燃料喷嘴、氮剂喷嘴、燃尽风喷嘴及促进剂喷口，对锅炉结构进行简单调整。本发明中的方法简便易行，其装置结构紧凑，不影响锅炉燃烧效率，易于对现有锅炉改进。
Description
技术领域
本发明公开了一种能够降低燃煤锅炉燃烧过程中所产生的氮氧化物含量的方法，属于锅炉的技术改进领域。
背景技术
氮氧化物(NOx，包括NO、NO2及N2O)是一类能造成大气环境严重污染的气体，基本上被认为是大气污染的主要来源之一。每年在世界范围因燃烧化石燃料而排放的氮氧化物在所有氮氧化物排放中占有很大比例。在氮氧化物中N2O可能会导致温室效应(气温升高)，NO及NO2被认为是导致地面臭氧、光化学烟雾和酸雨形成的重要原因。日益严格的环保法规要求研究开发先进的技术，以减少NOx等污染物的排放。目前我国能源构成的最大特点是以煤炭为主，占70％以上，这将产生大量的氮氧化物气体，因此这样的能源结构对经济高效增长及生态环境都会产生负面影响。现有的对氮氧化物所采取的控制措施是在燃煤燃烧中或在燃烧后控制其生成或将其还原。在燃煤燃烧过程中的控制一般采用的方法为过量空气燃烧，空气分级燃烧，燃料分级燃烧或烟气在循环法等等；这些方法虽然成本较低，系统运行条件要求较低，但所存在的缺点是脱硝效率偏低，不能充分达到降低氮氧化物排放的要求。而燃煤燃烧后控制氮氧化物的排放的方法是采用湿法化学吸收法或干法选择性催化还原法等等；这种控制方法虽然脱硝效率高，可使NO变为N2的转换率达到90％以上，但其缺点是成本过高，且系统的损伤条件要求严格，控制复杂，系统的可靠性较差。
发明内容
针对上述现有技术状况和存在的问题，本发明的目的是提供一种降低燃煤锅炉氮氧化物排放的方法，通过充分利用天然气这一清洁燃料的特点，在不影响燃煤锅炉原有的燃烧效率和锅炉性能的前提下，在低成本的条件下有效降低氮氧化物的排放，以达到环保排放的要求。
一种降低燃煤锅炉氮氧化物排放的方法，其步骤为：
(1)将锅炉中主燃烧器的一次送风量减少到70％-75％，并将占发热量85％-95％的主燃料煤送入一级燃烧区，在空气过量系数(α)大于1且接近于1的条件下燃烧生成氮氧化物；
(2)其余空气则通过布置在主燃烧器上方的燃尽风喷嘴喷入炉膛内，且同时将其余占发热量5％-15％的再燃燃料通过主燃烧器上部的再燃燃料喷嘴送入二级燃烧区，在空气过量系数(α)小于1的条件下形成还原性气氛，使氮氧化物还原；
(3)在再燃燃烧区和燃尽风之间喷入含氮化合物及促进剂，配合从燃尽风喷嘴喷入炉膛内的燃尽风，使未燃尽燃料完全燃烧。
在上述技术方案中再燃燃料为天然气，天然气注入时炉内的再燃燃料喷嘴处的温度在1327℃-1527℃(1600k-1800k)范围内。
在上述技术所用的促进剂为碱，其中以氢氧化钠粉末或溶液为最佳。
在上述技术方案中，在改进再燃步骤中喷入的含氮化合物主要为氨或尿素。
为保证促进剂可以均匀稳定的喷入炉膛，促进剂一般以水溶液的形成喷入炉膛内，其注入温度在727℃-1287℃(1000k-1560k)之间。
为提高氮氧化物(NOx)的还原率，再燃燃料在二次燃烧区的停留时间不小于0.3S。
为实现上述方法的装置，主要包括炉体及安装在炉体壁面的主燃烧器，主燃烧器位于炉体的一级燃烧区处，在主燃烧器的上方从下到上依次安装再燃燃料喷嘴、氮剂喷嘴、促进剂喷口及燃尽风喷嘴，再燃燃料喷嘴位于二级燃烧区处。
为保证氮氧化物的还原，上述的锅炉装置中二级燃烧区距炉顶的距离为一级燃烧区距炉顶距离的1/3-2/3。
而再燃燃料喷嘴位于二级燃烧区的正中部。
在上述锅炉装置中燃尽风喷嘴位于再燃燃料喷嘴上方的3-5m处。
在上述锅炉位置中氮剂喷嘴的位于再燃燃料喷嘴上方0.8-1.5m。
促进剂喷口位于氮剂喷嘴上方0.1-0.2m处。
本发明与现有技术比较所具有的优点是：
1、利用现有的充足天然气资源，在基本不影响锅炉原来燃烧状况的条件下，有效降低氮氧化物的排放，可以减少氮氧化物的排放量80％以上，且能将脱硝效果、控制成本及可操作性很好地结合起来。
2、易于对现有锅炉进行改造，仅需要将天然气管道引入锅炉现场，在锅炉体上做简单地安装改造即可实现环保要求，这对许多规模小容量小的小锅炉尤其适用。
3、该项技术在实施上方便易行，运行可靠，而且不需要复杂的控制机构。
本发明的一种降低燃煤锅炉氮氧化物排放的方法主要适用于旋流燃烧方式及角置式燃烧方式的燃煤锅炉，尤其适合中小型锅炉，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是应用本发明的一种降低燃煤锅炉氮氧化物排放的方法的角置燃烧方式的燃煤锅炉装置结构示意图；
图2是角置燃烧方式的锅炉炉膛燃烧状况示意图；
图3应用本发明的一种降低燃煤锅炉氮氧化物排放的方法的旋流燃烧方式的燃煤锅炉装置结构示意图。
下面根据附图结合具体实施例对本发明的一种降低燃煤锅炉氮氧化物排放的方法及其装置作进一步详细说明。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的一种角置式直流燃烧方式的燃煤锅炉装置，该装置采取用天然气再燃降低氮氧化物排放的方法，其是在现有的角置式直流燃烧方式的燃煤锅炉装置的基础上加以改进的。该锅炉主要包括主燃烧器1，再燃燃料喷嘴2，氮剂喷嘴3，燃尽风喷嘴4，促进剂喷口5及炉体8，主燃烧器1维持在原炉体8上的位置不动，即在一级燃烧区处。而在二级燃烧区正中部的炉膛四角各安装一再燃燃料喷嘴2，这四个喷嘴可以分别独立控制流量，以控制天然气再燃热量。为保证安全，在各再燃燃料喷嘴2中安装有回火安全阀。根据改造前燃煤锅炉沿炉体的温度分布，适当调整再燃燃料喷嘴2的位置，以达到天然气注入的最佳温度在1300℃-1327℃范围。而在再燃燃料喷嘴2的上方的炉膛四角对称安装四个氮剂喷嘴3，其位置距再燃燃料喷嘴2为0.8m，其具体位置可根据炉温做适当调整以保证其喷嘴位置在炉温为700℃-727℃范围内。在再燃燃料喷嘴2的上方3m处安装四个燃尽风喷嘴4，如图2所示再燃燃料喷嘴2和燃尽风喷嘴4的切圆中心线6与主燃烧器1切圆中心线7形成一定的夹角。喷嘴喷射方向沿切向圆方向，一直通向炉膛壁，所形成的切圆与主燃烧器1喷射形成的切圆旋转方向相反。在吹风过程中形成径向风来保护炉膛壁，以免被腐蚀。在氮剂喷嘴3上方的0.1m处设有促进剂喷口5，以便喷入促进剂。该促进剂选择钠促进剂。
该锅炉装置应用过程中采取如下的降低氮氧化物的方法：(1)从主燃烧器1喷入占发热量85％的主燃料煤粉，并通过主燃烧送风，送风量为70％，在空气过量系数α略大于1的条件下燃烧生成氮氧化物；(2)通过再燃燃料喷嘴2喷入占发热量15％左右的天然气，并控制其在二级燃烧区的停留时间不小于0.3S；(3)通过燃尽风喷嘴4送入其余的30％的风量，燃尽风的注入速度大于50m/s，并通过氮剂喷嘴3喷注氨水溶液；由于改善二级燃烧区的燃烧状况，使二级燃烧区部位在空气过量系数α小于1的条件下形成还原性气氛，使氮氧化物NOx的排放量降低90％，使原燃料锅炉经改造后达到环保要求。
由上述可看出，本发明的方法实际应用后，不仅可有效降低氮氧化物NOx的排放，易于操作及控制，而且易于改造现有的燃煤锅炉装置，在维持低成本的状况下，仅对现有燃煤锅炉适当改造，加装必要喷嘴、喷口、引入天然气管道即可，因此该方法及其装置具有广泛的应用推广价值。
实施例2
在实施例1所述的角置式直流燃烧方式的燃煤锅炉装置中，根据需要可对其结构参数及控制参数进行调整，在结构相同条件下，根据锅炉大小的不同，可将再燃燃料喷嘴2安装于二级燃烧区正中部，其喷入位置的温度在1400℃左右，其上部的氮剂喷嘴3的位置距再燃燃料喷嘴2为1m，其喷入位置的温度在1000℃左右。再燃燃料喷嘴2的上方4m处安装燃尽风喷嘴4。在氮剂喷嘴3上方的0.2m处设有促进剂喷口5，该促进剂选择氢氧化钠粉剂。
该锅炉装置使用过程中控制氮氧化物排放的方法与实施例1相似，即从主燃烧器1喷入占发热量90％的主燃料煤粉，同时通过主燃烧器1送风，送风量为75％，在一级燃烧区中，在空气过量系数α略大于1的条件下燃烧生成氮氧化物；通过再燃燃料喷嘴2喷入占发热量10％的天然气，并控制其在二级燃烧区的停留时间不小于0.3S；通过燃尽风喷嘴4送入其余的25％燃尽风量，风速大于50m/s，通过氮剂喷嘴3喷入尿素溶液，通过促进剂喷口5喷入促进剂氮氧化钠粉剂，使锅炉内二级燃烧区部位在空气过量系数α小于1的条件下形成还原性气氛，并通过注入天然气再燃及注入尿素溶液及氢氧化钠，有效地降低氮氧化物的成生，使氮氧化物排放量降低85％，满足环保要求。该实施例具有与实施例1相同的其它优点。
实施例3
在实施例1所述的角置式直流燃烧方式的燃煤锅炉装置中，也可根据需要对其中的参数值做另外的调整。即在结构相同的条件下，将再然燃料喷嘴2安装于二级燃烧区的正中部的膛内四角，其喷入位置的温度在1500℃-1527℃，其上部的氮剂喷嘴3的垂直位置距再燃燃料喷嘴2的距离为1.5m，氮剂喷嘴3喷入位置的温度在1200℃-1287℃。再燃燃料喷嘴2上方的5m处安装有燃尽风喷嘴4。在氮剂喷嘴3上方的0.15m处设有促进剂喷口5，该促进剂选择氮氧化物钠溶液。
本实施例的锅炉装置控制氮氧化物排放的方法与实施例1相同，仅控制参数不同，即：从主燃烧器1喷入占发热量95％的主燃料煤粉，通过主燃烧器1送入风量75％的风，在一级燃烧区燃烧生成氮氧化物，通过再燃燃料喷嘴2喷入占发热量5％的天然气，并控制其在二级燃烧区的停留时间不小于0.3S，通过燃尽风喷嘴4送入其余的25％的风量，风速大于50m/s，通过氮剂喷嘴3喷注氨水溶液，通过促进剂喷口5喷入促进剂氢氧化钠溶液。在锅炉的二级燃烧区内形成空气过量系数小于的还原性气氛，使生成的氮氧化物NOx还原，并阻止氮氧化物的形成，降低排放中的氮氧化物的含量。本实施例可降低氮氧化物排放量82％，使排放指标降低至符合环保要求的水平。本实施例同样具有与实施例1相同的其它优点。
实施例4
如图3所示的另一种采取用天然气再燃降低氮氧化物排放的旋流燃烧方式的燃煤锅炉，其实施步骤与实施例1所述的角置式直流燃烧方式的燃煤锅炉基本相同，只是再燃燃料喷嘴2、氮剂喷嘴3、促进剂喷口5和燃尽风喷嘴4均与主燃烧器1布置在炉体8的同一侧壁上，且依次布置于主燃烧器1的上方，其分层设置方式及结构参数与实施例1的相同，且各种控制参数亦与实施例1相同。该种锅炉采取与实施例1相同的方法，即分级送风，燃料分级燃烧、改进再燃及氮剂，促进剂的注入，通过协调控制各种参数，使燃烧产生的氮氧化物还原，降低氮氧化物的排放量，使其满足环保要求。该实施例中的旋流燃烧方式的燃煤锅炉同样能够达到实施例1的实施效果。
Claims (7)
1.一种降低燃煤锅炉氮氧化物排放的方法，其步骤为：
(1)将锅炉中主燃烧器的一次送风量减少到70％-75％，并将占发热量85％-95％的主燃料煤送入一级燃烧区，在空气过量系数(α)大于1且接近1的条件下燃烧生成氮氧化物；
(2)其余空气则通过布置在主燃烧器上方的燃尽风喷嘴喷入炉膛内，且同时将其余占发热量5％-15％的再燃燃料通过主燃烧器上部的再燃燃料喷嘴送入二级燃烧区，在空气过量系数(α)小于1的条件下形成还原性气氛，使氮氧化物还原；
(3)在再燃燃烧区和燃尽风之间喷入含氮化合物及促进剂，配合从燃尽风喷嘴喷入炉膛内的燃尽风，使未燃尽燃料完全燃烧。
2.按照权利要求1所述的一种降低燃煤锅炉氮氧化物排放的方法，其特征在于：所述再燃燃料为天然气，天然气注入时炉内的再燃燃料喷嘴处的温度在1327℃-1527℃(1600k-1800k)范围内。
3.按照权利要求1所述的一种降低燃煤锅炉氮氧化物排放的方法，其特征在于：所述促进剂为碱。
4.按照权利要求3所述的一种降低燃煤锅炉氮氧化物排放的方法，其特征在于：所述碱为氢氧化钠粉末或溶液。
5.按照权利要求1所述的一种降低燃煤锅炉氮氧化物排放的方法，其特征在于：在二次燃烧区喷入的含氮化合物为氨或尿素。
6.按照权利要求3所述的一种降低燃煤锅炉氮氧化物排放的方法，其特征在于：所述促进剂以水溶液的形成喷入炉膛内，其注入温度在727℃-1287℃(1000k-1560k)之间。
7.按照权利要求1所述的一种降低燃煤锅炉氮氧化物排放的方法，其特征在于：所述再燃燃料在二次燃烧区的停留时间不小于0.3S。
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