CN1240965C - 细煤粉再燃脱硝方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用细煤粉作为再燃燃料降低NOx的方法及其实现装置，属于煤粉清洁燃烧领域，其方法是：采用粗粉、细粉分离器将煤粉炉燃用的全部煤粉细度降低并改善其均匀性后，利用部分细煤粉作为再燃燃料，从煤粉炉尾部烟道中抽取部分烟气将再燃细煤粉送入煤粉炉的还原区，将主燃烧区生成的NOx还原成N₂；从还原区上部送入部分燃烧空气，保证煤粉燃烧完全。本发明能在保证锅炉效率的基础上减少氮氧化物排放60%以上。为实现该技术在煤粉炉壁面上主燃烧器上方开设再燃燃料喷嘴、燃尽风喷嘴，安装先进的粗粉分离器、炉烟抽取输送系统等。本发明中的方法脱硝效率高，不影响锅炉燃烧效率，其装置结构合理，投资少，运行费用低，适合我国国情。

Description

细煤粉再燃脱硝方法

技术领域

本发明属于锅炉燃烧技术，涉及一种煤的清洁燃烧和降低燃煤锅炉的NOx排放方法，特别涉及一种细煤粉再燃脱硝方法。

背景技术

我国的煤炭资源丰富，长期以来，煤炭在我国能源生产和消费中一直占有主导地位。据统计，煤炭占全国一次能源总产量的76％，一次能源总消费量的75％。随着我国经济的快速增长，煤炭的消耗量将越来越大。煤炭的大量消耗，在提供了充足能源的同时，也带来了许多环境问题，其中氮氧化物(简称NOx)就是其中一个重要的大气污染物。煤粉燃烧是形成氮氧化物的重要来源，大量燃煤锅炉排放出的NOx对环境造成了严重污染，我国关于NOx排放的标准也日趋严格。燃煤锅炉氮氧化物控制技术总体上可分为两大类，即燃烧中和燃烧后控制技术。燃烧中脱氮技术，其控制NOx排放的过程主要是在炉膛内进行的，目前在国内使用的这一类技术主要有烟气再循环法、低过量空气燃烧法、空气分级燃烧法、低NOx燃烧器技术等；燃烧后脱氮技术可分为干法(选择性催化还原法等)、湿法(化学吸收法)和干-湿结合法三大类。燃烧中脱氮技术具有系统简单，改造和运行成本相对较低等特点，但不足之处是脱氮效率较低，不能达到深度降低NOx排放的要求。燃烧后脱氮技术的脱氮效率比较高(可以超过90％)，但其系统复杂，建设和运行成本很高，在我国大面积推广存在很大难度。

经发明人所作的资料检索，与本课题相关的技术文献如下：

【1】、锅炉低NOx排放煤粉分级燃烧的优化，清华大学：钟北京，傅维标，《燃烧科学与技术》1997，3(2)169～174；

【2】、燃煤电站锅炉NOx排放的控制措施，上海交通大学：王恩禄、彭玲、罗永浩、章明川，《锅炉技术》2003，34(5)48～52；

【3】、燃料分级燃烧技术的研究现况和应用前景，中电国华北京热电分公司：凌荣华、文军、齐春松，《热力发电》2003，32(8)6～8；

【4】、采用超细煤粉再燃技术降低氮氧化物排放，哈尔滨工业大学：吴少华、刘辉、姜秀民、邱朋华、秦裕琨，《中国电力》2003，36(2)1～4；

【5】、利用三次风再燃降低NOx排放研究，浙江大学：欧大武、方磊等，《电站系统工程》2003，19(1)24～26；

【6】、低挥发分烟煤再燃还原NO的实验研究，华北电力大学动力工程系：高正阳、刘忠等，《华北电力大学学报》2003，30(1)41～44；

【7】、电厂锅炉低NOx燃烧技术的探讨，浙江省电力公司：周炜、李戈，《浙江电力》2002，21(3)44～46；

【8】、煤粉再燃过程中NO异相还原机理的重要性，清华大学工程力学系：钟北京、施卫伟等，《燃烧科学与技术》2002，8(1)6～8。

发明内容

针对目前的技术现状和存在的问题，本发明的目的在于，提供一种细煤粉再燃脱硝方法。

为了实现述说目的，本发明采取的技术方案是，一种适用于燃煤锅炉的细煤粉再燃脱硝方法，燃煤锅炉的燃烧器包括主燃烧器，再燃燃料燃烧器和燃尽风喷嘴，其中主燃烧器位于燃煤锅炉炉体内的主燃烧区，再燃燃料燃烧器位于再燃区，燃尽风喷嘴位于燃尽区；其特征在于，所包括的步骤为：

1)将煤粉细度降到R₉₀＜10％，作为主燃料和再燃燃料；

2)将占发热量80～85％的主燃料送入主燃烧区，在过量空气系数(α)大于1且接近1的条件下燃烧生成氮氧化物；

3)将占发热量15～20％的再燃燃料通过主燃烧器上部的再燃燃料喷嘴送入再燃燃烧区，在过量空气系数(α)小于1的条件下形成还原性气氛，使氮氧化物还原；

4)将占入炉总风量15～40％的燃烧空气从二次风中作为燃尽风引出，通过布置在再燃喷嘴上方的燃尽风喷嘴喷入炉膛内，使未燃尽燃料完全燃烧；

5)再燃燃料的输送介质取自从锅炉尾部烟道中的炉烟；

6)将主燃烧器喷口和再燃燃料喷口以及燃烬风喷口下倾一定的角度。

本发明的其它一些特点是，在上述技术方案中再燃燃料直接取自主燃料中，与主燃料相同，均为细煤粉。再燃细煤粉以炉烟输送入再燃区，喷嘴处的温度为1200～1500℃，过量空气系数小于1。再燃燃料在再燃区的停留时间为0.4～1.5s。

锅炉燃用的全部煤粉均通过粗粉分离器进行分离，使煤粉的均匀性也有较大的提高。

采用再循环炉烟风机，从锅炉尾部烟道引温度为120～500℃的烟气作为细煤粉的输送介质，再循环烟气量为锅炉排烟量的5～15％，其携带再燃煤粉后的过量空气系数为0.3～0.6。

为了取得理想的降低NOx的效果，并且保证锅炉的燃烧效率，各级燃烧区有一个最佳过量空气系数α。一般主燃烧区过剩空气系数取为1.05～1.1；还原区过剩空气系数取为0.7～1.0；上部燃尽区过剩空气系数为1.15～1.2。具体的数值由锅炉的型式、结构和燃用的煤种等决定。

为了取得理想的降低NOx的效果，并且保证锅炉的燃烧效率，各级燃烧区有一个最佳的停留时间。一般主燃烧区的停留时间为0.5s～1s；再燃区的停留时间为0.4s～1.5s；燃尽区的停留时间为0.4s～1s。具体的数值由锅炉的型式、结构和燃用的煤种等决定。

为了保证再燃燃料在还原区内的停留时间，最大程度地降低NOx排放量，必须使再燃燃料能快速、充分地与从主燃烧区上来的主烟气混合。为此再燃燃料应保持一定的喷入速度，可取40～60m/s。

为了保证再燃燃料在还原区内的停留时间，同时保证燃料的燃尽，燃尽风与主烟气的混合也必须快速、充分，为此燃尽风也应保持一定的喷入速度，可取40～80m/s。

为了降低主燃烧区生成的NOx量，主燃烧器可以采用一些特殊型式，如采用水平浓淡燃烧器，或一、二次风偏置燃烧方式。

主燃烧器喷嘴、再燃燃料喷嘴以及燃尽风喷嘴的下倾角度可以是0°～35°，彼此之间的角度可以各不相同。

实现上述方法的装置，包括燃煤锅炉的炉体及连接各设备之间的管道、风门、分配器、可调缩孔、联箱等构成，粗粉分离器用来提高整体煤粉细度和均匀性；安装在炉体壁面上的燃烧器包括主燃烧器，再燃燃料燃烧器和燃尽风喷嘴，其中主燃烧器位于炉体内的主燃烧区处，再燃燃料燃烧器位于再燃区，燃尽风喷嘴位于燃尽区；炉烟风机用来从尾部烟道中抽取烟气以输送再燃煤粉。

采用细煤粉再燃方法的装置在应用时，部分烟气自锅炉尾部烟道通过炉烟风机引出，经管道进入炉烟风箱；炉烟风箱将烟气分配后，与从给粉机来的细粉混合，经送粉管道、再燃燃烧器送入炉膛再燃区；主燃烧区采用浓淡燃烧或一、二次风偏置燃烧方式，初步减少了氮氧化物生成，随后烟气进入再燃区，在还原性气氛中与细煤粉发生还原反应将主燃烧区生成的氮氧化物还原成N₂；烟气进入燃尽区后，由于有部分燃烧空气通过燃尽风喷口进入该区，未燃尽的碳在燃尽区得以充分燃烧。从而在不影响锅炉效率的前提下，实现了锅炉的低NOx燃烧。本发明利用与主燃料相同的细煤粉作为再燃燃料，进行再燃脱硝，通过简单的装置，实现较高的脱硝效率。与现有的上述NOx减排方法相比较，细煤粉再燃技术既具有系统简单，安装改造工作量小，运行成本低等优点，而且其脱氮效率高，可以达到60％以上；与天然气再燃技术(采用天然气作为再燃燃料)相比，由于细煤粉再燃方法采用与主燃料相同的燃料作为再燃燃料，因此细煤粉再燃方法又大大降低了锅炉的运行费用，可以在低成本下实现较高的脱氮效率，是一种适合我国国情的先进的脱氮技术。

与现有技术相比，本发明所产生的技术效果是：

1.脱硝效率在60％以上，高于常规的低NOx技术，接近尾部脱硝技术。

2.利用与主燃料相同的细煤粉作为再燃燃料，不需要其他燃料和促进剂。这样设备的初投资和运行成本得到大大降低。

3.由于煤粉的整体细度和均匀性得到改善，燃烧锅炉总燃煤量80％～85％的主燃烧区的燃烧强度增加，从而抵消了15％～20％的再燃煤粉在还原性气氛下燃烧对燃烧效率的不利影响，使锅炉的整体燃烧效率不会降低。

4.细煤粉再燃系统运行方式灵活，既可以随主燃烧器一起投运，增加机组带负荷能力，降低NOx排放量；也可作为一个单独的系统被隔离掉，在不需要它的时候，锅炉可以恢复到传统运行方式。

5.该技术在实施上方便易行，易于对现有锅炉进行改造，不受地区限制。

本发明主要适用于煤粉锅炉，且不受炉型、容量、煤种的限制，尤其适用于烧较高挥发分煤的锅炉，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是应用本发明的细煤粉再燃脱硝方法的燃煤装置结构和系统示意图。

以下结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细说明

具体实施方式

实施例：

如图1所示的是实现本发明的燃煤装置结构和系统示意图。该装置采用细煤粉再燃脱硝方法。该装置主要包括给煤机1、磨煤机2、粗粉分离器3、细粉分离器4、煤粉仓5、排粉风机6、炉烟风机10、省煤器11和13、空气预热器12和14、除尘器15、引风机16及各设备之间的连接管道。煤粉炉的炉膛内主燃烧区A安装有水平浓淡燃烧器9，在还原区B安装有再燃燃料喷口8，在燃尽区C装有燃尽风喷口7。原煤经给煤机1进入磨煤机2，经过磨制后，进入粗粉分离器3中进行粗细分离，合格的细煤粉被细粉分离器4捕集，落入煤粉仓5中储存起来。从细粉分离器4中分离出来的细煤粉由排粉风机6通过主燃烧器9送入炉膛。炉膛内煤粉燃烧产生的烟气经过主燃烧区A、还原区B和燃尽区C和水平烟道后进入尾部竖直烟道，与省煤器11、13，空气预热器12、14发生热交换，然后通过除尘器15除尘。除尘后的大部分烟气经引风机16通往烟囱17排入大气，炉烟风机10将小部分烟气从除尘器15后面引出，与煤粉仓5来的煤粉混合后通过再燃燃料喷口8送入炉膛。

该装置所采用的燃烧方法是：(1)将占发热量80～85％的主燃料煤送入主燃烧区，在过量空气系数(α)大于1且接近1的条件下燃烧生成氮氧化物；(2)将发热量15～20％的再燃燃料通过主燃烧器9上部的再燃燃料燃烧器8送入再燃燃烧区，在过量空气系数(α)小于1的条件下形成还原性气氛，使氮氧化物还原；(3)将占入炉总风量15～40％的风从二次风中作为燃尽风引出，通过布置在再燃燃烧器8上方的燃尽风喷嘴7喷入炉膛内，使未燃尽燃料完全燃烧。

在实施过程中，原煤经过钢球磨煤机1研磨，粗粉分离器3、细粉分离器4分离后，合格细煤粉储存到煤粉仓5中，其中80％-85％的细煤粉作为主燃料通过主燃烧器9进入主燃烧区A，其余部分作为再燃燃料。部分烟气烟气自除尘器15后引出，经过炉烟风机10通过炉烟管道与煤粉仓5来的部分细煤粉混合，从再燃燃料喷口8进入炉膛还原区B。NOx在主燃烧区A大量生成，在还原区B发生还原反应，大部分被还原成N₂，未完全燃烧的碳在燃尽区C燃尽，它是通过与从燃尽风喷口进入的燃尽风反应实现的。煤粉经充分反应后，烟气通过水平烟道和竖直烟道换热，除尘器15除尘，大部分烟气经引风机16通往烟囱17排出。

为了保证改造后的主汽温度不超温，主燃烧器喷嘴9、再燃燃料喷嘴8以及燃尽风喷嘴7都有一定的下倾角度。

采用上述方法及其装置可同时实现细煤粉再燃脱硝、空气分级脱硝和烟气再循环脱硝，在基本不影响锅炉效率的前提下，有效降低了NOx排放，使脱硝效率达60％以上。利用该技术对锅炉实施的改造，不受地区、锅炉炉型的限制，初期投资成本和运行费用低而效率高，适合我国的环境排放标准和国情。因此，该项技术具有广泛的推广和实用价值。

Claims (8)

1.一种细煤粉再燃脱硝方法，该方法适用于燃煤锅炉，燃煤锅炉的燃烧器包括主燃烧器，再燃燃料燃烧器和燃尽风喷嘴，其中主燃烧器位于燃煤锅炉炉体内的主燃烧区，再燃燃料燃烧器位于再燃区，燃尽风喷嘴位于燃尽区；其特征在于，所包括的步骤为：

1)将煤粉细度降到R₉₀＜10％，作为主燃料和再燃燃料；

2)将占发热量80～85％的主燃料送入主燃烧区，在过量空气系数α大于1且接近1的条件下燃烧生成氮氧化物；

3)将占发热量15～20％的再燃燃料通过主燃烧器上部的再燃燃料喷嘴送入再燃燃烧区，在过量空气系数α小于1的条件下形成还原性气氛，使氮氧化物还原；

4)将占入炉总风量15％～40％的燃烧空气从二次风中作为燃尽风引出，通过布置在再燃喷嘴上方的燃尽风喷嘴喷入炉膛内，使未燃尽燃料完全燃烧；

5)再燃燃料的输送介质取自从锅炉尾部烟道中的炉烟；

6)将主燃烧器喷口和再燃燃料喷口以及燃烬风喷口下倾一定的角度。

2.按照权利要求1所述的细煤粉再燃脱硝方法，其特征在于，再燃燃料的输送介质采用再循环炉烟风机从锅炉尾部烟道中抽取，烟气温度为120℃～500℃，再循环烟气量为锅炉排烟量的5％～15％，其携带再燃煤粉后的过量空气系数为0.3～0.6，再燃区温度为1200℃～1500℃。

3.按照权利要求1所述的细煤粉再燃脱硝方法，其特征在于，所述的主燃烧器采用水平浓淡燃烧器，或一、二次风偏置燃烧方式，以降低主燃烧区生成的NOx量。

4.按照权利要求1所述的细煤粉再燃脱硝方法，其特征在于，所述主燃烧器喷嘴、再燃燃料喷嘴以及燃尽风喷嘴向下倾斜的角度在0°～35°范围内，彼此之间的角度各不相同。

5.按照权利要求1所述的细煤粉再燃脱硝方法，其特征在于，主燃烧区过剩空气系数为1.05～1.1；还原区过剩空气系数为0.7～1.0；燃尽区过剩空气系数为1.15～1.2。

6.按照权利要求1所述的细煤粉再燃脱硝方法，其特征在于，所述再燃燃料喷入炉膛的速度为40m/s～60m/s，燃尽风喷入炉膛的速度为40m/s～80m/s。

7.按照权利要求1所述的细煤粉再燃脱硝方法，其特征在于：燃料煤在主燃烧区的停留时间为0.5s～1s；在再燃区的停留时间为0.4s～1.5s；在燃尽区的停留时间为0.4s～1s。

8.按照权利要求1所述的细煤粉再燃脱硝方法，其特征在于，再燃燃料直接取自煤粉粉仓，用给粉机调节再燃煤粉的量。