CN1804459A - 水煤浆再燃脱硝方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃烧方法及其装置，旨在提供一种一种水煤浆再燃脱硝方法及其装置。本发明提供的方法包括将占总发热量75％～85％的一次燃料送入锅炉的一次燃烧区燃烧；将再燃用水煤浆，以水蒸气或高压空气为雾化介质，通过再燃水煤浆燃烧器送入锅炉再燃区还原来自一次燃烧区的氮氧化物；将空气从二次风中引出，通过燃尽风喷口送入炉膛燃尽区，以满足锅炉的燃烧完全。本发明的优点为：脱硝效率可达50％以上，高于常规的低NOx技术；由于水煤浆燃烧的温度较低，抵消了利用煤粉再燃时带来的再燃区热负荷增加，保证了锅炉运行的安全，系统运行方式灵活。

Description

水煤浆再燃脱硝方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种燃烧方法及其装置，具体涉及到一种水煤浆再燃脱硝方法及其装置。

背景技术

氮氧化物主要是指NOx(NO和NO₂)、N₂O等，均为有害气体，主要来源于化石燃料的燃烧。我国的能源工业以煤为主要支柱。全国氮氧化物排放的67％来自燃煤，由此而带来的氮氧化物污染状况不容乐观。燃煤电厂是煤炭的主要用户，电力耗煤占煤炭总产量的60％，每生产1×10³KW·h的电力，大约将生成2.18kg氮氧化物，因而燃煤电站的发展将关系到污染的严重程度。发电厂每年排出的氮氧化物占全国排放总量的比例高于30％，形成了严峻的环保局面。为适应这样的局面，2005年1月1日，新的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2003)正式生效，对我国的火电站的氮氧化物排放有了更加严格的规定。从而，寻找好的燃煤锅炉氮氧化物排放控制手段迫在眉睫。现行的燃煤锅炉氮氧化物控制技术大体上分为两类，其一，改进燃烧技术以减少或抑制燃烧中的氮氧化物生成，该技术手段主要包括：1)低过量空气系数2)空气分级燃烧3)燃料分级燃烧(再燃脱硝技术)4)浓淡偏差燃烧5)低NOx燃烧器；其二，烟气还原和脱除NOx技术，该技术手段主要包括：1)还原法2)氧化法。上述技术中，烟气还原脱除NOx虽然效果明显，但是技术投资和运行费用大，目前还不能广泛推广和使用。低NOx燃烧器虽然可以使NOx排放量降低20～50％，但同时可能引起燃烧效率下降、炉膛结渣和高温腐蚀等问题。现阶段，可实现较高脱硝效率且被广泛应用和研究的是再燃技术。再燃的进一步开发和改进将集中于两点，其一为再燃燃料的选择，其二为辅助物料的添加，亦即所谓的高级再燃。再燃燃料的开发最初集中于天然气。但是在我国，缺乏稳定天然气源和天然气价格高，造成了该再燃燃料的应用范围局限。

本发明提出了水煤浆再燃脱硝的技术方法。水煤浆是20世纪70年代发展的一种代油燃料，具有煤炭的物理特性和石油的流动性、稳定性。水煤浆再燃的首要优势在于其廉价性。在制备上，再燃用水煤浆可以不需要添加剂，对表观粘度和稳定性要求不高，甚至对于煤中挥发分的含量也没有严格要求。水煤浆本身是一种低污染燃料，可减少燃尽区污染物的再次生成。水份是提高水煤浆中煤粉颗粒活性的活化剂，水分蒸发后的煤浆团呈内部中空的多孔结构，其在高温下爆裂，使颗粒表面形成大空穴或破碎成小块，增大了反应比表面积，促进反应进行程度。煤浆再燃成本低，制备方便，效率高，可以抑止其他污染物的生成，开发其再燃作用，研究适合锅炉情况的煤浆再燃技术有现实意义。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种水煤浆再燃脱硝方法，采用的技术方案为和步骤：

(1)将占总发热量75％～85％的一次燃料送入锅炉的一次燃烧区，在过量空气系数α大于1或等于1的条件下燃烧；

(2)将占总发热量15％～25％再燃用水煤浆，以水蒸气或高压空气为雾化介质，通过再燃水煤浆燃烧器送入锅炉再燃区，在过量空气系数α≤1的条件下，还原来自一次燃烧区的氮氧化物；

(3)将占入炉总风量15％～40％的空气从二次风中引出，通过燃尽风喷口送入炉膛燃尽区，以满足锅炉的燃烧完全。

作为本发明的一种改进，所述再燃区的燃烧温度为1200℃～1500℃。

作为本发明的一种改进，所述一次燃烧区过量空气系数α为1.0～1.2，再燃区过量空气系数α为0.7～1.0，燃尽区过量空气系数α为1.1～1.2。

作为本发明的一种改进，燃料在一次燃烧区的停留时间0.5～1秒；在再燃区的停留时间为0.4～1.5秒；在燃尽区的停留时间为0.4～2.0秒。

本发明另一目的在于提供一种实现所述水煤浆再燃脱硝方法的装置，该装置包括燃煤锅炉，所述燃煤锅炉由下至上设置一次燃烧区、再燃区和燃尽区；一次燃烧区处安装有一次燃烧器，再燃区安装有再燃水煤浆燃烧器和再燃风喷嘴，燃尽区安装有燃尽风喷嘴。

作为本发明的一种改进，一次燃烧器、再燃风喷嘴和燃尽风喷嘴均设置为具有一定的摆动角度。

作为本发明的一种改进，在再燃水煤浆燃烧器内设有再燃风喷嘴。

本发明的优点为：

1、脱硝效率可达50％以上，高于常规的低NOx技术。

2、在再燃燃料水煤浆选择上，既可以利用水煤浆成品，也可选择现场制备水煤浆现制现用，不需要添加稳定剂和分散剂，降低成本。

3、由于水煤浆燃烧的温度较低，抵消了利用煤粉再燃时带来的再燃区热负荷增加，保证了锅炉运行的安全。

4、由于水煤浆燃料自身的燃烧清洁性，水煤浆再燃在减少锅炉NOx排放的同时，也可抑制其他污染物的排放。

5、水煤浆再燃系统运行方式灵活，既可以实现再燃脱硝的运行，维持系统负荷的同时，降低锅炉NOx排放；也可以在不需要时，将再燃水煤浆系统作为一个单独的系统隔离，使锅炉恢复原运行状态。

6、水煤浆再燃技术在实施上方便易行，改造工作量小且不受地域限制。

7、本发明主要适用于燃煤、燃水煤浆的工业炉和电站锅炉，且不受炉型，容量和燃用煤种的限制，尤其适用于燃烧高挥发分煤种的锅炉，经济，实用，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为具体实施例1中水煤浆再燃脱硝装置的结构示意图；

图2为具体实施例2中水煤浆再燃脱硝装置的结构示意图。

具体实施方式

具体实施例1如图1所示。该装置主要包括煤浆储备罐7、煤浆搅拌器8、过滤器10(含滤网9)、煤浆泵11、省煤器16和18、空气预热器17和19、除尘器20、引风机21、空气压缩机22及各设备之间的连接管道。锅炉的炉膛内一次燃烧区101安装有一次燃烧器12，在再燃区102安装有再燃水煤浆燃烧器13，再燃水煤浆燃烧器13内设有再燃风喷嘴14，在燃尽区103安装有燃尽风喷嘴15。一次燃烧器12、再燃风喷嘴14和燃尽风喷嘴15均设置为具有一定的摆动角度。锅炉一次燃料由一次燃烧器12送入炉内燃烧，生成烟气经过一次燃烧区101、再燃区102和燃尽区103和水平烟道后进入尾部烟道，与省煤器16、18，空气预热器17、19发生热交换，然后通过除尘器20除尘。除尘后的大部分烟气经引风机21通往烟囱23排入大气。作为再燃用的水煤浆储存在煤浆储备罐7中，并以煤浆搅拌器8进行搅拌，通过滤网9，在过滤器10过滤内，利用煤浆泵11，把水煤浆输送至再燃水煤浆燃烧器13，同时，空气压缩机22为雾化提供高压空气，水煤浆和高压空气在再燃水煤浆燃烧器13内混合，将水煤浆雾化成合适的粒径，送入炉膛再燃区参与对NOx的还原。

该装置所采用的燃烧方法是：

(1)将占总发热量75％的一次燃料送入一次燃烧区，在过量空气系数α大于1的条件下燃烧，此时，有一定的氮氧化物生成；

(2)将占总发热量25％再燃用水煤浆，通过煤浆泵11，与来自空气压缩机22的高压空气在水煤浆燃烧器13内雾化混合后，进入锅炉再燃区，在过量空气系数α≤1的条件下，还原来自一次燃烧区的氮氧化物，为维持一定的再燃区还原性气氛，通过再燃风喷嘴14送入一定的空气；

(3)将占入炉总风量15％～40％的空气从二次风中引出，通过燃尽风喷口15送入炉膛，以满足锅炉的燃烧完全。

具体实施例2如图2所示。该装置主要包括给煤装置201、进水装置202、湿法磨煤机203、过滤器210(含滤网209)、煤浆泵211、省煤器216和218、空气预热器217和219、除尘器220、引风机221、高压蒸汽源接口204及各设备之间的连接管道。锅炉的炉膛内一次燃烧区301安装有一次燃烧器212，在再燃区302安装有再燃水煤浆燃烧器213，在燃尽区303安装有燃尽风喷嘴215。锅炉一次燃料由一次燃烧器212送入炉内燃烧，生成烟气经过一次燃烧区301、再燃区302和燃尽区303和水平烟道后进入尾部烟道，与省煤器216、218，空气预热器217、219发生热交换，然后通过除尘器220除尘。除尘后的大部分烟气经引风机221通往烟囱223排入大气。作为再燃用的水煤浆现场制备，现制现用。来自给煤装置201的小煤块和来自进水装置202的水分别进入湿法磨煤机203，在磨煤机的作用下磨制成浆，浆液从湿法磨煤机203出口经煤浆泵211进入过滤器210。在滤网209的作用下小粒径水煤浆送入水煤浆燃烧器213，在来自高压蒸汽源接口204的雾化作用下雾化成小颗粒后在炉内燃烧，参与对NOx的还原。大颗粒的水煤浆不能通过滤网，可以不定期的反送到湿法磨煤机203重新磨制。

该装置所采用的燃烧方法是：

(1)将占总发热量85％的一次燃料送入一次燃烧区，在过量空气系数α大于1或等于1的条件下燃烧，此时，有一定的氮氧化物生成；

(2)将占总发热量15％再燃用水煤浆，与来自高压蒸汽源接口204的高压蒸气在水煤浆燃烧器213内雾化混合后，进入锅炉再燃区，在过量空气系数α≤1的条件下，还原来自一次燃烧区的氮氧化物；

(3)将占入炉总风量15％～40％的空气从二次风中引出，通过燃尽风喷口15送入炉膛，以满足锅炉的燃烧完全。

现制现用再燃用水煤浆时，从过滤器210返到湿法磨煤机203的水煤浆管路上，根据实际管路阻力情况可以增加一个输送泵。

在上述技术方案中，再燃燃料具有灵活性，可以是特定的水煤浆成品，也可以是由一次燃料用煤粉直接配置现制现用，对于再燃用水煤浆没有灰份、挥发份等的特殊要求，也无需分散剂和稳定剂的加入，有利于降低成本。

再燃水煤浆的输送介质可以是高压空气和水蒸气。其中，水蒸汽的采用既不会影响到再燃区的过量空气系数改变，而且还有助于水煤浆入炉动量的调节，优化和烟气的混合效果及反应程度。

应用水煤浆作为再燃燃料，由于较低的燃烧温度，可以避免其他再燃燃料应用时引起的再燃区高温，一方面有利于锅炉燃烧区的安全，另一方面可有效减少热力型NOx的生成。

水煤浆再燃技术中，为确保锅炉的正常燃烧效率，并兼顾脱硝，各燃烧区有一个最佳过量空气系数α。其中，一级燃烧区过量空气系数取值范围为1.0～1.2；再燃区过量空气系数取值范围为0.7～1.0；燃尽区过量空气系数取值范围为1.1～1.2。具体数值可依据锅炉形式、结构和所选用的煤种等决定。

为了取得理想的NOx还原效果，并保证锅炉的燃烧效率，各级燃烧区有一个最佳停留时间，燃料在一次燃烧区的停留时间0.5s～1秒；在再燃区的停留时间为0.4s～1.5秒；在燃尽区的停留时间为0.4s～2.0秒。具体数值可依据锅炉形式、结构和所选用的煤种等决定。

为使再燃水煤浆能够与一次燃烧区来流烟气充分混合，应该维持一定的出口动量，可以通过合适的再燃水煤浆燃烧器来获得，雾化介质压力和供浆压力将是直接的影响因素。

一次燃烧区燃烧器、再燃风喷嘴和燃尽风喷嘴可以具有一定的调节角度。

实现上述方法的装置，包括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，煤浆储备罐、煤浆搅拌装置可以满足煤浆的储备、制作和混合均匀；煤浆泵和雾化介质输送管路可以满足煤浆的输送和雾化；安装在炉本体壁面上的燃烧器包括一次燃烧器，再燃水煤浆燃烧器、再燃风喷嘴和燃尽风喷嘴。其中，一次燃烧器位于炉本体内的一次燃烧区，再燃水煤浆燃烧器和再燃风喷嘴位于再燃区，燃尽风喷嘴位于燃尽区。

采用水煤浆再燃方法的装置，在应用时，雾化介质来源可以由空气压缩机提供，也可来自汽轮机某级的抽汽，与供浆系统的水煤浆在再燃水煤浆燃烧器内混合后，进入炉膛再燃区；一次燃烧区内生成的烟气进入再燃区后，由于还原性气氛的建立，一次燃烧区内生成的氮氧化物将被还原为N₂；反应后的烟气进入燃尽区，由于燃尽风的送入，未燃尽碳在燃尽区内充分燃烧。这样，在满足锅炉基本效率的前提下，实现了燃煤锅炉NOx排放的减少。

采用上述方法及其装置可实现水煤浆再燃脱硝、空气分级脱硝和锅炉负荷的调节，在基本不影响锅炉效率的前提下，能有效降低NOx排放，脱硝率可大50％以上。利用该技术进行锅炉再燃技术改造，不受地域、锅炉类型的限制，初期投资成本和运行费用低且效率高，适合我国的环境排放标准，水煤浆的应用更是适合我国国情的需要。因此，该项技术具有广泛的推广和实用价值。

本发明可用其他的不违背本发明的精神和主要特征的具体形式来概述。因此，无论从哪一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未指出本发明的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (7)

1、一种水煤浆再燃脱硝方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将占总发热量75％～85％的一次燃料送入锅炉的一次燃烧区，在过量空气系数α大于1或等于1的条件下燃烧；

(2)将占总发热量15％～25％再燃用水煤浆，以水蒸气或高压空气为雾化介质，通过再燃水煤浆燃烧器送入锅炉再燃区，在过量空气系数α小于或等于1的条件下，还原来自一次燃烧区的氮氧化物；

(3)将占入炉总风量15％～40％的空气从二次风中引出，通过燃尽风喷口送入炉膛燃尽区，以满足锅炉的燃烧完全。

2、根据权利要求1所述的水煤浆再燃脱硝方法，其特征在于，所述再燃区的燃烧温度为1200℃～1500℃。

3、根据权利要求1所述的水煤浆再燃脱硝方法，其特征在于，所述一次燃烧区过量空气系数α为1.0～1.2，再燃区过量空气系数α为0.7～1.0，燃尽区过量空气系数α为1.1～1.2。

4、根据权利要求1所述的水煤浆再燃脱硝方法，其特征在于，燃料在一次燃烧区的停留时间0.5～1秒；在再燃区的停留时间为0.4～1.5秒；在燃尽区的停留时间为0.4～2.0秒。

5、一种实现权利要求1所述水煤浆再燃脱硝方法的装置，其特征在于：该装置包括燃煤锅炉，所述燃煤锅炉由下至上设置一次燃烧区、再燃区和燃尽区；一次燃烧区处安装有一次燃烧器，再燃区安装有再燃水煤浆燃烧器，燃尽区安装有燃尽风喷嘴。

6、根据权利要求5所述的装置，其特征在于，一次燃烧器、再燃风喷嘴和燃尽风喷嘴均设置为具有一定的摆动角度。

7、根据权利要求5所述的装置，其特征在于，在再燃水煤浆燃烧器内设有再燃风喷嘴。

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