CN201377786Y - 锅炉分级燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锅炉分级燃烧装置，该燃烧装置包括从下之上依次设置的主燃烧部件、再燃烧部件和燃烬部件。该燃烧装置将锅炉分成主燃烧区、再燃烧区和燃尽区，并进行分级燃烧，并通过第二高炉煤气燃烧器在炉膛内形成还原性气氛，对主燃烧区产生的NO_x进行还原，从而不但抑制了炉内NO_x的产生量，而且还合理利用了高炉煤气，降低了成本，完全能够达到现阶段的锅炉NO_x排放执行标准。

Description

锅炉分级燃烧装置

技术领域

本实用新型涉及锅炉烟气氮氧化物排放控制技术，更具体地说，涉及一种锅炉分级燃烧装置，该燃烧装置能够有效降低锅炉的NOx排放。

背景技术

我国火电厂年耗煤约11亿吨，烟气氮氧化物(以下简称NO_x)排放近600万吨，单位煤耗比国外平均高65克；工业锅炉年耗煤4亿吨，NO_x排放近200万吨，NO_x基本处于无控制排放状态，造成巨大的能源浪费和环境污染。因此，控制NO_x排放已是我国一项十分紧迫的任务。国家环境保护总局和国家质量监督检验检疫总局于2003年12月23日联合发布了《火电厂大气污染物排放标准》，该标准分三个时段，对不同时段的火电厂建设项目分别规定了排放控制要求。而国内各省市也相应制订了火电厂NO_x排放量控制标准，其中上海市2010年1月1日起，原有电站燃煤锅炉执行450mg/Nm³的排放标准；2007年9月1日起，新建(含扩建、改建)电站燃煤锅炉执行200mg/Nm³的排放标准要求。因此，无论是原有锅炉和新建锅炉都必须对NO_x排放进行严格控制。

现有的锅炉NO_x排放的控制方式主要有两类，一种是燃烧抑制NO_x产生量：目前常见为采用低NO_x燃烧器和空气分级燃烧两项技术组合应用的方式来实现的。但是，由于受入炉煤质和燃烧系统运行方式的影响，改造后的NO_x排放浓度常在300mg/Nm³～500mg/Nm³之间波动，难以保证NO_x排放始终控制在450mg/Nm³以下。因此还必须再结合天然气再燃技术才能使NO_x排放达到国家和上海市环保标准，但是，却由于天然气的气源匮乏以及运行成本较高的原因，使得实际应用不易落实。另一种是锅炉尾部烟气净化：包括选择性有催化剂还原法(SCR)脱硝技术和选择性无催化剂还原法(SNCR)脱硝技术两种。前者在燃烧抑制措施的基础上，可以将NO_x排放降到100mg/Nm³以下。但是，高含尘烟气段布置的SCR由于其催化剂是在“不干净”的烟气中工作，因此催化剂的寿命一般不超过三年。此外，采用SCR脱硝方式还存在工程投资大、占地面积大、运行费用高的缺陷。而后者在燃烧抑制措施的基础上，可以将NO_x排放降到350mg/Nm³以下。但是由于其直接向炉膛内喷射尿素溶液，溶液进入炉膛后会使锅炉热效率降低，即使设计很周到，其热效率降低也会达到0.5％。并且电站锅炉的炉膛截面积很大，喷射进去的溶液很难与炉膛内的烟气充分混合，所以实际脱硝效率比较低，一般只有30％的效果。

综上所述，目前迫切需要一种成本低、效率高的锅炉NO_x排放控制技术，来满足现阶段的国内锅炉NO_x排放执行标准。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述缺点，本实用新型的目的是提供一种锅炉分级燃烧装置，该燃烧装置能够采用高炉煤气作为再燃燃料来抑制炉内烟气中NO_x的产生量，从而达到锅炉NO_x排放标准。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

该锅炉分级燃烧装置一端设于置有风箱的槽体内，另一端设于锅炉炉壁上并伸入炉膛内，该燃烧装置包括：主燃烧部件，包括由下至上依次设置的第一高炉煤气燃烧器、一组燃油喷燃器以及数组煤粉喷燃器；再燃烧部件，为一第二高炉煤气燃烧器，设于主燃烧部件的上方；燃尽部件，为一燃尽风喷嘴，设于再燃烧部件的上方。

所述的第一高炉煤气燃烧器和第二高炉煤气燃烧器一端均通过管道连接至与高炉相连通的高炉煤气储存罐。

所述的第二高炉煤气燃烧器距下方的煤粉喷燃器之间的高度为3～4m。

所述的第二高炉煤气燃烧器距上方的燃尽风喷嘴之间的高度为5～8m。

所述的燃油喷燃器包括燃油空气喷嘴和燃油燃烧器；所述的煤粉喷燃器包括浓淡分离煤粉燃烧器和煤粉空气喷嘴。

在上述技术方案中，本实用新型的锅炉分级燃烧装置包括从下之上依次设置的主燃烧部件、再燃烧部件和燃尽部件。该燃烧装置将锅炉分成主燃烧区、再燃烧区和燃尽区，并进行分级燃烧，并通过第二高炉煤气燃烧器在炉膛内形成还原性气氛，对主燃烧区产生的NO_x进行还原，从而不但抑制了炉内NO_x的产生量，而且还合理利用了高炉煤气，降低了成本，完全能够达到现阶段的锅炉NO_x排放执行标准。

附图说明

图1是本实用新型的锅炉分级燃烧装置的使用状态示意图；

图2是本实用新型的锅炉分级燃烧装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本实用新型的技术方案。

首先，对高炉煤气(以下简称BFG)进行分析说明：

BFG作为高炉炼铁的副产品，通常被人们认为着火困难，弃之浪费，应用起来却又非常困难，所以在掺烧BFG的燃煤锅炉中，在进行燃烧器设计时，仅仅是出于能源综合利用的目的，按不易着火的特性，把BFG喷嘴布置在整个锅炉燃烧器的底部或煤喷燃器的中间。然而，通过对BFG在炉膛内燃烧状态的深入研究发现，BFG的着火性远比煤粉来得迅速，而且燃尽行程也短。BFG的性质如表1所示：

表1

成分	CO2	CO	H2	N2	低位发热量
						单位	Vol％	Vol％	Vol％	Vol％	Kcal/Nm3
BFG	19.0	24.8	3.14	53.06	830

BFG中主要的可燃成分是CO，约占20％～30％，其余为CO₂、N₂及少量的H₂和微量气体杂质，其燃点约为700℃，低位发热量为3500kJ/m³左右。因此，BFG完全具备了作为锅炉的再燃燃料和还原性气氛，用于对锅炉烟气NO_x排放控制的可行性。

请参阅图1～图2所示，该锅炉分级燃烧装置10分别设于锅炉1的两侧，每个燃烧装置10一端设于置有风箱的槽体11内，另一端设于锅炉1炉壁上并伸入炉膛内，具体包括主燃烧部件12、再燃烧部件13和燃尽部件14，主燃烧部件12设于炉壁的下部，包括由下至上依次设置的第一高炉煤气燃烧器121、一组燃油喷燃器以及数组煤粉喷燃器，燃油喷燃器包括燃油燃烧器122和燃油空气喷嘴123，燃油燃烧器122设于燃油空气喷嘴123的上方，燃油空气喷嘴123一端与油管相连；每组煤粉喷燃器均包括一浓淡分离煤粉燃烧器124和一煤粉空气喷嘴125，煤粉空气喷嘴125设于浓淡分离煤粉燃烧器124的上方，并一端与煤粉管道相连。再燃烧部件13为一第二高炉煤气燃烧器131，设于主燃烧部件12的上方，并且第一高炉煤气燃烧器121和第二高炉煤气燃烧器131可采用常见的格栅式燃烧器，并且一端均通过相应的管道，连接至作为BFG气源的与高炉2相连通的BFG储存罐3。燃尽部件14为一燃尽风喷嘴141(SOFA)，设于第二高炉煤气燃烧器131的上方，提供占总风量20％～30％的燃尽风。并且，第二高炉煤气燃烧器131距下方的煤粉喷燃器之间的高度为3～4m，而第二高炉煤气燃烧器131距上方的燃尽风喷嘴141之间的高度为5～8m。上述所有的燃油空气喷嘴123、煤粉空气喷嘴125以及燃尽风喷嘴141均与风箱相连通。

该燃烧装置10的工作原理如下：通过主燃烧部件12、再燃烧部件13和燃尽部件14将锅炉1内部燃烧分成由下而上的三个区域，分别为主燃烧区(即A区)、再燃烧区(即B区)和燃尽区(即C区)，并进行分级燃烧脱销。具体步骤为，先通过主燃烧部件12的燃油喷燃器和煤粉喷燃器在A区进行主燃烧，其中，浓淡分离煤粉燃烧器124把煤粉分成浓淡两股送入炉膛，浓侧喷口由于煤粉浓缩，着火温度下降，稳燃性提高；淡侧喷口利用浓侧煤粉火焰引燃和助燃，能够在很大程度上降低了NO_x生成量。目前，有多种成熟类型的浓淡燃烧器：如水平浓淡燃烧器和垂直浓淡燃烧器等，可根据需要进行选取，其原理和效果在此不再赘述。然后通过第二高炉煤气燃烧器131向炉膛内的通入BFG，形成还原性气氛，并在B区内进行再燃烧，将A区产生的NO_x还原，其还原机理为：NO_x+CO→N₂+CO₂，而多余的BFG则通过管道送至第一高炉煤气燃烧器121，并在锅炉1底部进行燃烧。最后，通过设于第二高炉煤气燃烧器131上方的燃尽风喷嘴141对C区输入燃尽风，将未燃烧完的煤粉燃尽。经过试验测量，采用该燃烧装置10的锅炉1的NO_x排放浓度在350mg/Nm³以下，完全符合国家标准限值。

本实用新型的燃烧装置10还特别适用于现阶段对现有大型锅炉，尤其是炼钢企业的发电锅炉的改造，只需在锅炉现有煤粉喷然器的相应上方增设BFG喷嘴以及燃尽风喷嘴141即可，不但大大降低了锅炉的NO_x排放，而且还合理利用了企业废气BFG，大幅度降低了烟气脱硝工程的投资费用、占地面积和运行维护费用。而以拥有四台高炉的炼钢企业为例，每天产生的BFG高达1050km³/h，完全能够满足锅炉烟气脱销的应用，因此，无需任何附加的运行成本，效果十分显著。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。

Claims (5)

1.一种锅炉分级燃烧装置，该燃烧装置一端设于置有风箱的槽体内，另一端设于锅炉炉壁上并伸入炉膛内，其特征在于，

该燃烧装置包括：

主燃烧部件，包括由下至上依次设置的第一高炉煤气燃烧器、一组燃油喷燃器以及数组煤粉喷燃器；

再燃烧部件，为一第二高炉煤气燃烧器，设于主燃烧部件的上方；

燃尽部件，为一燃尽风喷嘴，设于再燃烧部件的上方。

2.如权利要求1所述的锅炉分级燃烧装置，其特征在于：

所述的第一高炉煤气燃烧器和第二高炉煤气燃烧器一端均通过管道连接至与高炉相连通的高炉煤气储存罐。

3.如权利要求1所述的锅炉分级燃烧装置，其特征在于：

所述的第二高炉煤气燃烧器距下方的煤粉喷燃器之间的高度为3～4m。

4.如权利要求2所述的锅炉分级燃烧装置，其特征在于：

所述的第二高炉煤气燃烧器距上方的燃尽风喷嘴之间的高度为5～8m。

5.如权利要求1所述的锅炉分级燃烧装置，其特征在于：

所述的燃油喷燃器包括燃油空气喷嘴和燃油燃烧器；所述的煤粉喷燃器包括浓淡分离煤粉燃烧器和煤粉空气喷嘴。

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