CN206449681U - 一种空气分级/局部富氧燃烧电站锅炉NOx控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的目的在于提供一种空气分级/局部富氧燃烧电站锅炉NOx控制系统，结合炉内的空气分级/局部富氧燃烧技术与炉膛内SNCR脱硝技术来控制电站锅炉NOx排放量，在不采用SCR的条件下可以大幅度降低NOx的排放量，使锅炉的NOx排放达到国家规定的限值以下，避免了SCR运行过程产生的一系列问题。
Description
技术领域：
本实用新型属于燃煤火力发电技术领域，特别设计一种空气分级/局部富氧燃烧电站锅炉NOx控制系统。
背景技术：
在中国，燃煤火电厂是氮氧化物(NOx)的主要排放源。而近十几年，火电厂排放的大量NOx已经产生了严重的环境问题，影响了生态环境和人类健康。为了应对这个严峻的环境问题我国政府规定从2014年7月1日起，全部火力发电锅炉的NOx排放量不得高于100mg/Nm3。为了满足如此严苛的规定，大多数电厂都采用低氮燃烧技术与选择性催化还原(SCR)技术结合使用的方法来控制NOx排放。
SCR尽管被认为是目前电站锅炉中最高效的NOx减排技术，但它在运行过程中仍然存在很多问题。首先，SCR运行过程中所消耗的催化剂和还原剂费用很高；其次，SCR催化剂的运行寿命一般都比较短，而将失活的催化剂直接丢弃的话会造成对环境的二次污染；再次，SCR催化剂会氧化烟气中的SO2生成SO3，SO3再与还原剂NH3结合生成硫酸氢铵，对下游的空气预热器造成堵塞；最后，在锅炉负荷发生变化时，SCR反应器处的烟温也会随之变化，产生烟温与催化剂的工作温度窗口不匹配的情况。所以采用SCR技术来控制电站锅炉的NOx排放并不是长久之计。
因此，应该优先发展炉膛内的低NOx燃烧技术，让NOx在炉膛内的初始生成量足够低，这样就可以不用尾部脱硝技术，或者用SNCR来替代SCR就可以达到国家规定的NOx排放限值，从而可以避免SCR带来的一系列问题。而且，国家对NOx排放的规定限值可能在近几年再次被推进，到50mg/Nm3，所以发展适用于电站锅炉的高效低NOx燃烧技术来降低炉内的NOx生成量就显得势在必行而且对环境保护具有重大的现实意义。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种空气分级/局部富氧燃烧电站锅炉NOx控制系统，结合炉内的空气分级/局部富氧燃烧技术与炉膛内SNCR脱硝技术来控制电站锅炉NOx排放量，在不采用SCR的条件下可以大幅度降低NOx的排放量，使锅炉的NOx排放达到国家规定的限值以下，避免了SCR运行过程产生的一系列问题。
一种空气分级/局部富氧燃烧电站锅炉NOx控制方法，其特征在于，所述方法包括：
采用以下的配风方式来实现炉内空气分级/局部富氧燃烧：
①.主燃区的过量空气系数控制在0.7左右，
②.燃烧器的二次风成分为空气加一部分纯氧，
③.燃尽风喷口设置在较高的位置，大约离燃烧器的距离为20m；
结合空气分级/局部富氧的炉内低氮燃烧技术和SNCR脱硝技术来控制NOx排放，此外不再需要尾部SCR脱硝。
可选地，所述二次风中需加入的纯氧由空分装置提供。
本实用新型提供了一种空气分级/局部富氧燃烧电站锅炉NOx控制系统，包括锅炉炉膛(1)，燃烧器(2)，燃尽风喷嘴(3)，SNCR还原剂喷嘴(4)，省煤器(5)，空气预热器A(6)，空气预热器B(7)，暖风器(8)，静电除尘器(9)，静电除尘器(9)，烟气冷凝器(10)，脱硫塔(11)，烟囱(12)，空分装置(13)，送风机A(14)，送风机B(15)，送风机C(16)，磨煤机(17)，其中：
烟气从省煤器(5)出来后分开进入两个并联的空预器：空气预热器A(6)和空气预热器B(7)，从两个空预器出口相连接并由管道连接依次通过暖风器(8)，静电除尘器(9)，烟气冷凝器(10)，脱硫塔(11)最后进入烟囱(12)。
可选地，空分装置(13)出口的氮气直接收集，液氧路经管道连接进入烟气冷凝器(10)，烟气冷凝器(10)出口连接送风机A(14)入口，送风机A(14)出口与送风机B(15)出口相连再由管道依次连接至暖风器(8)、空气预热器B(7)和燃烧器(2)。
可选地，送风机C(15)出口连接空气预热器A(6)，空气预热器A(6)出口分为两路，一路与燃尽风喷嘴(3)相连，另一路与磨煤机(17)出口相连，再由管道连接至燃烧器(2)。
可选地，脱硝所需要的还原剂由SNCR还原剂喷嘴(4)喷入炉内。
从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：
炉内采用所述的这种空气分级/局部富氧的燃烧方式可以使NOx的生成量降低约60％，在结合SNCR就可以使NOx排放量达到国家规定标准，从而避免了因SCR运行而带来的一系列问题；
易于对现有的锅炉进行改造；
利用空分制得液氧的冷能对烟气中的水蒸气进行冷凝，实现了烟气中水分的回收；
为了提高主燃区给气的氧浓度，将纯氧加入二次风中而不是一次风，避免了以下两方面的问题：一次风氧浓度增大增加煤粉自燃的可能性，一次风氧浓度增大导致一次风流量降低从而会影响煤粉的输送。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本实用新型实施例中提供的一种空气分级/局部富氧燃烧电站锅炉NOx控制系统的一个实施例结构示意图；
图示说明：1为锅炉炉膛，2为燃烧器，3为燃尽风喷口，4为SNCR还原剂喷嘴，5为省煤器，6为空气预热器A，7为空气预热器B，8为暖风器，9为静电除尘器，10为烟气冷凝器，11为脱硫塔，12为烟囱，13为空分装置，14为送风机A，15为送风机B，16为送风机C，17为磨煤机。
具体实施方式
本实用新型的目的在于提供一种空气分级/局部富氧燃烧电站锅炉NOx控制系统，结合炉内的空气分级/局部富氧燃烧技术与炉膛内SNCR脱硝技术来控制电站锅炉NOx排放量，在不采用SCR的条件下可以大幅度降低NOx的排放量，使锅炉的NOx排放达到国家规定的限值以下，避免了SCR运行过程产生的一系列问题。
为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1，本实用新型实施例中提供的一种空气分级/局部富氧燃烧电站锅炉NOx控制系统的一个实施例包括：
一种空气分级/局部富氧燃烧电站锅炉NOx控制方法包括：
采用以下的配风方式来实现炉内空气分级/局部富氧燃烧：
①.主燃区的过量空气系数控制在0.7左右，
②.燃烧器的二次风成分为空气加一部分纯氧，
③.燃尽风喷口设置在较高的位置，大约离燃烧器的距离为20m；
结合空气分级/局部富氧的炉内低氮燃烧技术和SNCR脱硝技术来控制NOx排放，此外不再需要尾部SCR脱硝。
可选地，所述二次风中需加入的纯氧由空分装置提供。
具体地方法包括：
采用以下的配风方式来实现炉内空气分级/局部富氧燃烧：
①.在传统的空气分级燃烧方式基础上，将主燃区过量空气系数降低到0.7左右，实现深度分级，使主燃区处于强还原气氛下；
②.在主燃区的二次风中掺入一部分纯氧，使主燃区的氧浓度增大，促进主燃区的燃烧强度，使主燃区在一个很低过量空气系数的条件下任然能保持火焰稳定并且提高燃烧温度，促进NOx在主燃区的还原反应；
③.采用分离燃尽风系统，并且将燃尽风喷口设置在炉膛比较高的位置，大约离燃烧器的距离为20m，这样能保证在燃烧器附近生成的NOx在还原区停留时间足够长，可以得到充分的还原；
结合空气分级/局部富氧的炉内低氮燃烧技术和SNCR脱硝技术来控制NOx排放，此外不在需要尾部SCR脱硝。
进一步的，所述二次风中需加入的纯氧由空分装置提供。
按照本实用新型的另一方面，还提供了一种空气分级/局部富氧燃烧电站锅炉NOx控制系统，包括锅炉炉膛，燃烧器，燃尽风喷嘴，SNCR还原剂喷嘴，省煤器，空气预热器A，空气预热器B，暖风器，静电除尘器，烟气冷凝器，脱硫塔，烟囱，空分装置，送风机A，送风机B，送风机C，磨煤机。烟气从省煤器出来后分开进入两个并联的空气预热器：空气预热器A和空气预热器B，两个空预器出口相连接并由管道连接依次通过暖风器，静电除尘器，烟气冷凝器，脱硫塔，最后进入烟囱。
进一步的，所述空气预热器A将一部分空气从常温加热到约340℃，空气预热器A出口空气分为两路，一路空气作为燃尽风由管道连接至燃尽风喷口喷入炉膛，另一路空气与磨煤机出口的煤粉和空气混合后作为一次风从燃烧器喷口喷入炉膛。
进一步的，所述空分装置产生的液氧先通过烟气冷凝器与烟气进行换热，在加热液氧的同时利用液氧的冷能冷凝烟气中的水蒸气，对水蒸气进行回收；从冷凝器吸热后的纯氧与送风机出口空气混合，组成锅炉燃烧所需的二次风，在依次通过暖风器和空气预热器B，加热到约340℃，从空气预热器B出口连接至燃烧器喷入炉膛。
本实用新型提供了一种空气分级/局部富氧燃烧电站锅炉NOx控制系统，包括锅炉炉膛(1)，燃烧器(2)，燃尽风喷嘴(3)，SNCR还原剂喷嘴(4)，省煤器(5)，空气预热器A(6)，空气预热器B(7)，暖风器(8)，静电除尘器(9)，静电除尘器(9)，烟气冷凝器(10)，脱硫塔(11)，烟囱(12)，空分装置(13)，送风机A(14)，送风机B(15)，送风机C(16)，磨煤机(17)，其中：
烟气从省煤器(5)出来后分开进入两个并联的空预器：空气预热器A(6)和空气预热器B(7)，从两个空预器出口相连接并由管道连接依次通过暖风器(8)，静电除尘器(9)，烟气冷凝器(10)，脱硫塔(11)最后进入烟囱(12)。
可选地，空分装置(13)出口的氮气直接收集，液氧路经管道连接进入烟气冷凝器(10)，烟气冷凝器(10)出口连接送风机A(14)入口，送风机A(14)出口与送风机B(15)出口相连再由管道依次连接至暖风器(8)、空气预热器B(7)和燃烧器(2)。
可选地，送风机C(15)出口连接空气预热器A(6)，空气预热器A(6)出口分为两路，一路与燃尽风喷嘴(3)相连，另一路与磨煤机(17)出口相连，再由管道连接至燃烧器(2)。
可选地，脱硝所需要的还原剂由SNCR还原剂喷嘴(4)喷入炉内。
从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：
炉内采用所述的这种空气分级/局部富氧的燃烧方式可以使NOx的生成量降低约60％，在结合SNCR就可以使NOx排放量达到国家规定标准，从而避免了因SCR运行而带来的一系列问题；
易于对现有的锅炉进行改造；
利用空分制得液氧的冷能对烟气中的水蒸气进行冷凝，实现了烟气中水分的回收；
为了提高主燃区给气的氧浓度，将纯氧加入二次风中而不是一次风，避免了以下两方面的问题：一次风氧浓度增大增加煤粉自燃的可能性，一次风氧浓度增大导致一次风流量降低从而会影响煤粉的输送。
如图1所示，从燃烧器2喷入的一次风成分为空气，二次风为氧气和空气的混合气体；主燃区的过量空气系数控制在0.7左右，使得炉膛主燃区都处于富燃料的强还原区；在二次风中混入部分纯氧使主燃区给气的氧气摩尔分数高于传统空气燃烧的21％，使煤粉燃烧更剧烈，再加上主燃区总的气量降低，所以在主燃区烟气的温度会明显升高，在富燃料的强还原区提高燃烧温度是很有助于NOx的还原反应；燃尽风的成分为空气，燃尽风喷口3设置在炉膛比较高的位置，大约离燃烧器的距离为20m。这样可以推迟燃尽的喷入，保证在燃烧器附近生成的NOx在还原区停留时间足够长，能够被充分的还原；燃尽区的过量空气系数大概为1.05～1.2，按照煤种的不同选取。
在一台600MW燃烧贫煤的前后墙对冲锅炉上采用数值模拟的方法进行研究，结果发现采用上述步骤将主燃区的过量空气系数控制在0.7，主燃区给气中氧气的摩尔分数增高到33％，将燃尽风喷口设置在离顶层燃烧器20m的位置时，相比传统的空气分级燃烧，本实用新型提出的空气分级/局部富氧燃烧技术可以使炉膛出口的NOx生成量降低60％。
进一步的，从水平烟道下游的SNCR还原剂喷口4喷入脱硝用的还原剂进行烟气的SNCR脱硝反应，进一步降低NOx的排放量。
进一步的，所述二次风中需加入的纯氧由空分装置提供。
本实用新型公布的NOx控制方法中的空气分级/局部富氧燃烧技术与传统空气分级燃烧相比可以大幅度降低NOx在炉膛内的初始生成量；再结合炉内的SNCR脱硝技术，有望使NOx的最终排放量降低90％。
如图1所示，本实用新型中空气分级/局部富氧燃烧电站锅炉NOx控制系统，包括锅炉炉膛1，燃烧器2，燃尽风喷口3，SNCR还原剂喷嘴4，省煤器5，空气预热器A6，空气预热器B7，暖风器8，静电除尘器9，烟气冷凝器10，脱硫塔11，烟囱12，空分装置13，送风机A14，送风机B15，送风机C16，磨煤机17，其中：
烟气从省煤器出来后分开进入两个并联的空气预热器：空气预热器A6和空气预热器B7，两个空预器出口相连接并由管道连接依次通过暖风器8，静电除尘器9，烟气冷凝器10，脱硫塔11，最后进入烟囱12。
进一步的，空气预热器A6将一部分空气从常温加热到约340℃，空气预热器A6出口空气分为两路，一路空气作为燃尽风由管道连接至燃尽风喷口4喷入炉膛1，另一路空气与磨煤机出口的煤粉和空气混合后作为一次风从燃烧器2喷入炉膛1。
进一步的，所述空分装置13产生的液氧先通过烟气冷凝器10与烟气进行换热，在加热液氧的同时利用液氧的冷能冷凝烟气中的水蒸气，对水蒸气进行回收；冷凝器10的纯氧出口与送风机B15出口相连，在依次由管道连接通过暖风器8和空气预热器B7，加热到约340℃，从空气预热器B7出口连接至燃烧器2作为燃烧所需的二次风喷入炉膛1。
本实用新型公布的NOx控制系统可用于锅炉的设计和现有电站锅炉的低氮改造，并且适用于多种炉型；即使NOx排放量较高的燃用贫煤的锅炉也可以在不用加装SCR设备的条件下使NOx的排放量达到100mg/Nm3以下，在满足国家排放限值要求的情况下也同时避免了SCR运行带来的一系列问题。
以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种空气分级/局部富氧燃烧电站锅炉NOx控制系统，其特征在于：包括锅炉炉膛(1)，燃烧器(2)，燃尽风喷嘴(3)，SNCR还原剂喷嘴(4)，省煤器(5)，空气预热器A(6)，空气预热器B(7)，暖风器(8)，静电除尘器(9)，烟气冷凝器(10)，脱硫塔(11)，烟囱(12)，空分装置(13)，送风机A(14)，送风机B(15)，送风机C(16)，磨煤机(17)，其中：
烟气从省煤器(5)出来后分开进入两个并联的空预器：空气预热器A(6)和空气预热器B(7)，从两个空预器出口相连接并由管道连接依次通过暖风器(8)，静电除尘器(9)，烟气冷凝器(10)，脱硫塔(11)最后进入烟囱(12)。
2.根据权利要求1所述的一种空气分级/局部富氧燃烧电站锅炉NOx控制系统，其特征在于：空分装置(13)出口的氮气直接收集，液氧路经管道连接进入烟气冷凝器(10)，烟气冷凝器(10)出口连接送风机A(14)入口，送风机A(14)出口与送风机B(15)出口相连再由管道依次连接至暖风器(8)、空气预热器B(7)和燃烧器(2)。
3.根据权利要求2所述的一种空气分级/局部富氧燃烧电站锅炉NOx控制系统，其特征在于：送风机C(16)出口连接空气预热器A(6)，空气预热器A(6)出口分为两路，一路与燃尽风喷嘴(3)相连，另一路与磨煤机(17)出口相连，再由管道连接至燃烧器(2)。
4.根据权利要求3所述的一种空气分级/局部富氧燃烧电站锅炉NOx控制系统，其特征在于：脱硝所需要的还原剂由SNCR还原剂喷嘴(4)喷入炉内。
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2016
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