CN208952074U - 一种低氮燃烧煤气锅炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低氮燃烧煤气锅炉，包括炉体，炉体内部设置有炉膛，炉膛底部安装有低氮燃烧器组，低氮燃烧器组用于为炉膛内提供混合燃烧气体，混合燃烧气体由煤气和空气组成，混合气体中空气的过量空气系数a＝0.9，炉膛中部设置有煤气进气管道；炉膛中上部开设有燃烬风喷口，燃烬风喷口用于将外部空气输入炉膛内部与燃烧气混合后燃烧，燃烬风喷口连接的外部管道上安装有控制阀，控制阀用于控制燃烬风喷口的空气进入量，以保证空气和燃烧气混合后的气体中空气充足；本实用新型可以在煤气燃烧过程中降低氮氧化物的含量，降低对氮氧化物的处理成本。

Description

一种低氮燃烧煤气锅炉

【技术领域】

本实用新型属于煤气低氮燃烧技术领域，尤其涉及一种低氮燃烧煤气锅炉。

【背景技术】

在煤化工技术领域中，煤气燃烧是比较常见的煤气处理手段，但是，原料煤中含有氮元素，在燃烧的过程中不可避免的会产生氮氧化物，氮氧化物是污染物， NO具有致癌作用，NO在大气中会缓慢被氧化成NO₂，NO₂进入人体呼吸系统会导致肺部和支气管疾病，而且NO₂会反应成硝酸或亚硝酸，生成酸雨和化学烟雾，引起农作物和森林大面积枯死，因此，在煤气燃烧中必须要严格控制氮氧化物的排放量。常用处理氮氧化物的方法有催化还原法、高级氧化法和活性炭吸附法，但都存在处理装置投资巨大，运行费用高昂等问题。

【实用新型内容】

本实用新型的目的是提供一种低氮燃烧煤气锅炉，以在煤气燃烧过程中降低氮氧化物的含量，降低对氮氧化物的处理成本。

本实用新型采用以下技术方案：一种低氮燃烧煤气锅炉，包括炉体，炉体内部设置有炉膛，炉膛底部安装有低氮燃烧器组，低氮燃烧器组用于为炉膛内提供混合燃烧气体，混合燃烧气体由煤气和空气组成，混合燃烧气体中空气的过量空气系数a＝0.9，炉膛中部设置有煤气进气管道；

炉膛中上部开设有燃烬风喷口，燃烬风喷口用于将外部空气输入炉膛内部与燃烧气混合后燃烧，燃烬风喷口连接的外部管道上安装有控制阀，控制阀用于控制燃烬风喷口的空气进入量，以保证空气和燃烧气混合后的气体中空气充足。

进一步地，低氮燃烧器组包括多个低氮燃烧器，多个低氮燃烧器环绕安装在炉膛底部边缘处，且每个低氮燃烧器的出风口均朝向炉膛中心处。

进一步地，每个低氮燃烧器均连接有空气管道和煤气管道，每个空气管道和煤气管道上均安装有控制阀。

进一步地，炉膛中下部和顶部出烟口处均安装有温度传感器，每个温度传感器均用于检测炉膛内对应位置的燃烧温度。

进一步地，炉膛出烟口连接有排烟管，排烟管上还安装有换热器，换热器用于为排烟管内的尾气降温及回收热量。

进一步地，排烟管出口处安装有温度传感器。

本实用新型的有益效果是：通过低氮燃烧器可以合理配置燃料供给方式，以及燃烧气和空气的成分配比，来判断氮氧化物的生成量，结合温度动态监测控制系统对锅炉各个部位的温度实时进行监测，使锅炉长期安全、稳定、经济的实现更低氮氧化物的排放。

【附图说明】

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为燃烧时空气系数与NO_X的浓度关系图。

其中：1.炉膛；2.炉体；3.燃烬风喷口；4.控制阀；5.排烟管；6.温度传感器； 7.换热器；8.低氮燃烧器。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型公开了一种低氮燃烧煤气锅炉，以解决现有技术中存在的气化炉煤气燃烧过程中氮氧化物超标问题。目前，燃气低氮燃烧器的研究表明，可以有效降低锅炉氮氧化物排放的工程应用主要有：空气和燃料的配置及燃烧器、燃烧室的新型设计以及组织烟气再循环等手段。

本实用新型燃烧器方面主要采用燃料分级燃烧和空气分级燃烧。

燃料分级燃烧：

在燃烧中已生成的NO遇到烃根CH_i、未完全燃烧产物CO、H₂、C以及C_nH_m时，会发生NO的还原反应，反应式为：

4NO+CH₄＝2N₂+CO₂+2H₂O；

2NO+2C_nH_m+(2n+m/2-1)O₂＝N₂+2nCO₂+mH₂O；

2NO+2CO＝N₂+2CO₂；

2NO+2C＝N₂+2CO；

2NO+2H₂＝N₂+2H₂O；

利用这一原理，将一部分燃料送入第一级燃烧区(即主燃烧区)。如图2所示，在过量空气系数a＜1条件下，燃烧并生成NO_x。送入一级燃烧区的燃料称为一次燃料，其余的燃料则在主燃烧器的上方送入二级燃烧区，在二级燃烧区内， a<1的条件下形成很强的还原性气氛，使得在一级燃烧区中生成的NO_x在二级燃烧区内被还原成氮分子，二级燃烧区又称再燃区，送入二级燃烧区的燃料又称为二次燃料，或称再燃燃料。在再燃区中不仅使得已生成的NO_x得到还原，还抑制了新的NOx的生成，可使NO_x的排放浓度进一步降低。

在再燃区的上面布置燃烬风喷口3，形成第三级燃烧区(燃烬区)，以保证再燃区中生成的未完全燃烧产物的燃烬，这种再燃烧法又称为燃料分级燃烧。

本实用新型中低氮燃烧器通过合理配置燃料供给方式及供风方式，使炉内燃烧气氛经过还原—氧化—还原—氧化四个阶段，燃料与空气当量浓度比在四个不同阶段之间形成三级梯度过程变化，同时燃烧温度在三级梯度变化中发生转变，炉内整个燃烧过程均在偏离常规理论燃烧当量比下进行，从而实现深度分级，而且上部燃烧区的再燃燃料兼具有还原作用，再结合动态监测控制系统实时进行监测和控制，从而使锅炉长期稳定运行，同时实现降低NO_x排放量。

空气分级燃烧：

空气分级燃烧的基本原理是将燃料的燃烧过程分阶段完成。在第一阶段，将从主燃烧器供入炉膛的空气量减少到总燃烧空气量的70－75％(相当于过量空气系数0.8－0.9)，使燃料先在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧。此时第一级燃烧区内过量空气系数a＜1，因而降低了燃烧区内的燃烧速度和温度水平，不但延迟了燃烧过程，而且在还原性气氛中降低了生成NO_x的反应率，抑制了NO_x在这一燃烧中的生成量。

为了完成全部燃烧过程，完全燃烧所需的其余空气则通过布置在主燃烧器上方的专门空气喷口OFA(over fire air)――称为“燃烬风”喷口送入炉膛，与第一级燃烧区在“贫氧燃烧”条件下所产生的烟气混合，在a＞1的条件下完成全部燃烧过程。这一方法弥补了简单的低过量空气燃烧的缺点。在第一级燃烧区内的过量空气系数越小，抑制NOx的生成效果越好。因此为保证既能减少NO_x的排放，又保证锅炉燃烧的经济性和可靠性，必须合理组织空气分级燃烧过程。

如图2所示，在过量空气系数a＝0.9时，NO浓度出现谷值，在a＜0.9时， NO_x浓度随过量空气系数的增加而剧烈降低。这里的剧烈降低是由于太过浓的燃烧，快速型NO_x剧烈增加所导致。在a＞0.9时。NO_x浓度随a的增加而增加。当 a＝1.2时出现峰值，这时燃烧区域的温度也较高，这是热力型NO_x作用的结果。然后随a的增加而较块降低，在a＞1.4以后，NO_x浓度随a的增加而缓慢降低，这时的降低主要是温度的降低和空气量比例的增加稀释作用。

因此，根据以上原理，并针对实际情况，确定如下方案，燃料和空气均进行分级，燃料分三级，助燃空气分四级。布置方式为，一级燃料+一级空气+二级空气+二级燃料+三级燃料+三级空气+四级空气。一级燃料缺氧下燃烧，火焰温度低， NO_x生成量低，二级、三级燃料在一级燃料燃烧后的热烟气的上侧通过喷枪射入燃烧，与空气混合需要一定的时间，烟气温度低，同时中间产物具有一定的还原性，主燃烧区形成缺氧条件下的还原气氛，尽可能的控制NO_x的生成。

如图1所示，锅炉包括炉体2，炉体2内部设置有炉膛1，炉膛1内由下至上分为一级燃烧区、二级燃烧区和三级燃烧区，将燃烧等级分为三级，实现深度分级处理。

炉膛1底部安装有低氮燃烧器组，低氮燃烧器组用于为炉膛1内提供混合燃烧气体，混合燃烧气体由煤气和空气组成，混合燃烧气体中空气的过量空气系数 a＝0.9，炉膛中上部开设有燃烬风喷口3，燃烬风喷口3用于将外部空气输入炉膛内部与燃烧气混合后燃烧，燃烬风喷口3连接的外部管道上安装有控制阀4，控制阀4用于控制燃烬风喷口3的空气进入量，以保证空气和燃烧气混合后的气体中空气充足。一级燃烧区内煤气不能充分燃烧，但是该过量空气系数可以保证氮氧化物产物最少。

炉膛1中部设置有煤气进气管道9。在二级燃烧区在a<1的条件下，形成很强的还原性气氛，使得在一级燃烧区中生成的NO_x在二级燃烧区内被还原成氮分子，二级燃烧区又称再燃区，送入二级燃烧区的燃料又称为二次燃料，或称再燃燃料。在再燃区中不仅使得已生成的NO_x得到还原，还抑制了新的NO_x的生成，可使NO_x的排放浓度进一步降低。

燃烬风喷口3设置在三级燃烧区内，即燃烬区，提供充足的空气，a＞1，以保证再燃区中生成的未完全燃烧产物的燃烬，这种再燃烧法又称为燃料分级燃烧。

低氮燃烧器组包括多个低氮燃烧器8，每个低氮燃烧器8均连接有空气管道和煤气管道，每个空气管道和煤气管道上均安装有控制阀4。多个低氮燃烧器8 环绕安装在炉膛1底部边缘处，且每个低氮燃烧器8的出风口均朝向炉膛1中心处,，使燃烧混合燃烧气体成螺旋状并逐步上升，依次经过一级燃烧区、二级燃烧区和三级燃烧区。

炉膛1中下部和顶部出烟口处均安装有温度传感器6，每个温度传感器6均用于检测炉膛1内对应位置的燃烧温度。炉膛1出烟口连接有排烟管5，排烟管 5上还安装有换热器7，换热器7用于为排烟管5内的尾气降温及回收热量。排烟管5出口处安装有温度传感器6。温度传感器6的型号均为WRP-4425S 0-1500℃1＝750，通过温度传感器6可以检测各个燃烧区的燃烧温度，根据燃烧温度计算出空气和煤气的比例，进而在通过控制阀4控制各个低氮燃烧器8的进气比，以使燃烧产物中氮氧化物的产量最少，具体调节方法可由操作人员根据实际情况进行调整，可根据有限次的试验而得出。

Claims (6)

1.一种低氮燃烧煤气锅炉，其特征在于，包括炉体(2)，所述炉体(2)内部设置有炉膛(1)，所述炉膛(1)底部安装有低氮燃烧器组，所述低氮燃烧器组用于为炉膛(1)内提供混合燃烧气体，所述混合燃烧气体由煤气和空气组成，所述混合燃烧气体中空气的过量空气系数a＝0.9；所述炉膛(1)中部设置有煤气进气管道(9)；

所述炉膛上部开设有燃烬风喷口(3)，所述燃烬风喷口(3)用于将外部空气输入炉膛内部与燃烧气混合后燃烧，所述燃烬风喷口(3)连接的外部管道上安装有控制阀(4)，所述控制阀(4)用于控制燃烬风喷口(3)的空气进入量，以保证空气和燃烧气混合后的气体中空气充足。

2.如权利要求1所述的一种低氮燃烧煤气锅炉，其特征在于，所述低氮燃烧器组包括多个低氮燃烧器(8)，所述多个低氮燃烧器(8)环绕安装在炉膛(1)底部边缘处，且每个所述低氮燃烧器(8)的出风口均朝向炉膛(1)中心处。

3.如权利要求2所述的一种低氮燃烧煤气锅炉，其特征在于，每个所述低氮燃烧器(8)均连接有空气管道和煤气管道，每个所述空气管道和煤气管道上均安装有控制阀(4)。

4.如权利要求2或3所述的一种低氮燃烧煤气锅炉，其特征在于，所述炉膛(1)中下部和顶部出烟口处均安装有温度传感器(6)，每个所述温度传感器(6)均用于检测炉膛(1)内对应位置的燃烧温度。

5.如权利要求4所述的一种低氮燃烧煤气锅炉，其特征在于，所述炉膛(1)出烟口连接有排烟管(5)，所述排烟管(5)上还安装有换热器(7)，所述换热器(7)用于为排烟管(5)内的尾气降温及回收热量。

6.如权利要求5所述的一种低氮燃烧煤气锅炉，其特征在于，所述排烟管(5) 出口处安装有温度传感器(6)。