專利名稱：燃煤鍋爐再燃氮氧化物方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鍋爐的改進(jìn)技術(shù)，尤其涉及一種能夠降低燃煤鍋爐燃燒過程中所產(chǎn)生的氮氧化物含量的方法，及其實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。
背景技術(shù)：
氮氧化物(NOx，包括NO、NO2及N2O)是一類能造成大氣環(huán)境嚴(yán)重污染的氣體，基本上被認(rèn)為是大氣污染的主要來源之一。每年在世界范圍因燃燒化石燃料而排放的氮氧化物在所有氮氧化物排放中占有很大比例。在氮氧化物中N2O可能會導(dǎo)致溫室效應(yīng)(氣溫升高)，NO及NO2被認(rèn)為是導(dǎo)致地面臭氧、光化學(xué)煙霧和酸雨形成的重要原因。日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)要求研究開發(fā)先進(jìn)的技術(shù)，以減少NOx等污染物的排放。目前我國能源構(gòu)成的最大特點(diǎn)是以煤炭為主，占70％以上，這將產(chǎn)生大量的氮氧化物氣體，因此這樣的能源結(jié)構(gòu)對經(jīng)濟(jì)高效增長及生態(tài)環(huán)境都會產(chǎn)生負(fù)面影響?，F(xiàn)有的對氮氧化物所采取的控制措施是在燃煤燃燒中或在燃燒后控制其生成或?qū)⑵溥€原。在燃煤燃燒過程中的控制一般采用的方法為空氣分級燃燒，燃料分級燃燒，低氧燃燒或煙氣再循環(huán)法等等；這些方法雖然成本較低，系統(tǒng)運(yùn)行條件要求較低，但所存在的缺點(diǎn)是脫硝效率偏低，不能充分達(dá)到降低氮氧化物排放的要求。而燃煤燃燒后控制氮氧化物的排放的方法是采用濕法化學(xué)吸收法或干法選擇性催化還原法等等；這種控制方法雖然脫硝效率高，可使NO變?yōu)镹2的轉(zhuǎn)化率達(dá)到90％以上，但其缺點(diǎn)是初投資大、運(yùn)行成本過高，不適合我國國情，近期大范圍推廣應(yīng)用的可能性較小。

發(fā)明內(nèi)容
爐氮氧化物排放的方法及其裝置，通過直接利用鍋爐燃用煤粉，在不影響燃煤鍋爐原有的燃燒效率和鍋爐性能的前提下，在低成本的條件下有效降低氮氧化物的排放，以達(dá)到環(huán)保排放的要求。
本發(fā)明提供了一種燃煤鍋爐再燃低NOx技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法，其步驟為(1)將占發(fā)熱量65％-85％的主燃料煤送入鍋爐主燃燒區(qū)，在主燃燒區(qū)的空氣過量系數(shù)α為1.0～1.1的條件下燃燒生成氮氧化物；(2)將其余占發(fā)熱量15％-35％的再燃燃料煤通過再燃噴口噴入再燃燃燒區(qū)，在空氣過量系數(shù)α小于1的條件下形成還原性氣氛，使氮氧化物還原；(3)從燃盡風(fēng)噴口噴入熱空氣，將未燃盡燃料燃燒完全。
在上述技術(shù)方案中，再燃燃料煤為煤粉，煤粉噴入時(shí)爐內(nèi)的再燃燃料噴嘴處的溫度在1200℃-1600℃范圍內(nèi)；所述的再燃煤粉即為燃料煤粉，無需經(jīng)過特別的加工處理，或者采用其他的燃料。
在上述技術(shù)方案中，為了提高氮氧化物(NOx)的還原率，再燃燃料在再燃區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間不小于0.3秒；根據(jù)爐內(nèi)氣流速度不同，再燃區(qū)高度為1～3m。
為實(shí)現(xiàn)上述方法的鍋爐，包括爐體和安裝在其上面的燃燒器，爐膛從下往上依次分為主燃燒區(qū)、再燃區(qū)和燃盡區(qū)三部分；2～3個一次風(fēng)噴口、3～4個二次風(fēng)噴口和1～2個三次風(fēng)噴口分層布置組成主燃燒區(qū)；各噴口高度根據(jù)鍋爐爐膛實(shí)際情況進(jìn)行合理布置，三次風(fēng)噴口含粉氣流速度為40～60m/s。
再燃噴口以上至燃盡風(fēng)噴口的爐內(nèi)區(qū)域?yàn)樵偃紖^(qū)，再燃區(qū)保持還原性氣氛，爐內(nèi)空氣/燃料化學(xué)當(dāng)量比為0.8～1.0，以有利于還原NO；再燃區(qū)的再燃噴口布置在三次風(fēng)噴口上方300～1000mm處，優(yōu)選500mm，以減少三次風(fēng)射流對再燃射流的影響，同時(shí)為主燃燃料的燃燒提供更多的時(shí)間。
燃盡風(fēng)噴口以上至爐膛出口的區(qū)域?yàn)槿急M區(qū)。在燃盡區(qū)內(nèi)，根據(jù)煤種特性，爐內(nèi)過量空氣系數(shù)為1.15～1.25，保證煤粉顆粒有足夠的燃盡程度。燃盡風(fēng)噴口布置在再燃噴口上方垂直高度1000～3000mm處，優(yōu)選2000mm。
燃盡風(fēng)噴口由上燃盡風(fēng)噴口和下燃盡風(fēng)噴口兩層構(gòu)成，單獨(dú)控制流量。燃盡風(fēng)噴口布置時(shí)，考慮到煤粉充分燃盡，保證燃盡區(qū)停留時(shí)間大于1秒。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較所具有的優(yōu)點(diǎn)是1、直接利用鍋爐燃煤，在基本不影響鍋爐原來燃燒狀況的條件下，有效的降低氮氧化物的排放，可以減少氮氧化物的排放量50％以上，且能將脫銷效果、控制成本及可操作性很好的結(jié)合起來。
2、易于對現(xiàn)有鍋爐進(jìn)行改造，僅僅需要改造燃燒器，將原有最上層一次風(fēng)風(fēng)粉氣流作為再燃風(fēng)粉氣流，并將燃燒器的位置做出相應(yīng)的調(diào)整，即可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的環(huán)保要求，對于現(xiàn)運(yùn)行燃煙煤、褐煤鍋爐基本都很適用。
3、該項(xiàng)技術(shù)在實(shí)施上方便易行，運(yùn)行可靠且不增加運(yùn)行操作量。
本發(fā)明的一種燃煤鍋爐低NOx的改造方法及其裝置適用于燃煙煤、褐煤的中間儲倉式鍋爐，對于中型、大型鍋爐都適用，具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是應(yīng)用本發(fā)明的一種降低燃煤鍋爐氮氧化物排放的方法的四角切圓布置燃燒方式燃煤鍋爐改造示意圖。
具體實(shí)施例下面根據(jù)附圖結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明的一種降低燃煤鍋爐氮氧化物排放的方法及其裝置作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
如圖一所示的是一種四角布置直流燃燒方式的燃煤鍋爐裝置，右側(cè)12為現(xiàn)有的燃煤鍋爐裝置，左側(cè)11為實(shí)施本發(fā)明方法改進(jìn)后的燃煤鍋爐裝置。改進(jìn)后的鍋爐把爐膛從下往上依次分為主燃燒區(qū)、再燃區(qū)和燃盡區(qū)三部分。
(1)主燃燒區(qū)由下二次風(fēng)噴口1、下一次風(fēng)噴口2、中二次風(fēng)噴口3、上一次風(fēng)噴口4、上二次風(fēng)噴口5和三次風(fēng)噴口6六層噴口組成主燃燒區(qū)，通過調(diào)整主燃燒區(qū)各噴口之間配風(fēng)，實(shí)現(xiàn)分級低氧燃燒。主燃燒區(qū)可以是2～3個一次風(fēng)噴口、3～4個二次風(fēng)噴口和1～2個三次風(fēng)噴口分層布置組成；降低現(xiàn)有燃煤鍋爐的三次風(fēng)噴口6高度，布置在主燃燒區(qū)上層。三次風(fēng)噴口6與再燃噴口7間矩保持一定距離900mm，以減少三次風(fēng)射流對再燃射流的影響，同時(shí)為主燃燃料的燃燒提供更多的時(shí)間，三次風(fēng)噴口含粉氣流速度為45m/s。
(2)再燃燃燒區(qū)調(diào)整現(xiàn)有燃煤鍋爐第三層一次風(fēng)噴口41(即原上一次風(fēng)噴口41)布置高度，拉大上一次風(fēng)噴口41與上面燃盡風(fēng)噴口之間的距離，使用上一次風(fēng)噴口41作為再燃噴口7。保證再燃噴口與燃盡風(fēng)噴口間的還原性氣氛，形成再燃還原區(qū)，還原主燃燒區(qū)形成的NOx。
(3)燃盡區(qū)上移現(xiàn)有燃煤鍋爐的上二次風(fēng)噴口51和燃盡風(fēng)噴口10位置，作為本方案的上燃盡風(fēng)噴口9和下燃盡風(fēng)噴口8。燃盡風(fēng)噴口分兩層布置，可單獨(dú)控制。
(4)再燃噴口7距燃盡風(fēng)噴口垂直高度2000mm，燃盡風(fēng)噴口距爐底垂直高度10m。保證再燃區(qū)停留時(shí)間為0.4秒，燃盡區(qū)停留時(shí)間2秒。
改進(jìn)后的燃煤鍋爐裝置應(yīng)用過程中采取如下的降低氮氧化物的方法(1)將占發(fā)熱量65％～85％的主燃料煤送入鍋爐主燃燒區(qū)，在主燃燒區(qū)的空氣過量系數(shù)α為1.1的條件下燃燒生成氮氧化物；(2)將其余占發(fā)熱量15％～35％的再燃燃料煤通過再燃噴口噴入再燃燃燒區(qū)，再燃燃料在再燃區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間不小于0.3秒，煤粉噴入時(shí)爐內(nèi)的再燃燃料噴嘴處的溫度在1400℃，在空氣過量系數(shù)α小于1的條件下形成還原性氣氛，使氮氧化物還原；(3)在燃盡區(qū)加入其余空氣，過量空氣系數(shù)恢復(fù)到正常值1.2～1.25，使末完全燃燒產(chǎn)物充分燃燒，以保證燃盡效果。
同時(shí)主燃燒區(qū)可采用低氧分級燃燒，減少主燃燒區(qū)NOx生成量。
本發(fā)明的方法及裝置實(shí)際應(yīng)用后，不僅可以有效的降低氮氧化物NOx排放40～60％，易于操作及控制，不增加運(yùn)行操作量。而且易于改造現(xiàn)有的燃煤鍋爐裝置，在維持低成本的狀況下，僅對現(xiàn)有的燃煤鍋爐適當(dāng)改造，加裝必要的噴嘴、噴口，因此該方法及其裝置具有廣泛的應(yīng)用推廣價(jià)值。
本發(fā)明具體實(shí)施例1中，占全部燃料發(fā)熱量比例主燃料煤為75％，其中三次風(fēng)中燃料煤為10％；再燃燃料煤為25％，主燃燒區(qū)的空氣過量系數(shù)α為1.05，再燃燃燒區(qū)空氣過量系數(shù)α為0.9；再燃燃料噴嘴處的溫度為1400℃，再燃燃料在再燃區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間為0.5秒；再燃區(qū)的再燃噴口布置在三次風(fēng)噴口上方600mm處，燃盡風(fēng)噴口布置在再燃噴口上方垂直高度2000mm處。
本發(fā)明具體實(shí)施例2中，占全部燃料發(fā)熱量比例主燃料煤為65％，三次風(fēng)停運(yùn)；再燃燃料煤為35％，主燃燒區(qū)的空氣過量系數(shù)α為1.1，再燃燃燒區(qū)空氣過量系數(shù)α為0.8；再燃燃料噴嘴處的溫度為1200℃，再燃燃料在再燃區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間為0.3秒；再燃區(qū)的再燃噴口布置在三次風(fēng)噴口上方300mm處，燃盡風(fēng)噴口布置在再燃噴口上方垂直高度1000mm處。
本發(fā)明具體實(shí)施例3中，主燃區(qū)由下二次風(fēng)噴口、下一次風(fēng)噴口、中下二次風(fēng)噴口、中一次風(fēng)噴口、中上二次風(fēng)噴口、上一次風(fēng)噴口、上二次風(fēng)噴口和2層三次風(fēng)噴口。占全部燃料發(fā)熱量比例主燃料煤為85％，其中三次風(fēng)中燃料煤為10％，再燃燃料煤為15％；主燃燒區(qū)的空氣過量系數(shù)α為1.0，再燃燃燒區(qū)空氣過量系數(shù)α為0.95；再燃燃料噴嘴處的溫度為1600℃，再燃燃料在再燃區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間為0.7秒；再燃區(qū)的再燃噴口布置在上層三次風(fēng)噴口上方1000mm處，燃盡風(fēng)噴口布置在再燃噴口上方垂直高度3000mm處。
最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本發(fā)明可用其他的不違背本發(fā)明的精神和主要特征的具體形式來概述。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，本發(fā)明的上述實(shí)施方案都只能認(rèn)為是對本發(fā)明的說明而不能限制本發(fā)明，權(quán)利要求書指出了本發(fā)明的范圍，而上述的說明并未指出本發(fā)明的范圍，因此，在與本發(fā)明的權(quán)利要求書相當(dāng)?shù)暮x和范圍內(nèi)的任何改變，都應(yīng)認(rèn)為是包括在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種燃煤鍋爐再燃氮氧化物的方法，其步驟為(1)將占發(fā)熱量65％～85％的主燃料煤送入鍋爐主燃燒區(qū)，在主燃燒區(qū)的空氣過量系數(shù)α為1.0～1.1的條件下燃燒生成氮氧化物；(2)將其余占發(fā)熱量15％～35％的再燃燃料煤通過再燃噴口噴入再燃燃燒區(qū)，在空氣過量系數(shù)α小于1的條件下形成還原性氣氛，使氮氧化物還原；(3)從燃盡風(fēng)噴口噴入熱空氣，將未燃盡燃料燃燒完全。
2.按照權(quán)利要求1所述的燃煤鍋爐再燃低NOx技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述再燃燃料為煤粉，再燃煤粉直接來源于煤粉倉，煤粉噴入時(shí)爐內(nèi)的再燃燃料噴嘴處的溫度在1200℃～1600℃范圍內(nèi)。
3.按照權(quán)利要求1所述的燃煤鍋爐再燃低NOx技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述再燃燃料在再燃區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間不小于0.3秒。
4.一種用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1的方法的鍋爐裝置，包括爐體和安裝在其上面的燃燒器，其特征為爐膛從下往上依次分為主燃燒區(qū)、再燃區(qū)和燃盡區(qū)三部分；2～3個一次風(fēng)噴口、3～4個二次風(fēng)噴口和1～2個三次風(fēng)噴口分層布置組成主燃燒區(qū)；再燃區(qū)的再燃噴口布置在三次風(fēng)噴口上方300～1000mm處；燃盡風(fēng)噴口布置在再燃噴口上方垂直高度1000～3000mm處。
5.按照權(quán)利要求4所述的鍋爐，其特征在于燃盡風(fēng)噴口由上燃盡風(fēng)噴口和下燃盡風(fēng)噴口兩個構(gòu)成，單獨(dú)控制流量。
全文摘要
本發(fā)明涉及鍋爐的改進(jìn)技術(shù)，旨在提供一種能夠降低燃煤鍋爐燃燒過程中所產(chǎn)生的氮氧化物含量的方法，及其實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。本發(fā)明提供的方法包括將主燃料煤送入鍋爐主燃燒區(qū)，在主燃燒區(qū)的空氣過量系數(shù)α為1.0～1.1的條件下燃燒生成氮氧化物，再將其余的再燃燃料煤通過再燃噴口噴入再燃燃燒區(qū)，在空氣過量系數(shù)α小于1的條件下形成還原性氣氛，使氮氧化物還原。本發(fā)明還提供了實(shí)現(xiàn)該方法的鍋爐裝置。本發(fā)明直接利用鍋爐燃煤，在基本不影響鍋爐原來燃燒狀況的條件下，有效的降低氮氧化物的排放，且易于對現(xiàn)有鍋爐進(jìn)行改造。
文檔編號F23L9/02GK1773168SQ20051006112
公開日2006年5月17日 申請日期2005年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月14日
發(fā)明者岑可法, 周俊虎, 楊衛(wèi)娟, 劉建忠, 王智化, 周志軍, 黃鎮(zhèn)宇, 程軍 申請人:浙江大學(xué)