專利名稱：一種采用內(nèi)燃式燃燒器的煤粉鍋爐降低氮氧化物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種降低氮氧化物的燃燒技術(shù)，更具體地涉及一種煤粉鍋爐 采用內(nèi)燃型燃燒器實現(xiàn)氮氧化物減排的燃燒技術(shù)。
背景技術(shù)：
氮氧化物(主要包括N0、 N02、 N20、 N203、即4及脇等，統(tǒng)稱N0x)對人 類賴以生存的環(huán)境以及人類自身的危害極其嚴(yán)重 一方面，NOx是形成酸雨的 主要因素；另一方面N0x在一定條件下可以和碳?xì)浠衔镆黄鹦纬晒饣瘜W(xué)煙 霧破壞大氣環(huán)境，嚴(yán)重危害人類健康，惡化人類賴以生存的環(huán)境。隨著我國 工業(yè)的迅速發(fā)展，N0x污染問題越來越得到人們的重視。
電站燃煤鍋爐是NOx排放的主要來源之一。據(jù)統(tǒng)計，2002年我國氮氧化 物排放量約為1177萬噸，其中約63%排放源于燃煤。因此，為保護環(huán)境，必 須減少電站鍋爐的N0x排放量。
電站鍋爐N0x減排方法主要分兩大類爐內(nèi)低N0x燃燒技術(shù)(在爐內(nèi)抑 制N0x生成)和煙氣脫硝技術(shù)(在尾部還原已生成的N0x)。煙氣脫銷技術(shù)由 于初投資巨大，運行費用很高，而且占地面積較大， 一些在用機組無法滿足 其空間要求。因此，目前我國較多采用的是低N0x燃燒技術(shù)，來降低氮氧化 物的排放。
鍋爐煤燃燒生成的N0x主要為煤粉中N元素生成的燃料型N0x (占75% 90%)和由于高溫燃燒使得空氣中N2反應(yīng)生成的熱力型N0x (占10% 25%)。 影響煤粉燃燒時N0x生成量的主要因素有燃燒溫度、過?？諝庀禂?shù)、燃料含 氮量和停留時間。因此，控制N0x生成的主要途徑為(l)降低燃燒溫度水平， 防止產(chǎn)生局部高溫區(qū)；(2)降低主燃燒區(qū)氧氣濃度，使燃燒在偏離理論空氣量 的條件下進行；(3)合理組織燃燒氣流，使N0x在火焰內(nèi)還原。
當(dāng)前鍋爐廠設(shè)計的煤粉燃燒器普遍為外燃型。正常運行時，爐膛內(nèi)已達(dá) 到煤粉的著火溫度，通過燃燒器直接噴入爐膛內(nèi)的煤粉，受高溫回流煙氣的 對流熱和爐內(nèi)火焰的輻射熱作用而逐步著火、燃燒，并在爐膛上部區(qū)域內(nèi)燃 盡。鍋爐采用此常規(guī)的燃燒方式運行時，為達(dá)到著火和穩(wěn)燃的目的，必須保 證在鍋爐的主燃燒區(qū)有很高的溫度和較高的氧氣濃度，因此在主燃燒區(qū)內(nèi)N0x 的生成量很大。
目前廠鍋爐可采用的低N0x燃燒技術(shù)主要有空氣分級燃燒技術(shù)、燃料 分級燃燒技術(shù)、提前著火強化燃燒及再燃技術(shù)等。但對于安裝了常規(guī)外燃型 燃燒器的鍋爐在應(yīng)用這些技術(shù)時，不得不考慮煤粉噴入爐膛后的配風(fēng)組織， 滿足煤粉著火、穩(wěn)燃和燃盡的要求，運行時不能使燃燒反應(yīng)過度偏離化學(xué)當(dāng) 量比，因而燃料分級和空氣分級的程度有限，N0x減排的效果也受到限制。而且，這些技術(shù)的應(yīng)用通常會對爐內(nèi)的燃燒組織產(chǎn)生影響，使得鍋爐的燃燒效 率受到一定程度的影響。
因此，電站鍋爐迫切需要一種對穩(wěn)燃和燃燒效率不產(chǎn)生影響的高效低N0x 燃燒技術(shù)，來滿足電站煤粉鍋爐NOx減排的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種采用內(nèi)燃式燃燒器的煤粉鍋爐降低氮氧化物的 方法，以解決在不降低鍋爐穩(wěn)燃能力和煤粉燃燒效率的條件下，降低N0x的 煤粉燃燒技術(shù)問題。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的該方法包括在鍋爐側(cè)壁上安裝的煤粉燃燒 器全部或部分為內(nèi)燃型的工作方式，即在整個鍋爐運行過程中，燃燒器內(nèi)部 的點火源始終保持工作狀態(tài)；在煤粉燃料從燃燒器噴出時已經(jīng)著火的狀態(tài)下， 降低主燃區(qū)供入的二次風(fēng)量，在主燃區(qū)內(nèi)形成一種強還原性氣氛，使煤粉燃 料在高溫缺氧的狀態(tài)下燃燒；剩余空氣在爐膛上部以燃盡風(fēng)形式供入爐膛內(nèi)， 形成一個強氧化性氣氛的區(qū)域，使得在鍋爐主燃燒區(qū)內(nèi)未完全燃燒的煤粉在 此區(qū)域內(nèi)與空氣強烈混合、充分反應(yīng)，以滿足煤粉燃盡的需要。
所述的一種采用內(nèi)燃式燃燒器的煤粉鍋爐降低氮氧化物的方法，在燃燒 器內(nèi)分為若干級燃燒筒，對一次風(fēng)中的煤粉氣流進行濃淡分離，濃度較高的 煤粉進入中心筒內(nèi)，濃度較低的煤粉進入剩余燃燒筒內(nèi)，使中心筒內(nèi)的煤粉 氣流被濃縮到適合點火的濃度水平；首先利用點火源點燃燃燒器中心筒內(nèi)濃 度較高的煤粉，再利用其著火燃燒釋放出的熱量點燃剩余濃度較低的煤粉燃 料，煤粉在其中分級逐次燃燒。
所述的一種采用內(nèi)燃式燃燒器的煤粉鍋爐降低氮氧化物的方法，利用點 火源，在燃燒器中心筒內(nèi)就提前點燃煤粉燃料，并且可以通過改變點火源能 量的手段，調(diào)整煤粉在燃燒器內(nèi)的著火強度，以適應(yīng)降低氮氧化物生成量的效果。
所述的一種采用內(nèi)燃式燃燒器的煤粉鍋爐降低氮氧化物的方法，所述的
點火源采用等離子發(fā)生器或者小油槍；燃燒器是直流燃燒器或旋流燃燒器； 鍋爐是墻式爐或四角噴燃爐。
所述的一種采用內(nèi)燃式燃燒器的煤粉鍋爐降低氮氧化物的方法，在燃燒 器內(nèi)僅有一次風(fēng)空氣提供煤粉燃燒所需的氧量，其過量空氣系數(shù)低于0. 4。
所述的一種采用內(nèi)燃式燃燒器的煤粉鍋爐降低氮氧化物的方法，減少主 燃區(qū)的二次風(fēng)量，當(dāng)采用等離子點火的燃燒器的鍋爐時，主燃燒區(qū)維持過量 空氣系數(shù)在0.85左右，當(dāng)采用常規(guī)燃燒器的鍋爐時，主燃燒區(qū)過量空氣系數(shù) 一般為0. 85 0. 95左右，使燃料更長時間地處于缺氧燃燒狀態(tài)。
本發(fā)明的積極效果體現(xiàn)在在鍋爐運行過程中，這些燃燒器的點火源始終 投用，即保持內(nèi)燃形式，使進入爐膛的燃料已進入著火狀態(tài)，并且可以通過 改變等離子發(fā)生器的輸出功率或小油槍等點火源的出力，來調(diào)整煤粉在燃燒 器的著火程度。燃燒器內(nèi)僅有一次風(fēng)空氣提供的氧量，過量空氣系數(shù)很低，
4形成的強還原性燃燒環(huán)境可有效地降低N0x的生成。燃料噴入爐膛后，由于 著火問題已經(jīng)解決，僅需保證一定的空氣量來保證穩(wěn)燃，因此爐內(nèi)整體配風(fēng) 可在更大范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)，主燃區(qū)的過量空氣系數(shù)也可以控制在很低的水平。 這樣，在燃燒器內(nèi)部和主燃燒區(qū)內(nèi)都形成了極強的還原性氣氛，有利于抑制 煤粉燃燒過程中N0x的生成。為保證煤粉最終的燃盡率，將剩余空氣從爐膛 上部以燃盡風(fēng)形式供入，形成一個強氧化性氣氛的區(qū)域，使得在鍋爐主燃燒 區(qū)內(nèi)未完全燃燒的煤粉在此區(qū)域內(nèi)與空氣強烈混合，充分反應(yīng)，從而保證鍋 爐燃燒效率不降低。這樣，在整個爐膛內(nèi)就實現(xiàn)了深度的空氣分級。
內(nèi)燃型的燃燒器可使煤粉在進入爐膛前著火燃燒，其具有的深度空氣分 級和燃料分級的特性使燃料中的C元素在高溫低氧的條件下無法與足夠的空 氣混合就開始大量反應(yīng)，生成物以C0為主。這種氣氛中，揮發(fā)份中的N元素 偏向于生成HCN、 NHi等還原性物質(zhì)，不僅減少了N0x的生成量，還可以在火 焰內(nèi)部將已經(jīng)生成的N0x大量還原(HCN+N0x—N2+H20+C0、NHi+N0x—N2+H20)， 最終減少了燃料型N0x的生成。同時，由于主燃區(qū)內(nèi)過量空氣系數(shù)很低，煤 粉燃燒不完全，溫度有限，控制了熱力型N0x的生成。在燃盡區(qū)，未燃盡燃 料雖然獲得足量氧氣充分反應(yīng)，但由于混入空氣溫度較低，N0x生成量不大， 使得N0x總體生成量得到有效控制。
同時，由于采用內(nèi)燃型燃燒器，煤粉在進入爐膛前就開始著火反應(yīng)，著 火提前相當(dāng)于擴大了爐膛的燃燒空間，為提高燃料的燃盡率創(chuàng)造了有利的條 件，克服了大部分常規(guī)低N0x燃燒技術(shù)導(dǎo)致鍋爐燃燒效率下降的缺點。
綜上所述，本發(fā)明能夠在保證鍋爐燃燒效率不降低的前提下，有效抑制 煤粉燃燒過程中N0x的生成量，實現(xiàn)N0x減排。不僅能為電廠大大節(jié)省因氮 氧化物排放所交的排污費用，帶來巨大的經(jīng)濟效益，而且由于其高效環(huán)保， 還會帶來相當(dāng)大的社會效益。


圖1為本發(fā)明的一種以等離子發(fā)生器為點火源的內(nèi)燃型煤粉燃燒器的結(jié) 構(gòu)示意圖2是圖1的左視圖3為本發(fā)明的一種內(nèi)燃型旋流燃燒器應(yīng)用于燃燒器墻式布置的煤粉鍋 爐的示意圖^為fe 3的煤粉鍋爐斷面示意圖。
圖5為本發(fā)明的一種內(nèi)燃型直流燃燒器應(yīng)用于燃燒器四角布置的煤粉鍋 爐的示意圖。
圖6為圖5的煤粉鍋爐斷面示意圖。
具體實施例方式
下面根據(jù)附圖來說明本發(fā)明的具體實施例。
圖1是以等離子發(fā)生器為點火源的內(nèi)燃型煤粉燃燒器的一個具體實施例 的示意圖。如圖1所示，燃燒器內(nèi)部分為若干級，燃燒器彎頭處設(shè)有彎板，一次風(fēng)中的煤粉與空氣由于慣性大小不同， 一次風(fēng)煤粉氣流在彎板8處產(chǎn)生 濃淡分離。濃度較高的煤粉進入燃燒器中心筒5內(nèi)，剩余濃度較低的煤粉逐 次進入各級燃燒筒內(nèi)分級供入。最后從燃燒器一次風(fēng)噴口 7噴入爐膛。各級 燃燒筒內(nèi)的煤粉還會經(jīng)過煤粉濃縮裝置4的濃縮，沿燃燒器2的徑向形成中 心濃四周淡的煤粉氣流。這樣，在燃燒器2內(nèi)部形成了深度的燃料分級。中 心筒內(nèi)的高濃度煤粉首先被點火裝置快速點燃，著火后放出的熱量逐級點燃 燃燒器內(nèi)剩余濃度相對較低的煤粉，實現(xiàn)了深度的燃料分級，并同時被噴入 爐膛燃燒。
等離子發(fā)生器1啟動后產(chǎn)生的高溫度、高焓值的等離子電弧，作用于燃 燒器中心筒5內(nèi)被高度濃縮了的煤粉，使煤粉顆粒迅速破裂釋放出揮發(fā)份， 并開始著火。中心筒5內(nèi)已著火的煤粉放出大量的熱能，繼續(xù)點燃燃燒器2 內(nèi)剩余的濃度較低的煤粉。運行過程中，等離子發(fā)生器1始終保持工作狀態(tài)， 即保證煤粉在燃燒器中心筒5內(nèi)就開始被點燃，燃燒器一次風(fēng)噴口 7噴入爐 膛內(nèi)的全部或大部分煤粉己經(jīng)開始著火。等離子發(fā)生器1的輸出功率可調(diào)， 提高功率可使被提前點燃的煤粉量增加，以此來控制煤粉在燃燒器內(nèi)的著火 程度。
燃燒器內(nèi)僅有一次風(fēng)空氣來提供煤粉燃燒所需的氧量，其過量空氣系數(shù) 低于0.4，大大低于煤粉正常點火過程中的氧濃度，所形成的強還原性燃燒環(huán) 境可有效地降低N0x的生成。燃料噴入爐膛后，由于煤粉點火和穩(wěn)燃的問題 已經(jīng)解決，可適當(dāng)推遲煤粉與二次風(fēng)的混合時機，減少主燃區(qū)的二次風(fēng)量， 維持過量空氣系數(shù)在0. 85左右(采用常規(guī)燃燒器的鍋爐主燃燒區(qū)過量空氣系 數(shù)一般為0.85 0.95)，甚至更低，使燃料更長時間地處于缺氧燃燒狀態(tài)。這 樣，在燃燒器內(nèi)部和主燃燒區(qū)內(nèi)都形成了極強的還原性氣氛，有利于抑制煤 粉燃燒過程中NOx的生成。
實施例1:圖2、 3是以等離子發(fā)生器為點火源的內(nèi)燃型旋流燃燒器應(yīng)用 于燃燒器墻式布置的煤粉鍋爐上的一個具體實施例的示意圖。如圖2、 3所示， 將鍋爐所有燃燒器全部設(shè)計或改造成為以等離子發(fā)生器為點火源的內(nèi)燃型燃 燒器21。鍋爐運行時，圖l中的等離子發(fā)生器l始終保持工作狀態(tài)，使煤粉 在燃燒器21內(nèi)就已經(jīng)被逐級點燃，燃燒器一次風(fēng)噴口 7與爐膛主燃區(qū)22相 連，由此噴入爐膛主燃區(qū)22的煤粉完全或大部分處于著火狀態(tài)?？刂迫紵?二次風(fēng)噴口 6處進入主燃區(qū)22的空氣量，使主燃區(qū)22內(nèi)氧氣濃度降低，形 成有利于抑制NOx生成的強還原性氣氛。在高溫缺氧的條件下，燃料中的C 元素?zé)o法與足夠的空氣混合就開始大量反應(yīng)，生成物以CO為主。高濃度的CO 氣氛中，揮發(fā)份中的N元素偏向于向HCN、 NHi等還原性物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，不僅減 少了 NOx的生成量，還可以在火焰內(nèi)部大量還原已經(jīng)生成的NOx (HCN+NOx —N2+H20+CO、 NHi+NOx—N2+H20)，最終減少了燃料型NOx的生成。同時，由 于主燃區(qū)22內(nèi)過量空氣系數(shù)很低，煤粉燃燒不完全，溫度有限，控制了熱力 型NOx的生成。
剩余的空氣由爐膛上部的燃盡風(fēng)噴口 23射入爐膛燃盡區(qū)24，與從主燃區(qū)22過來的未燃盡的煙氣氣強烈混合，形成很強的氧化性氣氛，使煙氣中的煤 粉顆粒在此燃盡。由于從燃盡風(fēng)噴口23射入了大量的低溫空氣，使得爐膛燃 盡區(qū)24內(nèi)的溫度水平不會太高，因此煤粉充分反應(yīng)生成的N0x量有限。這樣， 就在不影響鍋爐效率的前提下，降低了N0x的生成量。
實施例2:圖3、 4是以等離子發(fā)生器為點火源的內(nèi)燃型直流燃燒器應(yīng)用 于燃燒器四角布置的煤粉鍋爐上的一個具體實施例的示意圖。如圖3、 4所示， 將鍋爐四層燃燒器的上三層設(shè)計或改造成為以等離子發(fā)生器為點火源的內(nèi)燃 型燃燒器32,最下層仍為常規(guī)直流燃燒器31 。
鍋爐運行時，常規(guī)直流燃燒器31仍保持通常的運行狀態(tài)，在爐膛主燃區(qū) 34的下部生成較多的N0x。圖1中的等離子發(fā)生器1始終保持工作狀態(tài)，使 煤粉在燃燒器32內(nèi)就已經(jīng)被逐級點燃，燃燒器一次風(fēng)噴口 7與爐膛主燃區(qū)34 相連，由此噴入爐膛主燃區(qū)34的煤粉完全或大部分處于著火狀態(tài)?？刂苾?nèi)燃 型燃燒器32 二次風(fēng)噴口 6處進入主燃區(qū)34的空氣量，使主燃區(qū)34上部空間 內(nèi)氧氣濃度降低，形成有利于抑制N0x生成的強還原性氣氛。
在高溫缺氧的條件下，燃料中的C元素?zé)o法與足夠的空氣混合就開始大 量反應(yīng)，生成物以C0為主。高濃度的CO氣氛中，揮發(fā)份中的N元素偏向于 向HCN、 NHi等還原性物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，不僅減少了N0x的生成量，還可以在火焰 內(nèi)部大量還原爐膛主燃區(qū)34下部空間內(nèi)己經(jīng)生成的N0x (HCN + N0x — N2+H20+C0、 NHi+NOx—N2+H20)，最終減少了燃料型N0x的生成。同時，由于 主燃區(qū)34上部的過量空氣系數(shù)很低，煤粉燃燒不完全，溫度有限，控制了熱 力型N0x的生成。
剩余的空氣由爐膛上部的燃盡風(fēng)噴口 33射入爐膛燃盡區(qū)35，與從主燃區(qū) 34過來的未燃盡的煙氣氣強烈混合，形成很強的氧化性氣氛，使煙氣中的煤 粉顆粒在此燃盡。由于從燃盡風(fēng)噴口33射入了大量的低溫空氣，使得爐膛燃 盡區(qū)35內(nèi)的溫度水平不會太高，因此煤粉充分反應(yīng)生成的NOx量有限，使得 NOx總體生成量得到有效控制。這樣，就在不影響鍋爐效率的前提下，降低了 N0x的生成量。
權(quán)利要求
1、一種采用內(nèi)燃式燃燒器的煤粉鍋爐降低氮氧化物的方法，該方法包括在鍋爐側(cè)壁上安裝的煤粉燃燒器全部或部分為內(nèi)燃型的工作方式，即在整個鍋爐運行過程中，燃燒器內(nèi)部的點火源始終保持工作狀態(tài)；在煤粉燃料從燃燒器噴出時已經(jīng)著火的狀態(tài)下，降低主燃區(qū)供入的二次風(fēng)量，在主燃區(qū)內(nèi)形成一種強還原性氣氛，使煤粉燃料在高溫缺氧的狀態(tài)下燃燒；剩余空氣在爐膛上部以燃盡風(fēng)形式供入爐膛內(nèi)，形成一個強氧化性氣氛的區(qū)域，使得在鍋爐主燃燒區(qū)內(nèi)未完全燃燒的煤粉在此區(qū)域內(nèi)與空氣強烈混合、充分反應(yīng)，以滿足煤粉燃盡的需要。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種采用內(nèi)燃式燃燒器的煤粉鍋爐降低氮氧化物 的方法，在燃燒器內(nèi)分為若干級燃燒筒，對一次風(fēng)中的煤粉氣流進行濃淡分 離，濃度較高的煤粉進入中心筒內(nèi)，濃度較低的煤粉進入剩余燃燒筒內(nèi)，使 中心筒內(nèi)的煤粉氣流被濃縮到適合點火的濃度水平；首先利用點火源點燃燃 燒器中心筒內(nèi)濃度較高的煤粉，再利用其著火燃燒釋放出的熱量點燃剩余濃 度較低的煤粉燃料，煤粉在其中分級逐次燃燒。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的一種采用內(nèi)燃式燃燒器的煤粉鍋爐降低氮氧 化物的方法，利用點火源，在燃燒器中心筒內(nèi)就提前點燃煤粉燃料，并且可 以通過改變點火源能量的手段，調(diào)整煤粉在燃燒器內(nèi)的著火強度，以適應(yīng)降 低氮氧化物生成量的效果。
4、 如權(quán)利要求1或2所述的一種采用內(nèi)燃式燃燒器的煤粉鍋爐降低氮氧 化物的方法，所述的點火源采用等離子發(fā)生器或者小油槍；燃燒器是直流燃 燒器或旋流燃燒器；鍋爐是墻式爐或四角噴燃爐。
5、 如權(quán)利要求1或2所述的一種采用內(nèi)燃式燃燒器的煤粉鍋爐降低氮氧 化物的方法，在燃燒器內(nèi)僅有一次風(fēng)空氣提供煤粉燃燒所需的氧量，其過量 空氣系數(shù)低于0.4。
6、 如權(quán)利要求1所述的一種采用內(nèi)燃式燃燒器的煤粉鍋爐降低氮氧化物 的方法，減少主燃區(qū)的二次風(fēng)量，當(dāng)采用等離子點火的燃燒器的鍋爐時，主 燃燒區(qū)維持過量空氣系數(shù)在0.85左右，當(dāng)采用常規(guī)燃燒器的鍋爐時，主燃燒 區(qū)過量空氣系數(shù)一般為0. 85 0. 95左右，使燃料更長時間地處于缺氧燃燒狀 態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種采用內(nèi)燃式燃燒器的煤粉鍋爐降低氮氧化物的方法，該方法包括，將煤粉鍋爐的全部或部分燃燒器設(shè)計或改造成為內(nèi)燃型燃燒器，其點火熱源可以是等離子發(fā)生器也可以是小油槍等點火裝置，并且功率可調(diào)，用以控制燃燒器內(nèi)的著火強度。燃燒器內(nèi)部分為若干級燃燒筒，并且設(shè)置有煤粉濃縮裝置，在燃燒器內(nèi)部進行深度的燃料分級。鍋爐運行過程中，點火源始終保持工作狀態(tài)，煤粉在燃燒器內(nèi)部被逐級點燃，提前著火。降低主燃區(qū)二次風(fēng)空氣量，使主燃區(qū)處于較強的還原性氣氛中，營造有利于抑制NOx生成的高溫缺氧條件，其余空氣在爐膛上部以燃盡風(fēng)形式供入，在全爐膛內(nèi)進行深度的空氣分級。這樣，就能在保證鍋爐效率不降低的前提下，使燃燒生成的NOx得到有效的控制。
文檔編號F23C7/00GK101532662SQ20081008504
公開日2009年9月16日 申請日期2008年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月14日
發(fā)明者鵬 劉, 宏 唐, 崔星源, 張孝勇, 張玉斌, 張超群, 濤 牛, 王新光, 王雨蓬, 苗雨旺, 董永勝, 馬淮軍 申請人:煙臺龍源電力技術(shù)股份有限公司