一種層燃鍋爐組合脫硝裝置與方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及層燃爐控制NOx排放的裝置及方法，屬于燃煤層燃鍋爐污染物排放控制領域。
【背景技術】
[0002]層燃爐常在城鎮(zhèn)居民集中區(qū)使用，且多為低空排放，使得工業(yè)鍋爐對周圍環(huán)境，特別是城鎮(zhèn)環(huán)境污染尤為嚴重，而NOx在污染物中占據(jù)的份額較大，因此經(jīng)濟有效地降低層燃爐NOx排放，對于減輕大氣污染具有十分重要的意義。
[0003]目前層燃鍋爐的NOx排放濃度都不能達到GB13271-2014的排放標準，單純的SNCR也難以達標，尾部采用SCR雖然能夠達標，但投資及運行成本高，用戶難以接受，因此，有必要同時實施多種措施，來滿足GB13271-2014的排放標準。
[0004]現(xiàn)有的層燃爐低NOx燃燒技術主要包括:(I) “燃料分級”燃燒技術，如授權公告號為CN202993174U、授權公告日為2013年06月12日、名稱為《一種燃煤燃氣組合型高效低排放層燃燃燒裝置》公開了一種在層燃爐中采用外加燃氣再燃來降低NOx排放的方法，通過引入外來燃氣(天然氣、煤氣)，在主燃區(qū)上方形成富燃料區(qū)，強化還原N0X。這種方法采用了天然氣作為再燃氣體，天然氣的價格很高，使得運行成本大幅增加，在實際應用中難以實施。(2)爐內(nèi)SNCR脫硝技術，即在爐內(nèi)噴尿素與已生成的NOx反應生成N2,降低NOx排放，但是由于層燃爐爐膛截面大，噴入爐膛的尿素很難與爐膛整個截面上的煙氣均勻混合，導致脫硝效果差，脫硝率一般只有40%左右。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種層燃鍋爐組合脫硝裝置與方法，以實現(xiàn)層燃鍋爐NOJi標排放。
[0006]實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是:
本發(fā)明的一種層燃鍋爐組合脫硝裝置，包括氣化室、爐膛隔墻、煙氣通道、爐排、爐膛前拱、爐膛、噴嘴、帶加速段的臥式旋風分離器、對流排管、省煤器、空氣預熱器、送風機、再循環(huán)風機、除塵器、引風機、回料閥及六個風室；所述六個風室分別是氣化風室、第一風室、第二風室、第三風室、第四風室及第五風室；
所述爐膛內(nèi)的前下部設有氣化室，氣化室由爐膛前拱、爐膛隔墻及爐膛兩側墻圍成，爐膛隔墻上設有多個煤氣出口，氣化室通過所述多個煤氣出口與爐膛下部主燃區(qū)相通，爐排下方由前至后依次設有氣化風室、第一風室、第二風室、第三風室、第四風室及第五風室，所述氣化風室設置在氣化室下方，所述第一風室和第二風室設置在爐膛下部主燃區(qū)下方；位于爐膛前拱上方設有二次風口；爐膛的出口與所述帶加速段的臥式旋風分離器的入口連通，帶加速段的臥式旋風分離器的入口處設有所述噴嘴，帶加速段的臥式旋風分離器的底部通過所述回料閥與爐膛下部主燃區(qū)連通，帶加速段的臥式旋風分離器的出口與所述對流排管的入口相通，對流排管的出口與所述省煤器的入口連通，省煤器的出口與所述空氣預熱器的入口連通，空氣預熱器的出口通過管路與所述除塵器的入口連通，除塵器的出口分別通過管路與所述再循環(huán)風機和引風機的入口連通，再循環(huán)風機的出口與設置在爐排下方的所述煙氣通道的入口連通，煙氣通道與第一風室及第二風室相通，所述送風機的出口分別通過管路與每個風室的進風口及二次風口連通。
[0007]本發(fā)明利用層燃鍋爐組合脫硝裝置實現(xiàn)層燃鍋爐組合脫硝的方法，所述方法包括如下步驟:
步驟一:煤自煤斗進入氣化室內(nèi)，煤層在氣化室對應的爐排上著火燃燒，在缺氧條件下熱解氣化產(chǎn)生煤氣，煤氣經(jīng)設置在爐膛隔墻上的煤氣出口進入爐膛下部主燃區(qū)，在還原性氣氛下實現(xiàn)燃氣再燃，還原已生成的NOx ;與此同時，所述煤氣化后生成的煤焦隨爐排移動至第一風室、第二風室上方的爐排上高溫燃燒，燃燒溫度達到1300°C ~140(TC，這樣會產(chǎn)生NOx，為了抑制NOx的生成量，分別向第一風室6和第二風室7內(nèi)通入冷煙氣，使之在缺氧條件下燃燒，使煤焦燃燒溫度低于1100°C，抑制NOx生成量；由于缺氧，所以燃燒過程中產(chǎn)生⑶為及CxHy可燃氣體，與氣化室2產(chǎn)生的煤氣匯合，在還原性氣氛下二次燃燒，從而進一步降低NOx排放，煤焦在小于1100°C下和缺氧的環(huán)境下燃燒；
步驟二:從爐膛前拱上方的二次風口向爐膛下部主燃區(qū)的上方通入二次風，使二次風與未燃盡的可燃成分充分混合燃燒，將未完全燃燒的可燃氣體及顆粒進一步燃燒，實現(xiàn)空氣分級燃燒，降低NOx排放；
步驟三:煙氣經(jīng)爐膛的上部四周水冷壁換熱后，由爐膛的出口流出進入帶加速段的臥式旋風分離器內(nèi)，在帶加速段的臥式旋風分離器的入口處設置噴嘴向煙氣中噴入霧化后尿素水溶液進行SNCR脫硝，所述尿素水溶液的濃度為5~10%，噴入的尿素液滴在高溫煙氣的加熱下轉化為氣態(tài)，與高速旋轉的煙氣在所述臥式旋風分離器內(nèi)充分混合，在950~1050°C溫區(qū)范圍內(nèi)脫硝率大于60% ;同時，臥式旋風分離器分離出的未完全燃盡的顆粒經(jīng)回料閥送回爐膛下部主燃區(qū)內(nèi)再燃；經(jīng)分離后的煙氣進入對流排管換熱，之后進入省煤器，經(jīng)省煤器吸收煙氣熱量后進入空氣預熱器內(nèi)，再經(jīng)空氣預熱器換熱后，進入除塵器除塵處理，除塵后的煙氣分成兩部分，其中一部分經(jīng)再循環(huán)風機及煙氣通道送入第一風室及第二風室，用于控制爐排上煤焦的燃燒溫度，其余的煙氣經(jīng)引風機送入脫硫塔后進入煙囪排入大氣中。
[0008]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術的有益效果是:
(1)爐膛內(nèi)的前側(在層燃爐前部)設置一個氣化室，煤在氣化室內(nèi)產(chǎn)生煤氣代替天然氣，節(jié)省了能源，降低了運行成本；煤氣進入爐膛下部主燃區(qū)，并在還原性氣氛下二次再燃，實現(xiàn)“燃料分級”燃燒，降低NOx的排放；
(2)第一風室和第二風室均設置在爐膛下部主燃區(qū)，采用冷煙氣再循環(huán)，再循環(huán)煙氣量占總煙氣量的10-30%，減少了主燃區(qū)進風量，降低了主燃區(qū)煤層及其上方燃燒溫度，使得該區(qū)在缺氧條件下燃燒，抑制了氮氧化物的生成，同時產(chǎn)生的大量的C0、H2、CxHy可燃氣體與氣化室產(chǎn)生的燃氣匯合，在還原性氣氛下二次再燃，還原部分NOx，進一步降低NOx;
(3)從爐排下方向六個風室通入的一次風量占總風量的70~80%，從爐膛前拱上方的二次風口向爐膛下部主燃區(qū)上方通入的二次風量占總風量的20~30%，且分別送風，實現(xiàn)“空氣分級”燃燒，降低NOx的排放；
(4)在爐膛的出口處設置一個帶加速段的臥式旋風分離器，將未完全燃燒的顆粒分離回送爐膛再燃，降低飛灰含碳量，飛灰含碳量由過去的20~30%降至10~15%，鍋爐熱效率提高 2-3% ；
(5)在所述臥式旋風分離器入口處噴尿素水溶液進行SNCR脫硝，尿素與高溫煙氣在分離器內(nèi)強烈均勻混合，在950~1050°C溫區(qū)范圍內(nèi)脫硝率大于60%，大于目前在爐膛截面上嗔尿素脫硝率只有40%左右的現(xiàn)狀。
[0009]上述綜合脫硝措施的處理效果是NOx排放濃度低于150mg/m3，遠低于GB13271-2014規(guī)定的NOx排放濃度。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的層燃鍋爐組合脫硝裝置的主視結構示意圖，爐排為鏈條爐排；
圖2是圖1的A-A剖視圖；
圖3是圖1的M向視圖；
圖4是本發(fā)明的層燃鍋爐組合脫硝裝置的主視結構示意圖，爐排為往復爐排。
[0011]圖中:主燃區(qū)1、氣化室2、爐膛隔墻3、煤氣出口 4、氣化風室5、第一風室6、第二風室7、第三風室8、第四風室9、第五風室10、進風口 11、煙氣通道12、鏈條爐排13、爐膛前拱14、爐膛后拱15、二次風口 16、爐膛17、折焰角18、噴嘴19、帶加速段的臥式旋風分離器20、對流排管21、省煤器22、空氣預熱器23、送風機24、再循環(huán)風機25、除塵器26、引風機27、爐膛前墻28、回料閥29、脫硫塔30、尾部煙道31、煤斗32、煙囪33。
【具體實施方式】
[0012]【具體實施方式】一:如圖1~圖4所示，一種層燃鍋爐組合脫硝裝置，包括氣化室2、爐膛隔墻3、煙氣通道12、爐排13、爐膛前拱14、爐膛17、噴嘴19、帶加速段的臥式旋風分離器20、對流排管21、省煤器22、空氣預熱器23、送風機24、再循環(huán)風機25、除塵器26、引風機27、回料閥29及六個風室；所述六個風室分別是氣化風室5、第一風室6、第二風室7、第三風室8、第四風室9及第五風室10 ;
所述爐膛17內(nèi)的前下部設有氣化室2，氣化室2由爐膛前拱14、爐膛隔墻3及爐膛兩側墻圍成，爐膛隔墻3上設有多個煤氣出口 4，氣化室2通過所述多個煤氣出口 4與爐膛17下部主燃區(qū)I相通(多個煤氣出口 4沿爐膛隔墻3左側至右側均布開設，使氣化室2產(chǎn)生的煤氣進入爐膛17下部主燃區(qū)1，在還原性氣氛下實現(xiàn)燃氣再燃，還原已生成的NOx)，爐排13下方由前至后依次設有氣化風室5、第一風室6、第二風室7、第三風室8、第四風室9及第五風室10，所述氣化風室5設置在氣化室2下方，所述第一風室6和第二風室7設置在爐膛17下部主燃區(qū)I下方(第一風室6、第二風室7沿爐排13寬度方向均勻通入冷煙氣，使之與送入的空氣均勻混合后進入爐膛17下部主燃區(qū)1，使爐膛17下部主燃區(qū)I缺氧，進而控制燃燒溫度，抑制NOx生成量)；位于爐膛前拱14上方設有二次風口 16 (二次風送入爐膛17下部主燃區(qū)I的上方參與燃燒，將未完全燃燒的可燃氣體及顆粒進一步燃盡，實現(xiàn)空氣分級燃燒，降低NOx排放);爐膛17的出口與所述帶加速段的臥式旋風分離器20的入口連通，帶加速段的臥式旋風分離器20的入口處設有所述噴嘴19 (在帶加速段的臥式旋風分離器20的入口利用噴嘴19噴尿素進行SNCR高效脫硝處理)，帶加速段的臥式旋風分離器20的底部通過所述回料閥29與爐膛17下部主燃區(qū)I連通，帶加速段的臥式旋風分離器20的出口與所述對流排管21 (為現(xiàn)有技術)的入口相通，對流排管21的出口與所述省煤器22的入口連通，省煤器22的出口與所述空氣預熱器23的入口連通(省煤器22和空氣預熱器23均設置在尾部煙道31內(nèi))，空氣預熱器23的出口通過管路與所述除塵器26的入口連通，除塵器26的出口分別通過管路與所述再循環(huán)風機25和引風機27的入口連通(引風機27的出口與脫硫塔30相通，脫硫塔30出口與煙囪33連通)，再循環(huán)風機25的出口與設置在爐排13下方的所述煙氣通道12的入口連通，煙氣通道12與第一風室6及第二風室7相通，所述送風機24的出口分別通過管路與每個風室的進風口 11及二次風口 16連通。
[0013]本實施方式中的帶加速段的臥式旋風分離器20結構及運行參數(shù)已在公開號為CN101786050B、公開日為2011年4月6日的發(fā)明專利《循環(huán)流化床帶加速段的水冷或汽冷高溫臥式旋風分離器》中公開。
[0014]【具體實施方式】二:如圖1和圖4所示，【具體實施方式】一所述的層燃鍋爐組合脫硝裝置，所述爐排13為鏈條爐排或往復爐排，所述爐膛隔墻3下表面與鏈條爐排上表面之間的間距Hl=450~550mm (優(yōu)選500mm)，所述爐膛隔墻3的后側面的豎直延伸面與往復爐排上表面的相交線至爐膛隔墻3的下表面之間的間距H2=450~550m