一種自預(yù)熱及煤粉分段燃燒的低NOx燃燒裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于煤粉燃燒技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種自預(yù)熱及煤粉分段燃燒的低NOx燃燒裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭是我國能源資源的主要形式，在可預(yù)見的未來，煤炭作為工業(yè)鍋爐的基本燃料很難被燃油和燃?xì)獯蠓秶〈?。我國現(xiàn)有工業(yè)鍋爐60萬臺左右，并以每年約8000臺的速度增長；我國工業(yè)鍋爐85%為燃煤鍋爐，年用煤量約7億噸，占全國年用煤總量的20%左右，其每年的總能耗和污染排放均位居全國第二。我國的燃煤工業(yè)鍋爐中，29MW以下的中小型占大部分，并以層燃爐為主。近年來出現(xiàn)的煤粉工業(yè)鍋爐因其具有即開即停、易實(shí)現(xiàn)自動調(diào)控、熱效率高、節(jié)省煤耗的優(yōu)點(diǎn)，已成為舊的燃煤工業(yè)鍋爐房改造和新建燃煤工業(yè)鍋爐的主要選項(xiàng)之一。煤粉工業(yè)鍋爐尤其是中小型鍋爐具有燃燒空間狹小、水冷度高的特殊性，穩(wěn)燃、燃盡問題突出，只能燃用優(yōu)質(zhì)的煙煤或褐煤煤粉，并普遍存在飛灰含碳偏高的現(xiàn)象，無法適用資源更豐富及地域更寬廣的中等質(zhì)量煤種；在污染物排放方面，盡管S02&理及粉塵收集已有成熟可靠技術(shù)保障，但是NOx的排放卻是個很難克服的挑戰(zhàn)。由于煤粉工業(yè)鍋爐房受系統(tǒng)投資和運(yùn)行成本的制約，無法像大型煤電鍋爐配套復(fù)雜的煙氣爐外NOx處理系統(tǒng)，而現(xiàn)行的低氮燃燒技術(shù)在這一特殊環(huán)境下效果不良，導(dǎo)致煙氣中的NOx與國家排放標(biāo)準(zhǔn)有較大的差距。
[0003]基于我國能源資源的特點(diǎn)及煤粉工業(yè)鍋爐的節(jié)能優(yōu)勢，開發(fā)煤種適應(yīng)性強(qiáng)、穩(wěn)燃效果好、燃盡率與大型煤電鍋爐相當(dāng)、NOx含量能達(dá)到或接近國家排放標(biāo)準(zhǔn)的適用燃燒技術(shù)和方法，對于促進(jìn)煤粉工業(yè)鍋爐的推廣和技術(shù)的提高、節(jié)能減排，具有現(xiàn)實(shí)的緊迫性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型公開了一種自預(yù)熱及煤粉分段燃燒的低NOx燃燒裝置，旨在提供一種具有預(yù)燃、煙氣循環(huán)及部分助燃空氣自預(yù)熱的高效低污染的煤粉分段燃燒裝置，以解決工業(yè)鍋爐現(xiàn)行煤粉燃燒裝置的火焰穩(wěn)定性不良、煤種適應(yīng)能力有限、飛灰燃盡效果不佳、煙氣NOx含量偏高等問題。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種自預(yù)熱及煤粉分段燃燒的低NOx燃燒裝置，包括連接在鍋爐衛(wèi)燃帶上的預(yù)燃室，在預(yù)燃室的前端設(shè)有中心管及中心管外側(cè)同軸套設(shè)的一次風(fēng)管，中心管和一次風(fēng)管之間的通道為一次風(fēng)環(huán)形通道，一次風(fēng)管外側(cè)設(shè)有二次風(fēng)環(huán)形通道，在預(yù)燃室外側(cè)套設(shè)有三次風(fēng)環(huán)形通道，三次風(fēng)環(huán)形通道的出口端設(shè)有三次風(fēng)環(huán)形噴口與預(yù)燃室、鍋爐衛(wèi)燃帶連通，其中三次風(fēng)在其通道內(nèi)經(jīng)過一定程度的預(yù)熱，沿著與燃燒裝置軸線成5~15°角度的方向或沿著與燃燒裝置軸線平行的方向由三次風(fēng)噴口導(dǎo)入鍋爐爐膛，在鍋爐的衛(wèi)燃帶及爐膛與來自預(yù)燃室的未燃盡煤粉火焰強(qiáng)烈混合與燃燒。
[0006]作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，在中心管內(nèi)部同軸設(shè)有燃?xì)鈱?dǎo)管與預(yù)燃室連通，中心管與燃?xì)鈱?dǎo)管之間的空間構(gòu)成中心風(fēng)環(huán)形通道。
[0007]作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，在二次風(fēng)環(huán)形通道外側(cè)還設(shè)有循環(huán)煙氣環(huán)形通道。
[0008]作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，在三次風(fēng)環(huán)形通道內(nèi)，預(yù)燃室的外側(cè)，設(shè)有換熱鱗片。
[0009]作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，在二次風(fēng)環(huán)形通道和/或三次風(fēng)環(huán)形通道的進(jìn)風(fēng)口內(nèi)設(shè)有調(diào)節(jié)板。
[0010]作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，在一次風(fēng)環(huán)形通道和/或二次風(fēng)環(huán)形通道內(nèi)設(shè)有切向旋流葉片或軸向旋流器。
[0011]本實(shí)用新型所述裝置的實(shí)現(xiàn)方法是，將由一次風(fēng)環(huán)形通道中進(jìn)入到預(yù)燃室的煤粉，與由二次風(fēng)環(huán)形通道導(dǎo)入到預(yù)燃室的助燃空氣在預(yù)燃室內(nèi)進(jìn)行第一次富燃料燃燒，空氣過剩系數(shù)控制在0.4-0.75范圍內(nèi)，火焰溫度保持在1000~1100°C水平；將在三次風(fēng)環(huán)形通道中預(yù)熱后的空氣，與預(yù)燃室中第一次富燃料燃燒未燃盡的煤粉火焰進(jìn)行第二次富氧燃燒，空氣過剩系數(shù)控制在1.2-1.35范圍內(nèi)，火焰溫度保持在1200~1350°C的中溫水平。具體講就是:煤粉經(jīng)由一次風(fēng)環(huán)形通道，以旋流或直流方式引入預(yù)燃室，同時，部分助燃空氣以旋流方式通過二次風(fēng)環(huán)形通道經(jīng)由二次風(fēng)噴口導(dǎo)入預(yù)燃室，并與一次風(fēng)粉氣流混合，點(diǎn)燃后，進(jìn)入預(yù)燃室中的一次風(fēng)及二次風(fēng)中的氧氣與煤粉發(fā)生燃燒反應(yīng)，預(yù)燃室中的燃燒反應(yīng)既有煤粉裂解出的揮發(fā)分可燃?xì)怏w參與，又有碳的不完全和完全燃燒反應(yīng)參與，同時還伴隨著其它一些氣態(tài)和固態(tài)物質(zhì)的還原和氧化，借助于預(yù)燃室的蓄熱和絕熱環(huán)境，能實(shí)現(xiàn)煤粉的順利點(diǎn)燃和初期火焰的持續(xù)穩(wěn)定，加快煤粉的燃燒反應(yīng)速度和增加燃燒行程，煤粉在預(yù)燃室內(nèi)完成第一階段的燃燒反應(yīng)或稱一次燃燒，預(yù)燃室內(nèi)為富燃料的還原性氣氛，其空氣過剩系數(shù)控制在0.4-0.75范圍內(nèi)，以抑制燃料型NOx的形成，并還原已生成的NOx，使煤粉所含有機(jī)氮絕大部分轉(zhuǎn)化為N2;三次風(fēng)在其通道內(nèi)經(jīng)過一定程度的預(yù)熱，沿著與燃燒裝置軸線成5~15°角度的方向或沿著與燃燒裝置軸線平行的方向由三次風(fēng)噴口導(dǎo)入鍋爐爐膛，在鍋爐的衛(wèi)燃帶及爐膛與來自預(yù)燃室的未燃盡煤粉火焰強(qiáng)烈混合與燃燒。這是煤粉燃燒的第二階段燃燒或稱二次燃燒，也是煤粉的燃盡階段，其特點(diǎn)是一次燃燒不足的氧氣由三次風(fēng)在此全部提供。該二次燃燒的空氣過剩系數(shù)為1.2-1.35，火焰的最高溫度< 1350°C，沿軸線分布的1200~1350°C中溫火焰區(qū)域較長，且溫度分布比較均勻，寬度上火焰相對比較集中，有利于氣固間的質(zhì)量、熱量交換，提高反應(yīng)速度，為煤粉的燃盡創(chuàng)造條件。而因?yàn)榛鹧鏈囟忍幱谥袦胤懂?，可有效地抑制熱力型NOx的生成。
[0012]為了深度降低煙氣中NOx的含量，并在煤粉灰熔點(diǎn)偏低情況下預(yù)燃室不發(fā)生結(jié)焦現(xiàn)象，該方法還包括向預(yù)燃室中導(dǎo)入除塵處理后的煙道的凈煙氣，該凈煙氣作為循環(huán)煙氣，循環(huán)煙氣的溫度為120~160°C，且循環(huán)煙氣用量占助燃空氣量的15~30%。其中，循環(huán)煙氣可以作為載體與煤粉一起經(jīng)由一次風(fēng)環(huán)形通道導(dǎo)入到預(yù)燃室，也可以以凈煙氣形式由預(yù)燃室的根部專用通道導(dǎo)入，循環(huán)煙氣的引入不但有利于預(yù)燃室內(nèi)還原氣氛的調(diào)控，同時也能將預(yù)燃室內(nèi)的火焰溫度控制在1000~1100°C的適當(dāng)水平，即在第一階段實(shí)現(xiàn)低溫燃燒，待煤粉經(jīng)過第一階段的充分預(yù)燃后，于第二階段實(shí)施寬度上相對集束的中溫燃燒，破除燃盡和低NOx 二者的矛盾，并消除預(yù)燃室的結(jié)焦隱患。
[0013]為適應(yīng)燃用揮發(fā)分較低的貧瘦煤或煙煤、褐煤與貧瘦煤的混合煤煤粉，以及本身氮含量高的煤粉，該方法還包括向預(yù)燃室中導(dǎo)入天然氣、焦?fàn)t煤氣、液化石油氣中的一種或多種氣體燃料。其中，氣體燃料既可作為啟動點(diǎn)火的燃料源，又可與煤粉搭配進(jìn)行氣固混燒，氣體燃料中碳?xì)浠衔锏然钚曰鶊F(tuán)的存在和參與，可大幅度降低一次燃燒過程N(yùn)Ox的生成量，同時也能促進(jìn)煤粉火焰的穩(wěn)定。氣體燃料的用量為燃燒裝置總功率的0~25%，氣體燃料由布置在中心管中的圓形燃?xì)鈱?dǎo)管送入預(yù)燃室。中心管中通入助燃空氣，稱為中心風(fēng)，中心風(fēng)引自助燃空氣總管，由中心管噴口導(dǎo)入預(yù)燃室。中心風(fēng)除向預(yù)燃室補(bǔ)充部分氧氣外，還有通過噴口射流速度的變化調(diào)節(jié)預(yù)燃室火焰根部位置的作用。
[0014]此外，三次風(fēng)在流經(jīng)三次風(fēng)通道時與通道內(nèi)的換熱鱗片接觸，風(fēng)溫被提升30~100°C。較高溫度的三次風(fēng)有利于改善第二階段燃燒的燃盡效果，而三次風(fēng)吸收由換熱鱗片傳導(dǎo)來的預(yù)燃室壁面熱量，可防止三次風(fēng)通道內(nèi)套筒壁溫度過高而影響燃燒裝置的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，起到冷卻和保護(hù)燃燒裝置的作用。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)。
[0016](I)火焰穩(wěn)定性好:借助預(yù)燃室的絕熱和蓄熱作用，即使冷態(tài)下啟動點(diǎn)火，也可實(shí)現(xiàn)使用少量燃?xì)舛虝r間內(nèi)點(diǎn)燃煤粉，并能快速形成自穩(wěn)定性良好的煤粉火焰。
[0017](2)煙氣NOx含量低:采取煙氣循環(huán)、多通道分級供風(fēng)及分段燃燒方法，第一階段將部分助燃空氣及循環(huán)煙氣引入預(yù)燃室進(jìn)行低溫富燃料燃燒，火焰溫度控制在1000~1100°C的范圍，空氣過剩系數(shù)控制在0.4-0.75的范圍，抑制燃料型NOx的生成，創(chuàng)造不生成熱力型和快速型NOx的溫度和氣氛條件，實(shí)現(xiàn)煤粉所含有機(jī)氮絕大多數(shù)轉(zhuǎn)化為隊(duì)的目標(biāo)；第二階段引入三次風(fēng)進(jìn)行中溫富氧燃燒，空氣過剩系數(shù)為1.2~1.35，火焰溫度控制在1200~1350°C的中