CN103604117A - 循环流化床锅炉多重分级高效低氮燃烧方法及燃烧*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及循环流化床锅炉多重分级高效低氮燃烧方法及燃烧***，所述方法是燃烧空气分别经相应入口进入炉膛，将炉膛分为欠氧燃烧、还原、氧化燃烧和燃尽区，各区过量空气系数分别控制为0.55-0.95、0.75-1.15、1.05-1.25和≥1.20，使燃料在炉膛内分散均匀燃烧。燃尽区位于氧化燃烧区上边界以上且有效高度不低于该区烟气平均速度值的2.5倍，其余各区的上边界分别距布风板表面2.0-5.5米、4.5-9.0米和8.0-12.0米。适合该方法的***包括炉膛、布风板、一次风入口和二次风入口，在炉膛相应区域的至少一面墙上分别设置有至少一层还原风入口、氧化风入口和燃尽风入口。本发明既能降低氮氧化物生成量又能实现燃料的高效燃烧。

Description

循环流化床锅炉多重分级高效低氮燃烧方法及燃烧***

技术领域

本发明涉及锅炉燃烧方法及燃烧***，具体而言是循环流化床锅炉多重分级高效低氮燃烧方法及燃烧***。

背景技术

氮氧化物是大气环境污染的主要污染物之一，它危害人体健康、影响植物生长，并参与对臭氧层的破坏。

氮氧化物主要来源于固体、液体和气体燃料的直接燃用，作为氮氧化物的排放大户，火电厂的氮氧化物排放控制至关重要。近年来，在燃料燃烧过程中控制氮氧化物生成的低氮燃烧技术以及对已经生成的氮氧化物进行还原的烟气脱硝技术都有了长足发展。

低氮燃烧技术可以大幅降低从锅炉排入烟气脱硝***的氮氧化物初始排放浓度，进而能够降低烟气脱硝***的投资与运行维护费用。作为最容易实现而且最经济的一种氮氧化物排放控制技术，低氮燃烧技术在燃煤电厂的煤粉锅炉领域被普遍采用。而循环流化床锅炉燃烧技术由于特有的低温燃烧和二次风分级布置方式，其氮氧化物生成量都低于使用相同燃料的普通煤粉锅炉，一般情况下可以满足原2003年版《火电厂大气污染物排放标准》关于燃煤锅炉450－1100mg/Nm³的氮氧化物排放限值的要求，故鲜有低氮燃烧技术的研究及其成果。然而，2011版排放标准对现有循环流化床锅炉的氮氧化物排放限值提高到了200mg/Nm³，对新建机组则严格执行100mg/Nm³的排放标准，于是，现有和新建的循环流化床锅炉均面临着进一步降低炉内氮氧化物生成量的问题。尤其是对于燃用生物质和泥煤、油页岩等高挥发分、低灰熔点劣质燃料的循环流化床锅炉，存在燃料沿炉膛高度方向的燃烧放热不均的问题，炉膛中下部一般都会出现一个比较高的燃烧峰值温度，增加了热力型氮氧化物的生成，同时还容易出现结渣和高温腐蚀现象。

为了降低氮氧化物的生成，往往采用降低炉内燃烧温度和加大炉内还原性气氛区域范围的解决方式，然而这样又会在很大程度上影响到燃料的充分燃烧，将增加锅炉的机械不完全燃烧损失。对于本身就已经采用了空气分级燃烧技术的循环流化床锅炉而言，空气分级的程度越大，氮氧化物的减排程度也就越大；但是，随着空气分级的程度加大，炉膛内处于还原性气氛的区域也越大，这些区域出现结渣和高温腐蚀的机率也将增加，飞灰含碳量也会越大，将对锅炉的经济安全运行造成影响。因此，设计出既能降低氮氧化物生成量又能实现燃料高效燃烧的循环流化床锅炉多重分级高效低氮燃烧方法及燃烧***十分必要。

发明内容

本发明的目的是提供既能降低氮氧化物生成量又能实现燃料高效燃烧的循环流化床锅炉多重分级高效低氮燃烧方法及燃烧***。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种循环流化床锅炉多重分级高效低氮燃烧方法，其特征是燃料自下而上依次经过欠氧燃烧区、还原区、氧化燃烧区和燃尽区进行相应燃烧；燃烧空气分为一次风和二次风进入炉膛，所述一次风为经由炉底一次风入口进入的炉底一次风，一次风总量低于燃料完全燃烧所需的空气量，所述二次风包括从还原风入口进入的还原风、从氧化风入口进入的氧化风和从燃尽风入口进入的燃尽风；欠氧燃烧区的过量空气系数控制为0.55－0.95，还原区的过量空气系数控制为0.75－1.15，氧化燃烧区的过量空气系数控制为1.05－1.25，燃尽区的过量空气系数控制为≥1.20。

进一步地，所述一次风还包括经由燃料输送风入口进入的燃料输送风和经由环形一次风入口进入的环形一次风。

进一步地，所述欠氧燃烧区的过量空气系数控制为0.75－0.85，还原区的过量空气系数控制为0.95－1.05，氧化燃烧区的过量空气系数控制为1.10－1.15，燃尽区的过量空气系数控制为≥1.25。

循环流化床锅炉多重分级高效低氮燃烧***，包括炉膛、布风板、一次风入口和二次风入口，其特征是炉膛自下而上依次分为欠氧燃烧区、还原区、氧化燃烧区和燃尽区，欠氧燃烧区的上边界距离布风板表面2.0－5.5米，还原区的上边界距离布风板表面4.5－9.0米，氧化燃烧区的上边界距离布风板表面8.0－12.0米，燃尽区位于氧化燃烧区的上边界以上，在布风板下面设置有炉底一次风入口，在还原区的炉膛的至少一面墙上设置有至少一层还原风入口，在氧化燃烧区的炉膛的至少一面墙上设置有至少一层氧化风入口，在燃尽区的炉膛的至少一面墙上设置有至少一层燃尽风入口，最上一层燃尽风入口到炉膛出口处分离器进口烟道底部或炉膛上部第一组对流受热面第一排管子之间的高度值不低于燃尽区烟气平均速度值的2.5倍。

进一步地，在还原区的炉膛相对的两面墙上各设置有至少一层还原风入口，在氧化燃烧区的炉膛相对的两面墙上各设置有至少一层氧化风入口，在燃尽区的炉膛相对的两面墙上各设置有至少一层燃尽风入口。

进一步地，所述还原风入口沿炉膛高度方向错层设置，所述氧化风入口沿炉膛高度方向错层设置，所述燃尽风入口沿炉膛高度方向错层设置。

循环流化床锅炉多重分级高效低氮燃烧***，其特征是包括炉膛、布风板、一次风入口和二次风入口，其特征是炉膛自下而上依次分为欠氧燃烧区、还原区、氧化燃烧区和燃尽区，欠氧燃烧区的上边界距离布风板表面2.0－5.5米，还原区的上边界距离布风板表面4.5－9.0米，氧化燃烧区的上边界距离布风板表面8.0－12.0米，燃尽区位于氧化燃烧区的上边界以上，在布风板下面设置有炉底一次风入口，在炉膛下部设置有燃料输送风入口，在靠近布风板上部的炉膛墙上设置有环形一次风入口，在还原区的炉膛的至少一面墙上设置有至少一层还原风入口，在氧化燃烧区的炉膛的至少一面墙上设置有至少一层氧化风入口，在燃尽区的炉膛的至少一面墙上设置有至少一层燃尽风入口，最上一层燃尽风入口到炉膛出口处分离器进口烟道底部或炉膛上部第一组对流受热面第一排管子之间的高度值不低于燃尽区烟气平均速度值的2.5倍。

进一步地，在还原区的炉膛相对的两面墙上各设置有至少一层还原风入口，在氧化燃烧区的炉膛相对的两面墙上各设置有至少一层氧化风入口，在燃尽区的炉膛相对的两面墙上各设置有至少一层燃尽风入口。

进一步地，所述还原风入口沿炉膛高度方向错层设置，所述氧化风入口沿炉膛高度方向错层设置，所述燃尽风入口沿炉膛高度方向错层设置。

本发明通过在炉膛上设置一、二次风入口，并将二次风入口分设成还原风入口、氧化风入口和燃尽风入口，将炉膛划分为欠氧燃烧区、还原区、氧化燃烧区和燃尽区，并且对炉膛的燃尽区提出了最低高度要求，从而保证了炉内燃烧空气的整体深度分级，使燃料自下而上依次经过欠氧燃烧区、还原区、氧化燃烧区和燃尽区，欠氧燃烧区能够明显地降低燃料型氮氧化物的生成和抑制热力型氮氧化物的生成，还原区对已经生成的氮氧化物进行还原，氧化燃烧区使燃料在氧化性气氛下进一步燃烧，燃尽区则保证尚未燃烧完全的焦炭和挥发份充分燃烧，以完成整个燃烧过程。采用本发明，燃料在炉膛内沿炉膛高度方向分散均匀燃烧，不仅大幅度地削减了燃烧峰值温度，有效地降低了燃料型氮氧化物和热力型氮氧化物的生成，而且还实现了燃料的高效燃烧。

与现有技术相比，本发明通过对炉内燃烧空气的整体深度分级，能够实现氮氧化物的超低排放，使氮氧化物生成量降低30%左右，同时，还能够兼顾燃料的高效燃烧，降低炉内结渣和高温腐蚀倾向，保证锅炉能够连续、稳定、安全、可靠地运行。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明一个实施例的结构示意图；

图3为本发明另一个实施例的结构示意图。

图中：1-炉膛；1.1-欠氧燃烧区；1.2-还原区；1.3-氧化燃烧区；1.4-燃尽区；2-布风板；3-一次风入口；3.1-炉底一次风入口；3.2-燃料输送风入口；3.3-环形一次风入口；4-二次风入口；4.1-还原风入口；4.2-氧化风入口；4.3-燃尽风入口；5-分离器进口烟道；6-炉膛上部第一组对流受热面。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。

实施例1：

一台高温型循环流化床锅炉，多重分级高效低氮燃烧***包括炉膛、布风板、一次风入口和二次风入口，炉膛自下而上依次分为欠氧燃烧区、还原区、氧化燃烧区和燃尽区，欠氧燃烧区的上边界距离布风板表面4.5米，还原区的上边界距离布风板表面7.5米，氧化燃烧区的上边界距离布风板表面9.5米，燃尽区位于氧化燃烧区的上边界以上。在布风板下面设置有炉底一次风入口，在还原区炉膛的前后墙上各设置有一层还原风入口，在氧化燃烧区炉膛的前后墙上各设置有一层氧化风入口，在燃尽区的炉膛的前后墙上各设置有一层燃尽风入口。

燃料在输送风的推动下进入炉膛下部，自下而上依次经过欠氧燃烧区、还原区、氧化燃烧区和燃尽区进行燃烧。燃烧空气分为经由炉底一次风入口进入的炉底一次风、从燃料输送风入口进入的输送风，以及从还原风入口进入的还原风、从氧化风入口进入的氧化风、从燃尽风入口进入的燃尽风。

输送风和炉底一次风的总风量低于燃料完全燃烧所需的空气量，在炉膛下部就形成了一个欠氧燃烧区，从而能够明显地降低燃料型氮氧化物的生成，并将燃料的燃烧过程推迟，降低该区域的燃烧温度水平，抑制热力型氮氧化物的生成。

燃料在欠氧燃烧区燃烧产生的烟气向上进入还原区，在这里通过焦炭等还原介质的还原作用，可以将已经在欠氧燃烧区生成的氮氧化物进行还原。在还原区喷入的还原风，可以起到调节还原区氧气浓度的作用。在还原区的烟气中保持适当的氧气浓度，能够强化燃料燃烧形成的焦炭与氮氧化物的还原反应，提高还原反应速率，并且还有利于未完全燃烧的焦炭和挥发份在后期的燃烧与燃尽。

在还原区上部喷入氧化风形成氧化燃烧区，使燃料在氧化性气氛下进一步燃烧，将燃料在炉膛内局部的集中燃烧向沿炉膛高度分散燃烧发展，能够大幅度削减燃烧峰值温度，进而减少热力型氮氧化物的生成量。

燃料燃烧所需的其余燃烧空气通过燃尽风喷口送入炉膛，在前三个区域当中尚未燃烧完全的焦炭和挥发份在燃尽区进行充分燃烧，并完成燃料的整个燃烧过程。

本实施例的欠氧燃烧区的过量空气系数控制为0.80，还原区的过量空气系数控制为0.95，氧化燃烧区的过量空气系数控制为1.15，燃尽区的过量空气系数控制为1.25。

为了确保燃料的高效燃烧，将最上一层燃尽风入口到炉膛出口处分离器进口烟道底部的高度值设为燃尽区烟气平均速度值的3倍。

实施例2：

本实施例是在一台中温型循环流化床锅炉中，通过对炉内燃烧空气进行整体深度分级，在沿炉膛高度方向上，根据燃料的燃烧特点，将炉膛从下到上划分为欠氧燃烧区、还原区、氧化燃烧区和燃尽区。

燃料在炉膛中的燃烧以及氮氧化物的生成与还原过程，本实施例与实施例1基本相同，两者的差异在于：

在本实施例中，为了确保燃料的高效燃烧，将最上一层燃尽风入口到炉膛上部第一组对流受热面第一排管子之间的高度值设为燃尽区烟气平均速度值的2.5倍。

在本实施例中，还原风、氧化风和燃尽风仅在炉膛的单面墙上各设置了一层，其中，还原风和燃尽风的喷口位于炉膛后墙上，氧化风的喷口位于炉膛前墙上。

本实施例的欠氧燃烧区的过量空气系数控制为0.85，还原区的过量空气系数控制为1.00，氧化燃烧区的过量空气系数控制为1.20，燃尽区的过量空气系数控制为1.35。

实施例3：

本实施例与实施例1的总体布局、燃料在炉膛中的燃烧以及氮氧化物的生成与还原过程基本相同，两者的差异在于：

在本实施例中，在靠近布风板上部的炉膛墙上设置有环形一次风入口。

在本实施例中，二次风分四层进入炉膛，分别是两层还原风、一层氧化风和一层燃尽风。其中，下层还原风的喷口位于炉膛后墙，上层还原风的喷口位于炉膛前墙；氧化风的喷口位于炉膛两侧墙上；燃尽风的喷口位于炉四面墙上。

本实施例的欠氧燃烧区的过量空气系数控制为0.75，还原区的过量空气系数控制为0.90，氧化燃烧区的过量空气系数控制为1.10，燃尽区的过量空气系数控制为1.20。

前述实施例的示意图中，绘制的受热面数量、燃烧空气层数及喷口数量，并不代表在具体工程应用时对其数量的限制。

本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种循环流化床锅炉多重分级高效低氮燃烧方法，其特征在于：燃料自下而上依次经过欠氧燃烧区（1.1）、还原区（1.2）、氧化燃烧区（1.3）和燃尽区（1.4）进行燃烧；燃烧空气分为一次风和二次风进入炉膛，所述一次风为经由炉底一次风入口（3.1）进入的炉底一次风，一次风总量低于燃料完全燃烧所需的空气量，所述二次风包括从还原风入口（4.1）进入的还原风、从氧化风入口（4.2）进入的氧化风和从燃尽风入口（4.3）进入的燃尽风；欠氧燃烧区的过量空气系数控制为0.55－0.95，还原区的过量空气系数控制为0.75－1.15，氧化燃烧区的过量空气系数控制为1.05－1.25，燃尽区的过量空气系数控制为≥1.20。

2.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉多重分级高效低氮燃烧方法，其特征在于：所述一次风还包括经由燃料输送风入口（3.2）进入的燃料输送风和经由环形一次风入口（3.3）进入的环形一次风。

3.根据权利要求1或2所述的循环流化床锅炉多重分级高效低氮燃烧方法，其特征在于：所述欠氧燃烧区的过量空气系数控制为0.75－0.85，还原区的过量空气系数控制为0.95－1.05，氧化燃烧区的过量空气系数控制为1.10－1.15，燃尽区的过量空气系数控制为≥1.25。

4.适合于权利要求1所述燃烧方法的循环流化床锅炉多重分级高效低氮燃烧***，包括炉膛（1）、布风板（2）、一次风入口（3）和二次风入口（4），其特征在于：炉膛（1）自下而上依次分为欠氧燃烧区（1.1）、还原区（1.2）、氧化燃烧区（1.3）和燃尽区（1.4），欠氧燃烧区（1.1）的上边界距离布风板（2）表面2.0－5.5米，还原区（1.2）的上边界距离布风板（2）表面4.5－9.0米，氧化燃烧区（1.3）的上边界距离布风板（2）表面8.0－12.0米，燃尽区（1.4）位于氧化燃烧区（1.3）的上边界以上，在布风板（2）下面设置有炉底一次风入口（3.1），在还原区（1.2）的炉膛的至少一面墙上设置有至少一层还原风入口（4.1），在氧化燃烧区（1.3）的炉膛的至少一面墙上设置有至少一层氧化风入口（4.2），在燃尽区（1.4）的炉膛的至少一面墙上设置有至少一层燃尽风入口（4.3），最上一层燃尽风入口（4.3）到炉膛出口处分离器进口烟道底部或炉膛上部第一组对流受热面第一排管子之间的高度值不低于燃尽区烟气平均速度值的2.5倍。

5.根据权利要求4所述的循环流化床锅炉多重分级高效低氮燃烧***，其特征在于：在还原区（1.2）的炉膛相对的两面墙上各设置有至少一层还原风入口（4.1），在氧化燃烧区（1.3）的炉膛相对的两面墙上各设置有至少一层氧化风入口（4.2），在燃尽区（1.4）的炉膛相对的两面墙上各设置有至少一层燃尽风入口（4.3）。

6.根据权利要求5所述的循环流化床锅炉多重分级高效低氮燃烧***，其特征在于：所述还原风入口（4.1）沿炉膛高度方向错层设置，所述氧化风入口（4.2）沿炉膛高度方向错层设置，所述燃尽风入口（4.3）沿炉膛高度方向错层设置。

7.适合于权利要求2所述的循环流化床锅炉多重分级高效低氮燃烧***，其特征在于：包括炉膛（1）、布风板（2）、一次风入口（3）和二次风入口（4），其特征在于：炉膛（1）自下而上依次分为欠氧燃烧区（1.1）、还原区（1.2）、氧化燃烧区（1.3）和燃尽区（1.4），欠氧燃烧区（1.1）的上边界距离布风板（2）表面2.0－5.5米，还原区（1.2）的上边界距离布风板（2）表面4.5－9.0米，氧化燃烧区（1.3）的上边界距离布风板（2）表面8.0－12.0米，燃尽区（1.4）位于氧化燃烧区（1.3）的上边界以上，在布风板（2）下面设置有炉底一次风入口（3.1），在炉膛下部设置有燃料输送风入口（3.2），在靠近布风板（2）上部的炉膛墙上设置有环形一次风入口（3.3），在还原区（1.2）的炉膛的至少一面墙上设置有至少一层还原风入口（4.1），在氧化燃烧区（1.3）的炉膛的至少一面墙上设置有至少一层氧化风入口（4.2），在燃尽区（1.4）的炉膛的至少一面墙上设置有至少一层燃尽风入口（4.3），最上一层燃尽风入口（4.3）到炉膛出口处分离器进口烟道底部或炉膛上部第一组对流受热面第一排管子之间的高度值不低于燃尽区烟气平均速度值的2.5倍。

8.根据权利要求7所述的循环流化床锅炉多重分级高效低氮燃烧***，其特征在于：在还原区（1.2）的炉膛相对的两面墙上各设置有至少一层还原风入口（4.1），在氧化燃烧区（1.3）的炉膛相对的两面墙上各设置有至少一层氧化风入口（4.2），在燃尽区（1.4）的炉膛相对的两面墙上各设置有至少一层燃尽风入口（4.3）。

9.根据权利要求8所述的循环流化床锅炉多重分级高效低氮燃烧***，其特征在于：所述还原风入口（4.1）沿炉膛高度方向错层设置，所述氧化风入口（4.2）沿炉膛高度方向错层设置，所述燃尽风入口（4.3）沿炉膛高度方向错层设置。

Images