CN107339691A - 一种循环流化床锅炉燃烧***以及燃烧工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种循环流化床锅炉燃烧***以及燃烧工艺。该燃烧***包括：循环流化床锅炉，具有循环烟气出口和二次风进口；二次风管，二次风管的尾端与二次风进口相连，二次风管上设置有循环烟气入口；循环烟气管道，一端与循环烟气出口相连，另一端与循环烟气入口相连；还原剂入口，设置在二次风管上，且位于循环烟气入口和二次风进口之间。本申请通过将还原剂入口、循环烟气管道和二次风管进行连接，利用二次风的高速性使还原剂与循环流化床锅炉中的烟气充分混合，进一步提升还原剂在烟气中的停留时间，达到促进还原氮氧化物的目的，因此提升了整个循环流化床中反应的脱硝效率到75％以上。
Description
技术领域
本发明涉及燃烧技术领域，具体而言，涉及一种循环流化床锅炉燃烧***以及燃烧工艺。
背景技术
近年来随着经济的发展，工业锅炉数量迅速增长，随之引起的大气污染问题也逐渐显现甚至变得严重起来。循环流化床锅炉凭借燃料适应性广、燃烧效率高以及氮氧化物排放低等优点现在受到越来越多企业的欢迎。随着国家新的锅炉烟气排放标准的实施，国家对于锅炉排放烟气污染物的各项指标要求都大幅度提高。目前烟尘和二氧化硫凭借现有高效的除尘技术和湿法脱硫技术可以基本达到要求。对于氮氧化物，随着国家标准的提高，即便氮氧化物排放量较低的循环流化床锅炉在不增加额外脱硝装置的情况下也很难达到国家标准的要求，所以在现有技术基础上发展新的脱硝技术已经成为了各个企业的迫切要求。
对于较大型的循环流化床锅炉，例如火电厂内的发电锅炉，采用SCR脱硝***即可达到较好的脱硝效果。然而对于较小型的循环流化床锅炉，SCR脱硝***又存在投资高，建造周期长等缺点，因而多选用SNCR脱硝***。SNCR脱硝***的原理是在合适的温度区间内，还原剂迅速分解，与氮氧化物混合反应，将其转变为氮气和水等对环境无污染的产物。但是随着国家对环保问题的关注日益提升，国家对于氮氧化物排放的控制会更加严格，此技术已经无法满足日益严格的环保要求。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种循环流化床锅炉燃烧***以及燃烧工艺，以解决现有技术中循环流化床锅炉的氮氧化物排放过多的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种循环流化床锅炉燃烧***，包括：循环流化床锅炉，具有循环烟气出口和二次风进口；二次风管，二次风管的尾端与二次风进口相连，二次风管上设置有循环烟气入口；循环烟气管道，一端与循环烟气出口相连，另一端与循环烟气入口相连；还原剂入口，设置在二次风管上，且位于循环烟气入口和二次风进口之间。
进一步地，上述燃烧***还包括空气预热器，二次风管和循环烟气管道穿过空气预热器，循环烟气入口位于空气预热器下游。
进一步地，上述燃烧***还包括还原剂喷射装置，还原剂喷射装置与还原剂入口相连。
进一步地，上述循环烟气管道上设置有引风机，引风机设置在空气预热器和循环烟气入口之间，优选循环烟气管道上还设置有循环风机，循环风机设置在引风机和循环烟气入口之间。
进一步地，上述循环烟气管道上还设置有：过热器，设置在循环烟气出口和空气预热器之间；可选的再热器，设置在过热器和空气预热器之间；可选的省煤器，设置在再热器和空气预热器之间。
进一步地，上述循环流化床锅炉具有一次风入口，燃烧***还包括一次风管，一次风管的尾端与一次风入口相连，一次风管与二次风管并联穿过空气预热器。
进一步地，上述循环流化床锅炉包括：循环流化床锅炉主体，具有燃烧尾气出口、回收燃料入口和二次风进口；旋风分离器，旋风分离器与循环流化床锅炉主体通过燃烧尾气出口和回收燃料入口相连，且循环烟气出口设置在旋风分离器上。
进一步地，上述燃烧***还包括：氨储罐；计量分配装置，具有还原剂出口、氨进口和空气入口，氨进口与氨储罐相连；均分装置，具有还原剂入口、还原剂出口、压缩空气入口和压缩空气出口，还原剂入口与还原剂出口相连，还原剂出口和压缩空气出口与还原剂喷射装置相连；空压机，与压缩空气入口相连。
根据本申请的另一方面，提供了一种循环流化床锅炉燃烧工艺，燃烧工艺包括：循环流化床锅炉燃烧并产生烟气；将至少部分烟气作为循环烟气，并将循环烟气和还原剂随二次风进入循环流化床锅炉进行燃烧。
进一步地，上述还原剂以喷射方式与循环烟气和二次风混合。
进一步地，上述还原剂为质量浓度为5％～10％的尿素或者氨溶液，还原剂以50m/s以上的流速喷射与循环烟气和二次风混合；还原剂为无水氨，还原剂以100m/s以上的流速喷射与循环烟气和二次风混合。
进一步地，上述燃烧工艺包括：在所述二次风进入所述循环流化床锅炉之前，将所述烟气与所述二次风进行换热。
进一步地，上述循环烟气为所述烟气总量的10％以下，优选控制所述循环烟气的氧体积含量在12％以下，进一步优选所述循环烟气的温度在140～180℃之间，更优选所述二次风的流速在20-30m/s之间。
应用本发明的技术方案，本申请通过将还原剂入口、循环烟气管道和二次风管进行连接，利用二次风的高速性使还原剂与循环流化床锅炉中的烟气充分混合，进一步提升还原剂在烟气中的停留时间，达到促进还原氮氧化物的目的，因此提升了整个循环流化床中反应的脱硝效率到75％以上；同时，同时由于循环烟气温度及含氧量相对于二次风较低，因此循环烟气进入循环流化床锅炉内可以降低其中的氧气含量及温度，这样可以进一步减少热力型氮氧化物的产生；另外，由于还原剂和氮氧化物在800-1000℃才能以一个合适的速率发生反应，现有SNCR技术下这个温度区域一般在炉膛上部的对流区，本申请通过上述设置方式使还原剂与循环流化床锅炉中的烟气在流化区域进一步混合后，与此同时由于炉温在循环烟气的作用下被控制到适合脱硝还原反应得温度窗口，还原剂开始分解成NH3基与自由基，氮氧化物再与NH3发生反应生成氮气和水，由此可以改善锅炉低负荷情况下，反应温度过低导致脱硝效率下降的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的一种优选实施例提供的燃烧***的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
1、二次风管；01、二次风机；2、循环烟气管道；3、一次风管，03、一次风机；
10、循环流化床锅炉；11、循环流化床锅炉主体；12、旋风分离器；20、过热器；30、再热器；40、省煤器；50、空气预热器；60、引风机；70、循环风机；80、还原剂喷射装置；91、氨储罐；92、计量分配装置；93、均分装置；94、空压机，95、控制***。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本申请发明人对SNCR脱销***和循环流化床锅炉进行研究时，发现由于还原剂喷口一般位于炉膛出口处，当在锅炉低负荷时，炉膛出口处温度较低，达不到合适的反应温度，抑制脱硝还原反应，从而引起脱硝效率下降。为了解决该问题，本申请提供了一种循环流化床锅炉燃烧***以及燃烧工艺。
在本申请一种典型的实施方式中，提供了一种循环流化床锅炉燃烧***，如图1所示，该燃烧***包括循环流化床锅炉10、二次风管1、循环烟气管道2和还原剂入口，循环流化床锅炉10具有循环烟气出口和二次风进口；二次风管1的尾端与二次风进口相连，二次风管1上设置有循环烟气入口；循环烟气管道2的一端与循环烟气出口相连，另一端与循环烟气入口相连；还原剂入口设置在二次风管1上，且位于循环烟气入口和二次风进口之间。
本申请通过将还原剂入口、循环烟气管道2和二次风管1进行连接，利用二次风的高速性使还原剂与循环流化床锅炉10中的烟气充分混合，进一步提升还原剂在烟气中的停留时间，达到促进还原氮氧化物的目的，因此提升了整个循环流化床中反应的脱硝效率到75％以上；同时，同时由于循环烟气温度及含氧量相对于二次风较低，因此循环烟气进入循环流化床锅炉10内可以降低其中的氧气含量及温度，这样可以进一步减少热力型氮氧化物的产生；另外，由于还原剂和氮氧化物在800-1000℃才能以一个合适的速率发生反应，现有SNCR技术下这个温度区域一般在炉膛上部的对流区，本申请通过上述设置方式使还原剂与循环流化床锅炉10中的烟气在流化区域进一步混合后，与此同时由于炉温在循环烟气的作用下被控制到适合脱硝还原反应得温度窗口，还原剂开始分解成NH3基与自由基，氮氧化物再与NH3发生反应生成氮气和水，由此可以改善锅炉低负荷情况下，反应温度过低导致脱硝效率下降的问题。
上述二次风的引入可以通过在二次风管的起始端设置二次风机01。
按照本领域的常规设置，二次风在进入循环流化床锅炉10之前需要进行加热，因此可以在二次风管1周围设置加热器以实现对二次风的加热，为了简化本申请的燃烧***，优选如图1所示，上述燃烧***还包括空气预热器50，二次风管1和循环烟气管道2穿过空气预热器50，循环烟气入口位于空气预热器50下游。将循环烟气管道2和二次风管1通过空气预热器50进行换热，实现对二次风的加热。在经过空气预热器50之后，循环烟气管道2可以设置烟气排出口，以控制进入循环流化床锅炉10的循环烟气的量。
在本申请另一种优选的实施例中，优选如图1所示，上述燃烧***还包括还原剂喷射装置80，还原剂喷射装置80与还原剂入口相连。利用还原剂喷射装置80将还原剂喷射入二次风管1，保证还原剂被二次风顺利带入循环流化床锅炉10中。由于还原剂喷射装置80不在循环流化床锅炉10本体上实施改造，一方面可以降低对循环流化床锅炉10的燃烧效率影响，另一方面可以降低传统SNCR***的实施费用。
为了保证循环烟气的输送速度的稳定性，优选如图1所示，上述循环烟气管道2上设置有引风机60，引风机60设置在空气预热器50和循环烟气入口之间。为了促进循环烟气的循环，优选循环烟气管道2上还设置有循环风机70，循环风机70设置在引风机60和循环烟气入口之间。
在本申请另一种优选的实施例中，优选如图1所示，上述循环烟气管道2上还设置有过热器20、可选的再热器30和可选的省煤器40，过热器20设置在循环烟气出口和空气预热器50之间；再热器30设置在过热器20和空气预热器50之间；省煤器40设置在再热器30和空气预热器50之间。通过过热器20和再热器30的设置对循环烟气进行降温，以保证其在短时间内以适合的温度与二次风混合。
此外，如图1所示，上述循环流化床锅炉10具有一次风入口，燃烧***还包括一次风管3，一次风管3的尾端与一次风入口相连，为了提高本申请燃烧***的热量利用效率，优选上述一次风管3与二次风管1并联穿过空气预热器50。上述一次风的引入可以通过在一次风管3的起始端设置一次风机03。
为了避免循环烟气管道2的堵塞，优选如图1所示，上述循环流化床锅炉10包括循环流化床锅炉主体11和旋风分离器12，循环流化床锅炉主体11具有燃烧尾气出口、回收燃料入口和二次风进口；旋风分离器12与循环流化床锅炉主体11通过燃烧尾气出口和回收燃料入口相连，且循环烟气出口设置在旋风分离器12上。利用旋风分离器12对燃烧尾气进行分离处理，以将其中的燃料粉末或颗粒从燃烧尾气中分离出来，避免其随着循环烟气流动时沉积在循环烟气管道2中，导致循环烟气管道2堵塞。
在本申请又一种优选的实施例中，如图1所示，上述燃烧***还包括氨储罐91、计量分配装置92、均分装置93和空压机94，计量分配装置92具有还原剂出口、氨进口和空气入口，氨进口与氨储罐91相连；均分装置93具有还原剂入口、还原剂出口、压缩空气入口和压缩空气出口，还原剂入口与还原剂出口相连，还原剂出口和压缩空气出口与还原剂喷射装置80相连，空压机94与压缩空气入口相连。利用上述氨储罐91、计量分配装置92、均分装置93和空压机94调整还原剂的通入量，以适应不同条件下的燃烧反应。为了提高控制效率和准确性，优选上述氨储罐91、计量分配装置92、均分装置93和空压机94均连接至控制***95。
在本申请另一种典型的实施方式中，提供了一种循环流化床锅炉燃烧工艺，燃烧工艺包括：循环流化床锅炉燃烧并产生烟气；将至少部分烟气作为循环烟气，并将循环烟气和还原剂随二次风进入循环流化床锅炉进行燃烧。
本申请使还原剂和循环烟气混合由二次风入口送入循环流化床锅炉中，利用二次风的高速性使还原剂与循环流化床锅炉中的烟气充分混合，进一步提升还原剂在烟气中的停留时间，达到促进还原氮氧化物的目的，因此提升了整个循环流化床中反应的脱硝效率到75％以上；同时，同时由于循环烟气温度及含氧量相对于二次风较低，因此循环烟气进入循环流化床锅炉内可以降低其中的氧气含量及温度，这样可以进一步减少热力型氮氧化物的产生；另外，还原剂与循环流化床锅炉中的烟气在流化区域进一步混合后，与此同时由于炉温在循环烟气的作用下被控制到适合脱硝还原反应得温度窗口，还原剂开始分解成NH3基与自由基，氮氧化物再与NH3发生反应生成氮气和水，由此可以改善锅炉低负荷情况下，反应温度过低导致脱硝效率下降的问题。
为了保证还原剂被二次风顺利带入循环流化床锅炉中，优选上述还原剂以喷射方式与循环烟气和二次风混合。
在本申请一种优选的实施例中，上述还原剂为质量浓度为5％～10％的尿素溶液或者氨溶液，还原剂以50m/s以上的流速喷射与循环烟气和二次风混合；或还原剂为无水氨，还原剂以100m/s以上的流速喷射与循环烟气和二次风混合。以上述流速进行混合的同时，还原剂的摄入量根据锅炉中氮氧化物浓度的波动进行调整。采用上述还原剂还原氮氧化物的化学方程式如下：
若还原剂为尿素溶液：
尿素分解：
CO(NH2)2+H2O→2NH3+CO2
NH3和氮氧化物发生反应：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
8NH3+6NO2→7N2+12H2O。
若还原剂为氨：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
4NH3+2NO+2O2→3N2+6H2O
8NH3+6NO2→7N2+12H2O。
为了实现燃烧工艺的热量充分利用以及控制二次分和循环烟气进入循环流化床锅炉的温度，优选上述燃烧工艺包括：在二次风进入循环流化床锅炉之前，将烟气与二次风进行换热。
优选上述循环烟气为烟气总量的10％以下，通过该含量的控制可以进一步降低循环流化床锅炉的炉膛温度及含氧量，减少在燃烧过程中热力型NOX的产生量。
为了尽可能减少热力型氮氧化物的产生，优选循环烟气的氧体积含量在12％以下。上述循环烟气中氧体积含量通过控制燃烧程度来调节，在此不再赘述。
此外，为了进步控制循环流化床锅炉的炉膛温度，优选控制循环烟气的温度在140～180℃之间。为了保证还原剂和循环烟气的混合效果，优选二次风的流速在20-30m/s之间。
实施例1
采用图1所示结构实施实施例1的燃烧工艺。二次风通过空气预热器50后进入二次风管1，空气预热器50后的烟气通过引风机60和再循环风机70通过再循环烟道进入二次风道与二次风混合，二次风道上的还原剂喷射装置80喷射的氨气与二次风管1内的气体混合。氨气、二次风和再循环烟气三者在二次风管1内初步混合由二次风出口进入循环流化床锅炉10炉膛的流化区域与炉膛烟气进行进一步的混合。其中二次风的高速性可以促进还原剂氨气与炉膛烟气充分混合，同时循环烟气温度及含氧量较低，循环烟气进入炉膛可以降低炉膛的氧气含量及温度，这样可以进一步减少热力型氮氧化物的产生。还原剂氨气与炉膛烟气在锅炉的流化区域进一步混合后，与此同时由于炉温在再循环烟气的作用下降低到适合脱硝还原反应得温度窗口，还原剂氨气开始分解成NH3基与自由基，氮氧化物再与NH3发生反应生成氮气和水。上述循环烟气为烟气总量的9％，循环烟气的氧体积含量在8％左右，温度在160℃左右，二次风气体流速在30m/s左右，还原剂喷嘴出口流速为100m/s。
采用德图烟气分析仪烟气脱硝前后的氮氧化物含量，计算实施例1的脱硝效率可达78％。
实施例2
与实施例1的区别在于，上述循环烟气为烟气总量的10％，循环烟气的氧体积含量在8％左右，温度在140℃左右，二次风气体流速在20m/s左右，还原剂喷嘴出口流速为100m/s。采用德图烟气分析仪烟气脱硝前后的氮氧化物含量，计算实施例2的脱硝效率可达75％。
实施例3
与实施例1的区别在于，上述循环烟气为烟气总量的8％，循环烟气的氧体积含量在12％左右，温度在160℃左右，二次风气体流速在30m/s左右，还原剂喷嘴出口流速为100m/s。采用德图烟气分析仪烟气脱硝前后的氮氧化物含量，计算实施例3的脱硝效率可达76％。
实施例4
与实施例1的区别在于，还原剂为质量浓度为5％的尿素溶液，上述循环烟气为烟气总量的8％，循环烟气的氧体积含量在9％左右，温度在160℃左右，二次风气体流速在30m/s左右，还原剂喷嘴出口流速为70m/s。采用德图烟气分析仪烟气脱硝前后的氮氧化物含量，计算实施例4的脱硝效率可达79％。
实施例5
与实施例1的区别在于，还原剂为质量浓度为10％的氨水，上述循环烟气为烟气总量的8％，循环烟气的氧体积含量在9％左右，温度在160℃左右，二次风气体流速在30m/s左右，还原剂喷嘴出口流速为50m/s。采用德图烟气分析仪烟气脱硝前后的氮氧化物含量，计算实施例5的脱硝效率可达76％。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本申请通过将还原剂入口、循环烟气管道和二次风管进行连接，利用二次风的高速性使还原剂与循环流化床锅炉中的烟气充分混合，进一步提升还原剂在烟气中的停留时间，达到促进还原氮氧化物的目的，因此提升了整个循环流化床中反应的脱硝效率到75％以上；同时，同时由于循环烟气温度及含氧量相对于二次风较低，因此循环烟气进入循环流化床锅炉内可以降低其中的氧气含量及温度，这样可以进一步减少热力型氮氧化物的产生；另外，由于还原剂和氮氧化物在800-1000℃才能以一个合适的速率发生反应，现有SNCR技术下这个温度区域一般在炉膛上部的对流区，本申请通过上述设置方式使还原剂与循环流化床锅炉中的烟气在流化区域进一步混合后，与此同时由于炉温在循环烟气的作用下被控制到适合脱硝还原反应得温度窗口，还原剂开始分解成NH3基与自由基，氮氧化物再与NH3发生反应生成氮气和水，由此可以改善锅炉低负荷情况下，反应温度过低导致脱硝效率下降的问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种循环流化床锅炉燃烧***，其特征在于，包括：
循环流化床锅炉(10)，具有循环烟气出口和二次风进口；
二次风管(1)，所述二次风管(1)的尾端与所述二次风进口相连，所述二次风管(1)上设置有循环烟气入口；
循环烟气管道(2)，一端与所述循环烟气出口相连，另一端与所述循环烟气入口相连；
还原剂入口，设置在所述二次风管(1)上，且位于所述循环烟气入口和所述二次风进口之间。
2.根据权利要求1所述的燃烧***，其特征在于，所述燃烧***还包括空气预热器(50)，所述二次风管(1)和所述循环烟气管道(2)穿过所述空气预热器(50)，所述循环烟气入口位于所述空气预热器(50)下游。
3.根据权利要求1所述的燃烧***，其特征在于，所述燃烧***还包括还原剂喷射装置(80)，所述还原剂喷射装置(80)与所述还原剂入口相连。
4.根据权利要求2所述的燃烧***，其特征在于，所述循环烟气管道(2)上设置有引风机(60)，所述引风机(60)设置在所述空气预热器(50)和所述循环烟气入口之间，优选所述循环烟气管道(2)上还设置有循环风机(70)，所述循环风机(70)设置在所述引风机(60)和所述循环烟气入口之间。
5.根据权利要求2所述的燃烧***，其特征在于，所述循环烟气管道(2)上还设置有：
过热器(20)，设置在所述循环烟气出口和所述空气预热器(50)之间；
可选的再热器(30)，设置在所述过热器(20)和所述空气预热器(50)之间；
可选的省煤器(40)，设置在所述再热器(30)和所述空气预热器(50)之间。
6.根据权利要求2所述的燃烧***，其特征在于，所述循环流化床锅炉(10)具有一次风入口，所述燃烧***还包括一次风管(3)，所述一次风管(3)的尾端与所述一次风入口相连，所述一次风管(3)与所述二次风管(1)并联穿过所述空气预热器(50)。
7.根据权利要求1所述的燃烧***，其特征在于，所述循环流化床锅炉(10)包括：
循环流化床锅炉主体(11)，具有燃烧尾气出口、回收燃料入口和所述二次风进口；
旋风分离器(12)，所述旋风分离器(12)与所述循环流化床锅炉主体(11)通过所述燃烧尾气出口和所述回收燃料入口相连，且所述循环烟气出口设置在所述旋风分离器(12)上。
8.根据权利要求3所述的燃烧***，其特征在于，所述燃烧***还包括：
氨储罐(91)；
计量分配装置(92)，具有还原剂出口、氨进口和空气入口，所述氨进口与所述氨储罐(91)相连；
均分装置(93)，具有还原剂入口、还原剂出口、压缩空气入口和压缩空气出口，所述还原剂入口与所述还原剂出口相连，所述还原剂出口和所述压缩空气出口与所述还原剂喷射装置(80)相连；
空压机(94)，与所述压缩空气入口相连。
9.一种循环流化床锅炉燃烧工艺，其特征在于，所述燃烧工艺包括：
循环流化床锅炉燃烧并产生烟气；
将至少部分所述烟气作为循环烟气，并将所述循环烟气和还原剂随二次风进入循环流化床锅炉进行燃烧。
10.根据权利要求9所述的燃烧工艺，其特征在于，所述还原剂以喷射方式与所述循环烟气和所述二次风混合。
11.根据权利要求10所述的燃烧工艺，其特征在于，所述还原剂为质量浓度为5％～10％的尿素或者氨溶液，所述还原剂以50m/s以上的流速喷射与所述循环烟气和所述二次风混合；所述还原剂为无水氨，所述还原剂以100m/s以上的流速喷射与所述循环烟气和所述二次风混合。
12.根据权利要求9所述的燃烧工艺，其特征在于，所述燃烧工艺包括：在所述二次风进入所述循环流化床锅炉之前，将所述烟气与所述二次风进行换热。
13.根据权利要求9所述的燃烧工艺，其特征在于，所述循环烟气为所述烟气总量的10％以下，优选控制所述循环烟气的氧体积含量在12％以下，进一步优选所述循环烟气的温度在140～180℃之间，更优选所述二次风的流速在20-30m/s之间。
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