CN107559823A - 一种炉内脱硝与两级燃尽风布置的低氮燃烧装置 - Google Patents

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一种炉内脱硝与两级燃尽风布置的低氮燃烧装置,它涉及一种工业锅炉煤粉燃烧装置,以解决现有卧式工业煤粉锅炉存在NOx排放量高、负荷波动时脱硝效果不稳定和热效率低的问题,它包括设置有燃烧器的锅炉和上行烟道;燃烧器为低氮旋流煤粉燃烧器,炉膛中部的四个角部位置分别布置有一个氨基还原剂喷口,炉膛的周向均布有多个一级燃尽风喷口;四股氨基还原剂射流在炉膛纵截面中心相切于截面为圆形的还原剂旋涡流,还原剂漩涡流的环流旋向与燃烧器的旋向相反;多股一级燃尽风射流在炉膛纵截面中心相切于截面为圆形的一级燃尽风旋涡流,一级燃尽风旋涡流的旋向与燃烧器的旋向相同。本发明适用于卧式锅炉全负荷阶段炉内脱硝。

Description

一种炉内脱硝与两级燃尽风布置的低氮燃烧装置
技术领域
本发明涉及一种工业锅炉煤粉燃烧装置,具体涉及一种适用于卧式锅炉全负荷阶段的炉内脱硝与两级燃尽风布置相结合的低NOx燃烧装置。
背景技术
我国燃煤工业锅炉普遍存在锅炉热效率低、污染物排放量大等问题,燃煤工业锅炉已经成为我国NOx污染物的主要排放源之一。随着我国政府对于燃煤工业锅炉的污染物排放的控制日趋严格,以7MW以上的新建燃煤热水锅炉为例,《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2014)中明确规定了其自2015年10月1日起,NOx排放量不得超过300mg/m3,对于重点区域更是不得超过200mg/m3,现行的工业锅炉的燃烧方式已经难以满足环保的要求。因此,开发出适用于工业锅炉的低NOx燃烧技术势在必行。
现有一些用于锅炉提高热效率和NOx减排技术,例如实用新型专利《一种中小型工业炉用低氮煤粉燃烧装置》(中国专利号为ZL201420473036.7、授权公告日为2014年12月31日、授权公告号为CN204063029U,下称“文件一”)在烟气行程的中部设置一只燃尽风喷嘴用于输送燃尽风进入炉膛,形成第二燃烧区;实用新型专利《一种工业炉排锅炉SNCR炉内脱硝装置》(中国专利号为ZL201320433916.7、授权公告日为2014年2月26日、申请公布号为CN203454176U,下称“文件二”)在炉排上方竖直通道自下往上依次布置天然气补燃喷枪、喷氨喷枪、天然气补燃喷枪及喷氨喷枪,再燃气体自后墙、氨基还原剂自前墙沿高度方向交叉喷入。“文件一”及“文件二”的不足之在于:“文件一”所述装置送入的燃尽风仅为一股,负荷降低时,燃尽风射流速度下降,难以与烟气混合均匀,煤粉燃尽效果差,热效率低;“文件二”所述装置氨基还原剂喷入区域未处于还原性气氛下,脱硝效果差,使用天然气作为再燃燃料,脱硝成本高昂。
发明内容
本发明提供一种炉内脱硝与两级燃尽风布置的低氮燃烧装置,为解决现有卧式工业煤粉锅炉存在NOx排放量高、负荷波动时脱硝效果不稳定和热效率低的问题。
本发明通过以下技术方案实现:
一种炉内脱硝与两级燃尽风布置的低氮燃烧装置包括设置有燃烧器的锅炉和上行烟道;燃烧器布置在与锅炉的前墙上,沿着烟气流向,炉膛上依次布置有氨基还原剂喷口和一级燃尽风喷口,上行烟道上布置有二级燃尽风喷口;
燃烧器为低氮旋流煤粉燃烧器,炉膛中部的四个角部位置分别布置有一个氨基还原剂喷口,炉膛的周向均布有多个一级燃尽风喷口,四股氨基还原剂射流在炉膛纵截面中心相切于截面为圆形的还原剂旋涡流,还原剂漩涡流的环流旋向与燃烧器的旋向相反;多股一级燃尽风射流在炉膛纵截面中心相切于截面为圆形的一级燃尽风旋涡流,一级燃尽风旋涡流的旋向与燃烧器的旋向相同。
进一步地,上行烟道的前墙壁上水平阵列布置有多个二级燃尽风喷口。
进一步地,每个氨基还原剂喷口的中心线与所在炉膛的壁面之间夹角α相同,且夹角α为45°-135°。
进一步地,每个一级燃尽风喷口的中心线与所在炉膛的壁面之间夹角β相同,且夹角β为45°-135°。
进一步地,炉内脱硝与两级燃尽风布置的低氮燃烧装置还包括温度传感器,位于每个氨基还原剂喷口两侧的炉壁上布置有温度传感器。
本发明与现有技术相比的有益效果是:
一、本发明更有利于降低NOx的排放量
(1)、本发明技术将氨基还原剂在炉膛中部以四股射流的形式喷入炉内与烟气均匀混合,氨基还原剂射流的方向与燃烧器的旋向相反,各股射流喷入炉内烟气后,射流与炉内烟气气流间的相对速度大,扰动剧烈,加速了两者的混合过程,使得脱硝反应能更早发生,增加了脱硝反应进行的时间;同时强化了两者的混合效果,混合后烟气中氨基还原剂的浓度更加均匀,烟气内各部分区域中的NOx均能及时发生脱硝反应,保证了烟气脱硝的效果。
(2)、“文件二”所述装置针对炉排锅炉,在炉排上方竖直通道自下往上依次布置天然气补燃喷枪、喷氨喷枪、天然气补燃喷枪和喷氨喷枪,氨基还原剂喷入区域未处于还原性气氛,只能在850~1100℃的温度窗口内发生脱硝反应,脱硝效果差。对比“文件二”,本发明技术将氨基还原剂喷入炉内为强还原性气氛的区域,脱硝反应的温度窗口扩大到900~1300℃范围,延长了脱硝反应的发生时间,降低烟气中NOx浓度的效果更显著。
(3)、本发明技术在氨基还原剂喷口所在壁面的两侧(沿烟气流动方向的上下游)间隔布置有多个温度传感器,用于实时测量烟气温度,为氨基还原剂喷口提供调整依据,使得氨基还原剂射流喷入烟气温度合适的区域,同时,一级燃尽风喷口也可以前后摆动,调整一级燃尽风喷入位置,可以保证氨基还原剂在与一级燃尽风接触前能将NOx充分还原。温度传感器、可摆动的氨基还原剂喷口和一级燃尽风喷口协同调整,能够精确控制脱硝过程的进行,保证氨基还原剂与烟气中的NOx充分反应的同时,避免氨基还原剂过早与含氧的一级燃尽风接触反应导致氨基还原剂被氧化成NOx的过程,因此有利于更有效地降低炉内烟气的NOx含量。
(4)、“文件二”所述的现有技术,针对于负荷波动的情况,只能单一地通过调整再燃燃料和氨基还原剂的喷入量改善脱硝效果,实际应用效果差;而本发明技术,氨基还原剂喷口的中心线与炉壁的倾斜角度以及一级燃尽风喷口的中心线与炉壁的倾斜角度均可以进行调整,当负荷发生变化时,调整燃尽风和氨基还原剂的喷入量,可以在煤粉充分燃尽的前提下,以温度传感器得到的数据为依据,通过调整氨基还原剂喷口的中心线与炉壁的倾斜角,保证氨基还原剂喷入温度合适的强还原性区域,再通过调整一级燃尽风喷口的中心线与炉壁的倾斜角,保证混合均匀的炉内烟气和氨基还原剂有充足的时间在还原性气氛下进行脱硝反应,从而保证了本发明所述技术能够在全负荷阶段下具有良好的脱硝效果。
二、本发明有利于煤粉的燃尽,提高锅炉热效率
“文件一”所述燃烧装置在烟气行程的中部布置一只燃尽风喷嘴来将一股燃尽风送入炉膛,当锅炉负荷降低时,一级燃尽风射流的速度下降,燃尽风与旋流的烟气在炉膛内较难混合均匀,局部区域氧浓度低,导致该区域未完全燃烧物无法充分燃尽。对比“文件一”,本发明技术中,一级燃尽风在炉膛中部以多点射流形式送入,且形成一个强烈的旋涡旋转气流,与烟气产生强烈的扰动,加速了烟气中可燃物质与燃尽风的混合过程,可燃物质的燃烧反应得以提前进行,延长了燃烧反应进行的时间,从而保证了煤粉的燃尽,提高了锅炉热效率;另外,本发明技术采用两级燃尽风,当锅炉负荷降低时,通过关闭全部或部分第二级燃尽风喷口,在保证稳定燃烧的同时,又不降低燃尽风射流的速度,燃尽风仍能迅速和烟气混合均匀,保证了低负荷下煤粉能充分燃尽,提高锅炉热效率。
三、本发明能降低NOx减排成本
“文件二”所述装置为保证炉排上方竖直通道中烟气温度处于脱硝反应的温度窗内,采取间隔喷入天然气与空气预混气体的方法进行加温,天然气价格高昂,导致NOx减排成本过高,经济性差。对比“文件二”,本专利所述技术向高温低氧强还原性气氛下的烟气中喷入氨基还原剂,采用四角部布置的氨基还原剂喷口,氨基还原剂射流方向与燃烧器旋向相反,可以保证氨基还原剂能迅速、均匀地和烟气混合;同时温度传感器监测烟气温度,通过调整氨基还原剂喷口倾斜角,可以使还原剂射流喷入温度合适的烟气区域中;氨基还原剂喷口与一级燃尽风喷口倾斜角协同调整,可以保证氨基还原剂有足够的停留时间,在强还原性气氛下充分地将NOx还原。通过这些措施,能够大大提高氨基还原剂的利用率,降低NOx的减排成本。
四、本发明能提高锅炉对负荷的适应能力
本发明技术沿烟气流程上布置两级燃尽风喷口,第一级燃尽风喷口布置在炉膛中部,第二级燃尽风喷口水平布置在上行烟道的前墙壁。当锅炉低负荷下运行时,通过关闭全部或部分第二级燃尽风喷口,一方面不降低燃尽风射流速度,保证了燃尽风和烟气的混合效果,另一方面,又能减小燃尽风率,有利于低负荷状态下煤粉的稳定燃烧。
附图说明
图1为本发明一种炉内脱硝与两级燃尽风布置的低氮燃烧装置布置图;
图2为炉膛中部布置有氨基还原剂喷口的炉膛纵截面示意图;
图3为炉膛上布置有一级燃尽风喷口的炉膛纵截面示意图;
图4为上行烟道前墙壁布置有二级燃尽风喷口的侧视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地说明。
如图1所示,一种适用于卧式锅炉全负荷阶段的炉内脱硝与两级燃尽风布置的低氮燃烧装置包括设置有燃烧器1的锅炉和上行烟道7;燃烧器1布置在与锅炉的前墙10上,沿着烟气流向,炉膛2上依次布置有氨基还原剂喷口4和一级燃尽风喷口5,上行烟道7上布置有二级燃尽风喷口6;
如图2所示,炉膛2中部的四个角部位置分别布置有一个氨基还原剂喷口4,炉膛的周向均布有多个一级燃尽风喷口5,燃烧器为低氮旋流煤粉燃烧器;四股氨基还原剂射流在炉膛纵截面中心相切于截面为圆形的还原剂旋涡流,还原剂漩涡流的环流旋向与燃烧器的旋向相反;多股一级燃尽风射流在炉膛纵截面中心相切于截面为圆形的一级燃尽风旋涡流,一级燃尽风旋涡流的旋向与燃烧器的旋向相同。
上述实施例中,氨基还原剂喷口4布置在炉膛2中部的四个角部位置,每个角部各布置一个,锅炉运行是,氨基还原剂喷口4将高速的氨基还原剂直流射流送入炉膛2内,四股氨基还原剂射流在炉膛2纵截面中心位置切于一个具有一定直径截面圆的还原剂旋涡流8(还原剂射流假想圆)。如图3所示,多个一级燃尽风喷口5沿炉膛2的纵截面周向均布设置,多股一级燃尽风喷口5倾斜射入的各股射流在炉膛2纵截面中心位置切于一个具有一定直径截面圆的一级燃尽风旋涡流9(一级燃尽风射流假想圆)。
如图4所示,在另一实施例中,上行烟道7的前墙壁上水平阵列布置有多个二级燃尽风喷口6,其位置距离炉膛2的转折角有一定距离。这样保证了一级燃尽风和二级燃尽风能相互配合协同调整,能够提高锅炉对热负荷的适应能力。
如图1所示,通过调整氨基还原剂喷口倾斜角,可以使还原剂射流喷入温度合适的烟气区域中;氨基还原剂喷口与一级燃尽风喷口倾斜角协同调整,可以保证氨基还原剂有足够的停留时间,在强还原性气氛下充分地将NOx还原,从而保证了本发明技术能够在全负荷阶段下具有良好的脱硝效果。作为一个可实施方式,优选地,每个氨基还原剂喷口的中心线与所在炉膛的壁面之间夹角α相同,且夹角α为45°-135°。每个一级燃尽风喷口的中心线与所在炉膛的壁面之间夹角β相同,且夹角β为45°-135°。
如图1所示,在另一个实施例中,为了实时测量烟气温度,为氨基还原剂喷口提供调整依据,使得氨基还原剂射流喷入烟气温度合适的区域,炉内脱硝与两级燃尽风布置的低氮燃烧装置还包括温度传感器3,位于每个氨基还原剂喷口两侧的炉壁上布置有温度传感器3。这样温度传感器、可摆动的氨基还原剂喷口和一级燃尽风喷口协同调整,能够精确控制脱硝过程的进行。为了保证氨基还原剂与烟气充分混合,将NOx充分还原。氨基还原剂喷口4与一级燃尽风喷口5沿炉膛长度方向的间距为3-5m。这样温度传感器、可摆动的氨基还原剂喷口和一级燃尽风喷口协同调整,更加有效地降低炉内烟气的NOx含量。
锅炉运行时,低氮旋流燃烧器将煤粉和煤粉初期燃烧所需的助燃空气送入炉膛,煤粉在高温回流烟气加热下着火点燃,主燃区空气过量系数在0.48~0.72之间,煤粉在强还原性气氛下燃烧,有利于抑制NOx的生成,同时较低的过量空气系数使得主燃区火焰温度控制在1300℃以下,避免生成大量热力型NOx。氨基还原剂喷口4将还原剂射流喷入强还原性气氛下的主燃区,发生脱硝反应将烟气中生成的NOx还原成N2。剩余的40%~60%助燃空气经由两级燃尽风喷口送入炉膛,保证烟气中可燃物的燃尽,一级燃尽风射流从炉膛四周射入旋流烟气中,加强了烟气与燃尽风的扰动,更有利于可燃物的燃尽。
当锅炉正常负荷下运行时,两级燃尽风喷口全开,40%~60%的助燃空气由两级燃尽风喷口分别在炉膛中部和上行烟道中送入与烟气混合,保证了降低NOx排放量的效果。当锅炉低负荷下运行时,通过关闭全部或部分第二级燃尽风喷口,可以在不降低燃尽风射流速度的同时,减小燃尽风率,有利于低负荷状态下煤粉的稳定燃烧,同时再通过氨基还原剂喷口和一级燃尽风喷口的倾角的调整,保证低负荷状态下仍然能有效地降低烟气中的NOx含量。
调整氨基还原剂喷口4,可以调整氨基还原剂喷口4中心线与炉壁的倾斜角度α,控制氨基还原剂射流提前(45°<α<90°)或者推迟(135°>α>90°)与烟气混合,调整一级燃尽风喷口5,可以调整一级燃尽风喷口5中心线与炉壁的倾斜角度β,控制一级燃尽风射流提前(45°<β<90°)或者推迟(135°>β>90°)与烟气混合。在氨基还原剂喷口4所在壁面的上下游处,布置有多个相互间隔的温度传感器3,为氨基还原剂喷口的摆角调整提供依据。
本发明已以较佳实施案例揭示如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属本发明技术方案范围。

Claims (6)

1.一种炉内脱硝与两级燃尽风布置的低氮燃烧装置,它包括设置有燃烧器(1)的锅炉和上行烟道(7);燃烧器(1)布置在与锅炉的前墙(10)上,沿着烟气流向,炉膛(2)上依次布置有氨基还原剂喷口(4)和一级燃尽风喷口(5),上行烟道(7)上布置有二级燃尽风喷口(6);
其特征在于:燃烧器(1)为低氮旋流煤粉燃烧器,炉膛(2)中部的四个角部位置分别布置有一个氨基还原剂喷口(4),炉膛的周向均布有多个一级燃尽风喷口(5);四股氨基还原剂射流在炉膛纵截面中心相切于截面为圆形的还原剂旋涡流,还原剂漩涡流的环流旋向与燃烧器的旋向相反;多股一级燃尽风射流在炉膛纵截面中心相切于截面为圆形的一级燃尽风旋涡流,一级燃尽风旋涡流的旋向与燃烧器的旋向相同。
2.根据权利要求1所述一种炉内脱硝与两级燃尽风布置的低氮燃烧装置,其特征在于:上行烟道(7)的前墙壁上水平阵列布置有多个二级燃尽风喷口(6)。
3.根据权利要求1或2所述一种炉内脱硝与两级燃尽风布置的低氮燃烧装置,其特征在于:每个氨基还原剂喷口的中心线与所在炉膛的壁面之间夹角(α)相同,且夹角(α)为45°-135°。
4.根据权利要求3所述一种炉内脱硝与两级燃尽风布置的低氮燃烧装置,其特征在于:每个一级燃尽风喷口的中心线与所在炉膛的壁面之间夹角(β)相同,且夹角(β)为45°-135°。
5.根据权利要求4所述一种炉内脱硝与两级燃尽风布置的低氮燃烧装置,其特征在于:所述炉内脱硝与两级燃尽风布置的低氮燃烧装置还包括温度传感器(3),位于每个氨基还原剂喷口两侧的炉壁上布置有温度传感器(3)。
6.根据权利要求1、2、4或5所述一种炉内脱硝与两级燃尽风布置的低氮燃烧装置,其特征在于:氨基还原剂喷口(4)与一级燃尽风喷口(5)沿炉膛长度方向的间距为3-5m。
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