CN107559858B - 带有内直外旋喷氨装置的旋流燃烧器w火焰锅炉 - Google Patents

Abstract

带有内直外旋喷氨装置的旋流燃烧器W火焰锅炉，它涉及一种W火焰锅炉。本发明解决了现有的旋流燃烧器W火焰锅炉存在NO_x排放量高、脱销效率低的问题。第一级喷氨装置中心置于前炉拱或后炉拱的上边沿上，第二级喷氨装置中心线与前炉拱或后炉拱的上边沿之间的距离L为1m～2m，第一级喷氨装置中心位于同一水平面上，第二级喷氨装置中心位于同一个水平面上；第一级喷氨装置、第二级喷氨装置均包括内管、外管和多个旋流叶片，内管和外管同轴设置，多个旋流叶片均布设置在内管和外管之间，内管为直流喷口，外管与内管之间布置多个旋流叶片为旋流喷口，形成内直流外旋流的喷氨装置。本发明属于W火焰锅炉NO_x减排技术领域。

Description

带有内直外旋喷氨装置的旋流燃烧器W火焰锅炉

技术领域

本发明涉及一种W火焰锅炉，具体涉及一种在上炉膛高温还原区布置两级角度可调的内直外旋喷氨装置的旋流燃烧器W火焰锅炉，属于W火焰锅炉NO_x减排技术领域。

背景技术

NO_x对动物和人体有致毒作用，是形成酸雨的主要物质之一，也是形成大气中光化学烟雾的重要物质和破坏大气臭氧层的一个重要因素。燃煤电站锅炉排放的NO_x是大气污染的主要来源之一，控制NO_x排放已经成为全球关注问题之一。采用旋流燃烧器的W火焰锅炉因炉内燃烧分级水平低，同时，燃烧器旋流二次风包裹一次风，煤粉燃烧初期氧化性强，炉膛出口NO_x排放量高达1400mg/m³(6％O₂)。《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》要求，到2020年，燃煤电厂实现超低排放，其中NO_x排放浓度为50mg/m³(6％O₂)，降低旋流燃烧器W火焰锅炉NO_x排放迫在眉睫。

目前，国内外普遍采用的降低燃煤锅炉NO_x排放浓度的技术主要有两种：一是低NO_x燃烧技术；二是烟气脱硝技术。在采用旋流燃烧器W火焰锅炉低NO_x燃烧技术方面，中国发明专利《一种采用旋流煤粉燃烧器的W火焰锅炉多次引射分级燃烧装置》(申请日为2016年10月26日、申请号为201610949784.1、公开日为2016年11月3日，下称“文件一”)提出了旋流燃烧器W火焰锅炉多次引射分级低NO_x燃烧技术，锅炉满负荷情况下NO_x排放浓度和飞灰含碳量明显降低，但实际运行中锅炉负荷变化较大，锅炉负荷改变会导致炉内煤粉气流下冲深度发生变化，锅炉在中低负荷下运行时，该发明技术由于乏气风喷口、分级风喷口和燃尽风喷口固定，不可上下摆动，无法有效地实现煤粉气流的多次引射分级燃烧，NO_x控制效果较差，飞灰含碳量保持着相对较高的水平。在烟气脱硝技术方面，中国发明专利《一种工业炉、窑脱硝***及其脱硝方法》(申请日为2011年11月10日、申请号为201110352935.2、公开日为2012年6月20日，下称“文件二”)、中国发明专利《大型锅炉高温烟气区域喷氨气脱硝***及脱硝工艺》(申请日为2016年1月28日、申请号为201610056650.7、公开日为2016年4月20日，下称“文件三”)均是在处于氧化性气氛中的烟道内进行喷氨，其技术原理还是传统的选择性非催化还原(SNCR)技术。选择性非催化还原(SNCR)技术对脱硝反应温度要求苛刻(温度区间为850℃～1100℃)，反应温度窗口窄，采用“文件三”和“文件四”的发明技术后，当锅炉高负荷和低负荷运行时，喷氨区域温度很容易超出脱硝反应所需温度范围，则出现还原剂用量增加，氨逃逸升高，脱销效率变低的问题。中国发明专利《多点喷射氨水雾化还原降低燃气锅炉NO_x排放的方法》(申请日为2016年1月26日、申请号为201610050265.1、公开日为2016年5月4日，下称“文件四”)提出了在燃气锅炉主燃区内多点喷氨降低NO_x的方法，该发明并未说明锅炉是在增设燃尽风的主燃区内进行喷氨。研究表明，若要在主燃区(温度一般高于1000℃)喷氨降低NO_x生成，主燃区必须处于强还原气氛中(主燃区过量空气系数一般需要低于0.8)，文件四采用在处于氧化性气氛的主燃区喷氨，无法实现减低炉内NO_x生成的目的。此外，“文件二”、“文件三”和“文件四”中仅提出了一种炉内脱硝工艺或方法，并未具体给出喷氨结构。

发明内容

本发明为解决现有的旋流燃烧器W火焰锅炉存在NO_x排放量高、脱销效率低的问题，进而提供一种带有内直外旋喷氨装置的旋流燃烧器W火焰锅炉。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

本发明的带有内直外旋喷氨装置的旋流燃烧器W火焰锅炉包括上炉膛1、下炉膛2、前炉拱3、后炉拱4和多个偏置的旋流煤粉燃烧器5，多个偏置的旋流煤粉燃烧器5均匀对称布置在前炉拱3和后炉拱4上，所述W火焰锅炉还包括多个一级喷氨装置6、多个二级喷氨装置7、多个燃尽风喷口8、多个乏气风喷口9和多个分级风喷口10；乏气风喷口9和分级风喷口10对称设置在前炉拱3和后炉拱4的侧壁上，上炉膛1的前墙11和后墙12上高温强还原区域内对称均匀布置第一级喷氨装置6和第二级喷氨装置7，第一级喷氨装置6和第二级喷氨装置7布置在燃尽风喷口8下方，第一级喷氨装置6中心置于前炉拱3或后炉拱4的上边沿上，第二级喷氨装置7中心线与前炉拱3或后炉拱4的上边沿之间的距离L为1m～2m，第一级喷氨装置6中心位于同一水平面上，第二级喷氨装置7中心位于同一个水平面上；第一级喷氨装置6、第二级喷氨装置7均包括内管13、外管14和多个旋流叶片15，内管13和外管14同轴设置，多个旋流叶片15均布设置在内管13和外管14之间，内管13为直流喷口，外管14与内管13之间布置多个旋流叶片15为旋流喷口，形成内直流外旋流的喷氨装置。

进一步地，第一级喷氨装置6和第二级喷氨装置7均下倾布置且上下摆动设置。

进一步地，第一级喷氨装置6的中心线与水平面形成的夹角α范围为30°～60°。

进一步地，第二级喷氨装置7的中心线与水平面形成的夹角β范围均为15°～45°。

进一步地，燃尽风喷口8下倾布置并可上下摆动，燃尽风喷口8中心线与水平面的夹角范围为10°～40°，各燃尽风喷口8中心位于同一水平面。

进一步地，乏气风喷口9下倾布置并可上下摆动，乏气风喷口9中心线与水平面的夹角范围为20°～40°，各乏气风喷口9中心位于同一水平面。

进一步地，分级风喷口10下倾布置并可上下摆动，分级风喷口10中心线与水平面的夹角范围为10°～40°，分级风喷口10中心位于同一水平面。

本发明的有益效果是：

本发明第一级喷氨装置和第二级喷氨装置的内管采用直流喷口，外管内布置有多个旋流叶片，形成了内直流外旋流的内直外旋式喷氨装置，内管采用直流喷氨，保证了喷射氨水的射程，有效地与炉膛中心的烟气混合，降低NO_x，外管采用旋流喷氨，强旋转的氨水加强了与烟气的扰动，提高了氨水与烟气的混合程度，提高炉内的脱硝效率；

本发明技术在上炉膛燃尽风下方高温强还原区内布置两级喷氨装置，高温强还原区喷氨能够克服传统的选择性非催化还原(SNCR)技术对脱硝反应温度的苛刻要求(温度区间为850℃～1100℃)，扩宽了脱硝反应发生的温度窗口，最高温度提高到1400℃，较大程度上避免了喷氨区域温度容易超出脱硝反应所需温度范围，还原剂用量大，氨逃逸高，脱销效率低的问题；

当锅炉负荷变化，火焰中心在炉内的位置发生变化。本发明能够根据负荷变化调节乏气风喷口、分级风喷口和燃尽风喷口的角度来改变炉内火焰中心位置，使喷氨装置喷出的氨水能够始终喷入温度在850℃～1400℃、过量空气系数处于0.7～0.85之间的高温还原性区域内，NH₃在此高温还原性区域内与烟气中的NO_x发生化学还原反应生成无污染的N₂和H₂O，降低烟气中NO_x的浓度。本发明采用两级喷氨，当锅炉负荷增大时，锅炉中NO_x生成量高，可以同时加大两级喷氨量，当锅炉负荷降低时，锅炉中NO_x生成量低，可以适当地降低第二级喷氨量，两级喷氨相互配合，最大程度有效地降低炉内NO_x。采用本发明所述的方法降低W火焰锅炉NO_x排放浓度，能够满足锅炉不同负荷的工作需要，且炉内脱销效率高达55％以上，投资和运行费用低；

此外，本发明技术与“文件一”旋流燃烧器W火焰低NO_x燃烧技术不同之处：

因负荷变化，炉内煤粉气流下冲深度改变，“文件一”发明技术由于乏气风、分级风和燃尽风喷口是固定的，当锅炉负荷发生变化时，无法有效地实现煤粉气流的分级燃烧，控制NO_x的效果变差。本发明可根据锅炉负荷变化，通过改变可上下摆动的燃尽风喷口、乏气风喷口、分级风喷口的角度，有效地增强对煤粉气流的分级引射程度，降低炉内NO_x的生成。同时，以上调整也可以根据锅炉负荷变化，改变W火焰锅炉内的火焰中心位置，进而改变炉内温度场的分布，更好地满足高温强还原区喷氨的要求。

本发明技术与“文件二”、“文件三”和“文件四”炉内脱硝技术的不同之处：

“文件二”和“文件三”炉内脱硝技术虽然在一定程度上实现了炉内还原NO_x，但所描述的方法均在烟气温度为800～1100℃、氧化性气氛下的水平烟道内喷氨，其技术原理还是传统的选择性非催化还原(SNCR)技术，脱硝化学反应温度窗口窄，喷氨效率低，氨逃逸多，控制NO_x的效果较差。通过在主燃区(温度一般高于1000℃)喷氨，降低NO_x生成，主燃区必须处于强还原气氛中(主燃区过量空气系数一般需要低于0.8)，“文件四”采用在处于氧化性气氛的主燃区喷氨，无法实现减低炉内NO_x生成的目的。同时“文件二”、“文件三”和“文件四”中并没有给出喷氨口的结构。本发明与其最大的不同是在燃尽风下方高温强还原性气氛中喷氨，能将脱硝反应的温度范围上限扩大到1400℃，能够满足锅炉不同负荷运行的要求，脱硝效率大大提高。同时，本发明通过调整各喷口角度使得雾化氨水能够始终喷入上炉膛高温强还原区域内。本发明采用两级喷氨，且两级内直外旋喷氨装置的内管采用直流喷口，外管内布置有多个旋流叶片。内管直流喷氨，保证了喷射氨水的射程，能够有效地与炉膛中心的烟气混合，降低NO_x的生成，外管加旋流叶片，使氨水形成强烈的旋转，加强了氨水与烟气的扰动，使氨水与烟气达到更好的混合效果，有效提高炉内的脱硝效率。

此外，本发明与“文件一”旋流燃烧器W火焰低NO_x燃烧技术相比：因负荷变化，炉内煤粉气流下冲深度改变，“文件一”由于乏气风、分级风和燃尽风喷口是固定的，当锅炉负荷发生变化时，无法有效地实现煤粉气流的分级燃烧，控制NO_x的效果变差；本发明可根据锅炉负荷变化，通过改变可上下摆动的燃尽风喷口、乏气风喷口、分级风喷口的角度，有效地增强对煤粉气流的分级引射程度，降低炉内NO_x的生成；同时，本发明可以根据锅炉负荷变化，改变W火焰锅炉内的火焰中心位置，进而改变炉内温度场的分布，更好地满足高温强还原区喷氨的要求；

本发明与“文件二”、“文件三”和“文件四”炉内脱硝技术相比：“文件二”和“文件三”炉内脱硝技术虽然在一定程度上实现了炉内还原NO_x，但所描述的方法均在烟气温度为800～1100℃、氧化性气氛下的水平烟道内喷氨，其技术原理还是传统的选择性非催化还原(SNCR)技术，脱硝化学反应温度窗口窄，喷氨效率低，氨逃逸多，控制NO_x的效果较差；通过在主燃区(温度一般高于1000℃)喷氨，降低NO_x生成，主燃区必须处于强还原气氛中(主燃区过量空气系数一般需要低于0.8)。“文件四”采用在处于氧化性气氛的主燃区喷氨，无法实现减低炉内NO_x生成的目的；同时“文件二”、“文件三”和“文件四”中并没有给出喷氨口的结构。

而本发明与其最大的不同是在燃尽风下方高温强还原性气氛中喷氨，能将脱硝反应的温度范围上限扩大到1400℃，能够满足锅炉不同负荷运行的要求，脱硝效率大大提高；同时，本发明通过调整各喷口角度使得雾化氨水能够始终喷入上炉膛高温强还原区域内；本发明采用两级喷氨，且两级内直外旋喷氨装置的内管采用直流喷口，外管内布置有多个旋流叶片。内管直流喷氨，保证了喷射氨水的射程，能够有效地与炉膛中心的烟气混合，降低NO_x的生成，外管加旋流叶片，使氨水形成强烈的旋转，加强了氨水与烟气的扰动，使氨水与烟气达到更好的混合效果，有效提高炉内的脱硝效率。

附图说明

图1是本发明的带有内直外旋喷氨装置的旋流燃烧器W火焰锅炉的整体***截面流场示意图；

图2是具体实施方式一中第一级喷氨装置6和第二级喷氨装置7的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1～2所示，本实施方式的带有内直外旋喷氨装置的旋流燃烧器W火焰锅炉包括上炉膛1、下炉膛2、前炉拱3、后炉拱4和多个偏置的旋流煤粉燃烧器5，多个偏置的旋流煤粉燃烧器5均匀对称布置在前炉拱3和后炉拱4上，所述W火焰锅炉还包括多个一级喷氨装置6、多个二级喷氨装置7、多个燃尽风喷口8、多个乏气风喷口9和多个分级风喷口10；乏气风喷口9和分级风喷口10对称设置在前炉拱3和后炉拱4的侧壁上，上炉膛1的前墙11和后墙12上高温强还原区域内对称均匀布置第一级喷氨装置6和第二级喷氨装置7，第一级喷氨装置6和第二级喷氨装置7布置在燃尽风喷口8下方，第一级喷氨装置6中心置于前炉拱3或后炉拱4的上边沿上，第二级喷氨装置7中心线与前炉拱3或后炉拱4的上边沿之间的距离L为1m～2m，第一级喷氨装置6中心位于同一水平面上，第二级喷氨装置7中心位于同一个水平面上；第一级喷氨装置6、第二级喷氨装置7均包括内管13、外管14和多个旋流叶片15，内管13和外管14同轴设置，多个旋流叶片15均布设置在内管13和外管14之间，内管13为直流喷口，外管14与内管13之间布置多个旋流叶片15为旋流喷口，形成内直流外旋流的喷氨装置。

具体实施方式二：如图1所示，本实施方式第一级喷氨装置6和第二级喷氨装置7均下倾布置且上下摆动设置。如此设置，用于改变风流入射角度。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：如图1所示，本实施方式第一级喷氨装置6的中心线与水平面形成的夹角α范围为30°～60°。如此设计，用于改变风流入射角度。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：如图1所示，本实施方式第二级喷氨装置7的中心线与水平面形成的夹角β范围均为15°～45°。如此设计，用于改变风流入射角度。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：如图1所示，本实施方式燃尽风喷口8下倾布置并可上下摆动，燃尽风喷口8中心线与水平面的夹角范围为10°～40°，各燃尽风喷口8中心位于同一水平面。如此设计，用于改变风流入射角度。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或四相同。

具体实施方式六：如图1所示，本实施方式乏气风喷口9下倾布置并可上下摆动，乏气风喷口9中心线与水平面的夹角范围为20°～40°，各乏气风喷口9中心位于同一水平面。如此设计，用于改变风流入射角度。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：如图1所示，本实施方式分级风喷口10下倾布置并可上下摆动，分级风喷口10中心线与水平面的夹角范围为10°～40°，分级风喷口10中心位于同一水平面。如此设计，用于改变风流入射角度。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、四或六相同。

Claims (7)

1.一种带有内直外旋喷氨装置的旋流燃烧器W火焰锅炉，所述W火焰锅炉包括上炉膛(1)、下炉膛(2)、前炉拱(3)、后炉拱(4)和多个偏置的旋流煤粉燃烧器(5)，多个偏置的旋流煤粉燃烧器(5)均匀对称布置在前炉拱(3)和后炉拱(4)上，其特征在于：所述W火焰锅炉还包括多个一级喷氨装置(6)、多个二级喷氨装置(7)、多个燃尽风喷口(8)、多个乏气风喷口(9)和多个分级风喷口(10)；乏气风喷口(9)和分级风喷口(10)对称设置在前炉拱(3)和后炉拱(4)的侧壁上，上炉膛(1)的前墙(11)和后墙(12)上高温强还原区域内对称均匀布置第一级喷氨装置(6)和第二级喷氨装置(7)，第一级喷氨装置(6)和第二级喷氨装置(7)布置在燃尽风喷口(8)下方，第一级喷氨装置(6)中心置于前炉拱(3)或后炉拱(4)的上边沿上，第二级喷氨装置(7)中心线与前炉拱(3)或后炉拱(4)的上边沿之间的距离(L)为1m～2m，第一级喷氨装置(6)中心位于同一水平面上，第二级喷氨装置(7)中心位于同一个水平面上；第一级喷氨装置(6)、第二级喷氨装置(7)均包括内管(13)、外管(14)和多个旋流叶片(15)，内管(13)和外管(14)同轴设置，多个旋流叶片(15)均布设置在内管(13)和外管(14)之间，内管(13)为直流喷口，外管(14)与内管(13)之间布置多个旋流叶片(15)为旋流喷口，形成内直流外旋流的喷氨装置。

2.根据权利要求1所述的带有内直外旋喷氨装置的旋流燃烧器W火焰锅炉，其特征在于：第一级喷氨装置(6)和第二级喷氨装置(7)均下倾布置且上下摆动设置。

3.根据权利要求1或2所述的带有内直外旋喷氨装置的旋流燃烧器W火焰锅炉，其特征在于：第一级喷氨装置(6)的中心线与水平面形成的夹角(α)范围为30°～60°。

4.根据权利要求3所述的带有内直外旋喷氨装置的旋流燃烧器W火焰锅炉，其特征在于：第二级喷氨装置(7)的中心线与水平面形成的夹角(β)范围均为15°～45°。

5.根据权利要求1、2或4所述的带有内直外旋喷氨装置的旋流燃烧器W火焰锅炉，其特征在于：燃尽风喷口(8)下倾布置并可上下摆动，燃尽风喷口(8)中心线与水平面的夹角范围为10°～40°，各燃尽风喷口(8)中心位于同一水平面。

6.根据权利要求5所述的带有内直外旋喷氨装置的旋流燃烧器W火焰锅炉，其特征在于：乏气风喷口(9)下倾布置并可上下摆动，乏气风喷口(9)中心线与水平面的夹角范围为20°～40°，各乏气风喷口(9)中心位于同一水平面。

7.根据权利要求1、2、4或6所述的带有内直外旋喷氨装置的旋流燃烧器W火焰锅炉，其特征在于：分级风喷口(10)下倾布置并可上下摆动，分级风喷口(10)中心线与水平面的夹角范围为10°～40°，分级风喷口(10)中心位于同一水平面。