CN109404897B - 一种带有炉顶反应器实现多污染物联合脱除的煤粉锅炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有炉顶反应器实现多污染物联合脱除的煤粉锅炉，包括炉膛、炉顶反应器及尾部烟道；炉膛内设置有前部受热面，炉膛顶部的烟气出口与炉顶反应器的入口相连通，炉顶反应器的出口与尾部烟道相连通，炉顶反应器的入口处设置有入口喷嘴组，该煤粉锅炉能够加强对NOx、微米级细微颗粒物、重金属及脱硫废水的控制。
Description
技术领域
本发明属于火力发电机组及环保领域，涉及一种带有炉顶反应器实现多污染物联合脱除的煤粉锅炉。
背景技术
我国一次能源的结构为多煤贫油少气，煤炭是我国能源的基础。发展清洁高效的煤电设备有利于提高能源利用效率，减少污染物和二氧化碳排放，是火电结构优化和技术升级的重要命题，是我国能源工业可持续发展的保证。
煤炭燃烧产生的烟气中含有大量的烟尘、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOX)、重金属等污染物，是上述污染物的主要排放源。为了对上述污染物进行有效控制，国家环保部也在不断降低对燃煤电厂污染物排放的限值。在2011年修订的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)中，规定新建机组的烟尘排放限值为30mg/Nm3，SO2排放限值为100mg/Nm3，NOX排放限值为100mg/Nm3，Hg及其化合物排放限值为0.03mg/Nm3。对于重点地区的火力发电机组，烟尘排放限值进一步降至20mg/Nm3，SO2排放限值降至50mg/Nm3。
而近几年，在行业内部的推动下，参考天然气燃气轮机组排放限值，燃煤机组进一步提出了超低排放的概念，即烟尘进一步降至5mg/Nm3，SO2排放降至35mg/Nm3，NOX排放降至50mg/Nm3。
为了实现上述超低排放，燃煤电厂投入了大量的成本建设尾部烟气净化***，但也仍然存在一些问题，主要包括：
1)燃煤电厂控制NOx排放普遍采用SCR脱硝技术，具有脱硝效率高的特点，为实现NOx超低排放，目前普遍采用三层催化剂，但如果原始NOx浓度太高，SCR要实现NOx超低排放也非常困难，并且存在投资运行成本高、催化剂会逐渐失活、通常3-4年需要更换催化剂、催化剂废弃后无害化处理难度大等缺点。
2)为控制烟尘排放，目前普遍采用静电除尘器，能够达到很高的除尘效率，但是静电除尘器对1μm级细微颗粒物(PM1.0)的脱除效果会大幅下降，而随着环境PM2.5控制的日益重视，常规的静电除尘器也难以满足日益严格的烟尘排放要求。
3)重金属排放，是燃煤电厂不可忽略的重要一环，我国的燃煤电厂重金属排放标准并不严格，加上燃煤电厂脱硫脱硝除尘装置对重金属具有协同脱除效果，因此达到我国排放限值并不难，但如果按照美国等发达国家的排放标准，则还必须进行重金属排放控制。
前期的研究表明，可以通过往锅炉加入不同的反应物，实现对NOx、细微颗粒物、重金属等污染物的控制，但是如果直接往炉膛中添加，由于炉膛内火焰区域温度过高，反应物会遭到破坏，无法实现对各种污染物的脱除；也可以在尾部烟道中选择适合的温度窗口，但由于烟气温度不断下降、停留时间短，无法充分反应，也远远达不到预期效果。
除了大气污染物以外，脱硫废水也是目前燃煤电厂污染物治理当中的热点和难点，目前主要有两种技术路线，一种是通过正渗透、反渗透等浓缩的办法，蒸发结晶制成工业盐，但成本非常高昂；另一种是喷入除尘器前的尾部烟道当中，通过烟气余热蒸干，进入飞灰当中，具有更好的技术经济性，但喷入的烟气温度较低，存在结垢、堵塞等问题。
因此，对于燃煤机组(其中以煤粉锅炉为主)，加强NOx、微米级细微颗粒物、重金属、脱硫废水等污染物的控制，甚至通过一套设备同时实现多种污染物的联合脱除，具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种带有炉顶反应器实现多污染物联合脱除的煤粉锅炉，该煤粉锅炉能够加强对NOx、微米级细微颗粒物、重金属及脱硫废水的控制。
为达到上述目的，本发明所述的带有炉顶反应器实现多污染物联合脱除的煤粉锅炉包括炉膛、炉顶反应器及尾部烟道；
炉膛内设置有前部受热面，炉膛顶部的烟气出口与炉顶反应器的入口相连通，炉顶反应器的出口与尾部烟道相连通，炉顶反应器的入口处设置有入口喷嘴组。
炉顶反应器中的烟气上游位置处设置有补充喷嘴组。
炉顶反应器入口的横截面沿烟气流动的方向逐渐缩小。
炉顶反应器的入口数目为一个，且炉顶反应器的入口位于炉膛顶部的中间位置处。
炉顶反应器的入口数目为两个，其中，两个炉顶反应器的入口分别位于炉膛顶部两侧且靠近侧墙的位置处，炉顶反应器内烟气上游及烟气中游的位置处布置有反应器隔墙。
炉顶反应器的入口数目为两个，其中，一个炉顶反应器的入口位于炉膛侧面且靠近侧墙的位置处，另一个炉顶反应器入口位于炉膛顶部靠近中间位置处，炉顶反应器内的烟气上游及烟气中游的位置处布置有反应器隔墙。
炉膛的四周布置有燃烧器及燃尽风口，炉膛的底部设置有排渣口。
尾部烟道内沿烟气流动的方向依次设置有烟道隔墙、SCR脱硝***及空气预热器，烟道隔墙的两侧均设置有尾部受热面，尾部烟道的底部设置有排灰口，尾部烟道底部的侧面设置有烟道出口。
炉顶反应器的出口处设置有烟气挡板。
炉顶反应器的内壁设置有绝热层或者吸热层。
炉顶反应器入口的侧壁为折焰结构，通过该折焰结构使得炉顶反应器入口的横截面沿烟气流动的方向逐渐缩小，并使得烟气在炉顶反应器内形成旋流。
炉顶反应器中部底面的内壁沿烟气流动的方向向下倾斜。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的带有炉顶反应器实现多污染物联合脱除的煤粉锅炉在具体操作时，炉膛内设置有前部受热面，炉膛的顶部设置有炉顶反应器，炉顶反应器的烟气出口与尾部烟道相连通，炉顶反应器的入口处设置有入口喷嘴组，在工作时，通过前部受热面调节烟气的温度，脱硝还原剂溶液、脱硫废水、细微颗粒物团聚剂及重金属吸附剂经入口喷嘴组喷入炉顶反应器中，并与烟气在炉顶反应器中进行混合反应，以实现对NOx、细微颗粒物、重金属等多种污染物的有效脱除，同时实现对脱硫废水的利用，达到加强对NOx、微米级细微颗粒物、重金属及脱硫废水控制的目的。需要说明的是，本发明通过高温烟气对脱硫废水进行迅速的蒸干脱除，由于烟气的温度较高，且烟气的旋流，因此可以有效的避免结垢及堵塞等问题。
附图说明
图1为本发明中实施例一的结构示意图；
图2为图1中A处的截面图；
图3为本发明中实施例二的结构示意图；
图4为图3中B处的截面图；
图5为本发明中实施例三的结构示意图。
图6为图5中C处的截面图。
其中，1为排渣口、2为燃烧器、3为炉膛、4为燃尽风口、5为前部受热面、6为入口喷嘴组、7为SCR脱硝***、8为炉顶反应器、9为补充喷嘴组、10为折焰结构、11为空气预热器、12为反应器隔墙、13为烟道出口、14为排灰口、15为烟气挡板、16为烟道隔墙、17为尾部受热面、18为尾部烟道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的带有炉顶反应器实现多污染物联合脱除的煤粉锅炉包括炉膛3、炉顶反应器8及尾部烟道18；炉膛3内设置有前部受热面5，炉膛3顶部的烟气出口与炉顶反应器8的入口相连通，炉顶反应器8的出口与尾部烟道18相连通，炉顶反应器8的入口处设置有入口喷嘴组6，炉顶反应器8中的烟气上游位置处设置有补充喷嘴组9，炉顶反应器8入口的横截面沿烟气流动的方向逐渐缩小。
炉膛3的四周布置有燃烧器2及燃尽风口4，炉膛3的底部设置有排渣口1；尾部烟道18内沿烟气流动的方向依次设置有烟道隔墙16、SCR脱硝***7及空气预热器11，烟道隔墙16的两侧均设置有尾部受热面17，尾部烟道18的底部设置有排灰口14，尾部烟道18底部的侧面设置有烟道出口13；炉顶反应器8的出口处设置有烟气挡板15。
炉顶反应器8的内壁设置有绝热层或者吸热层；顶反应器8入口的侧壁为折焰结构10，通过该折焰结构10使得炉顶反应器8入口的横截面沿烟气流动的方向逐渐缩小，并使得烟气在炉顶反应器8内形成旋流；炉顶反应器8中部底面的内壁沿烟气流动的方向向下倾斜。
本发明在具体工作时，高温烟气进入到炉顶反应器8中，同时脱硝还原剂溶液、脱硫废水、细微颗粒物团聚剂及重金属吸附剂经入口喷嘴组6喷入炉顶反应器8中，并与高温烟气在炉顶反应器8中进行混合反应，以脱除烟气中的NOx、细微颗粒物、重金属等多种污染物，炉顶反应器8的出口输出的烟气经烟气挡板15及烟道隔墙16调节流动，然后经尾部受热面17、SCR脱硝***7及空气预热器11后从尾部烟道18的烟道出口13排出，其中，积灰则从排灰口14排出。其中，炉顶反应器8中部底面的内部沿烟气流动的方向向下倾斜，保证排灰的同时，形成扩容结构，使得炉顶反应器8下游烟气流动更加均匀。当炉顶反应器8入口的数量为两个时，通过炉顶反应器8中的反应器隔墙12，使得经两个炉顶反应器8入口进入的两股烟气各组旋流互不影响，保证反应的效果，同时在炉顶反应器8的烟气下游取消布置，使得两股烟气混合均匀，并消除旋转。
炉顶反应器8的内壁设置有绝热层或者吸热层，可以根据反应的需要维持或调节炉顶反应器8内的反应温度。另外，通过入口喷嘴组6喷入脱硫废水，实现对脱硫废水蒸干脱除的同时，也起到调节炉顶反应器8温度的作用，适合于高负荷、高烟温工况。另外，可以通过补充喷嘴组9进行反应物的补充喷入。同时可以将脱硝还原剂溶液及脱硫废水经入口喷嘴组6喷入炉顶反应器8中；将细微颗粒物团聚剂及重金属吸附剂经补充喷嘴组9喷入炉顶反应器8中。
实施例一
参考图1及图2，炉顶反应器8入口的数目为两个，其中，两个炉顶反应器8入口分别位于炉膛3顶部两侧且靠近侧墙的位置处。两股烟气在炉顶反应器8内的逆向旋转，入口喷嘴组6布置于炉膛3的左右墙及中间的三角形缺口位置处。脱硝还原剂溶液及脱硫废水经入口喷嘴组6喷入炉顶反应器8中；细微颗粒物团聚剂及重金属吸附剂经补充喷嘴组9喷入炉顶反应器8中，从而有效促进NOx、细微颗粒物、重金属、脱硫废水等多种污染物的联合脱除，同时在尾部烟道18中设有SCR脱硝***7，实现对NOx的进一步脱除。
实施例二
参考图3及图4，炉顶反应器8入口的数目为一个，且炉顶反应器8的入口位于炉膛3顶部的中间位置处，烟气在炉顶反应器8内的逆向旋转，炉顶反应器8内不设反应器隔墙12，入口喷嘴组6布置于炉膛3的前后墙位置。脱硝还原剂溶液及脱硫废水经入口喷嘴组6及补充喷嘴组9喷入炉顶反应器8，大幅促进NOx的脱除，并实现对脱硫废水的联合脱除，尾部烟道18中不设SCR脱硝***7，适用于NOx排放要求不严的场合。
实施例三
参考图5及图6，炉顶反应器8入口的数目为两个，其中，一个炉顶反应器8入口位于炉膛3侧面且靠近侧墙的位置处，另一个炉顶反应器8入口位于炉膛3顶部靠近中间位置处，炉顶反应器8内的烟气上游及烟气中游的位置处布置有反应器隔墙12，两股烟气在炉顶反应器8内的同向旋转，入口喷嘴组6布置于炉膛3的左右墙及三角形缺口位置，脱硝还原剂溶液、脱硫废水从入口喷嘴组6喷入炉顶反应器8；细微颗粒物团聚剂、重金属吸附剂从补充喷嘴组9喷入炉顶反应器8；从而有效促进NOx、细微颗粒物、重金属、脱硫废水等多种污染物的联合脱除，尾部烟道18中设有SCR脱硝***7，实现对NOx的进一步脱除。
最后需要说明的是，本发明所述的带有炉顶反应器8的煤粉锅炉，既是不同与现有塔式炉、π型炉等炉型的全新设计，又与现有炉型具有很好的继承性，无技术风险，并综合了现有炉型的优点。例如炉膛3、前部受热面5类似于塔式炉，具有烟气均匀、温度偏差小、磨损轻、无氧化皮脱落风险等优点；尾部烟道18类似于π型炉，降低了锅炉标高，减少了蒸汽管道的长度和阻力损失，另外，其成本不高于现有塔式锅炉，并且无需额外增加专门的污染物控制设备，因此在污染物控制方面，可以以较低的投资成本，实现较好的多污染物联合脱除。
Claims (4)
1.一种带有炉顶反应器实现多污染物联合脱除的煤粉锅炉，其特征在于，包括炉膛(3)、炉顶反应器(8)及尾部烟道(18)；
炉膛(3)内设置有前部受热面(5)，炉膛(3)顶部的烟气出口与炉顶反应器(8)的入口相连通，炉顶反应器(8)的出口与尾部烟道(18)相连通，炉顶反应器(8)的入口处设置有入口喷嘴组(6)；
炉顶反应器(8)中的烟气上游位置处设置有补充喷嘴组(9)；
炉顶反应器(8)入口的横截面沿烟气流动的方向逐渐缩小；
炉顶反应器(8)的入口数目为两个，其中，一个炉顶反应器(8)的入口位于炉膛(3)侧面且靠近侧墙的位置处，另一个炉顶反应器(8)入口位于炉膛(3)顶部靠近中间位置处，炉顶反应器(8)内的烟气上游及烟气中游的位置处布置有反应器隔墙(12)；
炉膛(3)的四周布置有燃烧器(2)及燃尽风口(4)，炉膛(3)的底部设置有排渣口(1)；
尾部烟道(18)内沿烟气流动的方向依次设置有烟道隔墙(16)、SCR脱硝***(7)及空气预热器(11)，烟道隔墙(16)的两侧均设置有尾部受热面(17)，尾部烟道(18)的底部设置有排灰口(14)，尾部烟道(18)底部的侧面设置有烟道出口(13)。
2.根据权利要求1所述的带有炉顶反应器实现多污染物联合脱除的煤粉锅炉，其特征在于，炉顶反应器(8)的出口处设置有烟气挡板(15)；
炉顶反应器(8)的内壁设置有绝热层或者吸热层。
3.根据权利要求1所述的带有炉顶反应器实现多污染物联合脱除的煤粉锅炉，其特征在于，炉顶反应器(8)入口的侧壁为折焰结构(10)，通过该折焰结构(10)使得炉顶反应器(8)入口的横截面沿烟气流动的方向逐渐缩小，并使得烟气在炉顶反应器(8)内形成旋流。
4.根据权利要求1所述的带有炉顶反应器实现多污染物联合脱除的煤粉锅炉，其特征在于，炉顶反应器(8)中部底面的内壁沿烟气流动的方向向下倾斜。
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