CN1963298A - 一种超细化煤粉再燃低氮氧化物燃烧技术 - Google Patents

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李振中
王阳
冯兆兴
白旭东
庞开宇
张昀
蔡文海
伊磊
孙绍增
邱朋华
杨龙滨
刘辉
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    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Abstract

本发明提供的是一种利用超细化煤粉作为还原剂将NOx从燃烧产物中除去的燃烧技术。炉膛自下而上分为主燃区、再燃区和燃烬区三个区域，主燃区采用常规煤粉燃烧技术，这一区域的热量释放为燃烧***全部热量输入的80～85％，煤粉的燃烧在富氧的环境中进行，主燃区内的空气过量系数为1.0～1.1；再燃区为超细化煤粉燃烧区域，再燃燃料喷口与主燃燃料喷口分离独立于主燃区上方，再燃燃料为超细化煤粉，再燃燃料占***全部热量输入的另外15～20％，在主燃区下游被足量地喷入以形成一个微富燃料区域，在这里主燃区的NOx被还原成N2，再燃区内的空气过量系数为0.85～0.95；再燃区上方布置燃烬风以形成燃烬区，保证再燃区出口的未完全燃烧产物燃烬，在燃烬区内为贫燃料环境，燃烬区内的空气过量系数为1.1～1.2；其优点是：再燃可以在对锅炉运行不造成显著影响的情况下进行；再燃不产生其它的副产品排放；改造旧锅炉时不会对锅炉运行造成显著的影响。

Description

一种超细化煤粉再燃低氮氧化物燃烧技术
技术领域：
本发明涉及燃烧技术，特别提供了一种超细化煤粉再燃低NOx燃烧技术。
背景技术：
煤炭资源在中国一次能源构成中占据重要的地位，约占目前已探明的矿物能源资源的90％。据专家预测，到2010年，中国一次能源消费构成中煤炭仍占60％左右，到2050年煤炭将占到50％左右，也就是说，中国以煤为主的能源生产和消费结构在相当长的时间内不会有根本性的变化。
中国以煤为主的能源消费结构造成了大气环境质量的严重恶化，在经济上使我们付出高昂的代价。尽管这几年我国政府在包括加大环境污染治理力度等方面作出积极的努力，但中国的能源工业仍面临着结构调整、环境污染治理和能源安全供应的三大主要任务。
我国燃煤电厂氮氧化物排放的控制任务还相当艰巨和繁重。20世纪90年代末，中国火电NOx排放规模在4.3g/KWh左右，明显高于世界发达国家水平。据预测，如果保持2000年排放水平，到2030年，全年NOx排放量将达到912万吨。在降低氮氧化物的领域有一大批能适合中国国情的技术急需开发。因此加强我国燃煤电厂环保技术的发展，对于优化我国能源结构，满足国民经济持续、健康发展的要求，改善我国大气环境，提高人民生活质量等方面，均具有非常重要的意义。
根据国家环保总局最新公布的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2003)，从2004年开始，对火电厂锅炉NOx排放又有了新的规定，即燃用煤种的Vdaf＜10％的锅炉，其NOx排放要小于1100mg/m3；燃用煤种的10％＜Vdaf＜20％的锅炉，其NOx排放要小于650mg/m3；燃用煤种的Vdaf＞20％的锅炉，其NOx排放要小于450mg/m3。同时，对NOx排放的罚款也更加严格，规定由排放零起点开始收费，罚款额度由规定的0.2元/当量增加到0.6元/当量。新的环保政策更加严格了对火力发电厂NOx排放的要求。因此，结合中国以煤电为主的国情，在目前经济发展状况下，开发有效的低NOx燃烧技术，在未来具有非常重要的社会效益和经济效益。
发明内容：
本发明的目的是提供一种降低烟气中的NOx的燃烧技术，它用于燃煤电站锅炉的燃烧***中，达到降低NOx50％的燃烧技术。
本发明提供的一种超细化煤粉再燃低NOx燃烧技术是一种利用超细化煤粉作为还原剂将NOx从燃烧产物中除去的燃烧技术。炉膛自下而上分为主燃区、再燃区和燃尽区三个区域，主燃区采用常规煤粉燃烧技术，再燃区喷入超细化煤粉形成微富燃料区域，燃尽区送入燃尽风。
主燃区为常规煤粉燃烧区域，这一区域的热量释放为燃烧***全部热量输入的80～85％，煤粉的燃烧在富氧的环境中燃烧，主燃区内的空气过量系数为1.0～1.1，主燃区生成的NOx的主要成分是NO；
再燃区为超细化煤粉燃烧区域，再燃燃料喷口与主燃燃料喷口分离独立于主燃区上方，再燃燃料为超细化煤粉，再燃燃料占***全部热量输入的另外15～20％，在主燃区下游被足量地喷入以形成一个微富燃料区域，在这里主燃区的NOx被还原。在再燃区中，再燃燃料分解过程中产生的碳氢原子团，例如CH，与主燃区的NO分子发生反应生成其它的含氮物质例如氰化氢(HCN)，接着HCN经过反应中间体NCO·NH·N，不断衰减，最终生成N2；再燃区内的空气过量系数为0.85～0.95；
再燃区上方布置燃尽风以形成燃尽区，保证再燃区出口的未完全燃烧产物燃尽，在燃尽区内为贫燃料环境，燃尽区内的空气过量系数为1.1～1.2；
为了达到再燃区最佳过量空气系数，就要求主燃区在接近理论空气量的条件下运行，主燃区比较理想的运行状况是过量空气系数控制在1.1或更少一些的水平，在燃烧的稳定性和碳的燃尽不受太大影响的同时，主燃区可以采用比较低的过量空气系数。在燃尽区，燃尽风加入炉膛使得整个炉膛燃烧***达到它正常运行时的化学当量比。
再燃燃料喷入时炉膛的温度对NOx还原效率有影响，再燃区需要有足够高炉膛的温度，以保证再燃区的一氧化碳和碳氢化合物的氧化比较容易进行。因此再燃燃料应该尽可能地从靠近主燃区的位置喷出，然而再燃燃料必须在主燃区上方一定距离处喷入，这一距离要保证主燃区足够的停留时间，使主火焰中的挥发性碳氢化合物燃尽。对于大多数的燃烧***而言，再燃区的停留时间应该在300-500毫秒。燃尽区也需要保证足够的停留时间，以使得再燃区出来的一氧化碳和碳氢化合物燃尽。
本发明所提供的再燃区的空气过量系数被定义为供给主燃区和再燃区的总的空气量与主燃区和再燃区燃料所需总的空气量之比；
本发明所提供的超细化煤粉相对于一般电站煤粉炉所燃烧的常规煤粉细度而言其细度更细，对于烟煤来说超细化煤粉的细度为80％通过325目的的标准筛。
与其它NOx控制技术相比，超细化煤粉再燃技术的主要优点是：
再燃是一种高级低NOx燃烧技术，是在其他低NOx燃烧技术基础上发展起来的；
再燃可以在对锅炉运行不造成显著影响的情况下进行；
再燃不产生其它的副产品排放。与其它添加式的NOx控制过程例如尿素或者氨法脱硝不同，再燃过程不会导致其它污染物和氨和一氧化二氮的生成；
改造旧锅炉时不会对锅炉运行造成显著的影响。
附图说明：
图1为本发明提供的超细化煤粉再燃低NOx燃烧技术的原理示意图。
图2为本发明提供实施例燃烧器组示意图。
具体实施方式：
实施例1
本发明提供的超细化煤粉再燃低NOx燃烧技术的原理图如图1所示。由炉膛、燃烧器和喷口组成，炉膛四角上布置有燃烧器，逆时针方向组织切圆燃烧，其中一个角上的燃烧器组示意图如图2所示，炉膛自下而上分为主燃区、再燃区和燃尽区三个区域，主燃区炉膛四角布置有A、B、C、D、E、F六层摆动式燃烧器，间隔布置一、二次风喷口间隔布置，一次风喷口可上下摆动各20°，二次风喷口可作上下各30°的摆动，采用大风箱结构，由隔板将大风箱分隔成6个风室，由一次风喷口喷入常规煤粉，由二次风喷口喷入燃烧所需空气，这一区域的热量释放为燃烧***全部热量输入的80％，输入的空气量占总风量的75％，使得主燃区内的空气过量系数为1.1左右，超细化煤粉由与主燃燃料喷口分离独立于主燃区上方的再燃燃料喷口喷入炉膛，形成再燃区，再燃燃料喷口可上下摆动各20°，再燃燃料占***全部热量输入的另外20％，再燃区内的空气过量系数为0.9左右，将总风量的剩余25％风量引至再燃喷口上方喷入炉膛，作为燃尽风实现燃料的完全燃烧，燃尽风喷口分为三层并可向上摆动5°，向下摆动15°，这样燃尽风摆动既可以调整燃尽区的高度，改变煤粉粒子在该区的停留时间，以能起到调节汽温的作用。
通过这样的空气、燃料的分阶段供给，使得主燃区燃料在富氧的环境中燃烧，属氧化性气氛，在再燃区喷入超细化煤粉，形成一个微富燃料区域，在这里主燃区的NOx被还原，为完成全部燃烧过程，完全燃烧所需的剩余的空气从再燃区上方喷入，与再燃区贫氧条件下产生的烟气混合，完成全部燃烧过程。
结果：烟气中的NOx排放可以达到350mg/Nm3(烟气中折算含氧量为6％)的水平，同常规燃烧相比其NOx降低率达到了50％以上。

Claims (4)

1、一种超细化煤粉再燃低NOx燃烧技术，其特点在于：炉膛自下而上分为主燃区、再燃区和燃尽区三个区域，主燃区采用常规煤粉燃烧技术，再燃区喷入超细化煤粉形成微富燃料区域，燃尽区送入燃尽风；
主燃区为常规煤粉燃烧区域，这一区域的热量释放为燃烧***全部热量输入的80～85％，煤粉的燃烧在富氧的环境中进行，主燃区内的空气过量系数为1.0～1.1，主燃区生成的NOx的主要成分是NO；
再燃区为超细化煤粉燃烧区域，再燃燃料喷口与主燃燃料喷口分离独立于主燃区上方，再燃燃料为超细化煤粉，再燃燃料占***全部热量输入的另外15～20％，在主燃区下游被足量地喷入以形成一个微富燃料区域，在这里主燃区的NOx被还原成N2；再燃区内的空气过量系数为0.85～0.95；
再燃区上方布置燃尽风以形成燃尽区，保证再燃区出口的未完全燃烧产物燃尽，在燃尽区内为贫燃料环境，燃尽区内的空气过量系数为1.1～1.2。
2、按照权利要求1所述超细化煤粉再燃低NOx燃烧技术，其特征在于：所述的再燃区的空气过量系数为供给主燃区和再燃区的总的空气量与主燃区和再燃区燃料所需总的空气量之比。
3、按照权利要求1所述超细化煤粉再燃低NOx燃烧技术，其特征在于：所述的超细化煤粉相对于一般电站煤粉炉所燃烧的常规煤粉细度而言其细度更细。
4、按照权利要求3所述超细化煤粉再燃低NOx燃烧技术，其特征在于：对于烟煤来说所述的超细化煤粉的细度为80％通过325目的的标准筛。
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