專利名稱：細(xì)煤粉再燃脫硝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鍋爐燃燒技術(shù)，涉及一種煤的清潔燃燒和降低燃煤鍋爐的NOx排放方法，特別涉及一種細(xì)煤粉再燃脫硝方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)的煤炭資源豐富，長(zhǎng)期以來，煤炭在我國(guó)能源生產(chǎn)和消費(fèi)中一直占有主導(dǎo)地位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，煤炭占全國(guó)一次能源總產(chǎn)量的76％，一次能源總消費(fèi)量的75％。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，煤炭的消耗量將越來越大。煤炭的大量消耗，在提供了充足能源的同時(shí)，也帶來了許多環(huán)境問題，其中氮氧化物(簡(jiǎn)稱NOx)就是其中一個(gè)重要的大氣污染物。煤粉燃燒是形成氮氧化物的重要來源，大量燃煤鍋爐排放出的NOx對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染，我國(guó)關(guān)于NOx排放的標(biāo)準(zhǔn)也日趨嚴(yán)格。燃煤鍋爐氮氧化物控制技術(shù)總體上可分為兩大類，即燃燒中和燃燒后控制技術(shù)。燃燒中脫氮技術(shù)，其控制NOx排放的過程主要是在爐膛內(nèi)進(jìn)行的，目前在國(guó)內(nèi)使用的這一類技術(shù)主要有煙氣再循環(huán)法、低過量空氣燃燒法、空氣分級(jí)燃燒法、低NOx燃燒器技術(shù)等；燃燒后脫氮技術(shù)可分為干法(選擇性催化還原法等)、濕法(化學(xué)吸收法)和干-濕結(jié)合法三大類。燃燒中脫氮技術(shù)具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單，改造和運(yùn)行成本相對(duì)較低等特點(diǎn)，但不足之處是脫氮效率較低，不能達(dá)到深度降低NOx排放的要求。燃燒后脫氮技術(shù)的脫氮效率比較高(可以超過90％)，但其系統(tǒng)復(fù)雜，建設(shè)和運(yùn)行成本很高，在我國(guó)大面積推廣存在很大難度。
經(jīng)發(fā)明人所作的資料檢索，與本課題相關(guān)的技術(shù)文獻(xiàn)如下1、鍋爐低NOx排放煤粉分級(jí)燃燒的優(yōu)化，清華大學(xué)鐘北京，傅維標(biāo)，《燃燒科學(xué)與技術(shù)》1997，3(2)169～174；2、燃煤電站鍋爐NOx排放的控制措施，上海交通大學(xué)王恩祿、彭玲、羅永浩、章明川，《鍋爐技術(shù)》2003，34(5)48～52；3、燃料分級(jí)燃燒技術(shù)的研究現(xiàn)況和應(yīng)用前景，中電國(guó)華北京熱電分公司凌榮華、文軍、齊春松，《熱力發(fā)電》2003，32(8)6～8；4、采用超細(xì)煤粉再燃技術(shù)降低氮氧化物排放，哈爾濱工業(yè)大學(xué)吳少華、劉輝、姜秀民、邱朋華、秦裕琨，《中國(guó)電力》2003，36(2)1～4；5、利用三次風(fēng)再燃降低NOx排放研究，浙江大學(xué)歐大武、方磊等，《電站系統(tǒng)工程》2003，19(1)24～26；6、低揮發(fā)分煙煤再燃還原NO的實(shí)驗(yàn)研究，華北電力大學(xué)動(dòng)力工程系高正陽(yáng)、劉忠等，《華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)》2003，30(1)41～44；7、電廠鍋爐低NOx燃燒技術(shù)的探討，浙江省電力公司周煒、李戈，《浙江電力》2002，21(3)44～46；8、煤粉再燃過程中NO異相還原機(jī)理的重要性，清華大學(xué)工程力學(xué)系鐘北京、施衛(wèi)偉等，《燃燒科學(xué)與技術(shù)》2002，8(1)6～8。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)目前的技術(shù)現(xiàn)狀和存在的問題，本發(fā)明的目的在于，提供一種細(xì)煤粉再燃脫硝方法。
為了實(shí)現(xiàn)述說目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，一種適用于燃煤鍋爐的細(xì)煤粉再燃脫硝方法，燃煤鍋爐的燃燒器包括主燃燒器，再燃燃料燃燒器和燃盡風(fēng)噴嘴，其中主燃燒器位于燃煤鍋爐爐體內(nèi)的主燃燒區(qū)，再燃燃料燃燒器位于再燃區(qū)，燃盡風(fēng)噴嘴位于燃盡區(qū)；其特征在于，所包括的步驟為1)將煤粉細(xì)度降到R90＜10％，作為主燃料和再燃燃料；2)將占發(fā)熱量80～85％的主燃料送入主燃燒區(qū)，在過量空氣系數(shù)(α)大于1且接近1的條件下燃燒生成氮氧化物；3)將占發(fā)熱量15～20％的再燃燃料通過主燃燒器上部的再燃燃料噴嘴送入再燃燃燒區(qū)，在過量空氣系數(shù)(α)小于1的條件下形成還原性氣氛，使氮氧化物還原；
4)將占入爐總風(fēng)量15～40％的燃燒空氣從二次風(fēng)中作為燃盡風(fēng)引出，通過布置在再燃噴嘴上方的燃盡風(fēng)噴嘴噴入爐膛內(nèi)，使未燃盡燃料完全燃燒；5)再燃燃料的輸送介質(zhì)取自從鍋爐尾部煙道中的爐煙；6)將主燃燒器噴口和再燃燃料噴口以及燃燼風(fēng)噴口下傾一定的角度。
本發(fā)明的其它一些特點(diǎn)是，在上述技術(shù)方案中再燃燃料直接取自主燃料中，與主燃料相同，均為細(xì)煤粉。再燃細(xì)煤粉以爐煙輸送入再燃區(qū)，噴嘴處的溫度為1200～1500℃，過量空氣系數(shù)小于1。再燃燃料在再燃區(qū)的停留時(shí)間為0.4～1.5s。
鍋爐燃用的全部煤粉均通過粗粉分離器進(jìn)行分離，使煤粉的均勻性也有較大的提高。
采用再循環(huán)爐煙風(fēng)機(jī)，從鍋爐尾部煙道引溫度為120～500℃的煙氣作為細(xì)煤粉的輸送介質(zhì)，再循環(huán)煙氣量為鍋爐排煙量的5～15％，其攜帶再燃煤粉后的過量空氣系數(shù)為0.3～0.6。
為了取得理想的降低NOx的效果，并且保證鍋爐的燃燒效率，各級(jí)燃燒區(qū)有一個(gè)最佳過量空氣系數(shù)α。一般主燃燒區(qū)過?？諝庀禂?shù)取為1.05～1.1；還原區(qū)過?？諝庀禂?shù)取為0.7～1.0；上部燃盡區(qū)過?？諝庀禂?shù)為1.15～1.2。具體的數(shù)值由鍋爐的型式、結(jié)構(gòu)和燃用的煤種等決定。
為了取得理想的降低NOx的效果，并且保證鍋爐的燃燒效率，各級(jí)燃燒區(qū)有一個(gè)最佳的停留時(shí)間。一般主燃燒區(qū)的停留時(shí)間為0.5s～1s；再燃區(qū)的停留時(shí)間為0.4s～1.5s；燃盡區(qū)的停留時(shí)間為0.4s～1s。具體的數(shù)值由鍋爐的型式、結(jié)構(gòu)和燃用的煤種等決定。
為了保證再燃燃料在還原區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間，最大程度地降低NOx排放量，必須使再燃燃料能快速、充分地與從主燃燒區(qū)上來的主煙氣混合。為此再燃燃料應(yīng)保持一定的噴入速度，可取40～60m/s。
為了保證再燃燃料在還原區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間，同時(shí)保證燃料的燃盡，燃盡風(fēng)與主煙氣的混合也必須快速、充分，為此燃盡風(fēng)也應(yīng)保持一定的噴入速度，可取40～80m/s。
為了降低主燃燒區(qū)生成的NOx量，主燃燒器可以采用一些特殊型式，如采用水平濃淡燃燒器，或一、二次風(fēng)偏置燃燒方式。
主燃燒器噴嘴、再燃燃料噴嘴以及燃盡風(fēng)噴嘴的下傾角度可以是0°～35°，彼此之間的角度可以各不相同。
實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置，包括燃煤鍋爐的爐體及連接各設(shè)備之間的管道、風(fēng)門、分配器、可調(diào)縮孔、聯(lián)箱等構(gòu)成，粗粉分離器用來提高整體煤粉細(xì)度和均勻性；安裝在爐體壁面上的燃燒器包括主燃燒器，再燃燃料燃燒器和燃盡風(fēng)噴嘴，其中主燃燒器位于爐體內(nèi)的主燃燒區(qū)處，再燃燃料燃燒器位于再燃區(qū)，燃盡風(fēng)噴嘴位于燃盡區(qū)；爐煙風(fēng)機(jī)用來從尾部煙道中抽取煙氣以輸送再燃煤粉。
采用細(xì)煤粉再燃方法的裝置在應(yīng)用時(shí)，部分煙氣自鍋爐尾部煙道通過爐煙風(fēng)機(jī)引出，經(jīng)管道進(jìn)入爐煙風(fēng)箱；爐煙風(fēng)箱將煙氣分配后，與從給粉機(jī)來的細(xì)粉混合，經(jīng)送粉管道、再燃燃燒器送入爐膛再燃區(qū)；主燃燒區(qū)采用濃淡燃燒或一、二次風(fēng)偏置燃燒方式，初步減少了氮氧化物生成，隨后煙氣進(jìn)入再燃區(qū)，在還原性氣氛中與細(xì)煤粉發(fā)生還原反應(yīng)將主燃燒區(qū)生成的氮氧化物還原成N2；煙氣進(jìn)入燃盡區(qū)后，由于有部分燃燒空氣通過燃盡風(fēng)噴口進(jìn)入該區(qū)，未燃盡的碳在燃盡區(qū)得以充分燃燒。從而在不影響鍋爐效率的前提下，實(shí)現(xiàn)了鍋爐的低NOx燃燒。本發(fā)明利用與主燃料相同的細(xì)煤粉作為再燃燃料，進(jìn)行再燃脫硝，通過簡(jiǎn)單的裝置，實(shí)現(xiàn)較高的脫硝效率。與現(xiàn)有的上述NOx減排方法相比較，細(xì)煤粉再燃技術(shù)既具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單，安裝改造工作量小，運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，而且其脫氮效率高，可以達(dá)到60％以上；與天然氣再燃技術(shù)(采用天然氣作為再燃燃料)相比，由于細(xì)煤粉再燃方法采用與主燃料相同的燃料作為再燃燃料，因此細(xì)煤粉再燃方法又大大降低了鍋爐的運(yùn)行費(fèi)用，可以在低成本下實(shí)現(xiàn)較高的脫氮效率，是一種適合我國(guó)國(guó)情的先進(jìn)的脫氮技術(shù)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所產(chǎn)生的技術(shù)效果是1.脫硝效率在60％以上，高于常規(guī)的低NOx技術(shù)，接近尾部脫硝技術(shù)。
2.利用與主燃料相同的細(xì)煤粉作為再燃燃料，不需要其他燃料和促進(jìn)劑。這樣設(shè)備的初投資和運(yùn)行成本得到大大降低。
3.由于煤粉的整體細(xì)度和均勻性得到改善，燃燒鍋爐總?cè)济毫?0％～85％的主燃燒區(qū)的燃燒強(qiáng)度增加，從而抵消了15％～20％的再燃煤粉在還原性氣氛下燃燒對(duì)燃燒效率的不利影響，使鍋爐的整體燃燒效率不會(huì)降低。
4.細(xì)煤粉再燃系統(tǒng)運(yùn)行方式靈活，既可以隨主燃燒器一起投運(yùn)，增加機(jī)組帶負(fù)荷能力，降低NOx排放量；也可作為一個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)被隔離掉，在不需要它的時(shí)候，鍋爐可以恢復(fù)到傳統(tǒng)運(yùn)行方式。
5.該技術(shù)在實(shí)施上方便易行，易于對(duì)現(xiàn)有鍋爐進(jìn)行改造，不受地區(qū)限制。
本發(fā)明主要適用于煤粉鍋爐，且不受爐型、容量、煤種的限制，尤其適用于燒較高揮發(fā)分煤的鍋爐，具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是應(yīng)用本發(fā)明的細(xì)煤粉再燃脫硝方法的燃煤裝置結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)示意圖。
以下結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明具體實(shí)施方式
實(shí)施例如圖1所示的是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的燃煤裝置結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)示意圖。該裝置采用細(xì)煤粉再燃脫硝方法。該裝置主要包括給煤機(jī)1、磨煤機(jī)2、粗粉分離器3、細(xì)粉分離器4、煤粉倉(cāng)5、排粉風(fēng)機(jī)6、爐煙風(fēng)機(jī)10、省煤器11和13、空氣預(yù)熱器12和14、除塵器15、引風(fēng)機(jī)16及各設(shè)備之間的連接管道。煤粉爐的爐膛內(nèi)主燃燒區(qū)A安裝有水平濃淡燃燒器9，在還原區(qū)B安裝有再燃燃料噴口8，在燃盡區(qū)C裝有燃盡風(fēng)噴口7。原煤經(jīng)給煤機(jī)1進(jìn)入磨煤機(jī)2，經(jīng)過磨制后，進(jìn)入粗粉分離器3中進(jìn)行粗細(xì)分離，合格的細(xì)煤粉被細(xì)粉分離器4捕集，落入煤粉倉(cāng)5中儲(chǔ)存起來。從細(xì)粉分離器4中分離出來的細(xì)煤粉由排粉風(fēng)機(jī)6通過主燃燒器9送入爐膛。爐膛內(nèi)煤粉燃燒產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過主燃燒區(qū)A、還原區(qū)B和燃盡區(qū)C和水平煙道后進(jìn)入尾部豎直煙道，與省煤器11、13，空氣預(yù)熱器12、14發(fā)生熱交換，然后通過除塵器15除塵。除塵后的大部分煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)16通往煙囪17排入大氣，爐煙風(fēng)機(jī)10將小部分煙氣從除塵器15后面引出，與煤粉倉(cāng)5來的煤粉混合后通過再燃燃料噴口8送入爐膛。
該裝置所采用的燃燒方法是(1)將占發(fā)熱量80～85％的主燃料煤送入主燃燒區(qū)，在過量空氣系數(shù)(α)大于1且接近1的條件下燃燒生成氮氧化物；(2)將發(fā)熱量15～20％的再燃燃料通過主燃燒器9上部的再燃燃料燃燒器8送入再燃燃燒區(qū)，在過量空氣系數(shù)(α)小于1的條件下形成還原性氣氛，使氮氧化物還原；(3)將占入爐總風(fēng)量15～40％的風(fēng)從二次風(fēng)中作為燃盡風(fēng)引出，通過布置在再燃燃燒器8上方的燃盡風(fēng)噴嘴7噴入爐膛內(nèi)，使未燃盡燃料完全燃燒。
在實(shí)施過程中，原煤經(jīng)過鋼球磨煤機(jī)1研磨，粗粉分離器3、細(xì)粉分離器4分離后，合格細(xì)煤粉儲(chǔ)存到煤粉倉(cāng)5中，其中80％-85％的細(xì)煤粉作為主燃料通過主燃燒器9進(jìn)入主燃燒區(qū)A，其余部分作為再燃燃料。部分煙氣煙氣自除塵器15后引出，經(jīng)過爐煙風(fēng)機(jī)10通過爐煙管道與煤粉倉(cāng)5來的部分細(xì)煤粉混合，從再燃燃料噴口8進(jìn)入爐膛還原區(qū)B。NOx在主燃燒區(qū)A大量生成，在還原區(qū)B發(fā)生還原反應(yīng)，大部分被還原成N2，未完全燃燒的碳在燃盡區(qū)C燃盡，它是通過與從燃盡風(fēng)噴口進(jìn)入的燃盡風(fēng)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。煤粉經(jīng)充分反應(yīng)后，煙氣通過水平煙道和豎直煙道換熱，除塵器15除塵，大部分煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)16通往煙囪17排出。
為了保證改造后的主汽溫度不超溫，主燃燒器噴嘴9、再燃燃料噴嘴8以及燃盡風(fēng)噴嘴7都有一定的下傾角度。
采用上述方法及其裝置可同時(shí)實(shí)現(xiàn)細(xì)煤粉再燃脫硝、空氣分級(jí)脫硝和煙氣再循環(huán)脫硝，在基本不影響鍋爐效率的前提下，有效降低了NOx排放，使脫硝效率達(dá)60％以上。利用該技術(shù)對(duì)鍋爐實(shí)施的改造，不受地區(qū)、鍋爐爐型的限制，初期投資成本和運(yùn)行費(fèi)用低而效率高，適合我國(guó)的環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)情。因此，該項(xiàng)技術(shù)具有廣泛的推廣和實(shí)用價(jià)值。
權(quán)利要求
1.一種適用于燃煤鍋爐的細(xì)煤粉再燃脫硝方法，燃煤鍋爐的燃燒器包括主燃燒器，再燃燃料燃燒器和燃盡風(fēng)噴嘴，其中主燃燒器位于燃煤鍋爐爐體內(nèi)的主燃燒區(qū)，再燃燃料燃燒器位于再燃區(qū)，燃盡風(fēng)噴嘴位于燃盡區(qū)；其特征在于，所包括的步驟為1)將煤粉細(xì)度降到R90＜10％，作為主燃料和再燃燃料；2)將占發(fā)熱量80～85％的主燃料送入主燃燒區(qū)，在過量空氣系數(shù)(α)大于1且接近1的條件下燃燒生成氮氧化物；3)將占發(fā)熱量15～20％的再燃燃料通過主燃燒器上部的再燃燃料噴嘴送入再燃燃燒區(qū)，在過量空氣系數(shù)(α)小于1的條件下形成還原性氣氛，使氮氧化物還原；4)將占入爐總風(fēng)量15％～40％的燃燒空氣從二次風(fēng)中作為燃盡風(fēng)引出，通過布置在再燃噴嘴上方的燃盡風(fēng)噴嘴噴入爐膛內(nèi)，使未燃盡燃料完全燃燒；5)再燃燃料的輸送介質(zhì)取自從鍋爐尾部煙道中的爐煙；6)將主燃燒器噴口和再燃燃料噴口以及燃燼風(fēng)噴口下傾一定的角度。
2.按照權(quán)利要求1所述的適用于燃煤鍋爐上應(yīng)用的細(xì)煤粉再燃脫硝方法，其特征在于，再燃燃料的輸送介質(zhì)采用再循環(huán)爐煙風(fēng)機(jī)從鍋爐尾部煙道中抽取，煙氣溫度為120℃～500℃，再循環(huán)煙氣量為鍋爐排煙量的5％～15％，其攜帶再燃煤粉后的過量空氣系數(shù)為0.3～0.6，再燃區(qū)溫度為1200℃～1500℃。
3.按照權(quán)利要求1所述的適用于燃煤鍋爐上應(yīng)用的細(xì)煤粉再燃脫硝方法，其特征在于，所述的主燃燒器采用水平濃淡燃燒器，或一、二次風(fēng)偏置燃燒方式，以降低主燃燒區(qū)生成的NOx量。
4.按照權(quán)利要求1所述的細(xì)煤粉再燃脫硝方法，其特征在于，所述主燃燒器噴嘴、再燃燃料噴嘴以及燃盡風(fēng)噴嘴向下傾斜的角度在0°～35°范圍內(nèi)，彼此之間的角度可以各不相同。
5.按照權(quán)利要求1所述的適用于燃煤鍋爐上應(yīng)用的細(xì)煤粉再燃脫硝方法，其特征在于，主燃燒區(qū)過?？諝庀禂?shù)為1.05～1.1；還原區(qū)過?？諝庀禂?shù)為0.7～1.0；燃盡區(qū)過?？諝庀禂?shù)為1.15～1.2。
6.按照權(quán)利要求1所述的適用于燃煤鍋爐上應(yīng)用的細(xì)煤粉再燃脫硝方法，其特征在于，所述再燃燃料噴入爐膛的速度為40m/s～60m/s，燃盡風(fēng)噴入爐膛的速度為40m/s～80m/s。
7.按照權(quán)利要求1所述的適用于燃煤鍋爐上應(yīng)用的細(xì)煤粉再燃脫硝方法，其特征在于燃料煤在主燃燒區(qū)的停留時(shí)間為0.5s～1s；在再燃區(qū)的停留時(shí)間為0.4s～1.5s；在燃盡區(qū)的停留時(shí)間為0.4s～1s。
8.按照權(quán)利要求1所述的適用于燃煤鍋爐上應(yīng)用的細(xì)煤粉再燃脫硝方法，其特征在于，再燃燃料直接取自煤粉粉倉(cāng)，用給粉機(jī)調(diào)節(jié)再燃煤粉的量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用細(xì)煤粉作為再燃燃料降低NOx的方法及其實(shí)現(xiàn)裝置，屬于煤粉清潔燃燒領(lǐng)域，其方法是采用粗粉、細(xì)粉分離器將煤粉爐燃用的全部煤粉細(xì)度降低并改善其均勻性后，利用部分細(xì)煤粉作為再燃燃料，從煤粉爐尾部煙道中抽取部分煙氣將再燃細(xì)煤粉送入煤粉爐的還原區(qū)，將主燃燒區(qū)生成的NOx還原成N
文檔編號(hào)F23B10/00GK1587802SQ200410073020
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月23日
發(fā)明者文軍, 齊春松, 王月明, 魏銅生, 徐黨旗, 楊忠燦, 劉家鈺, 張安國(guó), 張波 申請(qǐng)人:國(guó)電熱工研究院