專利名稱：一種控制燃煤鍋爐氮氧化物排放的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于能源燃燒技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種控制燃煤鍋爐氮氧化物排放的方法。
背景技術(shù)：
再燃技術(shù)又稱為燃料分級燃燒技術(shù)，可以顯著降低燃煤鍋爐的氮氧化物排放，其主要思想是在鍋爐內(nèi)實現(xiàn)三段燃燒沿爐膛高度方向自下而上依次分為主燃區(qū)、再燃區(qū)和燃盡區(qū)。80%左右的燃料在主燃區(qū)燃燒，該區(qū)過量空氣系數(shù)一般大于1.0，會產(chǎn)生較多的氮氧化物；剩余20%的燃料在空氣不足的情況下噴入再燃區(qū)，在還原性氣氛中將主燃區(qū)生成的氮氧化物還原為氮氣，同時還可抑制新的氮氧化物生成，使氮氧化物的排放濃度進一步降低；未完全燃燒的燃料通過在燃盡區(qū)噴入足夠空氣，形成富氧氣氛而燃盡。再燃技術(shù)中采用的再燃燃料主要有天然氣、各種碳氫化合物、油、水煤漿、煉焦衍生物、生物質(zhì)及其裂解氣、煤粉等。中國專利01134298公開了一種利用生物質(zhì)熱燃氣再燃脫硝的燃燒方法，該方法利用從煤粉爐尾部煙道來的部分熱煙氣進入熱解氣化爐內(nèi)使其中的生物質(zhì)熱解氣化；熱解氣體噴入煤粉爐還原區(qū)，使爐內(nèi)的NOx反應(yīng)形成N2 ；還原區(qū)上部噴入空氣，使未完全燃燒的燃料完全燃燒。中國專利97112562公開了一種解耦循環(huán)流化床燃燒系統(tǒng)及其脫硫與脫硝方法，其原理是燃料首先在氣化室缺氧(空氣過剩系數(shù)0. 7 1. 0)的情況下燃燒，進行熱解氣化。還原性煙氣進入主燃燒室時，與燃燒產(chǎn)物中的氮氧化物等反應(yīng)生成氮氣、水和二氧化碳，使氮氧化物得到還原。另外，這一過程可通過半焦的吸附、擾混及還原作用與后段充足的二次供風充分混合，使一氧化碳和煙黑燃盡，從而達到同時降低氮氧化物、一氧化碳和煙黑排放的目的。因此，“解耦燃燒”實質(zhì)上是利用燃料熱解氣化的產(chǎn)物抑制氮氧化物生成的過程，這里的熱解氣化也即燃料的部分氧化氣化過程。綜上所述，部分氧化氣化是與主燃燒區(qū)分開的一個過程，是利用此過程的產(chǎn)物抑制主燃燒區(qū)生成氮氧化物的一種技術(shù)手段，而再燃則是在主燃區(qū)生成氮氧化物之后再還原的減排技術(shù)。然而單獨使用其中的一種技術(shù)導致脫硝效率不高，不能達到現(xiàn)行的污染物排放標準，且只能應(yīng)用于某些特定爐型和煤種。如果能將部分氧化氣化與再燃聯(lián)合起來控制氮氧化物的排放，這樣既可以大大提高脫硝的效率，又可以增加煤種的適用性。然而，目前尚未見有關(guān)將二者結(jié)合起來實現(xiàn)聯(lián)合控制燃煤鍋爐氮氧化物排放的報道。我國生物質(zhì)資源儲量豐富，分布范圍廣。專利CN200910M1249.0公開了一種生物油煤漿，為生物質(zhì)類燃料特別是生物油的利用提供了一種新途徑。然而將生物質(zhì)資源作為再燃燃料，尤其是將生物油和生物油煤漿作為再燃燃料用于降低燃煤鍋爐氮氧化物的排放，目前還未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種控制燃煤鍋爐氮氧化物排放的方法，該方法可以大大提高脫硝效率，進而達到控制氮氧化物排放的目的，適用于燃煤的工業(yè)鏈條爐排鍋爐、工業(yè)窯爐等中小型工業(yè)鍋爐及燃煤電站鍋爐等大容量鍋爐。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下
一種控制燃煤鍋爐氮氧化物排放的方法，該方法通過以下步驟實現(xiàn)
①將部分氧化氣化燃料在過量空氣系數(shù)為0.5 0. 9的條件下熱解氣化，形成部分氧化氣化區(qū)；
②將步驟①中生成的固體和氣體產(chǎn)物全部或部分送到鍋爐爐膛的主燃區(qū)，與主燃區(qū)內(nèi)的主燃料一同燃燒；
③將再燃燃料與步驟②中燃燒生成的氮氧化物在再燃區(qū)混合并發(fā)生化學反應(yīng)生成氮氣，再燃區(qū)位于主燃區(qū)上方；
④在再燃區(qū)的上方噴入燃盡風，形成燃盡區(qū)，再燃區(qū)出口未完全燃燒產(chǎn)物在燃盡區(qū)進一步燃盡。具體的，所述的部分氧化氣化燃料可以為無煙煤、貧煤、煙煤和褐煤中的一種或兩種以上的混合物。所述的主燃料可以是煙煤粉、貧煤粉、褐煤或其混合物。所述的再燃燃料可以為生物油、生物油煤漿、生物質(zhì)、污泥、地溝油、動物排泄物和煤中的一種或兩種以上的混合物。所述部分氧化氣化燃料、主燃料和再燃燃料的總發(fā)熱量計為100份，其中部分氧化氣化燃料的熱量份為10 30，主燃燃料的熱量份為50 80，再燃燃料的熱量份為10 20。所述主燃區(qū)的過量空氣系數(shù)控制在1. 0 1. 15。所述再燃區(qū)的過量空氣系數(shù)控制在0. 7 0. 9。所述燃盡區(qū)的過量空氣系數(shù)控制在1. 1 1. 25。所述部分氧化氣化區(qū)邊界內(nèi)側(cè)還
布置有氧化風。將部分氧化氣化燃料控制在過量空氣系數(shù)為0. 5 0. 9的條件下熱解氣化，用以使部分氧化氣化區(qū)保持還原性氣氛，使燃料在此主要生成焦炭和還原性氣體。主燃區(qū)的過量空氣系數(shù)控制在1. 0 1. 15用以使鍋爐具有較高的燃燒效率。再燃區(qū)的過量空氣系數(shù)控制在0. 7 0. 9用以使再燃燃料釋放的揮發(fā)份能夠在還原性氣氛下與氮氧化物發(fā)生還原反應(yīng)生成氮氣。燃盡區(qū)的過量空氣系數(shù)控制在1. 1 1. 25用以使可燃物盡可能燃盡而不降低鍋爐效率。本發(fā)明方法利用生物質(zhì)類及其衍生燃料，進行再燃脫硝，利用其在燃燒過程中釋放的揮發(fā)份還原主燃燒過程生成的氮氧化物，同時利用部分氧化氣化的產(chǎn)物抑制主燃燒過程中氮氧化物的生成，二者結(jié)合起來實現(xiàn)在燃燒過程中抑制氮氧化物和在燃燒后還原氮氧化物，從而大大提高脫硝效率，進而達到控制氮氧化物排放的目的。該方法適用于燃煤的工業(yè)鏈條爐排鍋爐、工業(yè)窯爐等中小型工業(yè)鍋爐，還適用于燃煤電站鍋爐等大容量鍋爐。本發(fā)明方法依據(jù)燃料性質(zhì)的不同，將燃料分為部分氧化氣化燃料、主燃料和再燃燃料，利用部分氧化氣化燃料和再燃燃料來聯(lián)合控制主燃料在燃燒過程中所產(chǎn)生的氮氧化物的排放。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于1)將部分氧化氣化技術(shù)和再燃技術(shù)結(jié)合起來，在不降低鍋爐效率的前提下，在燃燒中和燃燒后聯(lián)合控制氮氧化物的排放，達到最大程度降低氮氧化物排放的目的。2)實現(xiàn)了生物質(zhì)及其衍生燃料生物油等在控制氮氧化物排放領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用。3)本發(fā)明方法易于對現(xiàn)有鍋爐進行改造，簡單方便，且不受資源區(qū)域性和季節(jié)性的限制，前景廣闊。


圖1是采用本發(fā)明方法控制燃煤鍋爐氮氧化物排放的鍋爐爐膛示意圖，圖中I為部分氧化氣化區(qū)，II為主燃區(qū)，III為再燃區(qū)，IV為燃盡區(qū)。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此。實施例1
如圖1所示，一種控制燃煤鍋爐氮氧化物排放的方法，該方法通過以下步驟實現(xiàn)
①將部分氧化氣化燃料無煙煤粉ι送入鍋爐爐膛底部，在過量空氣系數(shù)為0.7的條件下以自熱的方式熱解氣化，形成部分氧化氣化區(qū)I ；
②將步驟①中生成的固體和氣體產(chǎn)物(如固體焦炭和CO等還原性氣體)全部送到鍋爐爐膛的主燃區(qū)II，與主燃區(qū)II內(nèi)的主燃料煙煤粉2 —同燃燒，主燃區(qū)II的過量空氣系數(shù)控制在1. 1左右；來自部分氧化氣化區(qū)I產(chǎn)生的焦炭和CO等氣體能夠大大抑制煙煤粉2燃燒過程中氮氧化物的形成；
③將再燃燃料生物油3(即生物質(zhì)熱解液)與步驟②中燃燒生成的氮氧化物在再燃區(qū) III混合并發(fā)生化學反應(yīng)生成氮氣，再燃區(qū)III位于主燃區(qū)II上方；再燃區(qū)III的過量空氣系數(shù)控制在0. 8 ；
④燃盡風4噴入再燃區(qū)III的上方，形成燃盡區(qū)IV，再燃區(qū)出口未完全燃燒產(chǎn)物在燃盡區(qū)IV進一步燃盡，燃盡區(qū)的過量空氣系數(shù)控制在1. 25。所述部分氧化氣化區(qū)I在設(shè)有水冷壁的爐膛邊界內(nèi)側(cè)還布置有氧化風5 (氧化風量約占總風量的1 5%)，用來防止水冷壁長期處于還原性氣氛下易導致結(jié)渣和腐蝕等問題。在上述燃燒過程中，部分氧化氣化燃料無煙煤粉的發(fā)熱量占總發(fā)熱量的10%，再燃燃料生物油的發(fā)熱量占總發(fā)熱量的10%，主燃料煙煤粉的發(fā)熱量占總發(fā)熱量的80%，整個過程中所有燃料的碳轉(zhuǎn)化率在96%以上，脫硝效率在60%以上，煙氣中CO含量小于500ppm，飛灰含碳量小于5%，沒有造成鍋爐整體燃燒效率降低。實施例2
一種控制燃煤鍋爐氮氧化物排放的方法，該方法通過以下步驟實現(xiàn)
①將部分氧化氣化燃料塊狀褐煤送入部分氧化氣化區(qū)(部分氧化氣化系統(tǒng)并不位于鍋爐的爐膛底部，而是與主燃區(qū)、再燃區(qū)和燃盡區(qū)單獨分開，鍋爐爐膛自下而上依次為主燃區(qū)、再燃區(qū)和燃盡區(qū))，在過量空氣系數(shù)為0.5的條件下以自熱的方式熱解氣化，形成部分氧化氣化區(qū)；
②將步驟①中塊狀褐煤熱解氣化生成的固體焦炭經(jīng)粉碎后全部通過螺旋傳輸機構(gòu)或鏈條傳輸裝置輸送到鍋爐爐膛的主燃區(qū)，與主燃區(qū)內(nèi)的主燃料煙煤粉一同燃燒，主燃區(qū)的過量空氣系數(shù)控制在1. 15 ；在此過程中焦炭能夠大大抑制煙煤粉燃燒過程中氮氧化物的形成；③在步驟②中燃燒生成的含有氮氧化物的煙氣進入再燃區(qū)中，與加入再燃區(qū)中的再燃燃料雞糞及來自部分氧化氣化區(qū)褐煤的熱解氣混合并發(fā)生化學反應(yīng)生成氮氣，再燃區(qū)的過量空氣系數(shù)控制在0. 7 ；
④燃盡風噴入再燃區(qū)的上方，形成燃盡區(qū)，再燃區(qū)出口未完全燃燒產(chǎn)物在燃盡區(qū)進一步燃盡，燃盡區(qū)的過量空氣系數(shù)控制在1. 1，以使可燃物快速燃盡。部分氧化氣化區(qū)的產(chǎn)物可以通過氣力輸送或機械傳輸?shù)姆绞剿腿胫魅紖^(qū)，以能夠使部分氧化氣化區(qū)生成的焦炭和CO等還原性氣體在主燃區(qū)抑制氮氧化物的排放，主燃區(qū)的產(chǎn)物全部并依次經(jīng)過再燃區(qū)、燃盡區(qū)，以能夠使主燃區(qū)生成的氮氧化物被再燃區(qū)生成的還原性物質(zhì)還原，且剩余可燃物最后都在燃盡區(qū)燃盡而不導致鍋爐整體燃燒效率降低。在上述燃燒過程中，褐煤的發(fā)熱量占總發(fā)熱量的30%，雞糞的發(fā)熱量占總發(fā)熱量的20%，煙煤的發(fā)熱量占總發(fā)熱量的50%，整個過程中所有燃料的碳轉(zhuǎn)化率在95%以上，脫硝效率在60% 以上，煙氣中CO含量小于500ppm，飛灰含碳量小于5%，沒有造成鍋爐整體燃燒效率降低。實施例3
部分氧化氣化燃料用煙煤粉與褐煤粉的混合物替換無煙煤粉，主燃料用貧煤粉替換煙煤粉，再燃燃料用生物油煤漿替換生物油；部分氧化氣化區(qū)的過量空氣系數(shù)控制在0. 9，主燃區(qū)的過量空氣系數(shù)控制在1. 0 ；再燃區(qū)的過量空氣系數(shù)控制在0. 9 ；燃盡區(qū)的過量空氣系數(shù)控制在1.2。其它同實施例1。在該燃燒過程中，煙煤和褐煤組成的混合煤粉的發(fā)熱量占總發(fā)熱量的20%，生物油煤漿的發(fā)熱量占總發(fā)熱量的15%，貧煤的發(fā)熱量占總發(fā)熱量的65%，整個過程中所有燃料的碳轉(zhuǎn)化率在96%以上，脫硝效率在60%以上，煙氣中CO含量小于500ppm，飛灰含碳量小于 5%，沒有造成鍋爐整體燃燒效率降低。最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求
1.一種控制燃煤鍋爐氮氧化物排放的方法，其特征在于，該方法通過以下步驟實現(xiàn)①將部分氧化氣化燃料在過量空氣系數(shù)為0.5 0. 9的條件下熱解氣化，形成部分氧化氣化區(qū)；②將步驟①中生成的固體和氣體產(chǎn)物全部或部分送到鍋爐爐膛的主燃區(qū)，與主燃區(qū)內(nèi)的主燃料一同燃燒；③將再燃燃料與步驟②中燃燒生成的氮氧化物在再燃區(qū)混合并發(fā)生化學反應(yīng)生成氮氣，再燃區(qū)位于主燃區(qū)上方；④在再燃區(qū)的上方噴入燃盡風，形成燃盡區(qū)，再燃區(qū)出口未完全燃燒產(chǎn)物在燃盡區(qū)進一步燃盡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述控制燃煤鍋爐氮氧化物排放的方法，其特征在于所述部分氧化氣化燃料為無煙煤、貧煤、煙煤和褐煤中的一種或兩種以上的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述控制燃煤鍋爐氮氧化物排放的方法，其特征在于所述再燃燃料為生物油、生物油煤漿、生物質(zhì)、污泥、地溝油、動物排泄物和煤中的一種或兩種以上的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述控制燃煤鍋爐氮氧化物排放的方法，其特征在于所述部分氧化氣化燃料、主燃料和再燃燃料的總發(fā)熱量計為100份，其中部分氧化氣化燃料的熱量份為10 30，主燃料的熱量份為50 80，再燃燃料的熱量份為10 20。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述控制燃煤鍋爐氮氧化物排放的方法，其特征在于所述主燃區(qū)的過量空氣系數(shù)控制在1. 0 1. 15。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述控制燃煤鍋爐氮氧化物排放的方法，其特征在于所述再燃區(qū)的過量空氣系數(shù)控制在0. 7 0. 9。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述控制燃煤鍋爐氮氧化物排放的方法，其特征在于所述燃盡區(qū)的過量空氣系數(shù)控制在1. 1 1. 25。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述控制燃煤鍋爐氮氧化物排放的方法，其特征在于所述部分氧化氣化區(qū)邊界內(nèi)側(cè)還布置有氧化風。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種控制燃煤鍋爐氮氧化物排放的方法，該方法通過以下步驟實現(xiàn)①將部分氧化氣化燃料在過量空氣系數(shù)為0.5～0.9的條件下熱解氣化；②將步驟①中生成的固體和氣體產(chǎn)物全部或部分送到鍋爐爐膛的主燃區(qū)，與主燃區(qū)內(nèi)的主燃料一同燃燒；③將再燃燃料與步驟②中燃燒生成的氮氧化物在再燃區(qū)混合并發(fā)生化學反應(yīng)生成氮氣，再燃區(qū)位于主燃區(qū)上方；④在再燃區(qū)的上方噴入燃盡風，形成燃盡區(qū)，再燃區(qū)出口未完全燃燒產(chǎn)物在燃盡區(qū)進一步燃盡。該方法可以大大提高脫硝效率，進而達到控制氮氧化物排放的目的，適用于燃煤的工業(yè)鏈條爐排鍋爐、工業(yè)窯爐等中小型工業(yè)鍋爐及燃煤電站鍋爐等大容量鍋爐。
文檔編號F23N1/02GK102563690SQ20121002729
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月8日
發(fā)明者吳文龍, 周曉湘, 常亮, 李東梅, 汪永威, 董雪峰, 趙光金, 郭陽 申請人:河南電力試驗研究院