一种燃料分级气化及低NO制造技术

一种燃料分级气化及低NO

【技术实现步骤摘要】
一种燃料分级气化及低NOX燃烧锅炉
本专利技术涉及热能与动力工程技术、燃烧气化及环保
，特别涉及一种燃料分级气化及低NOX燃烧锅炉。
技术介绍
NOX是造成近年来大规模雾霾的元凶之一，此外NOX还会诱发光化学烟雾、酸雨等一系列环境问题，而燃煤锅炉又是我国NOX排放的最主要来源之一。由于经济的快速增长，我国燃煤锅炉的氮氧化物排放量一直保持较高的水平，火电NOX排放约占全国NOX总排放量的35-40％，给我们的生存环境带来巨大的威胁。为此，国家《煤电节能减排升级与改造行动计划》提出，我国东部、中部与西部地区新建燃煤发电机组NOx排放浓度应分别基本达到、原则上接近或达到、鼓励达到燃气轮机组排放限值(即基准氧含量6％时，NOx排放浓度不高于50mg/m3)。在煤粉燃烧过程中产生的氮氧化物主要有两种来源，一种是在燃料燃烧过程中，含氮化合物被氧化生成一部分氮氧化物；另一种是在燃烧过程中高温空气中的氮气和氧气会发生氧化反应生成氮氧化物，煤粉燃烧过程中产生的NOx主要有NO和NO2。目前常用的氮氧化物的控制技术主要有以下三类：第一类是选择含氮量较低的燃料或者使用洗煤等手段在燃料燃烧前将燃料中的氮进行脱除；第二类是在燃料燃烧过程中通过改变燃烧条件或者使用一些先进技术来控制NOx排放的技术；第三类是在燃料燃烧后，使用SNCR与SCR脱硝技术手段，对燃烧产生的烟气进行处理。其中低NOx燃烧技术是最经济的方式，其使煤粉在燃烧过程中首先在低氧环境下发生热解气化，析出大量的还原性气体并生成半焦，随后尽可能在低温低氧环境下燃尽，使得过量空气系数能够小于并接近理论所需数值，环境中较少的O2能够抑制NOx的生成。目前现有大型电站煤粉锅炉的低氮燃烧技术改造是根据氮氧化物的生成机理，在整个锅炉的空间内进行燃料分级、空气分级，来降低煤粉燃烧过程中氮氧化物的生成量。使炉膛形成主要燃烧区，还原区和燃尽区，其燃烧系统中煤粉的热解过程发生的燃烧器喷口附近极小的区域内，煤粉热解还未完全完成就进入燃烧区燃烧，还原性气体CO、CH4、H2、HCN、NH3等较少，NOX排放量增加，并且由于还原性气体的减少被还原的NOX较少，不能充分减少烟气中NOX的含量。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种燃料分级气化及低NOX燃烧锅炉，通过煤粉分级气化、强化煤粉热解气化以及多级低温低氧燃烧以减少煤粉在燃烧过程中产生的NOX。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种燃料分级气化及低NOX燃烧锅炉，包括气化炉膛4，气化炉膛4内部设置有一次燃料喷口1和二次燃料喷口3，所述的气化炉膛4上部为燃烧炉膛8，气化炉膛4与燃烧炉膛8之间通过变径烟气通道6相连通，燃烧炉膛8内壁分层间隔布置有二次风喷口7和SOFA喷口9，所述的燃烧炉膛8设置有水冷壁10，燃烧炉膛8顶部设置有上集箱12，变径烟气通道6外部布置有下集箱5，燃烧炉膛8末端尾部设置有烟道11。所述的一次燃料喷口1和二次燃料喷口3均按照四角布置切圆方式布置在气化炉膛4四角。所述的一次燃料喷口1包括冷却水管13、煤粉管14、挡板15、煤粉隔板16、冷却水隔板20、冷却水进口17、冷却水出口18、煤粉浓淡分离器19。煤粉管14安装在冷却水管13内部，形成环形的冷却水通道，冷却水隔板20沿垂直方向将冷却水通道分为上、下两层，冷却水经冷却水进口17进入下层通道并向尾部流动，随后进入上层通道最后经冷却水出口18流出。在冷却水管13内壁以及煤粉管14外壁间隔布置有环形的挡板15，煤粉隔板16将煤粉管道分为浓、淡煤粉管道，煤粉浓淡分离器19设置在煤粉管14右端。所述的气化炉膛4内壁设置有耐火层2。所述的变径烟气通道6呈沙漏状，上、下两端面直径大，中部直径较小。所述的二次风喷口7和SOFA喷口9均按照四角布置切圆方式布置在燃烧炉膛8四角。所述的一次燃料喷口1喷入炉膛内的煤粉约占煤粉总量的85-90％，过量空气系数为α，0.20<α<0.50。所述的二次燃料喷口3喷入炉膛内的煤粉约占煤粉总量的10-15％，过量空气系数为α，0.20<α<0.30。所述的通过二次风喷口7的空气量，还原燃烧区处过量空气系数为α，0.7<α<0.9。所述的通过SOFA喷口9风量，燃尽区处过量空气系数为α，1.02<α<1.1。所述的下集箱5呈环状。所述的燃烧炉膛8内壁设置有水冷壁10。所述的二次风喷口7以及SOFA喷口9分层间隔布置于燃烧炉膛8内壁。本专利技术的有益效果：本专利技术提出一种燃料分级气化的低NOX的锅炉装置，一次煤粉与适量的空气混合后通过一次燃料喷口1喷入主气化区，煤粉在过量空气系数小于1的主气化区发生热解气化，由于主气化区氧气含量较低，煤粉气化析出大量的还原性气体(CO、CH4、H2、HCN、NH3)并生成半焦。剩余煤粉通过二次燃料喷口3喷入气化炉膛4，并与主气化区产生的还原气以及半焦混合后在次气化区内发生二次气化析出大量的还原性气体。燃料中的大部分氮元素在低氧环境下生成N2、NH3等气体，气化过程中NOX的生成量大大减小；同时在次气化区还原性气体以及煤粉会将部分NOX还原为N2，进一步降低烟气中NOX的含量。还原性气体以及半焦通过变径烟气通道6后进入燃烧炉膛8的还原燃烧区，保证还原燃烧区内的过量空气系数小于1，同时燃烧炉膛8内壁设置有水冷壁10，吸收热量以降低炉膛温度，实现燃料在还原燃烧区的低温低氧燃烧，减少燃烧过程中NOX的生成。同时，燃烧还原区内大量的还原性气体在还原性气氛下将烟气中的一部分NOX还原为N2，烟气中的NOX含量进一步降低，未完全燃烧的还原性气体和半焦在过量空气系数大于1的燃尽区和SOFA充分混合后，在低温条件下充分燃烧，提高煤粉的燃烧效率并减少NOX的生成。本专利技术所述的一次燃料喷口为设有水冷套管的浓淡煤粉分离燃烧喷嘴，一次煤粉经过燃烧喷嘴后分为水平浓淡两股煤粉气流，富(浓)煤粉气流煤粉浓度增加，煤粉的着火稳定性变好，有利于煤粉热解气化的进行；同时由于煤粉浓度增大，氧气含量减少，炉膛内的还原性气氛会抑制NOX的生成。贫(淡)煤粉气流位于炉膛壁面侧，煤粉浓度减小，氧气含量增大，提高灰粒融化温度，防止炉膛壁面及燃烧喷嘴结渣；同时燃烧喷嘴还设有水冷套管，通过增加扰动破坏层流边界层及延长冷却水的行程来强化传热，保证燃烧喷嘴在高温炉膛中安全、高效运行。附图说明图1是本专利技术结构示意图。图2是一次燃料喷口结构示意图。图3是一次燃料喷口A-A截面图。图4是一次燃料喷口B-B截面图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示：所述气化炉膛4内壁设置有耐火层2，防止气化炉膛4内部温度过低，保证煤粉热解气化顺利进行，析出大量的还原气并抑制NOX的产生。所述锅炉气化装置在工作过程中，85-90％的煤粉通过一次燃料喷口1喷入气化炉膛4，在炉内形成旋流，强化气体扰动并形成一个较好的空气动力场，此时在气化炉膛4内部形成主气化区。控制风量保证主气化区内的过量空气系数α在0.2-0.5之间，保证煤粉在主气化区的低氧环境下发生热解气化同时能够产生足够的热量维持反应的进行，煤粉气化析出大量还原性气体CO、CH4、H2、HCN、NH3等并同时产生半焦。剩余煤粉通过二次本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料分级气化及低NOX燃烧锅炉，其特征在于，包括气化炉膛(4)，气化炉膛(4)内部设置有一次燃料喷口(1)和二次燃料喷口(3)，所述的气化炉膛(4)上部为燃烧炉膛(8)，气化炉膛(4)与燃烧炉膛(8)之间通过变径烟气通道(6)相连通，燃烧炉膛(8)内壁分层间隔布置有二次风喷口7和SOFA喷口(9)，所述的燃烧炉膛(8)设置有水冷壁(10)，燃烧炉膛(8)顶部设置有上集箱(12)，变径烟气通道(6)外部布置有下集箱(5)，燃烧炉膛(8)末端尾部设置有烟道(11)。

【技术特征摘要】
1.一种燃料分级气化及低NOX燃烧锅炉，其特征在于，包括气化炉膛(4)，气化炉膛(4)内部设置有一次燃料喷口(1)和二次燃料喷口(3)，所述的气化炉膛(4)上部为燃烧炉膛(8)，气化炉膛(4)与燃烧炉膛(8)之间通过变径烟气通道(6)相连通，燃烧炉膛(8)内壁分层间隔布置有二次风喷口7和SOFA喷口(9)，所述的燃烧炉膛(8)设置有水冷壁(10)，燃烧炉膛(8)顶部设置有上集箱(12)，变径烟气通道(6)外部布置有下集箱(5)，燃烧炉膛(8)末端尾部设置有烟道(11)。2.根据权利要求1所述的一种燃料分级气化及低NOX燃烧锅炉，其特征在于，所述的一次燃料喷口(1)和二次燃料喷口(3)均按照四角布置切圆方式布置在气化炉膛(4)四角。3.根据权利要求书2所述的一种燃料分级气化及低NOX燃烧锅炉，其特征在于，所述的一次燃料喷口(1)包括冷却水管(13)、煤粉管(14)、挡板(15)、煤粉隔板(16)、冷却水隔板(20)、冷却水进口(17)、冷却水出口(18)、煤粉浓淡分离器(19)，煤粉管(14)安装在冷却水管(13)内部，形成环形的冷却水通道，冷却水隔板(20)沿垂直方向将冷却水通道分为上、下两层，冷却水经冷却水进口(17)进入下层通道并向尾部流动，随后进入上层通道最后经冷却水出口(18)流出，在冷却水管(13)内壁以及煤粉管(14)外壁间隔布置有环形的挡板(15)，煤粉隔板(16)将煤粉管道分为浓、淡煤粉管道，煤粉浓淡分离器(19)设置在煤粉管(14)右端。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛艳青，李帅飞，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61