电站锅炉采用旋风筒分级来实现燃料再燃脱硝的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电站锅炉采用旋风筒分级来实现燃料再燃脱硝的系统及方法。该系统以旋风燃烧方式和燃料再燃技术为基础，包括主燃旋风筒、主炉膛、再燃旋风筒或旋风气化炉、燃尽风喷口和液态排渣设备。本发明专利技术方法通过采用旋风燃烧的方式，保证了燃料的着火和稳定燃烧。在常规燃料再燃技术的基础上，把部分燃料送入再燃旋风筒或旋风气化炉中进行半气化或完全气化反应，将产生的高温气态产物作为再燃燃料，保证了还原区内所需的反应温度和有效还原基团的数量。同时由于允许更深程度的燃料分级，使得还原区的还原性气氛得到了进一步的增强，提高了系统的脱硝效率，气态的再燃燃料也使得燃尽区的燃烧更加容易。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及一种电站锅炉采用旋风筒分级来实现燃料再燃脱硝的系统及方法。
技术介绍
：众所周知，氮氧化物(NOx)是煤燃烧过程中产生的主要污染物之一，近年来，NOx的危害受到全球各国越来越多的重视。为了降低煤电的污染物排放总量，国家环保部出台和颁布了“史上最严、世界范围内最严”的火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2011)，并于2012年1月1日起开始执行。新标准对燃煤锅炉NOx排放提出了十分严格的要求，不得超过100mg·m-3，同时对重点地区以气体为燃料的燃气轮机组提出了NOx排放不得超过50mg·m-3的特别排放限值要求。如此苛刻的排放限值使国内火电行业面临前所未有的压力和挑战。相比费用昂贵的选择性催化还原技术(SCR)，通过燃烧技术的改进，在燃料燃烧过程中降低NOx的生成量是减少NOx排放最为理想和经济的途径。目前，国内已有一些通过组织燃烧来脱除NOx的相关技术，包括燃料浓淡分离、低NOx燃烧器、空气分级技术、燃料再燃技术、烟气再循环等。其中，燃料再燃技术是一种公认的非常有效的方法，其脱硝效率一般都在50％～70％。燃料再燃技术发展至今，其主要形式已基本固定，即在锅炉主炉膛内沿高度方向分为三个区域，第一区为主燃区，在这里仅送入锅炉大部分的燃料，约占总量的80％～85％，同时在氧化性或弱还原性气氛下燃烧并生成NOx；第二区为再燃区，送入剩余的15％～20％燃料，形成还原性气氛，在过量空气系数α<1的条
件下将主燃区已生成的NOx还原成N2。燃料再燃技术的核心就是，在再燃区内不仅将已生成的NOx进行还原，而且还较为有效的抑制了新的NOx生成，使NOx的排放浓度进一步降低；第三区为燃尽区，此处通入燃尽风，过量空气系数α>1，以完成剩余燃料的燃尽。然而近几年在国内，燃料再燃技术的发展和应用却一度受阻，究其原因主要是在工程实际应用中存在以下几个方面的限制：(1)再燃燃料份额的限制为了增强燃料再燃技术对NOx的减排效果，必须在还原区内形成更强的还原性气氛，即需要进一步扩大再燃燃料所占的份额，然而对于传统的煤粉炉来说，再燃燃料份额扩大后会给燃尽区带来很大的燃尽问题，严重影响了燃料的燃烧效率。(2)再燃区长度的限制还原区的长度反映了燃料在还原区内的停留时间，是制约NOx还原效果的另一个重要因素，但是在工程实际中通过增大炉膛高度来满足这一要求的做法会使得整个系统的成本费用大大增加。(3)主燃区α的限制对于常规的燃料再燃技术，主燃区内80％～85％的燃料是在0.9～1.1的过量空气系数下完成燃烧的，在此过程中必然会生成较多的污染物NOx，然而如果试图通过降低过量空气系数α来增强主燃区的还原性，以此减少主燃区NOx的生成，那么主燃料在此处的着火和燃烧必然会受到显著影响。(4)再燃燃料种类的限制根据国内已有的研究，为了在保证NOx减排效果的基础上进一步提高燃烧效率，学者们针对常规的燃料再燃技术提出采用超细煤粉或天然气(CH4)等作
为再燃燃料的改进方法，这样对于整体的燃烧经济性的确有很大提升。但是超细煤粉的制备所带来的电耗和复杂制粉系统的运行费用都会大大提高成本，同时天然气等气体燃料的大量获取也受到很大的地域限制。
技术实现思路
：针对目前已有的燃料再燃技术在脱硝方面所存在的不足之处，本专利技术提供了一种电站锅炉采用旋风筒分级来实现燃料再燃脱硝的系统及方法。其目的在于，克服常规燃料再燃技术的缺点，在兼顾燃料较高燃烧效率的基础上，进一步降低煤粉燃烧锅炉的NOx排放。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案来实现的：电站锅炉采用旋风筒分级来实现燃料再燃脱硝的系统，包括主燃旋风筒、主炉膛以及再燃旋风筒或旋风气化炉；其中，主炉膛自下而上依次分为主燃区、再燃区和燃尽区，在主炉膛主燃区周向上布置有主燃旋风筒，主炉膛再燃区的再燃燃料喷口处布置有再燃旋风筒或旋风气化炉，主炉膛燃尽区周向上布置有燃尽风喷口。本专利技术进一步的改进在于：主炉膛底部布置有渐缩状结构的液态排渣设备。本专利技术进一步的改进在于：主燃旋风筒的一端设置有主燃料一次风喷口，另一端设置有旋风筒凹形出口并与主炉膛相连通，主燃旋风筒的周向上设置有主燃区二次切向风喷口。电站锅炉采用旋风筒分级来实现燃料再燃脱硝的方法，包括以下步骤：1)由主燃旋风筒的一次风进口送入的燃料气流，与主燃旋风筒侧面送入的切向二次风强烈混合，其中占锅炉总燃料消耗量70％～85％的主燃料在过量空气系数α为0.7～0.95的还原性气氛下燃烧，并生成含有NOx的烟气；2)在炉膛主燃区上方位置的再燃燃料喷口处布置有再燃旋风筒或旋风气化炉，其中在再燃旋风筒内，剩余15％～30％的燃料在过量空气系数α<1的强还原性气氛下发生半气化反应，或在旋风气化炉中通过气化剂的加入发生气化反应，产物中含有具有还原性的高温气体，将其作为再燃燃料喷入主炉膛，在还原性气氛下与步骤1)生成的含NOx的烟气发生还原反应，从而将NOx还原为N2；3)将燃料完全燃烧所需的剩余空气通过布置在主炉膛上端位置处的燃尽风喷口送入炉膛，在过量空气系数α>1的条件下完成剩余燃料的燃尽。本专利技术进一步的改进在于：所述步骤2)中，对于再燃旋风筒，燃料在过量空气系数α为0.6～0.85的强还原性气氛下燃烧，发生半气化反应；对于旋风气化炉，通过加入空气或水蒸气作为气化剂使燃料在其中发生气化反应，将这些气态燃烧产物作为再燃燃料喷入主炉膛。本专利技术进一步的改进在于：所述步骤3)中的燃尽区过量空气系数α为1.05～1.2。本专利技术进一步的改进在于：在主炉膛的底部设有渐缩状结构的用来承接旋风筒液态渣的液态排渣设备。与现有技术相比，本专利技术提出了一种电站锅炉采用旋风筒分级来实现燃料再燃脱硝的系统及方法，具有以下优点：1、得益于旋风筒中优良的着火燃烧条件，相比常规燃料再燃技术，主燃区可以创造相对更小的过量空气系数α，这样既有效抑制了主燃区NOx的大量生成，同时又不会影响筒内主燃料的稳定燃烧。2、当电站锅炉中采用旋风炉时，往往一台锅炉可以有数只到数十只旋风筒不等，本专利技术相比原有的电站锅炉系统，减少了主燃区旋风筒的数量，同时在再燃燃料喷口处布置有1～2个再燃旋风筒或旋风气化炉，这样完全不会使系统
变得更加复杂，在锅炉制造方面也不会带来成本增加的问题。3、在本专利技术中，再燃燃料中含有大量具有还原性的可燃气体，既保证了还原区内NOx的还原效率，又使得燃尽区剩余燃料的燃烧更加容易，最重要的是，这种方法解决了常规燃料再燃技术中获取超细煤粉和天然气等再燃燃料时所带来的经济性问题。同时旋风筒中的煤粉颗粒只需简单的破碎，与煤粉炉相比，大大节约了制粉电耗和复杂制粉系统所带来的高额成本。4、煤粉在再燃旋风筒或旋风气化炉中的燃烧产物含有大量CO、碳氢化合物等具有还原性的高温气体，相比传统再燃燃料的种类，不仅还原基团的还原效果得到了提升，同时也弥补了常规燃料再燃技术中还原区反应温度不足的缺陷。5、对于旋风燃烧锅炉，由于主燃料的燃烧是在旋风筒中进行，为锅炉的主炉膛节省了很多空间，从一定程度上解决了常规燃料再燃技术中还原区长度不足的问题，进一步提升了整个系统的脱硝效率。综上所述，本专利技术通过采用旋风燃烧的方式，保证了燃料的着火和稳定燃烧。在常规燃料再燃技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
电站锅炉采用旋风筒分级来实现燃料再燃脱硝的系统，其特征在于：包括主燃旋风筒(1)、主炉膛(2)以及再燃旋风筒或旋风气化炉(3)；其中，主炉膛(2)自下而上依次分为主燃区、再燃区和燃尽区，在主炉膛(2)主燃区周向上布置有主燃旋风筒(1)，主炉膛(2)再燃区的再燃燃料喷口(4)处布置有再燃旋风筒或旋风气化炉(3)，主炉膛(2)燃尽区周向上布置有燃尽风喷口(5)。

【技术特征摘要】
1.电站锅炉采用旋风筒分级来实现燃料再燃脱硝的系统，其特征在于：包括主燃旋风筒(1)、主炉膛(2)以及再燃旋风筒或旋风气化炉(3)；其中，主炉膛(2)自下而上依次分为主燃区、再燃区和燃尽区，在主炉膛(2)主燃区周向上布置有主燃旋风筒(1)，主炉膛(2)再燃区的再燃燃料喷口(4)处布置有再燃旋风筒或旋风气化炉(3)，主炉膛(2)燃尽区周向上布置有燃尽风喷口(5)。2.根据权利要求1所述的电站锅炉采用旋风筒分级来实现燃料再燃脱硝的系统，其特征在于：主炉膛(2)底部布置有渐缩状结构的液态排渣设备(9)。3.根据权利要求1所述的电站锅炉采用旋风筒分级来实现燃料再燃脱硝的系统，其特征在于：主燃旋风筒(1)的一端设置有主燃料一次风喷口(6)，另一端设置有旋风筒凹形出口(8)并与主炉膛相连通，主燃旋风筒(1)的周向上设置有主燃区二次切向风喷口(7)。4.电站锅炉采用旋风筒分级来实现燃料再燃脱硝的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)由主燃旋风筒(1)的一次风进口送入的燃料气流，与主燃旋风筒(1)侧面送入的切向二次风强烈混合，其中占锅炉总燃料消耗量70％～85％的主燃料在过量空气系数α为0.7～0.95的还原性气氛下燃烧，并生成含有NOx的烟气；2)在炉膛主燃区上方位置的再燃燃料喷口(4)处...

【专利技术属性】
技术研发人员：车得福，卜宇凡，吴松，唐春丽，邓磊，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61