超低NOx排放的煤粉锅炉燃烧系统、方法及应用技术方案

本发明专利技术公开了一种超低NOx排放的煤粉锅炉燃烧系统，包括煤气化装置(2)、一次风管道(3)、一次风喷口(4)、二次风管道(5)、二次风喷口(6)、一级燃尽风喷口(7)和二级燃尽风喷口(8)；所述一次风喷口(4)、二次风喷口(6)、一级燃尽风喷口(7)和二级燃尽风喷口(8)依次分层间隔布置于锅炉炉膛(1)的水冷壁上；所述二次风管道(5)与所述二次风喷口(6)、一级燃尽风喷口(7)和二级燃尽风喷口(8)连接。本发明专利技术还公开了一种超低NOx排放的煤粉锅炉燃烧方法。本发明专利技术还公开了一种超低NOx排放的煤粉锅炉燃烧系统及方法的应用。本发明专利技术的燃烧系统可实现80mg/Nm

Combustion system, method and application of pulverized coal boiler with ultra-low NOx emission

The invention discloses a pulverized coal fired boiler in an ultra low NOx emission combustion system, including coal gasification device (2), a duct (3), an air nozzle (4), two (5), two air duct of primary air nozzle (6), a class of ofa nozzle (7) and the two level of ofa nozzle (8); an air nozzle (4), the two air nozzle (6), a class of ofa nozzle (7) and two (8) of ofa nozzle are arranged in the layered interval (1) of the boiler water wall; two wind the pipeline (5) and two (6) of the air nozzle, a burned air nozzle (7) and two (8) of ofa nozzle connection. The invention also discloses a combustion method of pulverized coal boiler with ultra-low NOx emission. The invention also discloses the application of a pulverized coal boiler combustion system with ultra low NOx emission and the method. The combustion system of the invention can realize 80mg/Nm

【技术实现步骤摘要】
超低NOx排放的煤粉锅炉燃烧系统、方法及应用
本专利技术属于煤粉燃烧技术，更具体地，涉及一种超低NOx排放的煤粉锅炉燃烧系统、方法及应用。
技术介绍
煤炭仍然是我国的主要能源，约占能源供给的70％左右。大型电站煤粉锅炉是我国电力行业的主力设备，数量庞大。煤炭在锅炉的燃烧过程中产生大量的氮氧化物是一种危害大且较难处理的大气污染物，它不仅刺激人的呼吸系统，损害动植物直接影响生长，破坏臭氧层，而且也是引起温室效应、酸雨和光化学烟雾反应的主要物质之一。随着社会发展和技术进步，人们对环境保护越来越重视，近年来我国对电站锅炉的氮氧化物排放提出了严格的限制和前瞻性要求，电力行业内的大中型燃煤锅炉普遍进行了低氮燃烧技术和脱硝改造，对降低NOx排放起到了很好的效果。随着NOx控制标准日益严格，出现了许多技术以脱除或降低有害气体生成量，大量减少有害气体排入大气，降低对环境的危害。据研究，煤粉燃烧过程中因NOx的生成机理不同可生成的NOx有三种：①燃料型NOx，燃料中的有机氮直接被氧化成的NOx；②热力型NOx，送风空气中N2在高温下与O2的原子结合成的NOx；③瞬时型NOx，燃烧时产生烃等与N2快速生成NOx，在燃煤锅炉中生成比例极少，主要是前两种NOx生成。燃料型NOx约占70～90％，热力型NOx约占10～30％，快速型NOx所占比例＜5％，通常被忽略不计。NOx是对N2O、NO2、NO、N2O5以及PAN等氮氧化物的统称。煤粉燃烧过程所生成的氮氧化物主要是NO和NO2，其中NO约占95％以上。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，使整个燃烧过程趋于合理，有效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，如图1所示，图中Ⅰ区域为主要燃烧区，Ⅱ区域为还原区，Ⅲ区域为燃尽区。在主燃烧区和还原区缺氧燃烧，产生大量还原性气体CO、CH4、H2、HCN等，与NOx发生还原反应生成N2，抑制了NOx生成；在燃尽区送入剩余风量实现燃尽并避免热力型NOx的生成。目前现有大型电站煤粉锅炉的低氮燃烧技术，一般情况下，NOx生成能够抑制在200mg/Nm3左右(180mg/Nm3～240mg/Nm3)，要实现锅炉50mg/Nm3的NOx超低排放，还需采用SCR尾部烟气脱硝。一般需采用两级SCR选择性还原脱硝，设备投入成本和运行成本较高，而且烟气中喷入液态氨后，容易引起空气预热器腐蚀堵塞和氨逃逸。空气预热器腐蚀堵塞，影响设备安全运行；逃逸的氨气排入大气，会形成新的污染。现有大型电站煤粉锅炉低氮燃烧技术改造后，由于主燃烧区助燃二次风大幅减少，在远离主燃区的上部设置分离燃尽风，相当于煤粉在炉内的燃烧过程延长，极易造成飞灰可燃物升高，炉膛出口排烟温度升高，过热蒸汽温度偏高导致减温水量大幅增加等现象，影响锅炉热效率和安全性能。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种超低NOx排放的煤粉锅炉燃烧系统、方法及应用，其目的在于，改善一次风风粉气流在深度缺氧状态下的着火特性，且实现多级空气分级，既可实现煤粉锅炉安全稳定经济燃烧又可实现氮氧化物超低排放。为了实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供一种超低NOx排放的煤粉锅炉燃烧系统，包括：煤气化装置、一次风管道、一次风喷口、二次风管道、二次风喷口、一级燃尽风喷口和二级燃尽风喷口；其中，所述一次风喷口、二次风喷口、一级燃尽风喷口和二级燃尽风喷口依次分层间隔布置于锅炉炉膛的水冷壁上；所述一次风管道与一次风喷口连接；所述二次风管道与所述二次风喷口、一级燃尽风喷口和二级燃尽风喷口连接；所述煤气化装置设于所述一次风管道的末端和所述一次风喷口之间；所述一次风喷口用于向所述炉膛内喷射一次风，所述二次风喷口用于向所述炉膛内喷射二次风，所述一级燃尽风喷口用于向所述炉膛内喷射一次燃尽风，所述二级燃尽风喷口用于向所述炉膛内喷射二次燃尽风，从而实现煤粉的超低NOx排放燃烧。进一步地，所述炉膛形成煤粉着火气化区，所述一次风喷口与二次风喷口之间形成主要燃烧还原区，所述二次风喷口与所述一级燃尽风喷口之间形成还原延展区，所述一级燃尽风喷口与二级燃尽风喷口之间形成一级燃尽区，所述二级燃尽风喷口与炉膛之间形成二级燃尽区。进一步地，所述一次风喷口进入炉膛的风粉气流为小切圆布置，所述二次风喷口进入炉膛的风气流为大切圆布置。按照本专利技术的另一个方面，提供一种超低NOx排放的煤粉锅炉燃烧方法，采用所述的超低NOx排放的煤粉锅炉燃烧系统，具体包括如下步骤：(1)煤粉气流进入煤粉气化装置后，在煤粉着火气化区域Ⅰ经历着火、燃烧和气化后，大量生成以CO为主的可燃气体；(2)步骤(1)中煤粉气流进入主要燃烧还原区域Ⅱ，形成大量还原性气体，抑制NOx生成；(3)步骤(2)中的煤粉气流进入还原延展区Ⅲ，NOx进一步被还原；(4)步骤(3)中的煤粉气流进入一级燃尽区Ⅳ，从一级燃尽风喷口送入部分燃尽风，煤粉在欠氧条件下继续燃烧，仍产生还原性气氛，难于生成NOx；(5)步骤(4)中的煤粉气流进入二级燃尽区Ⅴ，再由二级燃尽风喷口送入部分燃尽风，烟气温度已在1100℃以下，热力型NOx难以形成，同时燃料型NOx生成量极少，符合电站锅炉NOx的普通排放标准。优选地，所述煤粉着火气化区(Ⅰ)的过剩空气系数为0.2～0.4。优选地，所述主要燃烧还原区(Ⅱ)的过剩空气系数为0.6～0.7。优选地，所述一级燃尽区(Ⅳ)的过剩空气系数为0.8～0.9。优选地，所述二级燃尽区(V)的过剩空气系数为1.1～1.25。进一步地，步骤(2)中所述还原性气体为CO、CH4、H2、HCH或CnHm中的一种或多种。按照本专利技术的另一个方面，提供一种所述的超低NOx排放的煤粉锅炉燃烧系统及方法的应用，适用于四角切圆燃烧煤粉锅炉、前后墙对冲式燃烧煤粉锅炉或W型火焰燃烧煤粉锅炉。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术的煤粉锅炉燃烧系统，在深度空气分级条件下可保证煤粉稳定着火燃烧，实现80mg/Nm3～120mg/Nm3的超低NOx排放，直接达到电站锅炉NOx的普通排放标准，不需尾部脱硝装置的投入。(2)本专利技术的煤粉锅炉燃烧系统，对于特殊地区，要求实现80mg/Nm3～120mg/Nm3的超低NOx排放，仅需在锅炉尾部投入小量SCR脱硝装置，大幅度减少氨投入和氨逃逸，可以极大降低设备投资和运行成本。(3)本专利技术的煤粉锅炉燃烧方法，由于煤粉气化装置设置在进入炉膛之前，实质上延长了煤粉的燃烧过程(路径和时间)，有利于降低飞灰可燃物和炉膛出口烟温，避免过热气温偏高导致减温水量大幅度增加。附图说明图1为超低NOx排放的锅炉切圆燃烧过程区域结构立面示意图；图2为切圆燃烧煤粉锅炉火焰结构平面示意图；图3为超低NOx排放的前后墙对冲锅炉燃烧区域结构立面示意图；图4为前后墙对冲燃烧锅炉火焰结构平面示意图；图5为超低NOx排放的前后拱W火焰锅炉燃烧区域结构立面示意图。在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-炉膛、2-煤气化装置、3-一次风管道、4-一次风喷口、5-二次风管道、6-二次风喷口、601-旋流燃烧器内二次风喷口、602-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超低NOx排放的煤粉锅炉燃烧系统，其特征在于，包括：煤气化装置(2)、一次风管道(3)、一次风喷口(4)、二次风管道(5)、二次风喷口(6)、一级燃尽风喷口(7)和二级燃尽风喷口(8)；其中，所述一次风喷口(4)、二次风喷口(6)、一级燃尽风喷口(7)和二级燃尽风喷口(8)依次分层间隔布置于锅炉炉膛(1)的水冷壁上；所述一次风管道(3)与一次风喷口(4)连接；所述二次风管道(5)与所述二次风喷口(6)、一级燃尽风喷口(7)和二级燃尽风喷口(8)连接；所述煤气化装置(2)设于所述一次风管道(3)的末端和所述一次风喷口(4)之间；所述一次风喷口(4)用于向所述炉膛(1)内喷射一次风粉，所述二次风喷口(6)用于向所述炉膛(1)内喷射二次风，所述一级燃尽风喷口(7)用于向所述炉膛(1)内喷射一次燃尽风，所述二级燃尽风喷口(8)用于向所述炉膛(1)内喷射二次燃尽风，从而实现煤粉的超低NOx排放燃烧。

【技术特征摘要】
1.一种超低NOx排放的煤粉锅炉燃烧系统，其特征在于，包括：煤气化装置(2)、一次风管道(3)、一次风喷口(4)、二次风管道(5)、二次风喷口(6)、一级燃尽风喷口(7)和二级燃尽风喷口(8)；其中，所述一次风喷口(4)、二次风喷口(6)、一级燃尽风喷口(7)和二级燃尽风喷口(8)依次分层间隔布置于锅炉炉膛(1)的水冷壁上；所述一次风管道(3)与一次风喷口(4)连接；所述二次风管道(5)与所述二次风喷口(6)、一级燃尽风喷口(7)和二级燃尽风喷口(8)连接；所述煤气化装置(2)设于所述一次风管道(3)的末端和所述一次风喷口(4)之间；所述一次风喷口(4)用于向所述炉膛(1)内喷射一次风粉，所述二次风喷口(6)用于向所述炉膛(1)内喷射二次风，所述一级燃尽风喷口(7)用于向所述炉膛(1)内喷射一次燃尽风，所述二级燃尽风喷口(8)用于向所述炉膛(1)内喷射二次燃尽风，从而实现煤粉的超低NOx排放燃烧。2.根据权利要求1所述的一种超低NOx排放的煤粉锅炉燃烧系统，其特征在于，所述炉膛(1)形成煤粉着火气化区(Ⅰ)，所述一次风喷口(4)与二次风喷口(6)之间形成主要燃烧还原区(Ⅱ)，所述二次风喷口(6)与所述一级燃尽风喷口(7)之间形成还原延展区(Ⅲ)，所述一级燃尽风喷口(7)与二级燃尽风喷口(8)之间形成一级燃尽区(Ⅳ)，所述二级燃尽风喷口(8)与炉膛(1)之间形成二级燃尽区(V)。3.根据权利要求1所述的一种超低NOx排放的煤粉锅炉燃烧系统，其特征在于，所述一次风喷口(4)进入炉膛(1)的煤粉气流为小切圆布置，所述二次风喷口(6)进入炉膛(1)的二次风气流为大切圆布置。4.一种超低NOx排放的煤粉锅炉燃烧方法，其特征在于，采用如权利要求1-3中任一项所述的超低NOx排放的煤粉锅炉燃烧系统，具...

【专利技术属性】
技术研发人员：于洁，陈涛，郭永浩，孙路石，
申请(专利权)人：武汉华喻燃能工程技术有限公司，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42