一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉及其系统技术方案

本发明专利技术一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉及其系统，所述的锅炉包括前拱和与之对应的后拱，前拱和后拱从下到上依次形成的炉膛、喉口和燃烧室，以及炉膛下方的传送带，能确保挥发分的完全燃尽；所述的系统中，除挥发分风仓之外的其他风仓送入的一次风中掺混来自排烟引风机出口的部分再循环烟气和蒸汽发生器产生的一定量的水蒸气，再循环烟气可以降低通入炉排的一次风的含氧量，水蒸气在炉排上和炽热的焦炭发生水煤气反应生成CO和H2，将部分气固反应转化成气相反应，另一方面CO可以增大煤层上方的还原层厚度，并有效还原煤层燃烧生成的NOx；在不增设大型辅机设备的条件下，能够主动降低NOx的生成，实现节能和减排的双重目标。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉及其系统
本专利技术涉及层燃锅炉控制氮氧化物排放
，具体为一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉及其系统。
技术介绍
我国燃煤工业锅炉保有量约为40万台，每年消耗标准煤达4亿吨标准煤以上，占全国年燃煤消耗总量的20％。截至2016年底，我国北方地区城乡建筑取暖总面积约206亿平方米，其中，燃煤是我国北方取暖用能的主要方式，我国北方燃煤取暖面积约占总取暖面积的83％，天然气、电能、地热能、生物质能、太阳能、工业余热等合计约占17％。燃煤工业锅炉的能源消耗和污染物排放总量巨大，是造成空气质量恶化和雾霾天气频发的主要污染源之一。为了加快转变经济发展方式，大力推进社会主义生态文明建设，“十二五”期间，国家出台了有关控制燃煤锅炉大气污染物排放的最新标准，部分省市和地区还结合自身情况制订了地方性法律法规，对燃煤锅炉氮氧化物的排放水平作出了更加严格的限制。在环保标准日趋严格的今天，对高能耗，高污染，高排放的燃煤工业锅炉进行脱硝改造已经迫在眉睫。在我国的燃煤工业锅炉中，层燃链条锅炉占到了总数的60％以上。因此，发展层燃链条锅炉的NOx减排技术对减轻大气污染，改善空气质量尤为重要。近年来，我国科研人员已经开展了层燃炉的低氮燃烧改造技术的相关研究，取得了很多成果，但现有技术仍然停留在一次风、二次风分级燃烧和烟气再循环组合技术降低氮氧化物的初级水平上，其方法一般是把再循环烟气全部作为一次风送入鼓风机或炉排风仓下，这样就无法依靠再循环烟气调整燃烧的还原区，而将前、后炉拱二次风布置在前、后炉拱的喉口又缩小了炉膛烟气的还原区，同时二次风还会强化燃烧从而增加NOx的原始生成，因此这种技术仅能将层燃炉的原始NOx排放从400mg/m3降低到200mg/m3左右，剩余的NOx仍需要采用SNCR或SCR才能降低到50mg/m3以下。传统的炉拱结构虽可有效提高锅炉的燃烧效率，但它过于强调新煤引燃与强化燃烧的重要性，而忽视了从源头上抑制燃烧过程中NOx的产生。若采用炉内SCR/SNCR等烟气脱硝处理技术又存在脱除效率不理想，存在二次污染风险、运行成本高昂等一系列问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉及其系统，在不增设大型辅机设备的条件下，通过分割炉膛对燃料进行分级燃烧，能够主动降低NOx的生成，实现节能和减排的双重目标。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉，包括前拱和与之对应的后拱，前拱和后拱从下到上依次形成的炉膛、喉口和燃烧室，以及炉膛下方的传送带；所述的炉膛内设置有将其一分为二的分割耐火墙，分割耐火墙与前拱形成预燃室作为挥发分热解燃烧区，分割耐火墙与后拱形成焦炭燃烧区；分割耐火墙下端与传送带上的煤层之间形成缝隙，用于透过炉膛内焦炭燃烧区中的烟气和辐射热，使得预燃室中的挥发分燃烧且焦炭不发生燃烧；所述预燃室的上部设有位于分割耐火墙的前拱再循环烟气引射器，前拱再循环烟气引射器用于将预燃室中的上行烟气和未燃尽挥发分是引射至喉口；所述后拱靠近喉口处设有后拱再循环烟气喷射器，燃尽室靠近喉口处设置前拱二次风喷头和后拱二次风喷头。优选的，所述的传送带下方设置有与其上方煤层对应的若干风仓，与热解燃烧区对应的为挥发分风仓，挥发分风仓内对称设置有高温烟气引射器；在焦炭燃烧区靠近分割耐火墙的炉膛两侧壁面分别开设圆孔，炉膛内的部分高温烟气通过侧壁外部烟道流至高温烟气引射器，高温烟气由通入高温烟气引射器的再循环烟气引射至挥发分风仓上方的炉排面。进一步，所述炉膛两侧壁面开设圆孔的位置应靠近炉膛的还原区，且不高于前拱二次风喷头和后拱二次风喷头。优选的，燃尽室靠近喉口处水平对置一排前拱二次风喷头和一排后拱二次风喷头；所述前拱二次风喷头和后拱二次风喷头的角度能够以水平为基准的-15°～45°进行喷射方向的调节。优选的，所述前拱再循环烟气引射器的安装高度高于后拱再循环烟气喷射器。优选的，前拱再循环烟气引射器布置有一排朝向喉口的喷管；后拱再循环烟气喷射器布置有一排朝向分割耐火墙的喷管和一排朝向后拱下方焦炭燃烧区的喷管，两排喷嘴之间的夹角为1°～120°。优选的，所述分割耐火墙由钢板两侧焊接抓钉后敷耐火材料制成；分割耐火墙上部开设缩放喷口，缩放喷口是一条截面为缩放喷管的槽道，前拱再循环烟气引射器的喷嘴设置于缩放喷口的喉口处。一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉系统，包括上述任意一项所述的层燃锅炉，依次连接在层燃锅炉烟道的空气预热器的热端、除尘器、引风机和烟囱；所述引风机和烟囱之间的烟道设置有再循环烟气管路，在循环烟气管路经再循环烟气引风机分别连接至前拱再循环烟气引射器、后拱再循环烟气喷射器和高温烟气引射器；所述的传送带的下方设有炉排配风室，炉排配风室的输出端分别连接除挥发分风仓以外的其他风仓；一次风依次经一次风引风机、空气预热器的冷端和蒸汽发生器连接炉排配风室的输入端。进一步，在通入挥发分风仓的再循环烟气中掺入氨。再进一步，炉排配风室配风时，后拱再循环烟气喷射器下方炉排相对应及其后的各风仓的配风量大于剩余各风仓风量。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术所述的层燃锅炉中，分割耐火墙将炉膛分割成挥发分热解燃烧区和焦炭燃烧区两部分，由于预燃室的设立，分割耐火墙充当了引燃煤层的前拱，煤层的燃烧过程被推迟，相当于缩短了传送带下炉排面的有效长度。分割耐火墙下端与煤层之间会形成一个较小的缝隙，炉膛中的烟气和辐射热就可以透过该缝隙进入预燃室中。根据锅炉所用煤种的特点，需适当设定该缝隙的大小，以保证透过来的少量烟气和辐射热足以引燃燃点较低的挥发分，且不至于使焦炭发生燃烧。大部分挥发分在含氧量较低的还原性气氛中进行燃烧，从而显著降低由挥发分氮导致的NOx产量；尚未燃尽的挥发分与烟气的混合气受热膨胀，加速上行至预燃室的上部，再循环烟气从前拱再循环烟气引射器引射预燃室中热解和燃烧生成的气体携带进入炉膛的喉口处并与后拱再循环烟气喷射器喷出的再循环烟气进行NOx的还原燃烧。最后经上层的前拱二次风喷头和后拱二次风喷头进行二次风的进一步燃烧，以确保挥发分的完全燃尽。进一步的，在靠近分割耐火墙的炉膛两侧壁面上开设圆孔，炉膛内的部分高温烟气沿着侧壁外部烟道流至高温烟气引射器的喷管喉部，而后被低温再循环烟气引射，混合后的热烟气喷出后沿烟道流至挥发分风仓上方的炉排面处，其作用是为煤层热解和挥发分引燃提供热量，而又不致使煤层的温度达到焦炭燃点而致使焦炭燃烧，煤层热解产生的挥发分被上行的烟气携带进入预燃室中。再进一步，为保证所引射高温烟气的含氧量尽可能低，应适当抬高圆孔的开设位置，以尽量靠近炉膛的还原区，但不得高于前拱二次风喷头和后拱二次风喷头。进一步的，前拱二次风喷头和后拱二次风喷头对置喷射二次风以强化可燃物的燃尽，所述前拱二次风喷头和后拱二次风喷头的角度可以根据燃煤种类在以水平为基准的-15°～45°进行喷射方向的调节，以实现空气的分级燃烧。进一步的，后拱再循环烟气喷射器的安装高度低于前拱再循环烟气引射器，其目的是确保从缩放喷口喷出的混合气中未燃尽挥发分起到NOx的还原作用。进一步的，后拱再循环烟气喷射器配置的两排喷嘴将来自排烟引风机后的再循环烟气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉，其特征在于，包括前拱(1)和与之对应的后拱(7)，前拱(1)和后拱(7)从下到上依次形成的炉膛(6)、喉口(19)和燃烧室，以及炉膛(6)下方的传送带(10)；所述的炉膛(6)内设置有将其一分为二的分割耐火墙(4)，分割耐火墙(4)与前拱(1)形成预燃室(2)作为挥发分热解燃烧区，分割耐火墙(4)与后拱(7)形成焦炭燃烧区；分割耐火墙下端(20)与传送带(10)上的煤层(21)之间形成缝隙，用于透过炉膛(6)内焦炭燃烧区中的烟气和辐射热，使得预燃室(2)中的挥发分燃烧且焦炭不发生燃烧；所述预燃室(2)的上部设有位于分割耐火墙(4)的前拱再循环烟气引射器(3)，前拱再循环烟气引射器(3)用于将预燃室(2)中的上行烟气和未燃尽挥发分是引射至喉口(19)；所述后拱(7)靠近喉口(19)处设有后拱再循环烟气喷射器(5)，燃尽室靠近喉口(19)处设置前拱二次风喷头(12)和后拱二次风喷头(13)。

【技术特征摘要】
1.一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉，其特征在于，包括前拱(1)和与之对应的后拱(7)，前拱(1)和后拱(7)从下到上依次形成的炉膛(6)、喉口(19)和燃烧室，以及炉膛(6)下方的传送带(10)；所述的炉膛(6)内设置有将其一分为二的分割耐火墙(4)，分割耐火墙(4)与前拱(1)形成预燃室(2)作为挥发分热解燃烧区，分割耐火墙(4)与后拱(7)形成焦炭燃烧区；分割耐火墙下端(20)与传送带(10)上的煤层(21)之间形成缝隙，用于透过炉膛(6)内焦炭燃烧区中的烟气和辐射热，使得预燃室(2)中的挥发分燃烧且焦炭不发生燃烧；所述预燃室(2)的上部设有位于分割耐火墙(4)的前拱再循环烟气引射器(3)，前拱再循环烟气引射器(3)用于将预燃室(2)中的上行烟气和未燃尽挥发分是引射至喉口(19)；所述后拱(7)靠近喉口(19)处设有后拱再循环烟气喷射器(5)，燃尽室靠近喉口(19)处设置前拱二次风喷头(12)和后拱二次风喷头(13)。2.根据权利要求1所述的一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉，其特征在于，所述的传送带(10)下方设置有与其上方煤层对应的若干风仓，与热解燃烧区对应的为挥发分风仓(9)，挥发分风仓(9)内对称设置有高温烟气引射器(16)；在焦炭燃烧区靠近分割耐火墙(4)的炉膛两侧壁面(29)分别开设圆孔(17)，炉膛(6)内的部分高温烟气通过侧壁外部烟道(30)流至高温烟气引射器(16)，高温烟气由通入高温烟气引射器(16)的再循环烟气引射至挥发分风仓(9)上方的炉排面(18)。3.根据权利要求2所述的一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉，其特征在于，所述炉膛两侧壁面(29)开设圆孔(17)的位置应靠近炉膛(6)的还原区，且不高于前拱二次风喷头(12)和后拱二次风喷头(13)。4.根据权利要求1所述的一种燃料空气烟气三分级低氮燃烧的层燃锅炉，其特征在于，燃尽室靠近喉口(19)处水平对置一排前拱二次风喷头(12)和一排后拱二次风喷头(13)；所述前拱二次风喷头(12)和后拱二次风喷头(13)...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵钦新，王兴乔，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61