一种用于火电锅炉的煤气化低氮燃烧器系统技术方案

本发明专利技术属于大型火电锅炉低氮燃烧领域，具体涉及一种用于火电锅炉的煤气化低氮燃烧器系统。该系统主要包括密相煤粉气化燃烧器、变频耐高温风机、烟气分析仪、天然气枪体组件、氧气入口、自动控制柜、淡相煤粉燃烧器、煤粉偏心分离弯头等，本发明专利技术将高温烟气引入到煤粉燃烧器中形成低氧气浓度的氛围，并利用纯氧助燃天然气在燃烧器内形成温度超过1500℃的超高温区域，创造能够将煤粉瞬间气化所需的“高温、缺氧”条件，将进入到煤气化室内的煤粉直接气化，生成大量的还原性可燃气体，不仅能减少这些可燃气体在燃烧过程中形成的氮氧化物，且能利用这些可燃气体在一定区域内形成还原性氛围，将其余煤粉在燃烧过程中生成的氮氧化物进行还原。

【技术实现步骤摘要】
一种用于火电锅炉的煤气化低氮燃烧器系统
本专利技术属于大型火电锅炉低氮燃烧领域，具体涉及一种用于火电锅炉的煤气化低氮燃烧器系统。
技术介绍
氮氧化物是造成大气污染的主要污染物之一，人为排放的氮氧化物90%以上来源于矿物燃料的燃烧过程，我国火电燃煤锅炉的氮氧货物排放量占到了工业总排放量的60%，因降低火电锅炉氮氧化物的排放量具有十分重要的意义。采用低氮燃烧器是显著降低火电锅炉氮氧化物排放量的一个有效方法，常见的低氮燃烧器有双调风燃烧器、Hitachi低氮燃烧器、XCL低氮燃烧器等。其中双调风燃烧器将燃料随着一次风轴向喷射到燃烧区，当一次风中的氧在富燃料区里被消耗时，一次燃烧区内的空燃比迅速降低，于是燃料脱挥发分期间处于缺氧状态，碳、氢和挥发氮竞争不中的氧，由于氮缺乏竞争能力，导致氮分子的生成比NO和NO2多，二次风通过调风器逐渐与燃料混合，造成挥发份析出区、热燃烧产物循环区和完全燃烧区，以此来达到降低氮氧化物的目的。Hitachi低氮燃烧器是在双调风旋流燃烧器的基础上发展起来的，其特点是在喷嘴出口处装有陶瓷火焰稳定环，从而在喷嘴出口处形成回流，使煤粉离开燃料喷嘴后迅速着火，在低空燃比条件下形成氮氧化物还原区，当火焰继续向前传送，高旋流的二次风重新进入火焰核心并向下游流动直至完全燃烧，利用有效的涡流加速混合以促进氮氧化物还原。XCL低氮燃烧器采用滑动套阀调节内、外气流区，在内、外气流区采用气流分离叶片结构，实现了煤粉分级引燃和分级补充空气，通过叶轮的选用可使火焰形状适应炉型，不仅降低了氮氧化物，还能够保持高燃烧效率。但是，上述低氮燃烧器只能在一定程度内降低氮氧化物的生成量，给锅炉尾部的脱硝系统减压的作用有限，且易造成飞灰含碳量增加的负作用，因此采用新理论、新方法研究新型低氮燃烧器仍具有十分重要的意义。现有理论证明，与煤直接燃烧相比，煤气化后产生的煤气在燃烧过程中所生的氮氧化物的浓度可以降低90以上。另外，煤气具有还原性，将煤气和煤粉混合在一起燃烧，煤气能够还原煤粉燃烧所生成的氮氧化物。本专利技术以上述为理论基础，提出一种新型的煤气化低氮燃烧器系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决大型火电锅炉在煤粉燃烧过程中生成的氮氧化物浓度过高的问题。本专利技术提供一种原理先进、结构简单的用于火电锅炉的低氮燃烧器。本专利技术能够在燃烧器内部建立起高温、缺氧氛围，创造出煤粉气化的有利条件，实现了密相煤粉（即浓相煤粉）先气化，再与淡相煤粉混合燃烧的目的，充分利用了煤气的还原性，在锅炉主燃烧区建立起还原性氛围，抑制并还原氮氧化物的生成，同时改善煤粉着火条件，减少不完全燃烧损失。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：所述密相煤粉气化燃烧器包括外壳、煤粉气化室、烟气取样管、热电偶、煤粉富集导向块、烟气喷射装置、烟气套筒、天然气燃烧室，所述外壳为渐扩形状，天然气枪体组件穿过煤粉偏心分离弯头的密相出口，从水平方向插入外壳的右侧，天然气枪体组件的左侧与天然气燃烧室连接，烟气套筒与天然气燃烧室同轴线平行安装，烟气套筒的左侧安装有烟气喷射装置，烟气喷射装置的左侧与天然气燃烧室的左侧平齐，天然气燃烧室的出口下游同轴心安装有煤粉气化室，在煤粉气化室的壁面上安装有烟气取样管，并保持连通，烟气取样管的出口通过不锈钢管与烟气分析仪连接，在煤粉气化室的壁面内还安装有热电偶，热电偶的另一端通过补偿导线与自动控制柜连接，在外壳的中部（天然气燃烧室与煤粉气化室之间）安装有煤粉富集导向块。所述煤气化低氮燃烧器系统，包括密相煤粉气化燃烧器、变频耐高温风机、烟气分析仪、天然气枪体组件、氧气入口、流量调节阀、自动控制柜、淡相煤粉燃烧器、煤粉偏心分离弯头、天然气入口，淡相煤粉燃烧器安装在炉膛的下部，密相煤粉气化燃烧器安装在淡相煤粉燃烧器的上方，煤粉偏心分离弯头的入口与煤粉管道连接，出口分为上下两部分，分别与密相煤粉气化燃烧器和淡相煤粉燃烧器的入口连接，炉膛的上部与折焰角连通，变频耐高温风机的入口通过管道与折焰角连接，变频耐高温风机的出口通过管道与密相煤粉气化燃烧器连接，天然气枪体组件从煤粉偏心分离弯头的上部弯曲部位，从水平方向插入煤粉偏心分离弯头，并延伸至密相煤粉气化燃烧器内，天然气枪体组件的右端安装有氧气入口和天然气入口，流量调节阀的入口与氧气管道连接，流量调节阀的出口通过管道与氧气入口连接，流量调节阀的入口与天然气管道连接，流量调节阀的出口通过管道与天然气入口连接，烟气分析仪的入口通过取样管与密相煤粉气化燃烧器连接，变频耐高温风机、烟气分析仪、流量调节阀分别通过动力电缆和控制电缆与自动控制柜连接。上述装置的有益效果是：（1）本专利技术能够创造出煤粉气化所需的缺氧氛围。本专利技术利用变频耐高温风机，把折焰角处的高温烟气引入到密相煤粉气化低氮燃烧器内，有二个方面的作用：第一，利用高温烟气中氧气浓度只有3%-4%的特点，有效降低烟气与一次风粉气流混合后的氧气浓度，这一点对煤粉能否成功气化非常重要，这是因为煤粉只有在“高温、缺氧”的氛围下才会发生气化反应，如果氧气浓度较高，则煤粉将发生燃烧反应，而无法气化。第二，折焰角处烟气的温度在1000℃以上，利用其高温的特点，可以对一次风粉气流进行预热，使煤气化室内的气流温度基本达到500℃-600℃的范围，基本接近挥发份析出所需温度，为下一步的煤气化提供有利条件。（2）本专利技术能够创造出煤粉瞬间气化所需的温度。根据煤粉气化炉的运行数据，当温度超过1500℃时，煤粉在缺氧环境下可以直接实现瞬间气化。本专利技术在天然气燃烧室内，利用纯氧助燃天然气，生成的白亮火焰温度超过2000℃的，完全能够满足煤粉瞬间气化所需的温度要求。（3）本专利技术能够实验测量煤粉气化的最佳氧气浓度范围。因为煤粉的气化反应是一个吸热反应，其所需热量一部分由天然气燃烧所供应，另一部分则由煤粉中首先析出的挥发份燃烧来提供，所以风粉气流混合物的氧气浓度并不是越低越好，而是存在一个最佳范围。本专利技术通过如下方式确定氧气浓度的最佳范围：通过安装在煤气化室上的取样管，对煤气化的实际情况连续采样，并通过烟气分析仪，对O2、CO、CH4等主要成份进行分析，比较不同氧气浓度下还原性气体的生成情况，进而确定最佳氧气浓度，生成历史记录曲线记录在自动控制系统中。（4）本专利技术能够灵活调节煤气化室内的氧气浓度。具体方法为：首先通过取样管和烟气分析仪对煤气化室内的氧气浓度进行取样和测量，然后将实测值与记录在自动控制系统中的最佳范围进行比较。如果实测值不在最佳范围之内，则通过自动控制柜调节变频耐高温风机的转速，进而改变烟气流量，达到调整烟气与一次风混合物的氧气浓度的目的。（5）本专利技术能够灵活调节煤气化室内的温度场。具体方法为：首先通过热电偶对煤气化室内的混合物温度进行测量，然后将实测值与自动控制系统中的目标值（根据现在煤粉气化炉的设计运行数据，煤粉瞬间气化所需的温度不应低于1500℃）进行比较。如果实测值低于目标值，则通过自动控制柜自动调大天然气管道和氧气管道的调节阀，增加天然气和氧气流量，则可以迅速提高气化室内的温度场，满足煤粉迅速气化的需要。（6）本专利技术能够有效延长煤粉气化所需时间。本专利技术的煤粉气化室和密相煤粉燃烧器的外壳均为渐扩形状。该形状有利于降低燃烧器内部的风粉混合物的流速，延长煤粉在煤粉气化室的停留时间，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于火电锅炉的煤气化低氮燃烧器系统，其特征在于：包括密相煤粉气化燃烧器（2）、变频耐高温风机（4）、烟气分析仪（5）、天然气枪体组件（6）、氧气入口（7）、流量调节阀（8a、8b）、自动控制柜（9）、淡相煤粉燃烧器（10）、煤粉偏心分离弯头（11）、天然气入口（12），所述淡相煤粉燃烧器（10）和密相煤粉气化燃烧器（2）均安装在炉膛（1）的下部，且密相煤粉气化燃烧器（2）位于淡相煤粉燃烧器（10）的上方，煤粉偏心分离弯头（11）的入口与煤粉管道连接，出口分为上下两部分，分别与密相煤粉气化燃烧器（2）和淡相煤粉燃烧器（10）的入口连接，炉膛（1）的上部与折焰角（3）连通，变频耐高温风机（5）的入口通过管道与折焰角（3）连接，变频耐高温风机（5）的出口通过管道与密相煤粉气化燃烧器（8）连接，天然气枪体组件（6）以水平方向从煤粉偏心分离弯头（11）的上部插入，并延伸至密相煤粉气化燃烧器（2)内，天然气枪体组件（6）的右端安装有氧气入口(7)和天然气入口（12），流量调节阀（8a）的入口与氧气管道连接，流量调节阀（8a）的出口通过管道与氧气入口（7）连接，流量调节阀（8b）的入口与天然气管道连接，流量调节阀（8b）的出口通过管道与天然气入口（7）连接，烟气分析仪（5）的入口通过取样管与密相煤粉气化燃烧器（2）连接，变频耐高温风机（4）、烟气分析仪（5）、流量调节阀（8a、8b）分别通过动力电缆和控制电缆与自动控制柜（9）连接。...

【技术特征摘要】
1.一种用于火电锅炉的煤气化低氮燃烧器系统，其特征在于：包括密相煤粉气化燃烧器（2）、变频耐高温风机（4）、烟气分析仪（5）、天然气枪体组件（6）、氧气入口（7）、流量调节阀（8a、8b）、自动控制柜（9）、淡相煤粉燃烧器（10）、煤粉偏心分离弯头（11）、天然气入口（12），所述淡相煤粉燃烧器（10）和密相煤粉气化燃烧器（2）均安装在炉膛（1）的下部，且密相煤粉气化燃烧器（2）位于淡相煤粉燃烧器（10）的上方，煤粉偏心分离弯头（11）的入口与煤粉管道连接，出口分为上下两部分，分别与密相煤粉气化燃烧器（2）和淡相煤粉燃烧器（10）的入口连接，炉膛（1）的上部与折焰角（3）连通，变频耐高温风机（5）的入口通过管道与折焰角（3）连接，变频耐高温风机（5）的出口通过管道与密相煤粉气化燃烧器（8）连接，天然气枪体组件（6）以水平方向从煤粉偏心分离弯头（11）的上部插入，并延伸至密相煤粉气化燃烧器（2)内，天然气枪体组件（6）的右端安装有氧气入口(7)和天然气入口（12），流量调节阀（8a）的入口与氧气管道连接，流量调节阀（8a）的出口通过管道与氧气入口（7）连接，流量调节阀（8b）的入口与天然气管道连接，流量调节阀（8b）的出口通过管道与天然气入口（7）连接，烟气分析仪（5）的入口通过取样管与密相煤粉气化燃烧器（2）连接，变频耐高温风机（4）、烟气分析仪（5）、流量调节阀（8a、8b）分别通过动力电缆和控制电缆与自动控制柜（9）连接。2.根据权利要求1所述的一种用于火电锅炉的煤气化低氮燃烧器系统，其特征在于：所述煤粉偏心分离弯头（11）还包括淡相出口（111）、密相出口（112）、出口分隔挡板（113）、电机（114）、旋转轴（115）、煤粉气流调节挡板（116），其中所述出口分隔挡板（113）安装在煤粉偏心分离弯头（11）的出口位置，其左侧与煤粉偏心分离弯头（11）的...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫高程，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西,14