一种燃煤发电机组超低氮燃烧方法技术

本发明专利技术是一种燃煤发电机组超低氮燃烧方法，其特点是，包括：设置燃煤锅炉煤粉可控高温预热解装置；设置热解风粉气固分离装置：设置燃煤锅炉煤粉可控高温预热解温度控制系统和设置燃煤锅炉超低氮燃烧控制系统等内容：突破了现有燃煤锅炉NOx排放无法大幅度降低的技术瓶颈，能够满足不同煤种、不同出力、不同工况下稳定、可靠、安全工作，其方法科学合理，适用性强，效果佳，能够降低燃煤发电机组对环境的污染，实现煤炭的清洁高效利用。

A Ultra-Low Nitrogen Combustion Method for Coal-fired Generator Sets

【技术实现步骤摘要】
一种燃煤发电机组超低氮燃烧方法
本专利技术涉及燃煤发电机组，是一种燃煤发电机组超低氮燃烧方法。
技术介绍
煤炭资源仍为当今世界的主体能源，燃煤发电机组以其可控、稳定、安全等优势，在未来相当长的一段时间仍将占据发电系统的主体地位。燃煤发电机组带来的主要问题是燃烧过程污染物的排放，其主要污染物为NOx。燃煤发电机组NOx的排放量很大程度取决于锅炉的燃烧方法，因此，燃煤发电机组急需实现超低氮燃烧。目前，大部分燃煤发电机组低氮燃烧方法很难实现低NOx排放，同时，对于锅炉燃烧煤种、燃烧过程控制、燃烧负荷等提出更高的要求，此外，部分低氮燃烧方法相对复杂，难以实现工程应用。针对燃煤发电机组超低氮燃烧，还没有一套完整、有效、通用的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是，针对现有技术存在的问题，结合锅炉原理、燃烧学、传热学、热工自动控制等多学科知识，深入剖析煤粉燃烧NOx生成机理，考虑燃烧过程安全性、可控性、经济性等影响因素，提供一种科学合理，适用性强，效果佳，能够大幅度降低锅炉燃烧过程NOx排放量，降低燃煤发电机组对环境的污染，实现煤炭的清洁高效利用的燃煤发电机组超低氮燃烧方法。为实现本专利技术目的采用的技术方案是：一种燃煤发电机组超低氮燃烧方法，其特征是，1)设置燃煤锅炉煤粉可控高温预热解装置：在锅炉炉膛外部设置煤粉高温可控预热解装置，煤粉与一次风进入煤粉可控高温预热解装置，而后通过热解风粉气固分离装置进入炉膛；煤粉可控高温预热解装置内设有耐火层和保温隔热层；煤粉可控高温预热解装置启动运行时，由点火器点燃煤粉，部分一次风粉的燃烧所产生的热量用以热解煤粉和维持煤粉可控高温预热解装置内的高温热力平衡。其次，携带煤粉的一次风中的氧与部分煤粉进行燃烧反应，产生的热量将进入煤粉可控高温预热解装置的全部风粉混合物加热至900℃-1000℃，在缺氧含水情况下，高温热解煤粉会产生大量的氢、一氧化碳、甲烷，煤粉燃烧会将挥发份燃烧时生成的NOx全部还原为N2，最后，实现燃煤锅炉NOx排放量的首次降低；2)设置热解风粉气固分离装置：在可控高温预热解装置与锅炉之间设置热解风粉气固分离装置，热解风粉气固分离装置利用重力分离的原理，将煤粉可控高温预热解装置高温预热解过程产生的含有氢、一氧化碳、甲烷气相物质分离一部分引入锅炉炉膛的还原反应区，气固两相流全部喷入锅炉炉膛的主燃区继续燃烧；3)设置燃煤锅炉煤粉可控高温预热解温度控制系统：煤粉可控高温预热解装置内部风粉的温度需要实现相对平稳的控制，需要将风粉混合物加热至900℃-1000℃，以实现预热解过程产生氢、一氧化碳、甲烷，采用结构分层优化控制方法，形成煤粉可控高温预热解温度的控制①按照煤粉可控高温预热解装置结构高度，安装多台热电偶，将煤粉可控高温预热解装置按照高度平均分为三个区域，在区域1四周均匀安装4台热电偶、在区域2四周均匀安装4台热电偶、在区域3四周均匀安装4台热电偶、在区域4四周均匀安装4台热电偶；②计算煤粉可控高温预热解装置不同区域热电偶测得的平均温度，与设定值相比较得到的差值作为比例积分控制器的输入；③将空气预热器出口部分烟气引流至送风风箱，并在引流管道设置烟气挡板。比例积分控制的输出经过速率限制环节和阈值限制环节后，作为烟气挡板开度指令，通过调节引入煤粉可控高温预热解装置尾部烟气流量，实现煤粉可控高温预热解装置内部温度的调节；④在煤粉可控高温预热解装置顶部安装喷水减温器，引入凝结水作为减温水源，比例积分控制的输出，作为减温水流量的指令，当煤粉可控高温预热解装置内部温度超出阈值时，通过开启、调节减温水，降低煤粉可控高温预热解装置内部温度，防止温度过高；4)设置燃煤锅炉超低氮燃烧控制系统：燃煤锅炉超低氮燃烧控制系统基于煤粉在炉膛内部主燃区、还原区、燃尽区NOx生成和还原机理，合理配置二次风和燃尽风，实现煤粉燃烧过程NOx的二次降低，达到超低NOx排放①通过煤粉可控高温预热解装置的风粉气固两相流通过气固分离器后，部分气相成分分离出来引入锅炉炉膛内的还原区，大量高温未完全燃烧的物质引入炉膛的主燃烧区；②在通过二次配风进行主燃烧过程，此时过量空气系数小于1，由于煤粉中挥发分燃烧时生成的NOx在预热解过程中被全部还原为N2，在主燃烧过程中，由于煤粉所生成的NOx再经过还原区进一步深度还原，能够使NOx的浓度深度降低；③引入燃尽风使未燃尽的CO完全燃烧，从而通过这种燃烧过程设计来实现NOx的超低排放和高效燃烧的正向耦合，实现降低NOx排放浓度，同时降低CO浓度的目标。本专利技术一种燃煤发电机组超低氮燃烧方法的有益效果体现在：1.深入剖析传统燃煤锅炉煤粉燃烧过程，即着火--燃烧--燃尽的三阶段。旨在降低NOx的排放，将煤粉燃烧过程设计为点火燃烧--高温热解--气固分离--主燃烧--还原燃烧--燃尽燃烧过程。其中，点火燃烧--高温热解--气固分离三个阶段是在炉膛外的煤粉可控高温预热解装置中完成，主燃烧--还原燃烧--燃尽燃烧三个阶段是在炉膛内完成。实现了煤粉燃烧产生NOx的二次还原，在进入炉膛之前，通过可控高温预热解装置实现了NOx排放大幅降低；2.本专利技术的一种燃煤发电机组超低氮燃烧方法，突破了现有燃煤锅炉NOx排放无法大幅度降低的技术瓶颈，该方法能够满足不同煤种、不同出力、不同工况下稳定、可靠、安全工作，是一种具有实际应用价值的燃煤锅炉超低氮燃烧方法；3.其方法科学合理，适用性强，效果佳，能够降低燃煤发电机组对环境的污染，实现煤炭的清洁高效利用。附图说明图1为一种燃煤发电机组超低氮燃烧方法所涉及的煤粉可控高温预热解装置结构框图；图2为一种燃煤发电机组超低氮燃烧方法所涉及的煤粉可控高温预热解装置热电偶布置结构示意图；图3为一种燃煤发电机组超低氮燃烧方法所涉及的煤粉可控高温预热解装置温度控制系统结构示意图；图4为一种燃煤发电机组超低氮燃烧方法所涉及的锅炉燃烧系统结构示意图。图中，1点火器，2煤粉可控预热解装置燃料燃烧本体，3煤粉可控预热解装置喷水减温器，4热解风粉气固分离装置，5热解风粉气固分离装置浓相输送管道，6热解风粉气固分离装置稀相输送管道，7锅炉炉膛，8锅炉二次风口a，9锅炉二次风口b，10锅炉炉膛底部，11脱硝装置，12空气预热器，13尾部引流烟气挡风板，14给粉装置，15空气预热器烟气引流管道，16风箱，17风机，18挡风板，19风箱出口管道，20锅炉脱硝装置进口部分，21空气预热器出口，22第一热电偶，23第二热电偶，24第三热电偶，25第四热电偶，26第五热电偶，27第六热电偶，28第七热电偶，29第八热电偶，30第九热电偶，31第十热电偶，32第十一热电偶，33第十二热电偶，34煤粉可控预热解装置，p1煤粉可控高温预热解装置触发喷水减温阀开启的温度设定值，p2煤粉可控高温预热解装置运行温度设定值，p3可控高温预热解装置尾部烟气引流烟气流量，p4煤粉煤粉可控高温预热解装置减温喷水流量，p5煤粉可控高温预热解装置内部燃料平均温度，p6-p9分别为煤粉可控高温预热解装置燃料燃烧本体按高度均匀划分的第1区域第一热电偶22、第二热电偶23、第三热电偶24、第四热电偶25对应的输出温度，p10-p13分别为煤粉可控高温预热解装置燃料燃烧本体按高度均匀划分的第2区域第五热电偶26、第六热电偶27、第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃煤发电机组超低氮燃烧方法，其特征是，1)设置燃煤锅炉煤粉可控高温预热解装置：在锅炉炉膛外部设置煤粉高温可控预热解装置，煤粉与一次风进入煤粉可控高温预热解装置，而后通过热解风粉气固分离装置进入炉膛；煤粉可控高温预热解装置内设有耐火层和保温隔热层；煤粉可控高温预热解装置启动运行时，由点火器点燃煤粉，部分一次风粉的燃烧所产生的热量用以热解煤粉和维持煤粉可控高温预热解装置内的高温热力平衡。其次，携带煤粉的一次风中的氧与部分煤粉进行燃烧反应，产生的热量将进入煤粉可控高温预热解装置的全部风粉混合物加热至900℃‑1000℃，在缺氧含水情况下，高温热解煤粉会产生大量的氢、一氧化碳、甲烷，煤粉燃烧会将挥发份燃烧时生成的NOx全部还原为N2，最后，实现燃煤锅炉NOx排放量的首次降低；2)设置热解风粉气固分离装置：在可控高温预热解装置与锅炉之间设置热解风粉气固分离装置，热解风粉气固分离装置利用重力分离的原理，将煤粉可控高温预热解装置高温预热解过程产生的含有氢、一氧化碳、甲烷气相物质分离一部分引入锅炉炉膛的还原反应区，气固两相流全部喷入锅炉炉膛的主燃区继续燃烧；3)设置燃煤锅炉煤粉可控高温预热解温度控制系统：煤粉可控高温预热解装置内部风粉的温度需要实现相对平稳的控制，需要将风粉混合物加热至900℃‑1000℃，以实现预热解过程产生大量的氢、一氧化碳、甲烷，采用结构分层优化控制方法，形成煤粉可控高温预热解温度的控制①按照煤粉可控高温预热解装置结构高度，安装多台热电偶，将煤粉可控高温预热解装置按照高度平均分为三个区域，在区域1四周均匀安装4台热电偶、在区域2四周均匀安装4台热电偶、在区域3四周均匀安装4台热电偶、在区域4四周均匀安装4台热电偶；②计算煤粉可控高温预热解装置不同区域热电偶测得的平均温度，与设定值相比较得到的差值作为比例积分控制器的输入；③将空气预热器出口部分烟气引流至送风风箱，并在引流管道设置烟气挡板。比例积分控制的输出经过速率限制环节和阈值限制环节后，作为烟气挡板开度指令，通过调节引入煤粉可控高温预热解装置尾部烟气流量，实现煤粉可控高温预热解装置内部温度的调节；④在煤粉可控高温预热解装置顶部安装喷水减温器，引入凝结水作为减温水源，比例积分控制的输出，作为减温水流量的指令，当煤粉可控高温预热解装置内部温度超出阈值时，通过开启、调节减温水，降低煤粉可控高温预热解装置内部温度，防止温度过高；4)设置燃煤锅炉超低氮燃烧控制系统：燃煤锅炉超低氮燃烧控制系统基于煤粉在炉膛内部主燃区、还原区、燃尽区NOx生成和还原机理，合理配置二次风和燃尽风，实现煤粉燃烧过程NOx的二次降低，达到超低NOx排放①通过煤粉可控高温预热解装置的风粉气固两相流通过气固分离器后，部分气相成分分离出来引入锅炉炉膛内的还原区，大量高温未完全燃烧的物质引入炉膛的主燃烧区；②在通过二次配风进行主燃烧过程，此时过量空气系数小于1，由于煤粉中挥发分燃烧时生成的NOx在预热解过程中被全部还原为N2，在主燃烧过程中，由于煤粉所生成的NOx再经过还原区进一步深度还原，能够使NOx的浓度深度降低；③引入燃尽风使未燃尽的CO完全燃烧，从而通过这种燃烧过程设计来实现NOx的超低排放和高效燃烧的正向耦合，实现降低NOx排放浓度，同时降低CO浓度的目标。...

【技术特征摘要】
1.一种燃煤发电机组超低氮燃烧方法，其特征是，1)设置燃煤锅炉煤粉可控高温预热解装置：在锅炉炉膛外部设置煤粉高温可控预热解装置，煤粉与一次风进入煤粉可控高温预热解装置，而后通过热解风粉气固分离装置进入炉膛；煤粉可控高温预热解装置内设有耐火层和保温隔热层；煤粉可控高温预热解装置启动运行时，由点火器点燃煤粉，部分一次风粉的燃烧所产生的热量用以热解煤粉和维持煤粉可控高温预热解装置内的高温热力平衡。其次，携带煤粉的一次风中的氧与部分煤粉进行燃烧反应，产生的热量将进入煤粉可控高温预热解装置的全部风粉混合物加热至900℃-1000℃，在缺氧含水情况下，高温热解煤粉会产生大量的氢、一氧化碳、甲烷，煤粉燃烧会将挥发份燃烧时生成的NOx全部还原为N2，最后，实现燃煤锅炉NOx排放量的首次降低；2)设置热解风粉气固分离装置：在可控高温预热解装置与锅炉之间设置热解风粉气固分离装置，热解风粉气固分离装置利用重力分离的原理，将煤粉可控高温预热解装置高温预热解过程产生的含有氢、一氧化碳、甲烷气相物质分离一部分引入锅炉炉膛的还原反应区，气固两相流全部喷入锅炉炉膛的主燃区继续燃烧；3)设置燃煤锅炉煤粉可控高温预热解温度控制系统：煤粉可控高温预热解装置内部风粉的温度需要实现相对平稳的控制，需要将风粉混合物加热至900℃-1000℃，以实现预热解过程产生大量的氢、一氧化碳、甲烷，采用结构分层优化控制方法，形成煤粉可控高温预热解温度的控制①按照煤粉可控高温预热解装置结构高度，安装多台热电偶，将煤粉可控高温预热解装置按照高度平均分为三个区域，在区域1四周均匀安装4台热电偶、在区域2四周...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐宏，邰召山，韩晓菊，王迪，曹生现，刘玉秋，李晓明，沈学强，刘坐东，姜文娟，徐志明，
申请(专利权)人：东北电力大学，兆山科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22