多级还原风控制大容量燃煤锅炉ＮＯｘ排放的方法技术

本发明专利技术涉及一种环保技术领域的多级还原风控制大容量燃煤锅炉ＮＯｘ排放的方法，在炉膛下部的主燃烧器区与炉膛上部的燃烬风喷口之间的还原区域，沿程布置若干层系列还原风空气喷口，这些系列喷口喷出的空气等于锅炉燃煤量燃烧所需要总空气量的１３％～２０％，并被分成两部分，一部分用来控制还原区域烟气中氧浓度来减排氮氧化物，此部分喷口称为控制喷口，一部分用来保护还原区域的水冷壁，此部分喷口称为保护喷口，使水冷壁周围具有氧化气氛来避免结渣、高温腐蚀。本发明专利技术能实现进一步加大空气分级程度，更大程度降低氮氧化物排放，保护还原区水冷壁避免结渣、高温腐蚀，降低因分级带来的飞灰含碳量增大等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锅炉
的N0x排放方法，尤其是涉及到一种多级还原 风控制大容量燃煤锅炉NOx排放的方法。技术背景氮氧化物(N0x，包括N0、 N02、 N20)是一类能造成大气环境严重污染的气 体，被认为是大气污染的主要来源之一。每年在世界范围因燃烧化石燃料而排放 的氮氧化物在所有氮氧化物排放中占有很大的比例。日益严格的环保法规要求研 究开发先进的燃烧技术，以减少NOx等污染物的排放。目前我国的能源构成的最 大特点是以煤炭为主，占70%以上，这将产生大量的氮氧化物气体，因此这样 的能源结构对经济高效增长及生态环境都会产生负面影响。目前己有的控制常规 燃煤电站锅炉NOx排放的技术措施可分为低NOx燃烧技术和烟气净化技术两类。 烟气净化技术是通过脱除烟气中NOx来降低NOx的最终排放量。国外火电厂NOx 减排主要通过先进的运行操作方式、低NOx燃烧技术与尾部烟气脱硝技术来实 现。尾部烟气脱硝技术比较彻底，但其投资与运行维护费用昂贵。先进低NOx燃 烧技术可降低排放浓度到450 650 mg/Nm3以下，而且随着炉内NOx生成量的减 少，也会降低尾部脱硝装置的运行成本。低NOx燃烧技术的核心之一是分级燃烧 技术，包括空气分级和燃料分级两种，燃料分级技术又称为燃料再燃(还原NO) 技术。国内外煤粉锅炉采用最广泛、技术最为成熟的主流低NOx燃烧技术是空气 分级技术，它在我国的电站锅炉已得到普遍采用。经对现有技术的文献检索发现，《低氮氧化物燃烧技术的发展状况》(毕玉森， 热力发电，2000年02期)详细介绍了 ABB-CE公司开发的四角切圆炉膛整体空 气分级直流燃烧器、同轴燃烧系统(CFS I 、 CFSII)以及两者组合形式一低NOx同 轴燃烧系统。炉膛整体空气分级是将燃烧所需的空气量分成两级送入，第一级燃 烧区中为燃烧器提供的空气占煤粉完全燃烧所需要量的60%至90%，燃料先在 缺氧的富燃料条件下燃烧。在二级燃烧区内，将燃烧用的空气的剩余部分以二次 空气(燃尽风)输入，成为富氧燃烧区。在一、二级燃烧区的中间是氧浓度接近零的具有还原性气氛的还原区，这一区域的还原介质对于还原已经生成的N0x作 用很明显。炉内整体空气分级技术可使N0x生成量降低30X—75X，空气分级 的程度越大，即燃尽风所占的份额越大，NOx减排的程度越大。但是该技术存在 的不足也显而易见，随着空气分级的程度加大，主燃区和还原区欠氧程度也加大， 尤其是还原区的氧浓度更会接近零，在水冷壁面附近可能更低，形成大片的还原 性气氛区域，这样还原区域的水冷壁出现结渣和高温腐蚀几率会大大增加。同时 还原与燃尽过程相对分开，煤粉后期燃尽程度受到空气分级程度影响较大，分级 程度越大，飞灰含碳量会增大。技术不足引起的这些炉内负面问题都会严重影响 锅炉的经济安全运行。对现役的空气分级燃烧的锅炉来说，如何进行简单方便的 改造来进一步减排NOx也是亟待解决的。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足和缺陷，提出了一种多级还原风控制大容量燃煤 锅炉NOx排放的方法，使其在完全继承了传统的空气分级燃烧技术优点的基础 上，在还原区域增加多级空气喷口，具有能实现进一步更大程度降低氮氧化物排 放，同时保护水冷壁避免结渣、高温腐蚀，降低因分级带来的飞灰含碳量增大等 优点。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术在炉膛下部的主燃烧器区与炉膛 上部的燃烬风喷口之间的还原区域，沿程布置若干层系列还原风空气喷口，这些 系列喷口喷出的空气为锅炉入炉总空气量的13% 20%之间，并被分成两部分， 一部分用来精确控制还原区域烟气中氧浓度来减排氮氧化物，一部分用来保护还 原区域的水冷壁，使水冷壁周围具有氧化气氛来避免结渣、高温腐蚀。同一层的 系列喷口根据这两种作用分为两种喷口控制喷口和保护喷口。所述若干层系列还原风空气喷口的层数根据锅炉的还原区域的高度确定。控制还原区域的空气通过控制喷口被逐级地射入到氧浓度接近零的还原区 域。己有研究表明，烟气中一定浓度02的存在会明显强化还原区煤焦与N0x的还 原反应程度和大大提高还原反应速率。因此这个区域存在微量的氧气，会使得煤 粉燃烧后形成的焦炭和己经生成的氮氧化物之间的异相还原作用大大增强，会在 原有的空气分级的基础上进一步的有效的减排氮氧化物。同时添加氧气使煤焦对 NOx还原与自身燃尽同步进行，非常利于煤焦后期燃尽。因此，还原区域系列喷 口定义为还原风喷口，送入炉内空气称为还原风。在设计这些系列喷口的位置、形状、喷出空气量时，要考虑到不同的煤种、锅炉炉膛的设计、燃烧器的类型等 等诸多影响限制燃烧和还原作用因素。设计的原则是1. 控制喷口喷入空气量为锅炉设计的总空气量的8% 15%之间；2. 系列控制喷口中最上层的喷口和最下层燃尽风喷口之间的距离~主燃烧器最上层喷口与最下层燃尽风喷口之间的距离 >0'1;3. 系列控制喷口中最下层的喷口和主燃烧器最上层喷口之间的距离主燃烧器最上层喷口与最下层燃尽风喷口之间的距离 >(U4. 控制喷口喷入的空气量是上、下两端喷口少，中间喷口多。喷入速度为 20 65米/秒，必须保证有足够的穿透力；5. 控制喷口的形状为扁平状，能保证喷出的空气与炉膛轴线垂直的平面上平 铺开来。保护还原区域的水冷壁的空气通过保护喷口被喷入到贴着锅炉水冷壁的区 域。这部分的空气主要作用是贴着水冷壁，使之形成非常薄的氧化性气幕。这部分空气与锅炉原有的贴壁风相配合，进一步来保护水冷壁。设计的原则是1. 保护喷口喷入空气量为锅炉设计的总空气量的5% 10%。2. 保护喷口喷入的空气量应上下均匀。喷入速度应该为20 65米/秒，必须 保证有足够的刚性，保证有不被其它气流携带的能力。与现有技术相比，本专利技术可在目前燃用烟煤和贫煤炉内整体空气分级技术控 制N0x效果250 650mg/m3(烟气氧浓度6%时)基础上，实现NOx超低排放，使NOx 生成量降低10 40%左右。完全消除炉内整体空气分级技术带来的炉内负面问 题，飞灰可燃物含量不会增加。同时增加空气分级程度针对不同煤种和负荷变化 的运行调节性能。附说明附图说明图1为本专利技术多级还原风控制大容量燃煤锅炉NOx排放方法的应用示意图。图2为本专利技术还原区系列喷口射流组织示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例作详细说明本实施例在以本专利技术技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护 范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例的多级还原风控制大容量燃煤锅炉NOx排放方法原理图，它包含主燃烧器组、燃尽风喷口组、还原风系列喷口组。主燃烧器组由多层 一、二次风喷口相间组成，喷口布置形式与通常四角切圆燃烧系统相同。根据煤 粉燃烧区域特点炉膛被划分为主燃区、还原区和燃尽区。如图2所示，为还原区系列喷口射流组织示意图，它表示还原区系列喷口某 层喷口所在炉膛水平截面上的射流组织情况，喷口布置在锅炉四角上，每个角气 流按两条射流轴线射入炉膛， 一条射流轴线在炉膛中心处相切于一假想切圆，另 一条射流轴线平行于其下游炉膛壁面。形成这样两条射流的喷口带导流叶片结 构，喷口形成的射流分为上下两层。本实施例适应于火电厂四角切圆燃煤锅炉，沿炉膛高度方向，根据煤粉燃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多级还原风控制大容量燃煤锅炉ＮＯｘ排放的方法，其特征在于，在炉膛下部的主燃烧器区与炉膛上部的燃烬风喷口之间的还原区域，沿程布置若干层系列还原风空气喷口，这些系列喷口喷出的空气为锅炉燃煤量燃烧所需要总空气量的１３％～２０％，并被分成两部分，一部分用来控制还原区域烟气中氧浓度来减排氮氧化物，此部分喷口称为控制喷口，一部分用来保护还原区域的水冷壁，此部分喷口称为保护喷口，使水冷壁周围具有氧化气氛来避免结渣、高温腐蚀。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：范卫东，高子瑜，张建文，姚丹花，沈引根，吴乃新，
申请(专利权)人：上海交通大学，上海锅炉厂有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]