一种低NOx排放变截面循环流化床分级燃烧锅炉系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种低NOx排放变截面循环流化床分级燃烧锅炉系统及方法，该系统包括：变截面积炉膛、流化床活化室和CO催化装置；变截面积炉膛上部烟气出口连接绝热旋风分离器，绝热旋风分离器下部返料机构与富燃料燃烧室之间增设流化床活化室，上部烟气排出后进入竖直烟道，与对流换热面换热之后进入补风燃烧室；补风燃烧室的下游布置CO催化氧化装置。本发明专利技术提出的变截面循环流化床锅炉系统，可实现煤的分级高效燃烧，同时降低了NOx原始排放，减轻大气污染；在一定程度上缓解尾部受热面的积灰结渣问题；对反料进行入炉前的活化，提高碳转化率；取消了SCR脱硝装置，节约了建设成本，同时避免了氨逃逸造成的催化剂失活、空预器堵塞等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种低NOx排放变截面循环流化床分级燃烧锅炉系统及方法
本专利技术属于锅炉设计领域，具体涉及一种低NOx排放变截面循环流化床分级燃烧锅炉系统及方法。
技术介绍
循环流化床(CFB)锅炉具有低温燃烧、燃尽条件优良、燃料适应性广等优点，与煤粉炉相比具有天然的低NOx排放优势。随着人们对环保的要求不断提升，对燃煤机组严苛的超低排放标准使得CFB锅炉的环保优势不再显著，不得不采用多种低NOx燃烧措施乃至增设选择性非催化还原(SNCR)或者选择性催化还原(SCR)烟气处理设备。而增设SNCR设备或SCR设备，会在一定程度上促进烟气中的SO2向SO3转化，与烟气中逃逸的氨形成硫酸氢铵(ABS)，造成催化剂的失活以及空气预热器的堵塞腐蚀等问题。目前针对CFB锅炉低NOx燃烧改造多采用以下方法：提高二次风喷口，降低密相区氧气含量；提高分离器效率；采用烟气再循环技术等。超低NOx排放和低NOx燃烧技术改造的工程实践表明，炉膛采用低过量空气系数可以降低原始NOx排放，但是容易造成燃烧效率的降低和CO的排放，甚至造成后续设备中二次燃烧的安全问题。一般认为CFB锅炉具有较高的燃烧效率。国外燃烧褐煤等反应活性较高的煤种实践表明，循环流化床飞灰含碳量较低。然而我国绝大多数循环流化床锅炉多燃用贫煤、煤矸石等劣质燃料，飞灰含碳量显著高于期望值，一些锅炉飞灰含碳量甚至高达30％。飞灰含碳量高已经成为严重制约CFB锅炉继续发展的一个重要因素。目前为了降低CFB锅炉飞灰含碳量，多采用以下方法：提高二次风穿透力，加强气固混合；除尘器处飞灰返回炉膛再循环；飞灰水活化团聚再燃等。现有的降低飞灰含碳量技术都以在原来的锅炉中尽量降低飞灰含碳量为着眼点,受到尾部受热面磨损、能耗等的限制，以及飞灰颗粒失活的影响，即使经这类技术处理的飞灰，其含碳量还有较大的降低空间。
技术实现思路
为解决上述存在的技术问题，本专利技术的目的在于提出一种低NOx排放变截面循环流化床分级燃烧锅炉系统及方法。本专利技术的低NOx原始排放低残碳含量循环流化床锅炉系统通过炉膛结构创新设计，采用变截面积炉膛，在其下部形成富燃料贫氧燃烧氛围，降低NOx原始排放，增加大颗粒的内循环次数，提高碳转化率。在返料系统上加装流化床活化室，对绝热旋风分离器分离出的低活性碳组分进行入炉前的活化过程，可进一步降低飞灰含碳量。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案来实现的：一种低NOx排放变截面循环流化床分级燃烧锅炉系统，包括变截面积炉膛、流化床活化室、返料机构、绝热旋风分离器和CO催化氧化装置；其中，变截面积炉膛包含自下而上连通的富燃料燃烧室和快速流化燃烧室，富燃料燃烧室的下部布置有布风板，底部设置有一次风入口、循环烟气入口和排渣管；富燃料燃烧室的上端截面积变小，且截面积变小处设置有燃料/脱硫剂入口，富燃料燃烧室顶部的烟气出口连通快速流化燃烧室；富燃料燃烧室的下部侧壁上设有返料口，并与流化床活化室相连；快速流化燃烧室设置有烟气入口、烟气出口和若干二次风入口，快速流化燃烧室的烟气入口与富燃料燃烧室的烟气出口相连通；快速流化燃烧室的上部经水平烟道与绝热旋风分离器相连接；绝热旋风分离器经立管连通至返料机构；返料机构的物料出口与流化床活化室的物料入口相连，流化床活化室与富燃料燃烧室相连通；流化床活化室下部布置有若干活化剂入口；绝热旋风分离器上部烟气出口下游布置有补风燃烧室；补风燃烧室设置有烟气入口、烟气出口和若干分层布置高温空气入口，补风燃烧室的烟气入口通过与绝热旋风分离器的烟气出口相连通；补风燃烧室的烟气出口下游布置有CO催化氧化装置；CO催化氧化装置设置有烟气入口、烟气出口，CO催化氧化装置的烟气入口与补风燃烧室的烟气出口相连通。本专利技术进一步的改进在于，绝热旋风分离器上部烟气出口连通向下设置的竖直烟道，竖直烟道中从上至下依次布置有对流受热面、补风燃烧室、CO催化氧化装置、省煤器、空气预热器及排烟口。本专利技术进一步的改进在于，流化床活化室的化学计量空燃比小于1，送入的煤颗粒在此处贫氧燃烧；绝热旋风分离器的化学计量空燃比小于1，且大于富燃料燃烧室的化学计量空燃比，CO催化氧化装置的化学计量空燃比为1～1.05。本专利技术进一步的改进在于，在富燃料燃烧室内保持化学计量空燃比为0.7～0.8；快速流化燃烧室内保持化学计量空燃比为0.9；流化床活化室内维持化学计量空燃比在0.95。本专利技术进一步的改进在于，布风板的中心位置处设置排渣管；富燃料燃烧室的内部铺设有卫燃带，以减小由于燃料内循环次数增加而造成的对该区域水冷壁的磨损。本专利技术进一步的改进在于，补风燃烧室的若干高温空气入口上下分层布置。本专利技术进一步的改进在于，CO催化氧化装置内CO催化剂采用CeO2气凝胶负载CuO催化剂。一种低NOx排放变截面循环流化床锅炉分级燃烧方法，该方法基于上述一种低NOx排放变截面积循环流化床锅炉系统；包括以下步骤：S1、燃料和脱硫剂进入富燃料燃烧室的内部空腔，采用流化床燃烧方式，在高温燃烧气化区内保持化学计量空燃比小于1，维持反应为贫氧富燃料燃烧氛围；S2、富燃料燃烧室上部倒角处理，降低炉膛截面积，大粒径物料经多次内循环之后粒径变小，随烟气进入快速流化燃烧室；快速流化燃烧室内通入适量二次风，继续燃烧，保证该处化学计量空燃比小于1但大于富燃料燃烧室；燃烧后的烟气经水平烟道进入绝热旋风分离器；S3、绝热旋风分离器分离出的固体物料经立管进入返料机构；返料机构与富燃料燃烧室之间增设流化床活化室，失活物料在此处进行活化提质；S4、绝热旋风分离器上部烟气连通竖直烟道，燃烧后的烟气通过对流受热面进行换热后，进入补风燃烧室，补风燃烧室由分层布置的高温空气入口均匀通入空气；S5、补风燃烧室之后的烟气经对流受热面换热之后进入CO催化氧化装置，CO催化氧化装置中化学计量空燃比维持在1～1.05，使烟气中未完全燃烧的CO被全部氧化，而后烟气流经省煤器与空气预热器，温度降低至排烟温度后从排烟口排出。与现有技术水平相比，本专利技术至少具有以下有益的技术效果：本专利技术的一种低NOx排放变截面循环流化床分级燃烧锅炉系统通过将煤依次在变截面炉膛(下部为富燃料燃烧室，上部为快速流化燃烧室)、补风燃烧室内分级燃烧以及CO催化氧化，同时在流化床活化室内对绝热旋风分离器分离出的低活性残碳颗粒进行活化提升，而后再送入炉膛内燃烧，可以保证锅炉在燃用准东煤等高碱煤种时实现较低的NOx原始排放、较高的碱金属固留率以及高碳转化率。本专利技术提出的变截面流化床锅炉系统在富燃料还原性气氛下高温燃烧，以及下游的流化床活化室、补风燃烧室几乎没有NOx生成，因此系统无需增设SCR/SNCR脱硝装置，可避免氨逃逸形成硫酸氢铵，造成催化剂的失活以及空气预热器的堵塞腐蚀等问题。流化床活化室用于引入高温气体，对失活残碳进行活化提质，提升其反应活性，便于碳转化率的进一步提高。富燃料燃烧室内化学计量空燃比小于1，燃料在富燃料低温条件下燃烧，燃料型NOx和热力型NOx原始排放大幅降低，部分未本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低NOx排放变截面循环流化床分级燃烧锅炉系统，其特征在于，包括变截面积炉膛、流化床活化室(11)、返料机构(12)、绝热旋风分离器(14)和CO催化氧化装置(18)；其中，/n变截面积炉膛包含自下而上连通的富燃料燃烧室(1)和快速流化燃烧室(7)，富燃料燃烧室(1)的下部布置有布风板(2)，底部设置有一次风入口(4)、循环烟气入口(3)和排渣管(5)；富燃料燃烧室(1)的上端截面积变小，且截面积变小处设置有燃料/脱硫剂入口(9)，富燃料燃烧室(1)顶部的烟气出口连通快速流化燃烧室(7)；富燃料燃烧室(1)的下部侧壁上设有返料口，并与流化床活化室(11)相连；/n快速流化燃烧室(7)设置有烟气入口、烟气出口和若干二次风入口(8)，快速流化燃烧室(7)的烟气入口与富燃料燃烧室(1)的烟气出口相连通；快速流化燃烧室(7)的上部经水平烟道(13)与绝热旋风分离器(14)相连接；/n绝热旋风分离器(14)经立管连通至返料机构(12)；返料机构(12)的物料出口与流化床活化室(11)的物料入口相连，流化床活化室(12)与富燃料燃烧室(1)相连通；流化床活化室(11)下部布置有若干活化剂入口(10)；/n绝热旋风分离器(14)上部烟气出口下游布置有补风燃烧室(17)；补风燃烧室(17)设置有烟气入口、烟气出口和若干分层布置高温空气入口(16)，补风燃烧室(17)的烟气入口通过与绝热旋风分离器(14)的烟气出口相连通；/n补风燃烧室(17)的烟气出口下游布置有CO催化氧化装置(18)；CO催化氧化装置(18)设置有烟气入口、烟气出口，CO催化氧化装置(18)的烟气入口与补风燃烧室(17)的烟气出口相连通。/n...

【技术特征摘要】
1.一种低NOx排放变截面循环流化床分级燃烧锅炉系统，其特征在于，包括变截面积炉膛、流化床活化室(11)、返料机构(12)、绝热旋风分离器(14)和CO催化氧化装置(18)；其中，
变截面积炉膛包含自下而上连通的富燃料燃烧室(1)和快速流化燃烧室(7)，富燃料燃烧室(1)的下部布置有布风板(2)，底部设置有一次风入口(4)、循环烟气入口(3)和排渣管(5)；富燃料燃烧室(1)的上端截面积变小，且截面积变小处设置有燃料/脱硫剂入口(9)，富燃料燃烧室(1)顶部的烟气出口连通快速流化燃烧室(7)；富燃料燃烧室(1)的下部侧壁上设有返料口，并与流化床活化室(11)相连；
快速流化燃烧室(7)设置有烟气入口、烟气出口和若干二次风入口(8)，快速流化燃烧室(7)的烟气入口与富燃料燃烧室(1)的烟气出口相连通；快速流化燃烧室(7)的上部经水平烟道(13)与绝热旋风分离器(14)相连接；
绝热旋风分离器(14)经立管连通至返料机构(12)；返料机构(12)的物料出口与流化床活化室(11)的物料入口相连，流化床活化室(12)与富燃料燃烧室(1)相连通；流化床活化室(11)下部布置有若干活化剂入口(10)；
绝热旋风分离器(14)上部烟气出口下游布置有补风燃烧室(17)；补风燃烧室(17)设置有烟气入口、烟气出口和若干分层布置高温空气入口(16)，补风燃烧室(17)的烟气入口通过与绝热旋风分离器(14)的烟气出口相连通；
补风燃烧室(17)的烟气出口下游布置有CO催化氧化装置(18)；CO催化氧化装置(18)设置有烟气入口、烟气出口，CO催化氧化装置(18)的烟气入口与补风燃烧室(17)的烟气出口相连通。


2.根据权利要求1所述的一种低NOx排放变截面循环流化床分级燃烧锅炉系统，其特征在于，绝热旋风分离器(14)上部烟气出口连通向下设置的竖直烟道，竖直烟道中从上至下依次布置有对流受热面(15)、补风燃烧室(17)、CO催化氧化装置(18)、省煤器(19)、空气预热器(20)及排烟口(21)。


3.根据权利要求1所述的一种低NOx排放变截面循环流化床分级燃烧锅炉系统，其特征在于，流化床活化室(11)的化学计量空燃比小于1，送入的煤颗粒在此处贫氧燃烧；绝热旋风分离器(14)的化学计量空燃比小于1，且大于富燃料燃烧室(1)的化学计量空燃比...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘银河，张彦迪，杨欢，王博，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61