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CN101761920A - 一种利用煤粉热解气再燃的低NOx燃烧方法及装置 - Google Patents

一种利用煤粉热解气再燃的低NOx燃烧方法及装置 Download PDF

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本发明公开了一种利用煤粉热解气再燃的低NOx燃烧方法及装置。其方法是：利用煤粉锅炉尾部烟道的部分热烟气进入热解反应器使煤粉快速热解，并以煤粉热解气作为气体再燃燃料，送入煤粉锅炉再燃区高效还原NOx，之后在煤粉锅炉燃尽区完全燃烧，实现煤粉锅炉的低NOx排放；煤粉热解产生的半焦则在一次风携带下进入煤粉锅炉主燃区完成燃烧。该技术的装置主要包括煤粉快速热解装置、煤粉烟气循环系统、锅炉低NOx燃烧系统及其连接的管路等。本发明结构简单可靠，且投资少，脱硝效率高，具有广阔的应用前景。

Description

一种利用煤粉热解气再燃的低NOx燃烧方法及装置
技术领域
本发明涉及煤粉锅炉降低NOx排放的再燃烧方法及其装置，具体涉及利用循环热烟气提供煤粉热解所需热量，以煤粉热解气再燃实现煤粉锅炉低NOx排放的燃烧方法及其装置，属于能源的清洁利用领域的新方法和新装置。
背景技术
我国的电力、钢铁、冶金等行业都以燃煤为主。近年来，随着生产的扩大，耗煤量不断增加，氮氧化物的排放也呈现快速增长的趋势。随着环保要求的提高，控制氮氧化物的排放成为必然。再燃技术作为低NOx燃烧技术的一种，效率高、成本低，日益得到广泛运用。天然气、焦炉煤气、生物质气、地下煤层气等都可以作为气体再燃燃料，但对于特定的煤粉锅炉往往受到气体再燃燃料来源的限制，存在投入产出比方面的忧虑。如何因地制宜地实施一套投资少、效率高、结构简单可靠的燃烧系统，成为推广再燃脱硝技术的关键。
发明内容
本发明提供了一种将烟气再循环技术、煤粉快速热解技术与气体再燃技术集成应用，实现煤粉锅炉低NOx排放的新方法及其装置。
本发明的技术原理
将一部分煤粉锅炉自用的煤粉送入煤粉快速热解反应器中，同时将锅炉自身的部分热烟气抽回快速热解反应器中，加热煤粉使其热解，产生的热解气作为再燃燃料送入煤粉锅炉的再燃烧区燃烧，实现气体再燃脱硝。
本发明的技术方案
一种利用煤粉热解气再燃的低NOx燃烧方法的装置
一种利用煤粉热解气再燃的低NOx燃烧方法的装置，包括再热器13、高温对流过热器14、低温对流过热器15、锅炉尾部烟道16、省煤器17、空气预热器18、除尘器19、引风机20、一次风管21，煤粉快速热解装置、烟气循环系统和煤粉锅炉低NOx燃烧系统及其连接的管路；
煤粉快速热解装置由煤粉仓1、煤斗2、热解反应器3、除渣罐4组成；
烟气循环系统由旋风分离器5、风机6和烟气循环管道7组成；
煤粉锅炉低NOx燃烧系统由煤粉喷嘴10、热解气喷嘴11、空气喷嘴12及煤粉锅炉炉膛25组成；
煤粉锅炉低NOx燃烧系统的连接管路由煤粉管道9、煤粉热解气输送管道8组成；
煤粉快速热解装置的煤粉仓1经输送管道与煤斗2相连，煤斗2的下部与热解反应器3的上部相连，且热解反应器3上部还与烟气循环管道7相连，热解反应器3下部与除渣罐4相连，除渣罐4下部排出口与一次通风管21汇合后与煤粉管道9相连，热解反应器3下部侧面经管道与旋风分离器5相连，旋风分离器5的顶部通过风机6与煤粉热解气输送管道8相连，旋风分离器5的排出口通过管道与除渣罐4相连；
煤粉喷嘴10、热解气喷嘴11、空气喷嘴12分别设置在煤粉锅炉炉膛25的主燃区22、再燃区23、燃尽区24内；并且煤粉锅炉低NOx燃烧系统中的煤粉喷嘴10与煤粉管道9相连；热解气喷嘴11与煤粉热解气输送管道8相连；
烟气循环管道7与锅炉尾部烟道16连接。
所述的烟气循环管道7、煤粉热解气输送管道8外部均有保温。
一种利用煤粉热解气再燃的低NOx燃烧方法，包括如下步骤：
(1)、从煤粉锅炉尾部烟道16循环回来的部分600℃以上的热烟气经烟气循环管道7与从煤仓1经煤斗2送来的煤粉并流进入快速热解反应器3内进行热解反应，控制热解反应温度为500～600℃，反应时间约5～8s；
煤粉热解产生的半焦在热解反应器3下部沉降，并储存于除渣罐4内；
煤粉热解产生的热解气从热解反应器3下部侧面经管道排出；
(2)、步骤(1)中从除渣罐4出来的半焦在一次风管21内被一次风携带通过煤粉管道9与煤粉锅炉低NOx燃烧系统的煤粉喷嘴10进入主燃区22燃烧；
控制一次风管21内的风速为20m/s左右；
(3)、步骤(1)中热解反应器3下部侧面经管道出来的热解气经旋风分离器5、引风机6、煤粉热解气输送管道8通入煤粉锅炉低NOx燃烧系统的热解气喷嘴11后进入再燃区23，后与煤粉炉主燃区22燃烧形成的含有NOx的烟气混合、反应，将大部分NOx还原成N2，然后进入燃尽区24与由空气喷嘴12喷入的燃尽风混合，实现完全燃烧；
控制空气喷嘴12喷入的燃尽风的风速为40m/s左右；
(4)、步骤(3)完全燃烧后的烟气依次经过再热器13、高温对流过热器14、低温对流过热器15、省煤器17、空气预热器18、除尘器19、引风机20到烟囱，最终完成煤粉热解气再燃的低NOx的燃烧。
本发明的有益效果
本发明主要利用与煤粉锅炉相同的燃料煤粉进行快速热解，产生的热解气完成气体再燃，既实现了一、二次燃料的统一，解决了天然气、地下煤层气等资源受地域限制的问题，又在基本不影响煤粉锅炉原来燃烧状况的条件下，实现NOx的高效还原，有效降低氮氧化物的排放，实现脱硝效率60％～70％。由于利用煤粉锅炉部分热烟气提供煤粉热解所需要的热量，不需要额外的热源，实现了能源节约，易于对现有锅炉进行改造，且不受地区资源限制，该系统简单可靠，便于管理。
本发明特别适用于煤粉锅炉，尤其是大中型电站锅炉的NOx排放控制，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明的装置结构示意图；
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明进一步说明，但并不限制本发明。
实施例1
一种利用煤粉热解气再燃的低NOx燃烧方法的装置，见附图1。
一种利用煤粉热解气再燃的低NOx燃烧方法的装置，包括再热器13、高温对流过热器14、低温对流过热器15、尾部烟道16、省煤器17、空气预热器18、除尘器19、引风机20、一次风管21，煤粉快速热解装置、烟气循环系统和煤粉炉低NOx燃烧系统及其连接的管路；
煤粉快速热解装置由煤粉仓1、煤斗2、热解反应器3、除渣罐4组成；
烟气再循环系统由旋风分离器5、风机6和烟气循环管道7组成；
煤粉锅炉低NOx燃烧系统由煤粉喷嘴10、热解气喷嘴11、空气喷嘴12及煤粉锅炉炉膛25组成；
煤粉锅炉低NOx燃烧系统的连接管路由煤粉管道9、煤粉热解气输送管道8组成；
煤粉快速热解装置的煤粉仓1经输送管道与煤斗2相连，煤斗2的下部与热解反应器3的上部相连，且热解反应器3上部还与烟气循环管道7相连，热解反应器3下部与除渣罐4相连，除渣罐4下部排出口与一次通风管21汇合后与煤粉管道9相连，热解反应器3下部侧面经管道与旋风分离器5相连，旋风分离器5的顶部通过风机6与煤粉热解气输送管道8相连，旋风分离器5的排出口通过管道与除渣罐4相连。
煤粉喷嘴10、热解气喷嘴11、空气喷嘴12分别设置在煤粉锅炉炉膛25的主燃区22、再燃区23、燃尽区24内；并且煤粉炉低NOx燃烧系统中的煤粉喷嘴10与煤粉管道9相连；热解气喷嘴11与煤粉热解气输送管道8相连；烟气再循环管道7与锅炉尾部烟道16连接。所述的烟气循环管道7、煤粉热解气输送管道8外部均有保温。
实施例2
一种利用煤粉热解气再燃的低NOx燃烧方法
25％左右的煤粉锅炉烟气经风机6抽引，从尾部烟道16循环回来经烟气循环管道7与从煤仓1经密封重力给料煤斗2送来的煤粉并流进入快速热解反应器3内进行热解反应。尾部烟道16处的烟气温度为600℃左右；进入快速热解反应器的煤粉占煤粉锅炉总给粉量的30％左右，控制热解反应温度为500℃左右，反应时间5S左右。
经循环热烟气加热，煤粉快速热解产生的热解气，从热解反应器3下部侧面出来，经旋风分离器5、引风机6、煤粉热解气输送管道8通入煤粉锅炉低NOx燃烧系统的热解气喷嘴11。
煤粉热解产生的半焦在热解反应器3下部沉降，并储存于除渣罐4内。定期从除渣罐4出来的半焦在一次风管21的携带下通过煤粉管道9进入低NOx燃烧系统的煤粉喷嘴10。控制一次风管21内的风速为20m/s左右。
主燃料煤粉及半焦通过低NOx燃烧系统的煤粉喷嘴10进入煤粉锅炉炉膛底部主燃区22燃烧，维持主燃区内过量空气系数α＝1.15左右，燃烧形成含有大量NOx的烟气。
煤粉热解气通过煤粉锅炉低NOx燃烧系统的热解气喷嘴11进入再燃区23，该区过量空气系数α＝0.5左右，为还原性气氛。再燃区23中热解气与煤粉锅炉主燃区22燃烧形成的含有NOx的烟气混合、反应，将大部分NOx还原成N2，实现脱硝效率70％左右。然后烟气进入燃尽区24与由空气喷嘴12喷入的燃尽风混合，实现完全燃烧。燃尽区24内过量空气系数α＝1.15左右，控制空气喷嘴12喷入的燃尽风的风速40m/s左右。
排出锅炉炉膛25的烟气依次经过再热器13、高温对流过热器14、低温对流过热器15、省煤器17、空气预热器18、除尘器19、引风机20到烟囱，最终完成煤粉热解气再燃低NOx的燃烧过程。

Claims (3)

1.一种利用煤粉热解气再燃的低NOx燃烧方法的装置，包括再热器(13)、高温对流过热器(14)、低温对流过热器(15)、锅炉尾部烟道(16)、省煤器(17)、空气预热器(18)、除尘器(19)、引风机(20)、一次风管(21)，其特征在于还包括煤粉快速热解装置、烟气循环系统和煤粉锅炉低NOx燃烧系统及其连接的管路；
煤粉快速热解装置由煤粉仓(1)、煤斗(2)、热解反应器(3)、除渣罐(4)组成；
烟气循环系统由旋风分离器(5)、风机(6)和烟气循环管道(7)组成；
煤粉锅炉低NOx燃烧系统由煤粉喷嘴(10)、热解气喷嘴(11)、空气喷嘴(12)及煤粉锅炉炉膛(25)组成；
煤粉锅炉低NOx燃烧系统的连接管路由煤粉管道(9)、煤粉热解气输送管道(8)组成；
煤粉快速热解装置的煤粉仓(1)经输送管道与煤斗(2)相连，煤斗(2)的下部与热解反应器(3)的上部相连，且热解反应器(3)上部还与烟气循环管道(7)相连，热解反应器(3)下部与除渣罐(4)相连，除渣罐(4)下部排出口与一次通风管(21)汇合后与煤粉管道(9)相连，热解反应器(3)下部侧面经管道与旋风分离器(5)相连，旋风分离器(5)的顶部通过风机(6)与煤粉热解气输送管道(8)相连，旋风分离器(5)的排出口通过管道与除渣罐(4)相连；
煤粉喷嘴(10)、热解气喷嘴(11)、空气喷嘴(12)分别设置在煤粉锅炉炉膛(25)的主燃区(22)、再燃区(23)、燃尽区(24)内；并且煤粉锅炉低NOx燃烧系统中的煤粉喷嘴(10)与煤粉管道(9)相连，热解气喷嘴(11)与煤粉热解气输送管道(8)相连，烟气循环管道(7)与锅炉尾部烟道(16)连接。
2.如权利要求1中所述的一种利用煤粉热解气再燃的低NOx燃烧方法的装置，其特征在于所述的烟气循环管道(7)、煤粉热解气输送管道(8)外部均有保温。
3.一种利用煤粉热解气再燃的低NOx燃烧方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)、从煤粉锅炉尾部烟道(16)循环回来的部分600℃以上的热烟气经烟气循环管道(7)与从煤仓(1)经煤斗(2)送来的煤粉并流进入快速热解反应器(3)内进行热解反应，控制热解反应温度为500～600℃，反应时间5～8S；
煤粉热解产生的半焦在热解反应器(3)下部沉降，并储存于除渣罐(4)内；
煤粉热解产生的热解气从热解反应器(3)下部侧面经管道排出；
(2)、步骤(1)中从除渣罐(4)出来的半焦在一次风管(21)内被一次风携带通过煤粉管道(9)与煤粉锅炉低NOx燃烧系统的煤粉喷嘴(10)进入主燃区(22)燃烧；
控制一次风管(21)内的风速为20m/s左右；
(3)、步骤(1)中热解反应器(3)下部侧面经管道出来的热解气经旋风分离器(5)、引风机(6)、煤粉热解气输送管道(8)通入煤粉锅炉低NOx燃烧系统的热解气喷嘴(11)后进入再燃区(23)，后与煤粉炉主燃区(22)燃烧形成的含有NOx的烟气混合、反应，将大部分NOx还原成N2，然后进入燃尽区(24)与由空气喷嘴(12)喷入的燃尽风混合，实现完全燃烧；
控制空气喷嘴(12)喷入的燃尽风的风速40m/s左右；
(4)、步骤(3)完全燃烧后的烟气依次经过再热器(13)、高温对流过热器(14)、低温对流过热器(15)、省煤器(17)、空气预热器(18)、除尘器(19)、引风机(20)到烟囱，最终完成煤粉热解气再燃低NOx的燃烧。
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