CN104595893B - 一种多方位对冲燃烬风低氮燃烧系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多方位对冲燃烬风低氮燃烧系统，包括：锅炉；与锅炉相连的省煤器；第一入口与省煤器的出口相连的空气预热器；与所述空气预热器的第一出口相连的除尘器；第一入口与所述除尘器的引风机的第一出口相连的鼓风机；所述鼓风机的出口与所述空气预热器的第二入口相连通；开设于所述锅炉炉膛的一次风入口，所述一次风入口与所述空气预热器的第二出口相连通；开设于锅炉炉膛上部的布风集成箱；设置于所述布风集成箱与引风机之间的增压风机，所述引风机的第一出口与所述增压风机的入口相连通；与增压风机(7)相连的电气控制系统。
Description
技术领域
本发明属于低氮燃烧技术领域，具体涉及一种多方位对冲燃烬风低氮燃烧系统及技术。
背景技术
在燃料的燃烧过程中，氮氧化物的生成是燃烧反应的一部份。燃烧生成的氮氧化物主要是NO和NO2，统称为NOx。大气中的NOx溶于水后会生成为硝酸雨，酸雨会对环境带来广泛的危害，造成巨大的经济损失。
燃煤锅炉是火力发电厂的主机，也是主要的NOX排放源。目前，控制燃煤锅炉NOX排放的技术路径，分为低氮燃烧技术和烟气脱硝技术。而低氮燃烧技术与烟气脱硝技术相比，具有应用广泛、结构简单、经济有效等优点。因此，工厂在进行控制燃煤锅炉NOX排放时，大多采用低氮燃烧技术与氮气还原技术相结合。
低氮燃烧技术是采用各种布风燃烧技术手段来控制燃烧过程中NOx的生成。目前，国内的低氮燃烧技术所用的循环流化床锅炉采用二次布风，以此来改变锅炉炉镗温度和氧的分布，达到减小氮氧化物的产生，但是，循环流化床锅炉的脱硝效率仅在30％左右；它的原理是减少一次风的风量来控制一次风氧的含量，而一次风量的减少过多会影响燃烧物料的吹起会产生蜗煤，降低锅炉的燃烧效率，为了避免影响锅炉燃烧效率减少一次风风量控制受到限制。而国际上的火上风技术应用在煤粉炉和链条炉上，火上风技术主要是减小一次风，在炉镗上部布一层火上风，以此来改变锅炉炉镗温度和氧的分布，达到减小氮氧化物的产生，但脱硝效率也只有35％左右，同样国际上用的火上风使用的是氧含量高的新鲜空气，过多的氧气会形成局部高温易生成氮氧化物，这些条件使火上风布风也受到一定限制。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种多方位对冲燃烬风低氮燃烧系统及技术，本发明提供的低氮燃烧系统脱硝效率高。
本发明提供了一种多方位对冲燃烬风低氮燃烧系统，包括：
锅炉(1)；
与锅炉相连的省煤器(2)；
第一入口与省煤器(2)的出口相连的空气预热器(3)；
与所述空气预热器(3)的第一出口相连的除尘器(4)；
第一入口与所述除尘器(4)的引风机(5)的第一出口相连的鼓风机(6)；
所述鼓风机(6)的出口与所述空气预热器(3)的第二入口相连通；
开设于所述锅炉(1)炉膛的一次风入口，所述一次风入口与所述空气预热器(3)的第二出口相连通；
开设于锅炉炉膛上部的布风集成箱(8)；
设置于所述布风集成箱(8)与引风机(5)之间的增压风机(7)，所述引风机(5)的第一出口与所述增压风机(7)的入口相连通；
与增压风机(7)相连的电气控制系统。
优选的，还包括设置于布风集成箱内的控制阀门，所述控制阀门与所述电气控制系统相连。
优选的，还包括设置于引风机和增压风机之间的电动风门(10)和设置于引风机和鼓风机之间的电动风门(9)，所述引风机和增压风机之间的电动风门(10)与所述电气控制系统相连，引风机和鼓风机之间的电动风门(9)与所述电气控制系统相连。
优选的，所述布风集成箱设置于所述锅炉炉膛的高度与锅炉炉膛的总高度之比为1：(2～5)。
优选的，还包括设置于布风集成箱(8)内的喷吹管。
优选的，所述喷吹管的个数为4～6个。
本发明还提供了一种多方位对冲燃烬风低氮燃烧技术，包括以下步骤；
燃料在锅炉炉膛内燃烧，产生总烟气，所述总烟气依次通过省煤器、空气预热器和除尘器处理，得到的烟气由引风机的第一出口分别进入增压风机和一次风的鼓风机，烟气在鼓风机中与空气混合后，通过一次风的入口进入锅炉；烟气经过增压风机加压后，通过锅炉炉膛上部的布风集成箱进入锅炉。
优选的，所述进入鼓风机的烟气与所述一次风的流量比为(0.01～0.3)：1。
优选的，通过布风集成箱进入锅炉的烟气占总烟气的百分比为0.1％～10％。
与现有技术相比，本发明提供了一种多方位对冲燃烬风低氮燃烧系统，包括：锅炉；与锅炉相连的省煤器；第一入口与省煤器的出口相连的空气预热器；与所述空气预热器的第一出口相连的除尘器；第一入口与所述除尘器的引风机的第一出口相连的鼓风机；所述鼓风机的出口与所述空气预热器的第二入口相连通；开设于所述锅炉炉膛的一次风入口，所述一次风入口与所述空气预热器的第二出口相连通；开设于锅炉炉膛上部的布风集成箱；设置于所述布风集成箱与引风机之间的增压风机，所述引风机的第一出口与所述增压风机的入口相连通；与增压风机(7)相连的电气控制系统。本发明提供的低氮燃烧系统为一种多方位对冲回流燃尽风低氮燃烧系统，该系统将从除尘器引风机引出的燃烧过的烟气分二路进行布风，一路送到一次风鼓风机入口混合到一次风中去；另一路通过增压风机在锅炉炉膛上部进行多方位布风。它的分级布风燃烧降低了火焰中心的温度和O2含量，使锅炉炉膛温度场分布均匀，烟气在这种低氧低温环境中分级燃烧，大大减少的氮氧化物的产生。通过增压风机的烟气再通过安放在炉镗上部集成布风箱里的喷嘴，以高速射流的形式从不同方位送入炉膛，这种含氧量低的烟气与炉膛内上升烟气相遇产生强烈紊流，使炉内烟气混合更均匀，增长了烟气在炉膛内的滞留时间，使烟气中烃类和CO充分燃烧，提高了脱硝效率和燃烧效率。
结果表明，本发明提供的低氮燃烧系统的脱硝效率高达55％，锅炉燃烧效率提高0.4％。
附图说明
图1为本发明提供的低氮燃烧系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种多方位对冲燃烬风低氮燃烧系统，包括：
锅炉(1)；
与锅炉相连的省煤器(2)；
第一入口与省煤器(2)的出口相连的空气预热器(3)；
与所述空气预热器(3)的第一出口相连的除尘器(4)；
第一入口与所述除尘器(4)的引风机(5)的第一出口相连的鼓风机(6)；
所述鼓风机(6)的出口与所述空气预热器(3)的第二入口相连通；
开设于所述锅炉(1)炉膛的一次风入口，所述一次风入口与所述空气预热器(3)的第二出口相连通；
开设于锅炉炉膛上部的布风集成箱(8)；
设置于所述布风集成箱(8)与引风机(5)之间的增压风机(7)，所述引风机(5)的第一出口与所述增压风机(7)的入口相连通；
与增压风机(7)相连的电气控制系统。
参见图1，图1为本发明提供的多方位对冲燃烬风低氮燃烧系统的结构示意图。其中，图1中，1为锅炉，2为省煤器，3为空气预热器，4为除尘器，5为引风机，6为鼓风机，7为增压风机，8为布风集成箱，9为电动风门，10为电动风门，11为脱硫塔。
本发明提供的低氮燃烧系统包括锅炉(1)，所述锅炉为燃料燃烧的场所，本发明对所述锅炉的来源及型号并没有特殊限制，优选为循环流化床锅炉、煤粉炉或链条炉。在本发明的一个具体实施方式中，所述锅炉为蒸发量为75t/h的煤泥循环流化床锅炉。
省煤器(2)与所述锅炉相连，所述省煤器(2)内的冷却水通过与高温的烟气进行热交换，可以降低烟气的排烟温度，节省能源，提高锅炉的燃烧效率。所述省煤器(2)的受热面积增大时，可以提高锅炉的燃烧效率。在本发明的一个具体实施方式中，增大所述省煤器(2)的受热面积后，通过省煤器的烟气的温度降低10～20℃，锅炉燃烧效率提高0.4％。
本发明提供的低氮燃烧系统还包括与省煤器相连的空气预热器(3)，所述空气预热器(3)用于烟气通过内部的散热片将进入锅炉前的一次风预热到一定温度。所述省煤器(2)的出口与空气预热器(3)的第一入口通过管道相连通。
本发明提供的低氮燃烧系统还包括与所述空气预热器(3)相连的除尘器(4)，所述空气预热器(3)的第一出口与所述除尘器(4)的入口通过管道相连通；所述除尘器带有引风机(5)，所述除尘器设置在锅炉引风机负压区，即所述除尘器的出口与所述引风机(5)的入口相连通。
本发明提供的低氮燃烧系统还包括与所述除尘器的引风机相连的鼓风机(6)，所述鼓风机(6)包括第一入口以及供新鲜空气进入的第二入口，所述引风机(5)包括第一出口以及与脱硫塔(11)相连的第二出口，所述引风机(5)的第一出口与所述鼓风机(6)的第一入口通过管道相连通；所述鼓风机(6)的出口与所述空气预热器(3)的第二入口相连通，所述空气预热器(3)的第二出口与开设于所述锅炉(1)炉膛的一次风入口相连通。即通过引风机(5)引出的一部分烟气与新鲜空气在鼓风机(6)中混合，形成混合烟气后，再通过空气预热器(3)进入锅炉中。
所述引风机和所述鼓风机之间还设置有电动风门(9)，所述引风机和鼓风机之间的电动风门(9)与所述电气控制系统相连，用于自动控制烟气的流量。
本发明提供的低氮燃烧系统还包括开设于锅炉炉膛上部的布风集成箱(8)以及设置于所述布风集成箱与引风机之间的增压风机(7)，所述引风机的第一出口与所述增压风机(7)的入口通过管道相连通。所述增压风机与电气控制系统相连
在本发明中，所述布风集成箱中设置有控制阀门，所述控制阀门与电气控制系统相连，对气体的流量进行调节和控制，所述布风集成箱(8)内还设置有喷吹管，所述喷吹管的个数为4～6个，所述喷吹管的喷口角度和位置由计算流体动力学的软件CFD分析设计后确定，在实际运行时，调试人员也可以对喷口进行手动调节，以达到更低的氮氧化物的排放浓度。在所述增压风机(7)的作用下，所述烟气通过布风集成箱(8)中的喷吹管以高速射流的形式从锅炉炉膛的不同方位进风。
所述布风集成箱(8)设置于锅炉炉膛的高度与锅炉炉膛的总高度之比为1：(2～5)，以延长未燃烧完全的气态燃料在炉膛的停留时间，有利于充分燃烬，提高锅炉燃烧效率。在本发明中，当所述锅炉为煤粉炉时，所述布风集成箱(8)设置于锅炉炉膛的高度与锅炉炉膛的总高度之比为1:(3～5)；当所述锅炉为循环流化床锅炉时，所述布风集成箱设置于二次风入口之上，具体的，所述布风集成箱(8)设置于锅炉炉膛的高度与锅炉炉膛的总高度之比为1:(2.5～4)；当所述布风集成箱为链条炉时，所述布风集成箱(8)设置于锅炉炉膛的高度与锅炉炉膛的总高度之比为1:(2～3)。
所述引风机(5)和所述增压风机(7)之间还设置有电动风门(10)，所述引风机和鼓风机之间的电动风门(9)与所述电气控制系统相连，用于自动控制烟气的流量。
在本发明中，所述引风机(5)的第一出口处设置有两路出风管路，其中，第一出风管路将引风机(5)与鼓风机(6)相连通，即引风机(5)的第一出口与所述鼓风机(6)的第一入口经过第一绝缘管道相连通，第二出风管路将引风机(5)与增压风机(7)相连通，即引风机(5)的第一出口与增压风机(7)的入口经过第二绝缘管道相连通。
本发明所提供的系统将从除尘器引风机引出的燃烧过的烟气分二路进行布风，一路送到一次风鼓风机(6)入口混合到一次风中去；另一路通过增压风机(7)在锅炉炉膛上部进行多方位布风。它的分级布风燃烧降低了火焰中心的温度和O2含量，使锅炉炉膛温度场分布均匀，烟气在这种低氧低温环境中分级燃烧，大大减少的氮氧化物的产生。通过增压风机(7)的烟气再通过安放在炉镗上部布风集成箱(8)里的喷嘴，以高速射流的形式从不同方位送入炉膛，这种含氧量低的烟气与炉膛内上升烟气相遇产生强烈紊流，使炉内烟气混合更均匀，增长了烟气在炉膛内的滞留时间，使烟气中烃类和CO充分燃烧，提高了脱硝效率和燃烧效率。
本发明还提供了一种采用上述低氮燃烧系统的低氮燃烧技术，包括以下步骤：
燃料在锅炉炉膛内燃烧，产生总烟气，所述总烟气依次通过省煤器、空气预热器和除尘器处理，得到的烟气由引风机的第一出口分别进入鼓风机和增压风机，烟气在鼓风机中与空气混合后，通过一次风的入口进入锅炉；烟气经过增压风机加压后，通过锅炉炉膛上部的布风集成箱进入锅炉。
在本发明中，所述燃料从锅炉底部送入，在锅炉炉膛内燃烧，产生总烟气，所述总烟气依次通过上述低氮燃烧系统的省煤器、空气预热器和除尘器处理。
得到的烟气引风机第一出口引出，分为两路烟气，一路进入鼓风机，另一路进入增压风机。
进入鼓风机的烟气与空气混合后，得到一次风，所述一次风再通过一次风的入口进入锅炉；
所述进入鼓风机的烟气占一次风的比例对锅炉氮氧化物的产生有较大影响，在本发明中，所述进入鼓风机的烟气与所述一次风的流量比为(0.01～0.3)：1，在一个具体实施例中，所述进入鼓风机的烟气与所述一次风的流量比为0.3:1时，所述低氮燃烧系统的脱硝效率高达55％，锅炉燃烧效率也相应提高。
本发明将燃烧过的烟气与空气混合后，得到一次风，在一次风的风量不减的情况下达到减少一次风中氧含量的目的，从而减少氮氧化物的产生。
在本发明中，由引风机的第一出口引出的另一路烟气经过增压风机的加压后，再通过锅炉炉膛上部的布风集成箱进入锅炉，通过布风集成箱进入锅炉的烟气占总烟气的百分比为0.1％～10％。
从引风机出口引出的烟气通过增压风机在锅炉炉膛上部经过布风集成箱的喷嘴以高速射流的形式从不同方位送入锅炉炉膛，这种含氧量低的烟气与炉膛内上升烟气相遇产生强烈紊流，使炉内烟气混合更均匀，增长了烟气在炉膛内的滞留时间，使得烟气中的气态类燃料(烃类和CO等)充分燃尽，提高锅炉燃烧效率。同时烟气在这种低氧低温环境中分级燃烧，大大减少的氮氧化物的产生，从而达到脱硝的目的。
本发明提供的低氮燃烧系统为一种多方位对冲回流燃尽风低氮燃烧系统，该系统将从除尘器引风机引出的燃烧过的烟气分二路进行布风，一路送到一次风鼓风机入口混合到一次风中去；另一路通过增压风机在锅炉炉膛上部进行多方位布风。它的分级布风燃烧降低了火焰中心的温度和O2含量，使锅炉炉膛温度场分布均匀，烟气在这种低氧低温环境中分级燃烧，大大减少的氮氧化物的产生。通过增压风机的烟气再通过安放在炉镗上部集成布风箱里的喷嘴，以高速射流的形式从不同方位送入炉膛，这种含氧量低的烟气与炉膛内上升烟气相遇产生强烈紊流，使炉内烟气混合更均匀，增长了烟气在炉膛内的滞留时间，使烟气中烃类和CO充分燃烧，提高了脱硝效率和燃烧效率。
另外，本发明所提供的低氮燃烧系统可节约脱硝剂，使用本发明所提供的低氮燃烧系统的锅炉可以大大减少脱硝剂的使用就能达到环保要求。同时能使大量需要用选择性催化还原(SCR)才能达到环保要求的锅炉在使用本发明提供的低氮燃烧系统后，只需使用选择性非催化还原(SNCR)就能达到环保要求，这样脱硝设备的建造投资和使用成本都大幅度减少。同时也减少了脱硝剂的二次污染。
结果表明，本发明提供的低氮燃烧系统的脱硝效率高达55％，锅炉燃烧效率提高0.4％。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的低氮燃烧的系统及技术进行说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
以下实施例的低氮燃烧系统中的锅炉采用河北石药集团宏源热电有限公司的75t/h的煤泥循环流化床锅炉。
实施例1
以河北石药集团宏源热电有限公司的75t/h的煤泥循环流化床锅炉作为低氮燃烧系统的锅炉，在所述低氮燃烧系统中，省煤器与所述锅炉相连，空气预热器的第一入口与省煤器的出口相连，除尘器与空气预热器的第一出口相连，鼓风机的第一入口与所述除尘器的引风机的第一出口相连，所述引风机与鼓风机之间设置有一个电动风门，所述鼓风机的出口与所述空气预热器的第二入口相连通，开设于锅炉炉膛的一次风入口与所述空气预热器的第二出口相连通。布风集成箱开设于所述锅炉上部，其中，布风集成箱中设置有6个喷吹管，其中，喷吹管的高度为11.3m，布风集成箱与引风机之间设置有增压风机，所述引风机的第一出口与所述增压风机(7)的入口相连通，所述增压风机与引风机之间设置有一个电动风门。其中，引风机的第一出口与鼓风机的第一入口之间的烟气风管的直径为1.2米。再从上述直径为1.2米的风管上引出一条直径为0.6米的风管，将引风机的第一出口与增压风机的入口相连。
实施例2～12
在实施例1提供的低氮燃烧系统的基础上，所述锅炉负荷为60％左右，燃料从锅炉底部送入，燃烧产生烟气，所述烟气从除尘器引风机出口引出，烟气在鼓风机与新鲜空气混合后，进入锅炉的一次风机入口，随一次风机进入炉膛内，调节烟气占一次风的比例为0.3:1。其中，引风机与鼓风机之间的烟气风管的直径为1.2米。再从上述直径为1.2米的风管上引出一条直径为0.6米的风管，烟气通过增压风机加压，到布风集成箱的喷吹管送进炉膛，增压风机流量2万m3/h，全压3000pa，喷吹管进入炉膛的标高为11.3米。在增压风机开度全开的情况下，改变一次风阀开度，测定系统的氮氧化物的排放量以及排烟温度，具体结果见表1，表1为实施例2～12提供的低氮燃烧系统中各设备的运行数据。
表1为实施例2～12提供的低氮燃烧系统中各设备的运行数据
由表1可知，随着一次回燃风阀门开度逐渐增大，NOx的排放量逐渐减少。
实施例13～23
在实施例1提供的低氮燃烧系统的基础上，所述锅炉负荷为60％左右，燃料从锅炉底部送入，燃烧产生烟气，所述烟气从除尘器引风机出口引出，烟气在鼓风机与新鲜空气混合后，进入锅炉的一次风机入口，随一次风机进入炉膛内，调节烟气占一次风的比例为0.3:1。其中，引风机与鼓风机之间的烟气风管的直径为1.2米。再从上述直径为1.2米的风管上引出一条直径为0.6米的风管，烟气通过增压风机加压，到布风集成箱的喷吹管送进炉膛，增压风机流量2万m3/h，全压3000pa，喷吹管进入炉膛的标高为11.3米。在一次风流量不变的情况下，改变增压风机的开度，具体结果见表2，表2为实施例13～23提供的低氮燃烧系统中各设备的运行数据。
表2实施例13～23提供的低氮燃烧系统中各设备的运行数据。
由表2可知，系统的排烟温度随增压风机开度增大而增加，也就是锅炉的燃烧效率随增压风机的开度而提高；当增压风机开到50％以上，系统排烟温度基本上不发生改变，锅炉燃烧效率也就趋向稳定。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种多方位对冲燃烬风低氮燃烧系统，包括：
锅炉(1)；
与锅炉相连的省煤器(2)；
第一入口与省煤器(2)的出口相连的空气预热器(3)；
与所述空气预热器(3)的第一出口相连的除尘器(4)；
第一入口与所述除尘器(4)的引风机(5)的第一出口相连的鼓风机(6)；
所述鼓风机(6)的出口与所述空气预热器(3)的第二入口相连通；
开设于所述锅炉(1)炉膛的一次风入口，所述一次风入口与所述空气预热器(3)的第二出口相连通；
开设于锅炉炉膛上部的布风集成箱(8)，所述布风集成箱设置于所述锅炉炉膛的高度与锅炉炉膛的总高度之比为1：(2～5)；
设置于布风集成箱(8)内的喷吹管；
设置于所述布风集成箱(8)与引风机(5)之间的增压风机(7)，所述引风机(5)的第一出口与所述增压风机(7)的入口相连通；
与增压风机(7)相连的电气控制系统。
2.根据权利要求1所述的低氮燃烧系统，其特征在于，还包括设置于布风集成箱内的控制阀门，所述控制阀门与所述电气控制系统相连。
3.根据权利要求1所述的低氮燃烧系统，其特征在于，还包括设置于引风机和增压风机之间的电动风门(10)和设置于引风机和鼓风机之间的电动风门(9)，所述引风机和增压风机之间的电动风门(10)与所述电气控制系统相连，引风机和鼓风机之间的电动风门(9)与所述电气控制系统相连。
4.根据权利要求1所述的低氮燃烧系统，其特征在于，所述喷吹管的个数为4～6个。
5.一种多方位对冲燃烬风低氮燃烧方法，其特征在于，包括以下步骤；
燃料在锅炉炉膛内燃烧，产生总烟气，所述总烟气依次通过省煤器、空气预热器和除尘器处理，得到的烟气由除尘器引风机的第一出口分别进入增压风机和一次风的鼓风机，烟气在鼓风机中与空气混合后，通过一次风的入口进入锅炉；烟气经过增压风机加压后，通过锅炉炉膛上部的布风集成箱进入锅炉。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进入鼓风机的所述烟气与所述一次风的流量比为(0.01～0.3)：1。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过布风集成箱进入锅炉的烟气占总烟气的百分比为0.1％～10％。
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