专利名称：燃煤锅炉再燃氮氧化物方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及锅炉的改进技术，尤其涉及一种能够降低燃煤锅炉燃烧过程中所产生的氮氧化物含量的方法，及其实现该方法的装置。
背景技术：
氮氧化物(NOx，包括NO、NO2及N2O)是一类能造成大气环境严重污染的气体，基本上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比例。在氮氧化物中N2O可能会导致温室效应(气温升高)，NO及NO2被认为是导致地面臭氧、光化学烟雾和酸雨形成的重要原因。日益严格的环保法规要求研究开发先进的技术，以减少NOx等污染物的排放。目前我国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。现有的对氮氧化物所采取的控制措施是在燃煤燃烧中或在燃烧后控制其生成或将其还原。在燃煤燃烧过程中的控制一般采用的方法为空气分级燃烧，燃料分级燃烧，低氧燃烧或烟气再循环法等等；这些方法虽然成本较低，系统运行条件要求较低，但所存在的缺点是脱硝效率偏低，不能充分达到降低氮氧化物排放的要求。而燃煤燃烧后控制氮氧化物的排放的方法是采用湿法化学吸收法或干法选择性催化还原法等等；这种控制方法虽然脱硝效率高，可使NO变为N2的转化率达到90％以上，但其缺点是初投资大、运行成本过高，不适合我国国情，近期大范围推广应用的可能性较小。
发明内容
炉氮氧化物排放的方法及其装置，通过直接利用锅炉燃用煤粉，在不影响燃煤锅炉原有的燃烧效率和锅炉性能的前提下，在低成本的条件下有效降低氮氧化物的排放，以达到环保排放的要求。
本发明提供了一种燃煤锅炉再燃低NOx技术实现方法，其步骤为(1)将占发热量65％-85％的主燃料煤送入锅炉主燃烧区，在主燃烧区的空气过量系数α为1.0～1.1的条件下燃烧生成氮氧化物；(2)将其余占发热量15％-35％的再燃燃料煤通过再燃喷口喷入再燃燃烧区，在空气过量系数α小于1的条件下形成还原性气氛，使氮氧化物还原；(3)从燃尽风喷口喷入热空气，将未燃尽燃料燃烧完全。
在上述技术方案中，再燃燃料煤为煤粉，煤粉喷入时炉内的再燃燃料喷嘴处的温度在1200℃-1600℃范围内；所述的再燃煤粉即为燃料煤粉，无需经过特别的加工处理，或者采用其他的燃料。
在上述技术方案中，为了提高氮氧化物(NOx)的还原率，再燃燃料在再燃区内的停留时间不小于0.3秒；根据炉内气流速度不同，再燃区高度为1～3m。
为实现上述方法的锅炉，包括炉体和安装在其上面的燃烧器，炉膛从下往上依次分为主燃烧区、再燃区和燃尽区三部分；2～3个一次风喷口、3～4个二次风喷口和1～2个三次风喷口分层布置组成主燃烧区；各喷口高度根据锅炉炉膛实际情况进行合理布置，三次风喷口含粉气流速度为40～60m/s。
再燃喷口以上至燃尽风喷口的炉内区域为再燃区，再燃区保持还原性气氛，炉内空气/燃料化学当量比为0.8～1.0，以有利于还原NO；再燃区的再燃喷口布置在三次风喷口上方300～1000mm处，优选500mm，以减少三次风射流对再燃射流的影响，同时为主燃燃料的燃烧提供更多的时间。
燃尽风喷口以上至炉膛出口的区域为燃尽区。在燃尽区内，根据煤种特性，炉内过量空气系数为1.15～1.25，保证煤粉颗粒有足够的燃尽程度。燃尽风喷口布置在再燃喷口上方垂直高度1000～3000mm处，优选2000mm。
燃尽风喷口由上燃尽风喷口和下燃尽风喷口两层构成，单独控制流量。燃尽风喷口布置时，考虑到煤粉充分燃尽，保证燃尽区停留时间大于1秒。
本发明与现有技术比较所具有的优点是1、直接利用锅炉燃煤，在基本不影响锅炉原来燃烧状况的条件下，有效的降低氮氧化物的排放，可以减少氮氧化物的排放量50％以上，且能将脱销效果、控制成本及可操作性很好的结合起来。
2、易于对现有锅炉进行改造，仅仅需要改造燃烧器，将原有最上层一次风风粉气流作为再燃风粉气流，并将燃烧器的位置做出相应的调整，即可实现相应的环保要求，对于现运行燃烟煤、褐煤锅炉基本都很适用。
3、该项技术在实施上方便易行，运行可靠且不增加运行操作量。
本发明的一种燃煤锅炉低NOx的改造方法及其装置适用于燃烟煤、褐煤的中间储仓式锅炉，对于中型、大型锅炉都适用，具有广阔的应用前景。
图1是应用本发明的一种降低燃煤锅炉氮氧化物排放的方法的四角切圆布置燃烧方式燃煤锅炉改造示意图。
具体实施例下面根据附图结合具体实施例对本发明的一种降低燃煤锅炉氮氧化物排放的方法及其装置作进一步详细说明。
如图一所示的是一种四角布置直流燃烧方式的燃煤锅炉装置，右侧12为现有的燃煤锅炉装置，左侧11为实施本发明方法改进后的燃煤锅炉装置。改进后的锅炉把炉膛从下往上依次分为主燃烧区、再燃区和燃尽区三部分。
(1)主燃烧区由下二次风喷口1、下一次风喷口2、中二次风喷口3、上一次风喷口4、上二次风喷口5和三次风喷口6六层喷口组成主燃烧区，通过调整主燃烧区各喷口之间配风，实现分级低氧燃烧。主燃烧区可以是2～3个一次风喷口、3～4个二次风喷口和1～2个三次风喷口分层布置组成；降低现有燃煤锅炉的三次风喷口6高度，布置在主燃烧区上层。三次风喷口6与再燃喷口7间矩保持一定距离900mm，以减少三次风射流对再燃射流的影响，同时为主燃燃料的燃烧提供更多的时间，三次风喷口含粉气流速度为45m/s。
(2)再燃燃烧区调整现有燃煤锅炉第三层一次风喷口41(即原上一次风喷口41)布置高度，拉大上一次风喷口41与上面燃尽风喷口之间的距离，使用上一次风喷口41作为再燃喷口7。保证再燃喷口与燃尽风喷口间的还原性气氛，形成再燃还原区，还原主燃烧区形成的NOx。
(3)燃尽区上移现有燃煤锅炉的上二次风喷口51和燃尽风喷口10位置，作为本方案的上燃尽风喷口9和下燃尽风喷口8。燃尽风喷口分两层布置，可单独控制。
(4)再燃喷口7距燃尽风喷口垂直高度2000mm，燃尽风喷口距炉底垂直高度10m。保证再燃区停留时间为0.4秒，燃尽区停留时间2秒。
改进后的燃煤锅炉装置应用过程中采取如下的降低氮氧化物的方法(1)将占发热量65％～85％的主燃料煤送入锅炉主燃烧区，在主燃烧区的空气过量系数α为1.1的条件下燃烧生成氮氧化物；(2)将其余占发热量15％～35％的再燃燃料煤通过再燃喷口喷入再燃燃烧区，再燃燃料在再燃区内的停留时间不小于0.3秒，煤粉喷入时炉内的再燃燃料喷嘴处的温度在1400℃，在空气过量系数α小于1的条件下形成还原性气氛，使氮氧化物还原；(3)在燃尽区加入其余空气，过量空气系数恢复到正常值1.2～1.25，使末完全燃烧产物充分燃烧，以保证燃尽效果。
同时主燃烧区可采用低氧分级燃烧，减少主燃烧区NOx生成量。
本发明的方法及装置实际应用后，不仅可以有效的降低氮氧化物NOx排放40～60％，易于操作及控制，不增加运行操作量。而且易于改造现有的燃煤锅炉装置，在维持低成本的状况下，仅对现有的燃煤锅炉适当改造，加装必要的喷嘴、喷口，因此该方法及其装置具有广泛的应用推广价值。
本发明具体实施例1中，占全部燃料发热量比例主燃料煤为75％，其中三次风中燃料煤为10％；再燃燃料煤为25％，主燃烧区的空气过量系数α为1.05，再燃燃烧区空气过量系数α为0.9；再燃燃料喷嘴处的温度为1400℃，再燃燃料在再燃区内的停留时间为0.5秒；再燃区的再燃喷口布置在三次风喷口上方600mm处，燃尽风喷口布置在再燃喷口上方垂直高度2000mm处。
本发明具体实施例2中，占全部燃料发热量比例主燃料煤为65％，三次风停运；再燃燃料煤为35％，主燃烧区的空气过量系数α为1.1，再燃燃烧区空气过量系数α为0.8；再燃燃料喷嘴处的温度为1200℃，再燃燃料在再燃区内的停留时间为0.3秒；再燃区的再燃喷口布置在三次风喷口上方300mm处，燃尽风喷口布置在再燃喷口上方垂直高度1000mm处。
本发明具体实施例3中，主燃区由下二次风喷口、下一次风喷口、中下二次风喷口、中一次风喷口、中上二次风喷口、上一次风喷口、上二次风喷口和2层三次风喷口。占全部燃料发热量比例主燃料煤为85％，其中三次风中燃料煤为10％，再燃燃料煤为15％；主燃烧区的空气过量系数α为1.0，再燃燃烧区空气过量系数α为0.95；再燃燃料喷嘴处的温度为1600℃，再燃燃料在再燃区内的停留时间为0.7秒；再燃区的再燃喷口布置在上层三次风喷口上方1000mm处，燃尽风喷口布置在再燃喷口上方垂直高度3000mm处。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本发明可用其他的不违背本发明的精神和主要特征的具体形式来概述。因此，无论从哪一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未指出本发明的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种燃煤锅炉再燃氮氧化物的方法，其步骤为(1)将占发热量65％～85％的主燃料煤送入锅炉主燃烧区，在主燃烧区的空气过量系数α为1.0～1.1的条件下燃烧生成氮氧化物；(2)将其余占发热量15％～35％的再燃燃料煤通过再燃喷口喷入再燃燃烧区，在空气过量系数α小于1的条件下形成还原性气氛，使氮氧化物还原；(3)从燃尽风喷口喷入热空气，将未燃尽燃料燃烧完全。
2.按照权利要求1所述的燃煤锅炉再燃低NOx技术实现方法，其特征在于所述再燃燃料为煤粉，再燃煤粉直接来源于煤粉仓，煤粉喷入时炉内的再燃燃料喷嘴处的温度在1200℃～1600℃范围内。
3.按照权利要求1所述的燃煤锅炉再燃低NOx技术实现方法，其特征在于所述再燃燃料在再燃区内的停留时间不小于0.3秒。
4.一种用于实现权利要求1的方法的锅炉装置，包括炉体和安装在其上面的燃烧器，其特征为炉膛从下往上依次分为主燃烧区、再燃区和燃尽区三部分；2～3个一次风喷口、3～4个二次风喷口和1～2个三次风喷口分层布置组成主燃烧区；再燃区的再燃喷口布置在三次风喷口上方300～1000mm处；燃尽风喷口布置在再燃喷口上方垂直高度1000～3000mm处。
5.按照权利要求4所述的锅炉，其特征在于燃尽风喷口由上燃尽风喷口和下燃尽风喷口两个构成，单独控制流量。
全文摘要
本发明涉及锅炉的改进技术，旨在提供一种能够降低燃煤锅炉燃烧过程中所产生的氮氧化物含量的方法，及其实现该方法的装置。本发明提供的方法包括将主燃料煤送入锅炉主燃烧区，在主燃烧区的空气过量系数α为1.0～1.1的条件下燃烧生成氮氧化物，再将其余的再燃燃料煤通过再燃喷口喷入再燃燃烧区，在空气过量系数α小于1的条件下形成还原性气氛，使氮氧化物还原。本发明还提供了实现该方法的锅炉装置。本发明直接利用锅炉燃煤，在基本不影响锅炉原来燃烧状况的条件下，有效的降低氮氧化物的排放，且易于对现有锅炉进行改造。
文档编号F23L9/02GK1773168SQ20051006112
公开日2006年5月17日 申请日期2005年10月14日 优先权日2005年10月14日
发明者岑可法, 周俊虎, 杨卫娟, 刘建忠, 王智化, 周志军, 黄镇宇, 程军 申请人:浙江大学