CN104791772B

CN104791772B - 具有两级烟气再循环的低氮燃烧链条炉

Info

Publication number: CN104791772B
Application number: CN201510228409.3A
Authority: CN
Inventors: 凌忠钱; 况敏; 谭立武
Original assignee: Wuxi Space Clear Environmental Project Equipment Co Ltd
Current assignee: Wuxi Space Clear Environmental Project Equipment Co Ltd
Priority date: 2015-05-07
Filing date: 2015-05-07
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2035-05-07
Also published as: CN104791772A

Abstract

本发明公开了一种具有两级烟气再循环的低氮燃烧链条炉。在炉排燃烧区采用分段送风、悬浮燃烧区二次风上部布置燃尽风以组织分级燃烧；从尾部烟道抽取约250~300℃的低温烟气送入炉排前部的若干个风室，以便在炉排燃烧区组织第一级烟气再循环；在前拱下方区域抽取含挥发分N的还原性烟气(即约450~500℃的中温炉烟)并高速喷入炉膛折焰角下方的燃尽区，用以在炉膛燃尽区组织第二级烟气再循环。借助于炉排燃烧区和悬浮燃烧区的两层分级燃烧、炉排燃烧区的烟气再循环，大幅度抑制NO_x生成；进一步地，借助于第二级烟气再循环的中温还原性炉烟，将燃尽区上行烟气中业已生成的NO还原成N₂，最终实现链条炉高效低氮燃烧。

Description

具有两级烟气再循环的低氮燃烧链条炉

技术领域

本发明涉及一种链条炉，具体涉及一种具有两级烟气再循环的低氮燃烧链条炉，属于工业锅炉燃烧技术领域。

背景技术

链条炉在我国燃煤工业锅炉中广泛应用。在燃烧组织方式上，链条炉以恒速行进炉排层燃为主，辅以炉排上部区域内细小颗粒构建的悬浮燃烧。其配风以炉排底部送入的一次风占据主导、炉排上部二次风为辅。从燃烧理念上看，借助于合理的一、二次风分配和一次风在炉排下部各风室之间的分配，链条炉在理论上可避免NO_X的大量生成。然而在实际运行中，为保证炉排层燃和悬浮燃烧较好燃尽，在炉排燃烧前期和主燃区以及炉排上部的高温悬浮燃烧区需送入强风，使得炉内大量燃料氮在富氧气氛下析出并氧化成NO_x，导致多数链条炉NO_x排放达到约500mg/m³这一较高水平。根据新的《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2014)，重点地区的链条炉NO_x最高允许排放浓度为200mg/m³。如何在保证燃尽的条件下大幅度降低链条炉NO_x排放，这已成为当前工业锅炉NO_x减排工作的难题。

从经济性角度出发，低氮燃烧无疑是链条炉NO_x减排的首选，然而，到目前为止链条炉低氮燃烧的应用鲜有报道，究其原因在于：适用于煤粉炉的常规空气分级燃烧在链条炉上收效甚微，目前行业内尚无适用于链条炉的高效低氮燃烧技术的报道。链条炉炉排底部需送入强风以保证炉渣燃尽，悬浮燃烧区燃烧份额虽较低，但其紧邻炉排上部区域而温度较高，按传统理念设计的分级送风(即炉排分段送风和拱部二次风作为分级风喷入悬浮燃烧区)本质上并未有效构建分级燃烧效果。鉴于炉排燃烧区和悬浮燃烧区的燃料N转化率直接决定锅炉的NO_x排放量，从低氮燃烧角度出发，需尽量控制燃料N转化成NO_x的比例，同时设法利用炉内挥发分析出区域的还原性烟气来还原炉内业已生成的高浓度NO_x，从而实现从燃烧角度低成本、大幅度抑制NO_x生成。

发明内容

本发明的目的是为了解决背景技术提及的链条炉NO_x排放高而现有燃烧技术无法实现高效低NO_x燃烧的问题，进而提供了一种具有两级烟气再循环的低氮燃烧链条炉。

相比于现有技术，本发明中链条炉实现低NO_x燃烧的原理在于：1）炉排燃烧区和悬浮燃烧区组织空气分级。在炉排燃烧区采用分段送风法配风，在悬浮燃烧区现有二次风以上一定位置布置燃尽风，使挥发分析出、着火和燃烧前期处于贫氧气氛下进行，在贫氧气氛下将释放的燃料氮转化成N₂而非氧化成NO_x；2）炉排燃烧区组织第一级烟气再循环。从链条炉尾部烟道抽取约250~300℃的低温烟气送入链条炉前部若干个风室，在风室中与一次风相混后透过炉排参与燃烧，在炉排燃烧区起到稀释氧浓度、降低燃烧温度和燃烧强度、推迟燃烧进程而减少NO_x生成；3）沿炉膛高度方向上的燃尽区组织第二级烟气再循环。链条炉其前拱下方对应煤的干燥、预热和挥发分析出区域，因较少送风且煤层受热而大量析出挥发分，形成含有大量挥发分N的还原性烟气(即约450~500℃的中温炉烟)，在此区域通过再循环风机抽取该含N还原性烟气，尔后再借助于增压风机高速送入炉膛折焰角下方的燃尽区，在还原性气氛下此烟气中挥发分N可将燃尽区上行烟气中业已大量生成的NO还原成N₂，而非在氧化性火焰中与大量O、OH和O₂等原子团反应生成NCO(通常NCO将再进一步氧化生成NO)，从而进一步减少NO_x排放。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种具有两级烟气再循环的低氮燃烧链条炉，由炉膛、给煤机、链条炉排、渣斗和尾部烟道组成，所述炉膛由前炉拱和后炉拱分成上下两部分，所述炉膛的上部分包括前墙、后墙和折焰角，所述尾部烟道内自上而下布置有省煤器和空气预热器，所述链条炉排包裹的空间区域布置有多个一次风室，多个一次风室沿链条炉排的行进方向呈“一”字排开，所述多个一次风室的出口与所述链条炉排相通，用以供给煤层燃烧所需的一次风；所述链条炉还在所述尾部烟道介于所述省煤器和所述空气预热器之间位置抽取低温再循环炉烟，所述低温再循环炉烟送入所述链条炉排前部的若干个所述一次风室，用于在炉排燃烧区组织第一级烟气再循环；所述链条炉还在所述前炉拱的中部区域设有中温炉烟抽取口，用以抽取所述前炉拱下方区域具有还原活性的中温再循环炉烟，所述中温再循环炉烟经由多个中温炉烟喷口喷入所述折焰角下方的炉膛燃尽区，用于在所述炉膛燃尽区组织第二级烟气再循环，所述中温炉烟喷口对称设置在所述前墙和后墙的中上部且沿炉宽方向均呈“一”字排开。

进一步的，所述前炉拱和所述后炉拱的中上部区域分别布置有多个前墙二次风喷口和多个后墙二次风喷口，用于通入二次风，所述多个前墙二次风喷口和多个后墙二次风喷口均沿炉宽方向呈“一”字排开且与所述炉膛下部连通，且所述前墙二次风喷口的位置较所述后墙二次风喷口的位置高。

进一步的，所述链条炉还在所述前墙和所述后墙的下部对称布置多个燃尽风喷口，用于通入燃尽风，所述多个燃尽风喷口沿炉宽方向呈“一”字排开且与所述炉膛连通。

进一步的，所述一次风和低温再循环烟气送入所述多个一次风室内时采用分段配送法，即在对应煤干燥、挥发分析出区域的前部若干一次风室送入所有低温再循环烟气和约30%的一次风，对应挥发分着火、焦炭主燃烧的中部若干一次风室送入约50%的一次风，对应燃尽区的后部若干一次风室送入剩余约20%的一次风。

进一步的，所述多个前墙二次风喷口和后墙二次风喷口、多个燃尽风喷口、多个中温炉烟喷口在炉宽方向一一对应；所述前墙二次风喷口和后墙二次风喷口分别相对于水平方向下倾25~40°角和10~25°角，所述燃尽风喷口和所述中温炉烟喷口均相对于水平方向下倾20~40°角；所述二次风、燃尽风和中温再循环炉烟其喷口流速均在60~100m/s范围内。

进一步的，进入所述一次风室的一次风、进入所述前墙二次风喷口和所述后墙二次风喷口的二次风、进入所述燃尽风喷口的燃尽风、进入前部若干个所述一次风室的低温再循环烟气、进入所述中温炉烟喷口的中温再循环炉烟均可调；一次风率、二次风率、燃尽风率、低温再循环烟气率和中温再循环烟气率分别控制在65~80%、10~15%、10~20%、10~20%和约10%范围内，炉排燃烧区过量空气系数约0.75~0.85，二次风喷入的悬浮燃烧区过量空气系数约0.95~1.1，燃尽风喷入的燃尽区过量空气系数约1.3。

在煤粉炉中分级燃烧和低温烟气再循环的合理利用均可实现NO_x减排30%以上。本质上，本发明的炉膛燃尽区中温炉烟再循环其起到的脱硝效果类似于煤粉炉的再燃技术，该技术可实现NO_x减排50%以上。本发明提出的具有两级烟气再循环的低氮燃烧链条炉，将空气分级燃烧技术、炉排区低温烟气再循环和炉膛燃尽区中温炉烟再循环精妙联用，预计可将链条炉约500mg/m³的NO_x初始浓度减排至约150mg/m³，从而解决现有技术中链条炉NO_x排放高的问题。

附图说明

图1是本发明的炉膛结构、燃烧组织及炉膛纵截面上流场示意图（图中各股喷入炉内气流的速度方向均采用箭头标出)。

图中各附图标记含义：1-炉膛；1a-前墙；1b-后墙；1c-折焰角；2-给煤机；3-链条炉排；4-渣斗；5-尾部烟道；6-1 - 一次风室；6-2 - 一次风；7a-前炉拱；7b-后炉拱；8a-前墙二次风喷口；8b-后墙二次风喷口；8-2 -二次风；9-1 - 燃尽风喷口；9-2 - 燃尽风；10-省煤器；11-空气预热器；12-低温再循环烟气；13-1 -中温炉烟抽取口；13-2 -中温再循环炉烟；14-中温炉烟喷口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的具有两级烟气再循环的低氮燃烧链条炉，所述链条炉由炉膛1、给煤机2、链条炉排3、渣斗4和尾部烟道5组成；所述炉膛1由前炉拱7a和后炉拱7b分成上、下两部分，且在所述炉膛1的上部分包括前墙1a、后墙1b和折焰角1c；所述尾部烟道5内自上而下布置有省煤器10和空气预热器11；所述链条炉排3包裹的空间区域布置有多个一次风室6-1，所述多个一次风室6-1沿所述链条炉排3的行进方向呈“一”字排开，所述多个一次风室6-1的出口与所述链条炉排3相通，用以供给煤层燃烧所需的一次风6-2；在所述前炉拱7a和所述后炉拱7b的中上部区域分别布置有多个前墙二次风喷口8a和多个后墙二次风喷口8b，用于通入二次风8-2，所述多个前墙二次风喷口8a和所述多个后墙二次风喷口8b均沿炉宽方向呈“一”字排开且与所述炉膛1下部连通，且所述前墙二次风喷口8a的位置较所述后墙二次风喷口8b的位置高；所述链条炉还在所述前墙1a和所述后墙1b的下部对称布置多个燃尽风喷口9-1，用于通入燃尽风9-2，所述多个燃尽风喷口9-1沿炉宽方向呈“一”字排开且与所述炉膛1连通；所述链条炉还在所述尾部烟道5的适当位置(介于所述省煤器10和所述空气预热器11之间的位置)抽取低温再循环烟气12，送入所述链条炉排3前部的若干个所述一次风室6-1，用于在炉排燃烧区组织第一级烟气再循环；所述链条炉还在所述前炉拱7a的中部区域设有中温炉烟抽取口13-1，用以抽取所述前炉拱7a下方区域具有还原活性的中温再循环炉烟13-2，所述中温再循环炉烟13-2通过多个中温炉烟喷口14(对称设置在所述前墙1a和后墙1b的中上部且沿炉宽方向均呈“一”字排开)高速喷入所述折焰角1c下方的炉膛燃尽区，用于在所述炉膛燃尽区组织第二级烟气再循环。

所述多个二次风喷口(包含所述前墙二次风喷口8a和所述后墙二次风喷口8b)、多个燃尽风喷口9-1、多个中温炉烟喷口14在炉宽方向一一对应；所述前墙二次风喷口8a和后墙二次风喷口8b分别相对于水平方向下倾25~40°角和10~25°角，所述燃尽风喷口9-1和所述中温炉烟喷口14均相对于水平方向下倾20~40°角；所述二次风8-2、燃尽风9-2和中温再循环炉烟13-2其喷口流速均在60~100m/s范围内。

进入所述一次风室6-1的一次风6-2、进入所述前墙二次风喷口8a和所述后墙二次风喷口8b的二次风8-2、进入所述燃尽风喷口9-1的燃尽风9-2、进入前部若干个所述一次风室6-1的低温再循环烟气12、进入所述中温炉烟喷口14的中温再循环炉烟13-2均可调；一次风率、二次风率、燃尽风率、低温再循环烟气率和中温再循环烟气率分别控制在65~80%、10~15%、10~20%、10~20%和约10%范围内，炉排燃烧区过量空气系数约0.75~0.85，二次风喷入的悬浮燃烧区过量空气系数约0.95~1.1，燃尽风喷入的燃尽区过量空气系数约1.3。

一次风6-2和低温再循环烟气12的分配需遵循一定的原则，即沿所述链条炉排3的行进方向的前部若干个一次风室6-1(对应煤干燥、挥发分析出区域)送入所有低温再循环烟气12和约30%的一次风6-2，中部若干个一次风室6-1(对应挥发分着火和焦炭燃烧的主燃区)送入约50%的一次风6-2，后部若干个一次风室6-1(对应燃尽区)送入剩余约20%的一次风6-2。

本发明适用于各种中小型工业燃煤链条锅炉。以上所述仅为本发明的较佳实施案例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属于本发明专利的涵盖范围。

Claims

1.一种具有两级烟气再循环的低氮燃烧链条炉，由炉膛（1）、给煤机（2）、链条炉排（3）、渣斗（4）和尾部烟道（5）组成，所述炉膛（1）由前炉拱（7a）和后炉拱（7b）分成上下两部分，所述炉膛（1）的上部分包括前墙（1a）、后墙（1b）和折焰角（1c），所述尾部烟道（5）内自上而下布置有省煤器（10）和空气预热器（11），所述链条炉排（3）包裹的空间区域布置有多个一次风室（6-1），多个一次风室（6-1）沿链条炉排（3）的行进方向呈“一”字排开，所述多个一次风室（6-1）的出口与所述链条炉排（3）相通，用以供给煤层燃烧所需的一次风（6-2）；其特征在于：所述链条炉还在所述尾部烟道（5）介于所述省煤器（10）和所述空气预热器（11）之间位置抽取低温再循环炉烟（12），所述低温再循环炉烟（12）送入所述链条炉排（3）前部的若干个所述一次风室（6-1），用于在炉排燃烧区组织第一级烟气再循环；所述链条炉还在所述前炉拱（7a）的中部区域设有中温炉烟抽取口（13-1），用以抽取所述前炉拱（7a）下方区域具有还原活性的中温再循环炉烟（13-2），所述中温再循环炉烟（13-2）经由多个中温炉烟喷口（14）喷入所述折焰角（1c）下方的炉膛燃尽区，用于在所述炉膛燃尽区组织第二级烟气再循环，所述中温炉烟喷口（14）对称设置在所述前墙（1a）和后墙（1b）的中上部且沿炉宽方向均呈“一”字排开；

所述链条炉还在所述前墙（1a）和所述后墙（1b）的下部对称布置多个燃尽风喷口（9-1），用于通入燃尽风（9-2），所述多个燃尽风喷口（9-1）沿炉宽方向呈“一”字排开且与所述炉膛（1）连通；

所述一次风（6-2）和低温再循环烟气（12）送入所述多个一次风室（6-1）内采用分段配送法，即在对应煤干燥、挥发分析出区域的前部若干一次风室（6-1）送入所有低温再循环烟气（12）和30%的一次风（6-2），对应挥发分着火、焦炭主燃烧的中部若干一次风室（6-1）送入50%的一次风（6-2），对应燃尽区的后部若干一次风室（6-1）送入剩余20%的一次风（6-2）。

2.如权利要求1所述的具有两级烟气再循环的低氮燃烧链条炉，其特征在于：所述前炉拱（7a）和所述后炉拱（7b）的中上部区域分别布置有多个前墙二次风喷口（8a）和多个后墙二次风喷口（8b），用于通入二次风（8-2），所述多个前墙二次风喷口（8a）和多个后墙二次风喷口（8b）均沿炉宽方向呈“一”字排开且与所述炉膛（1）下部连通，且所述前墙二次风喷口（8a）的位置较所述后墙二次风喷口（8b）的位置高。

3.如权利要求1所述的具有两级烟气再循环的低氮燃烧链条炉，其特征在于：所述多个前墙二次风喷口（8a）和后墙二次风喷口（8b）、多个燃尽风喷口（9-1）、多个中温炉烟喷口（14）在炉宽方向一一对应；所述前墙二次风喷口（8a）和后墙二次风喷口（8b）分别相对于水平方向下倾25~40°角和10~25°角，所述燃尽风喷口（9-1）和所述中温炉烟喷口（14）均相对于水平方向下倾20~40°角；所述二次风（8-2）、燃尽风（9-2）和中温再循环炉烟（13-2）其喷口流速均在60~100m/s范围内。

4.如权利要求1所述的具有两级烟气再循环的低氮燃烧链条炉，其特征在于：进入所述一次风室（6-1）的一次风（6-2）、进入所述前墙二次风喷口（8a）和所述后墙二次风喷口（8b）的二次风（8-2）、进入所述燃尽风喷口（9-1）的燃尽风（9-2）、进入前部若干个所述一次风室（6-1）的低温再循环烟气（12）、进入所述中温炉烟喷口（14）的中温再循环炉烟（13-2）均可调；一次风率、二次风率、燃尽风率、低温再循环烟气率和中温再循环烟气率分别控制在65~80%、10~15%、10~20%、10~20%和10%范围内，炉排燃烧区过量空气系数0.75~0.85，二次风喷入的悬浮燃烧区过量空气系数0.95~1.1，燃尽风喷入的燃尽区过量空气系数1.3。