CN101158468B - 煤粉高温预热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种煤粉高温预热方法，涉及煤粉燃烧技术，是从绝热的循环流化床燃烧室中下部加入煤粉，从其底部通入少量空气；煤粉部分燃烧，将煤粉加热到800～1300℃，高温煤粉随烟气进入旋风分离器，部分煤粉被旋风分离器捕集、经返料器送回燃烧室，其余煤粉随烟气喷入煤粉锅炉的燃烧器燃烧。本发明方法应用面广，燃烧稳定性好，还可以配合分级配风技术，控制炉膛温度水平和温度分布的均匀性，从而大幅度降低氮氧化物(NOx)的排放。
Description
技术领域
本发明涉及燃烧技术领域，是一种煤粉燃烧方法，特别是一种煤粉高温预热方法。
技术背景
二十世纪九十年代初，日本Tanaka等人提出了高温空气燃烧技术，燃烧所用空气最大限度地回收烟气的余热，使空气温度预热到800℃以上；同时燃料在低氧气氛下燃烧，实现NOx超低排放。这种燃烧方式具有高效节能和低污染排放的双重优越性，实践表明对于气体燃料节能达到60％，污染物减排25％。高温空气燃烧技术已在气体燃料的工业应用上取得了良好的环境效益和经济效益。
1999年和2002年，日本IHI公司对煤粉的高温空气燃烧进行的研究表明，煤粉燃烧稳定性好，炉膛内温度场均匀，氮氧化物排放降低。中国专利200510011811.2公开了一种煤粉高温燃烧方法，借助循环流化床在高过剩空气系数下燃烧的技术提供温度超过800℃、氧含量为8～13％的高温助燃气体，用于煤粉的燃烧。研究表明煤粉炉温度场均匀、燃烧效率高、NOx排放低。
但是与气体燃料高温空气燃烧相比，煤粉的高温空气燃烧存在一个问题：煤粉的比热远大于一般气体燃料，常温煤粉与高温空气掺混后，会显著降低高温空气的温度，在一定程度上影响了高温空气燃烧的效果。
中国专利申请93107510.6公开了一种流化床煤粉预燃加热燃烧器，在煤粉一次风喷口外设置一小型流化床煤粉预燃加热室，以期燃用难燃煤种，并解决煤粉锅炉低负荷下通常需要助燃的问题。但是，由于该流化床煤粉预燃加热室加入的燃料为煤粉，其粒径通常基本小于200μm，而不是常规流化床燃烧室中所加入的粒度通常在0～5mm之间的煤粒，因此常规流化床燃烧室所具有的特点在该煤粉预燃加热室中很难实现。具体地，该专利申请中所述的运行时流化床内为炽热的床料，实际上很难实现。因为对于常规流化床燃烧室，粒径较大的煤会在流化床下部形成密相区，同时燃烧放热，成为炽热的床层，加热新加入的煤；但是按照该专利申请，加入预燃加热室的煤粉将被流化风直接向上输送至燃烧室出口，无法形成密相区；虽然惰性床料在燃烧室下部形成密相区，但是由于床料本身无法燃烧放热，煤粉进入流化床后又会被流化风直接向上输送、基本不加热床料，惰性床料形成的密相区将不可能达到700～1050℃的高温。此外，由于压力分布的原因，煤粉只能从流化床的密相区上方加入预燃室，其后将被流化风直接向上输送，其与床料的混合将很有限，即便床料是炽热的，也基本无法加热煤粉。因此，该专利申请所公开的装置事实上无法提供高温的煤粉。
发明内容
本发明的目的在于提出一种能够将煤粉温度预热到800℃以上的方法，以实现煤粉高温燃烧，大幅度减少氮氧化物(NOx)排放。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供的煤粉高温预热方法是，从绝热的循环流化床燃烧室中下部加入煤粉，从其底部通入少量空气；煤粉部分燃烧，将煤粉加热到800～1300℃，高温煤粉随烟气进入旋风分离器，少量煤粉被旋风分离器捕集、经返料器送回燃烧室，其余煤粉随烟气喷入煤粉锅炉的燃烧器燃烧。
所述的方法，其所述少量空气，为相对于所加入的煤粉而言，空气/燃料化学计量比为0.05～0.3的空气。
所述的方法，还向所述的循环流化床燃烧室中加入少量粒径在0.2～10mm之间的颗粒。
所述的方法，其所述少量粒径在0.2～10mm之间的颗粒，与所加入的煤粉的质量比小于1∶10。
所述的方法，其所述粒径在0.2～10mm之间的颗粒为惰性床料，如河砂、石英砂或三氧化二铝小球。
所述的方法，其所述粒径在0.2～10mm之间的颗粒为煤粒。
本发明提供的循环流化床煤粉预热方法利用循环流化床燃料适应性广、燃烧稳定性好、炉膛内部温度均匀的特点，将煤粉加入循环流化床内并通入少量的空气，使小部分煤粉燃烧放热加热其余煤粉，以获得温度高于800℃的煤粉；煤粉预热的温度可在一定范围内根据需要进行调节，高温的煤粉经煤粉燃烧器引入到煤粉锅炉中，配合分级配风技术，可大幅度降低NOx排放。本发明还可用于难燃燃料，包括无烟煤、半焦、石油焦等的稳燃、煤粉锅炉的低负荷运行；本发明同样适用于粉碎的生物质燃料的燃烧。
具体实施方式
本发明的原理是：
循环流化床燃烧室中通入远少于理论空气量的空气，仅占所加煤粉所需的理论燃烧空气量的5～30％，使煤粉只有少部分燃烧，放出的热量用于加热煤粉；通过调节给入循环流化床燃烧室的空气量，可以调节煤粉预热温度；通入的空气量越多，煤粉被加热到的温度越高；针对确定的煤质，可以通过计算确定通入的空气量与煤粉被加热所达到的温度之间的关系。循环流化床燃烧室为绝热的，不设受热面，可使煤燃烧所放出的热量都用于加热煤粉。
高温的煤粉和含有煤粉热解气化产生的可燃气体及液体的烟气从循环流化床燃烧室上部进入旋风分离器。典型的煤粉粒径分布为90％小于100μm、95％小于150μm，而典型的旋风分离器可以捕捉的颗粒粒径范围集中在100μm以上；再加上由于煤粉加入燃烧室后将全部被流化风向上输送至燃烧室出口，燃烧室上部不再是常规循环流化床中的稀相区，而是物料浓度相当大，因此高浓度物料进入旋风分离器，由于固体颗粒的团聚作用，使得部分煤粉将被旋风分离器捕集，并经由返料器送回循环流化床燃烧室，再次与空气混合、燃烧放热，从而可在燃烧室下部和中上部都维持稳定的高温区域。其余煤粉将与烟气一起从旋风分离器的气体出口逸出，进入煤粉锅炉，进行高温燃烧。
对于特别的煤质，可能循环回路内的物料浓度偏低，可在运行期间向循环流化床燃烧室内加入的少量粒径在0.2～10mm之间的颗粒，以便提供更多的循环物料，并在燃烧室底部形成密相区。循环物料在燃烧室、旋风分离器、返料器组成的回路之间循环，煤粉在进入燃烧室后迅速被高温的循环物料和床料加热、点燃，继而又在燃烧室稳定燃烧放热、加热循环床料，因此循环物料的存在使得煤燃烧放出的热量可均匀的提升整个回路的温度，并使整个回路保持在高温状态，保证煤粉可被加热到800～1300℃。所加入的粒径在0.2～10mm之间的颗粒的量以保持燃烧室内的温度均匀为宜，尽可能少加，一般与所加入的煤粉的质量比小于1∶10。
高温煤粉进入煤粉锅炉后，接触空气即迅速着火，燃烧稳定性好，还可以配合分级配风技术，控制炉膛温度水平和温度分布的均匀性，从而大幅度降低NOx排放。
实施例1
从绝热的循环流化床燃烧室中下部加入贫煤煤粉和空气/燃料化学计量比(即实际加入的空气量与所加燃料的理论燃烧空气量之比)为0.05的空气，使部分煤粉燃烧放热，将煤粉加热至800℃。高温煤粉随烟气进入旋风分离器，少量煤粉被旋风分离器捕集后经返料器送回循环流化床燃烧室，其余高温煤粉随烟气从分离器气体出口流出，进入煤粉锅炉的煤粉燃烧器燃烧。
实施例2
从绝热的循环流化床燃烧室中下部加入无烟煤煤粉和少量粒径在0.5～10mm之间的煤粒，煤粒与煤粉的质量比为1∶10，从循环流化床燃烧室底部通入空气/燃料化学计量比为0.3的空气，部分煤粉和煤粒燃烧放热，将煤粉加热至1300℃。煤粉和部分煤粒随烟气进入旋风分离器，煤粒及少量煤粉被捕集后经返料器送回循环流化床燃烧室，其余高温煤粉和烟气从分离器气体出口流出，进入煤粉锅炉的煤粉燃烧器燃烧。
实施例3
从绝热的循环流化床燃烧室中下部加入烟煤煤粉和少量粒径在0.2～2mm之间的河砂，河砂与煤粉的质量比为1∶20，从循环流化床燃烧室底部通入空气/燃料化学计量比为0.2的空气，部分煤粉燃烧放热，将煤粉加热至1100℃。煤粉和部分河砂随烟气进入旋风分离器，河砂及少量煤粉被捕集后经返料器送回循环流化床燃烧室，其余高温煤粉和烟气从分离器气体出口流出，进入煤粉锅炉的煤粉燃烧器燃烧。
Claims (3)
1.一种煤粉高温预热方法，其特征在于，从绝热的循环流化床燃烧室中下部加入煤粉，从其底部通入少量空气；煤粉部分燃烧，将煤粉加热到800～1300℃，高温煤粉随烟气进入旋风分离器，部分煤粉被旋风分离器捕集、经返料器送回燃烧室，其余煤粉随烟气喷入煤粉锅炉的燃烧器燃烧；
所述少量空气，为相对于所加入的煤粉而言，空气/燃料化学计量比为0.05～0.3的空气。
2.按权利要求1所述的煤粉高温预热方法，其特征在于，还向循环流化床燃烧室内加入少量粒径在0.2～10mm之间的颗粒；
所述少量粒径在0.2～10mm之间的颗粒为惰性床料或煤粒，其与所加入的煤粉的质量比小于1∶10。
3.按权利要求2所述的煤粉高温预热方法，其特征在于，所述惰性床料，为河砂、石英砂或三氧化二铝小球。
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