CN103697465A - 一种利用高温烟气实现乏气煤粉再燃并降低NOx的锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用高温烟气实现乏气煤粉再燃并降低NO_x的锅炉，包括具有乏气喷口和燃尽风喷口的锅炉本体，在所述锅炉本体上设有通过管道相互连接的旋风分离器和二级旋风分离器，所述二级旋风分离器分别通过管道与锅炉本体上的乏气喷口和燃尽风喷口相连，在锅炉的烟道上设置炉烟抽取处，所述炉烟抽取处经由高温炉烟管道与所述二级旋风分离器和乏气喷口相连，所述高温炉烟管道上设有风机。本发明从锅炉烟道处抽取高温炉烟，用该高温炉烟预加热乏气，同时对乏气引射入炉膛火焰中心参与燃烧，有利于乏气中煤粉的着火和燃尽，本发明在兼顾降低飞灰含碳量的同时还降低了NO_x的排放。

Description

一种利用高温烟气实现乏气煤粉再燃并降低NOx的锅炉

技术领域

本发明涉及一种锅炉，特别是涉及一种利用高温烟气实现乏气煤粉再燃并降低NO_x的锅炉。 

背景技术

锅炉是燃用难燃煤种（如无烟煤、贫煤等）的设备，其炉型包括四角切圆燃烧锅炉、对冲燃烧锅炉、W型火焰锅炉等。锅炉炉膛里一般布置有卫燃带，使炉膛维持较高温度，起到着火强化和稳定燃烧的效果。在制粉系统选型时通常会考虑中间仓储式制粉系统或在燃烧器设计时考虑浓淡分离燃烧，以提高主燃烧器煤粉浓度。这两种方式均会产生乏气淡煤粉以单独的燃烧器喷口喷入炉膛。 

例如：中间仓储式四角切圆燃烧锅炉，乏气三次风燃烧器喷口布置在主燃区最上层，且喷口风速一般45m/s以上，三次风温已提升至100℃左右，但高速的乏气三次风不仅干扰炉膛内燃烧火焰，而且乏气中含有的细粉在较高位置喷入炉膛，速度过高，炉膛停留时间短，造成乏气煤粉不易燃尽，飞灰含碳量增加。同样，对冲燃烧锅炉也存在类似的问题。 

但对于W火焰锅炉则有不同，由于W火焰锅炉型式有多种，乏气喷口布置方式亦有多种。市场上引进美国福斯特惠勒技术的W火焰锅炉，其乏气由燃烧器旋风子分离器引出后，从主燃烧器向火侧的拱上圆形喷嘴喷入炉膛；引进英国巴布考克技术的W火焰锅炉，乏气由燃烧器旋风子分离器引出后从主燃烧器向火侧的拱上缝隙式喷嘴喷入炉膛；引进美国巴威技术的W火焰锅炉，乏气由主燃烧器弯头离心分离出后从拱下垂直炉墙圆形喷口以一定下倾角度喷入炉膛。 

W火焰锅炉乏气的处理方式应是以较高风速把乏气煤粉送入炉 膛火焰中心，且保证其在炉膛内的停留时间，使超细难燃的乏气煤粉尽快燃尽。但从多台锅炉实际运行情况看，乏气淡煤粉在不同位置喷入炉膛均会对锅炉产生一定影响，干扰炉内燃烧，使得燃烧稳定性差，造成飞灰含碳量偏高，炉效降低等，最终给用户造成一定的经济性损失。特别针对W火焰锅炉，在日常运行和调试中，多台锅炉乏气喷口已关小或完全关闭状态下运行。但如此运行的燃烧器已远远偏离其原有浓淡分离的设计理念，进一步造成的问题是锅炉断油负荷提高，稳燃性能差，机组在低于断油负荷和高负荷均要投入油枪伴烧，年耗油居高不下，机组经济性差。 

随着环保要求愈趋严格，已有运行的W型火焰锅炉在上炉膛下部增装了分离式燃尽风喷口，用以降低NO_x排放量，初步取得了不错的效果。但在多台改造机组中，增加分离式燃尽风却给锅炉的运行带来了很多不利的影响，如燃烧不稳，低负荷时极易灭火，飞灰含碳量剧增，燃烧效率下降，NO_x排放量高等等。 

产生上述问题的主要原因是，低挥发分无烟煤、贫煤的着火和稳定燃烧需要炉膛拥有较高的温度，但维持较高温度会导致氮氧化物生成量的增加，这是一个难以调和的矛盾。 

针对锅炉制粉乏气处理的专利技术已有多种，如电站锅炉制粉系统中的乏气处理装置（专利申请号96242050.6），仓储式煤粉锅炉制粉系统送粉乏气的分离装置（专利申请号200410009997.3），抽低温炉烟干燥乏气热风复合送粉烟煤贫煤普适型制粉系统（专利申请号201010013734.5），中间仓储式制粉系统煤粉锅炉及其三次风布置结构（专利申请号201120172697.2）等；但其中实际应用的专利技术并不多，需指出的是中间仓储式制粉系统煤粉锅炉及其三次风布置结构（专利申请号201120172697.2）在国内一电厂煤粉锅炉上应用，对于三次风煤粉燃尽具有一定的作用，但其它专利技术使用的效果一般，尤其与采用低NO_x燃烧技术改造配合的锅炉性能有所影响，比如：着火不稳定，下炉膛燃烧恶化，灰分含碳量高，对流受热面超温严重，锅炉燃烧热效率下降等等。 

上述现有技术的缺陷包括： 

⑴现有公布的专利从制粉系统改造或乏气中回收煤粉的方式出发，从锅炉整体燃烧结合的因素较少； 

⑵现有公布的专利锅炉仅靠增加燃尽风的手段降低NO_x排放量，对煤粉燃尽、保证锅炉燃烧效率的前提没有实现； 

⑶现有公布的专利在应用中暴露出的主要问题：一是锅炉燃烧性能影响，主要体现在锅炉的着火稳定性差，负压波动大，易灭火；二是NO_x排放量较高。上述问题在经济性和环保性两方面的体现尤为明显。 

细煤粉再燃脱硝方法（专利申请号200410073020.8）中也是采用高温炉烟作为再燃燃料的输送介质，再燃燃料取自制粉系统输出的煤粉，未对制粉系统产生的乏气给予处理（仍保持了原乏气喷口的布置方式），因此，锅炉运行中乏气存在的弊端无法消除，乏气对炉内低氧量燃烧具有极大的干扰性，在降低NO_x水平方面及降低锅炉飞灰含碳量方面均存在一定问题。 

发明内容

本发明的目的是提出一种能够适用于四角切圆煤粉锅炉、对冲燃烧锅炉，以及采用双旋风筒式燃烧器、直流缝隙式燃烧器、双调风旋流式燃烧器等各种类型燃烧器的利用高温烟气实现乏气煤粉再燃并降低NOx的锅炉。 

为实现上述目的，本发明提供了一种利用高温烟气实现乏气煤粉再燃并降低NOx的锅炉，包括具有乏气喷口和燃尽风喷口的锅炉本体，在所述锅炉本体上设有通过管道相互连接的旋风分离器和二级旋风分离器，所述二级旋风分离器分别通过管道与锅炉本体上的乏气喷口和燃尽风喷口相连，在锅炉的烟道上设置炉烟抽取处，所述炉烟抽取处经由高温炉烟管道与所述二级旋风分离器和乏气喷口相连，所述高温炉烟管道上设有风机。 

优选地，所述炉烟抽取处的炉烟温度范围为100℃～700℃。 

优选地，所述的锅炉上包括锅炉省煤器、空气预热器和静电除尘器，所述炉烟抽取处设置在锅炉水平烟道、或垂直烟道、或锅炉省煤器后空气预热器前的烟道、或空气预热器后静电除尘器前的烟道上。 

优选地，所述二级旋风分离器的下方设有混合器，所述混合器分别与所述的二级旋风分离器、高温炉烟管道以及乏气喷口相连。 

优选地，所述混合器与所述二级旋风分离器以及所述混合器与所述高温炉烟管道之间均设有防火阀。 

优选地，所述高温炉烟管道内的高温烟气与所述二级旋风分离器内的乏气在所述混合器里混合，混合后的气体携带70%以上的细粉以10～50m/s的速度由所述乏气喷口喷入锅炉炉膛。 

优选地，含有少于30％细粉的洁净空气以25m/s以上的速度经由所述二级旋风分离器上端的燃尽风喷口喷入锅炉炉膛。 

优选地，所述高温炉烟的总烟气量与锅炉一次风的总量相当，并且所述高温炉烟喷入锅炉炉膛时喷口的速度为10～50m/s。 

优选地，在高温炉烟管道上还设置有调节烟气温度的冷风管道。 

基于上述技术方案，本发明的优点是： 

1、本发明从锅炉烟道处抽取高温炉烟，用该高温炉烟预加热乏气，同时对乏气引射入炉膛火焰中心参与燃烧。乏气预加热后吸收的着火热量相对减少，即减少了对周围热烟气的干扰作用（冷却），乏气在高温炉烟的引射下速度提高，对炉膛火焰中心的烟气具有很大扰动，加强了高温烟气和乏气间的混合，有利于乏气中煤粉的着火和燃尽。 

2、从乏气中分离出的细粉用循环烟气输送至下炉膛燃烧；分离出的含少量粉的空气作为燃尽风输送至上炉膛下部，以乏气中超细煤粉，在兼顾降低飞灰含碳量的同时降低NO_x排放。 

3、本发明无需复杂工艺，成本低，提高锅炉燃烧效率，降低飞灰含碳量，同时兼顾了降低氮氧化物，具有一定的经济效益和环保效益。 

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中： 

图1为本发明的结构示意图； 

图2为图1中二级旋风分离器3的放大示意图； 

其中：1一次粉管进口，2旋风分离器，3二级旋风分离器，4乏气喷口，5高温炉烟管道，6燃尽风喷口，7主燃烧器喷口，8二次风风箱，9分级风喷口，10高温炉烟取气处，11风机，12电除尘器，13烟囱，15防火阀，16混合器。 

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 

参见图1和图2，其中示出本发明一种利用高温烟气实现乏气煤粉再燃并降低NO_x的锅炉的优选实施例，本发明所述的锅炉包括具有乏气喷口4和燃尽风喷口6的锅炉本体，当然，本发明的锅炉也可以包括各种通用锅炉的其他常规部件，例如：一次粉管进口1、燃尽风喷口6、主燃烧器喷口7以及二次风风箱8、分级风喷口9等。 

进一步，在所述锅炉本体上设有通过管道相互连接的旋风分离器2和二级旋风分离器3，所述二级旋风分离器3分别通过管道与锅炉本体上的乏气喷口4和燃尽风喷口6相连，在锅炉的烟道上设置炉烟抽取处，优选地，所述的锅炉上还包括锅炉省煤器、空气预热器和静电除尘器，所述的炉烟抽取处可以设置在锅炉水平烟道、或垂直烟道、或锅炉省煤器后空气预热器前的烟道、或空气预热器后静电除尘器前的烟道上，当然炉烟抽取处也可以设置在上述几处的烟道上；所述炉烟抽取处经由高温炉烟管道5与所述二级旋风分离器3和乏气喷口4相连，所述高温炉烟管道5上设有风机11，该风机11对高温烟气具有增压作用。由此，可以通过风机11的驱动，将高温炉烟与乏气混合， 喷入锅炉炉膛，如图1所示。 

在本实施例中，如图2所示，所述二级旋风分离器3的下方设有混合器16，所述混合器16分别与所述的二级旋风分离器3、高温炉烟管道5以及乏气喷口4相连。优选地，所述混合器16与所述二级旋风分离器3以及所述混合器16与所述高温炉烟管道5之间均设有防火阀15。 

进一步，在本发明中，所述高温炉烟管道5内的高温烟气与所述二级旋风分离器3内的乏气在所述混合器16里混合，混合后的气体携带70%以上的细粉以10～50m/s的速度由所述乏气喷口4喷入锅炉炉膛，由此，含有较多煤粉的炉烟混合气在较高温度下以高动量射入炉膛火焰中心，有利于乏气煤粉的燃烧；而另一方面，含有少于30％细粉的洁净空气以25m/s以上的速度经由所述二级旋风分离器3上端的燃尽风喷口6喷入锅炉炉膛，由此，洁净空气所补充的氧气可以供未燃尽的碳继续燃烧，同时能够还原部分生成的NO_x，从而降低了NO_x的排放量。 

更优选地，所述高温炉烟的总烟气量与锅炉一次风的总量相当，并且所述高温炉烟喷入锅炉炉膛时喷口的速度为10～50m/s。且在高温炉烟管道5上还设置有调节烟气温度的冷风管道。上述高温炉烟的总烟气量与锅炉一次风的总量相当，是指高温炉烟的总烟气量与锅炉一次风总量具体数值的误差量在本领域技术的允许范围内。 

具体地，本发明的工作原理为： 

本发明从锅炉烟道处抽取高温炉烟，并用高温炉烟预加热乏气，同时对乏气引射入炉膛火焰中心参与燃烧；抽取的炉烟温度范围在100℃～700℃之间，炉烟抽取处可以是锅炉水平烟道、或垂直烟道、或省煤器后空气预热器前的烟道、或空气预热器后静电除尘器12前的烟道，炉烟抽取处的选择主要由锅炉燃煤煤种的着火温度决定。工作时，高温烟气和乏气在炉前设置的二级旋风分离器3下方出口的混合器16里混合，混合后的气体携带70%以上的细粉，以一定速度（例如：10～50m/s）由原乏气喷口4喷入炉膛。同时，二级旋风分离器3 上端出口为相对洁净的空气（含不足30%的细粉），以一定速度（25m/s以上）由燃尽风喷口6的中心管处喷入炉膛，燃尽风风速较高，对含粉的空气具有一定携带作用。优选地，混合器16的内壁、高温炉烟管道5及喷口均采用耐高温耐磨损材料。 

参见图1和图2，本发明的工作过程为： 

本实施例以W型火焰锅炉为例，高温炉烟在锅炉尾部烟道（如图1所示为空气预热器入口，因炉烟温度而不同）烟气取气处10经热风机11提供一定动力后输送至炉前后的燃烧器附近（如图1所示）。乏气由原燃烧器引出后进入二级旋风分离器3，在二级旋风分离器3中高温炉烟和乏气混合（例如，高温炉烟管道5内的高温烟气与所述二级旋风分离器3内的乏气在混合器16里混合）。 

然后，一路混合气（相对较粗的粉）在高速炉烟射流的引流作用下经原乏气喷口4喷入炉膛，另一路混合气（相对较细的粉）经燃尽风喷口6喷入炉膛。从而在炉膛内部形成第一级燃尽区和第二级燃尽区。在第一级燃尽区域内，含有较多煤粉的炉烟混合气在较高温度下以高动量射入炉膛火焰中心，有利于乏气煤粉的燃烧；含有极少的煤粉由另一路混合气携带经燃尽风喷口6（此处原燃尽风取自二次风风箱8）喷入炉膛，补充的氧气供未燃尽的碳继续燃烧，同时还原部分生成的NO_x，降低NO_x排放量。 

优选地，高温炉烟的总烟气量与一次风总量相当，高温炉烟喷入炉膛时喷口速度为10～50m/s，炉烟温度低于燃煤着火温度50～150℃。在高温炉烟管道上布置有冷风管道，其作用为调节烟气温度。 

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。 

Claims (9)

1.一种利用高温烟气实现乏气煤粉再燃并降低NO_x的锅炉，包括具有乏气喷口（4）和燃尽风喷口（6）的锅炉本体，在所述锅炉本体上设有通过管道相互连接的旋风分离器（2）和二级旋风分离器（3），所述二级旋风分离器（3）分别通过管道与锅炉本体上的乏气喷口（4）和燃尽风喷口（6）相连，其特征在于：在锅炉的烟道上设置炉烟抽取处，所述炉烟抽取处经由高温炉烟管道（5）与所述二级旋风分离器（3）和乏气喷口（4）相连，所述高温炉烟管道（5）上设有风机（11）。

2.根据权利要求1所述的利用高温烟气实现乏气煤粉再燃并降低NO_x的锅炉，其特征在于：所述炉烟抽取处的炉烟温度范围为100℃～700℃。

3.根据权利要求2所述的利用高温烟气实现乏气煤粉再燃并降低NO_x的锅炉，其特征在于：所述的锅炉上包括锅炉省煤器、空气预热器和静电除尘器，所述炉烟抽取处设置在锅炉水平烟道、或垂直烟道、或锅炉省煤器后空气预热器前的烟道、或空气预热器后静电除尘器前的烟道上。

4.根据权利要求1所述的利用高温烟气实现乏气煤粉再燃并降低NO_x的锅炉，其特征在于：所述二级旋风分离器（3）的下方设有混合器（16），所述混合器（16）分别与所述的二级旋风分离器（3）、高温炉烟管道（5）以及乏气喷口（4）相连。

5.根据权利要求4所述的利用高温烟气实现乏气煤粉再燃并降低NO_x的锅炉，其特征在于：所述混合器（16）与所述二级旋风分离器（3）以及所述混合器（16）与所述高温炉烟管道（5）之间均设有防火阀（15）。

6.根据权利要求4或5所述的利用高温烟气实现乏气煤粉再燃并降低NO_x的锅炉，其特征在于：所述高温炉烟管道（5）内的高温烟气与所述二级旋风分离器（3）内的乏气在所述混合器（16）里混合，混合后的气体携带70%以上的细粉以10～50m/s的速度由所述乏气喷口（4）喷入锅炉炉膛。

7.根据权利要求6所述的利用高温烟气实现乏气煤粉再燃并降低NO_x的锅炉，其特征在于：含有少于30％细粉的洁净空气以25m/s以上的速度经由所述二级旋风分离器（3）上端的燃尽风喷口（6）喷入锅炉炉膛。

8.根据权利要求1所述的利用高温烟气实现乏气煤粉再燃并降低NOx的锅炉，其特征在于：所述高温炉烟的总烟气量与锅炉一次风的总量相当，并且所述高温炉烟喷入锅炉炉膛时喷口的速度为10～50m/s。

9.根据权利要求1或8所述的利用高温烟气实现乏气煤粉再燃并降低NOx的锅炉，其特征在于：在高温炉烟管道（5）上还设置有调节烟气温度的冷风管道。

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