CN103884013B - 耦合式环保型流化床锅炉燃烧方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耦合式环保型流化床锅炉燃烧方法及装置，一级风室设于一级燃烧室的底端，二级风室设于二级燃烧室的底端；所述一级燃烧室设有燃料进口，一级燃烧室下端设有与二级燃烧室下端连通的初级未燃尽燃料流通管，一级燃烧室设有与二级燃烧室连通的初级高温烟气流通管；二级燃烧室设有上层二次风入口、下层二次风入口和脱硫剂入口；所述二级燃烧室的上端与旋风分离器连通，旋风分离器的顶端设有高温烟气出口、底端与一级燃烧室通过高温循环灰流通管连通。本发明利用耦合式分级燃烧的流化床锅炉，实现燃煤或生物质等固体燃料的完全燃烧，并达到高效脱硫和高效脱硝的效果。

Description

耦合式环保型流化床锅炉燃烧方法及装置

技术领域

本发明涉及一种耦合式环保型流化床锅炉燃烧方法及装置，属于锅炉燃烧技术领域。

背景技术

随着国家对环保的重视，发电锅炉的烟气污染物排放的标准日趋严格。对于循环流化床锅炉，当前多采用分级燃烧的结构来降低NO_X的生成，特别对于高挥发份的煤种，在炉膛下部密相区缺氧燃烧有助于焦炭和CO对NO_X的还原反应，从而使部分NO_X被还原成为N₂。从脱硝角度看，降低一次风率在一定程度上可以实现NO_X减排，然而受到流化床结构和炉膛密相区燃烧份额等因素影响，一次风率的变化受到极大制约。从燃烧调整角度看，流化床锅炉低氧量燃烧对NO_X减排十分明显，但是，对于流化床锅炉炉内脱硫反应和燃料燃烧效率非常不利。

目前，循环流化床锅炉在燃烧过程中生成的SO₂和NO_X排放偏高，需要配备炉外脱硫和脱硝系统才能达到新颁布的国家环保要求。这使得循环流化床锅炉节能环保的优势逐渐减弱，严重制约着流化床锅炉燃烧技术的发展。

综上所述，现有的流化床锅炉多采用单炉膛结构、分级配风的燃烧方式来降低NO_X的生成，从脱硝角度看，通过降低一次风率来强化密相区的还原性气氛实现减排NO_X的目的，但是受流化床炉膛结构影响，为保证炉内物料充分流化，一次风率的降低幅度受到严重制约；从脱硫角度看，流化床锅炉炉内脱硫反应需要消耗氧量，但是炉内脱硝反应对氧量十分敏感，难以解决炉内脱硫与脱硝的矛盾。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种耦合式环保型流化床锅炉燃烧方法及装置，将燃料在还原性气氛的一级燃烧室中进行初级燃烧，并实现一级燃烧室的高效脱硝；再将初级燃烧产物送入氧化性气氛的二级燃烧室中进行完全燃烧；通过向二级燃烧室中添加脱硫剂实现二级燃烧室的高效脱硫，有效解决流化床锅炉脱硝与脱硫的矛盾，实现流化床锅炉节能、环保的目的，从而能有效的解决上述现有技术中存在的问题。

本发明目的通过下述技术方案来实现：一种耦合式环保型流化床锅炉燃烧装置，包括一级燃烧室、二级燃烧室、旋风分离器、一级风室和二级风室，一级风室设于一级燃烧室的底端，二级风室设于二级燃烧室的底端；所述一级燃烧室设有燃料进口，一级燃烧室下端设有与二级燃烧室下端连通的初级未燃尽燃料流通管，一级燃烧室顶端设有与二级燃烧室连通的初级高温烟气流通管；二级燃烧室设有上层二次风入口、下层二次风入口和脱硫剂入口；所述二级燃烧室的上端与旋风分离器连通，旋风分离器的顶端设有高温烟气出口、旋风分离器底端与一级燃烧室通过高温循环灰流通管连通。

作为一种优选方式，一级风室的底端设有与外接空气预热器的热一次风连接相通的一级流化风入口。

作为进一步优选，二级风室的底端设有与外接热一次风或再循环热烟气连接相通的二级流化风入口。

作为一种优选方式，燃料在一级燃烧室的还原性气氛中进行初级燃烧反应，促使焦炭和CO将NO_X还原成为稳定性N₂，实现一级燃烧室内的脱硝；初级燃烧反应产物中的初级未燃尽燃料从初级未燃尽燃料流通管进入二级燃烧室，初级燃烧反应产物中的初级高温烟气从初级高温烟气流通管进入二级燃烧室，通过脱硫剂入口向二级燃烧室内添加脱硫剂，通过上层二次风入口和下层二次风入口向二级燃烧室内通入热二次风，二级燃烧室内的初级未燃尽燃料和初级高温烟气在二级流化风、热二次风和脱硫剂的作用下进行完全燃烧，并实现二级燃烧室内的脱硫；二级燃烧室内燃烧产物通过旋风分离器进行气固分离，分离产物中的高温烟气通过高温烟气出口进入锅炉尾部竖井，分离产物中的高温循环灰通过高温循环灰流通管进入一级燃烧室，实现高温循环灰的外循环。

作为一种优选方式，一级燃烧室的过量空气系数为0.6-0.9。在一级燃烧室中进行燃料的初级燃烧反应，其燃烧产物中的焦炭和CO等气体对燃烧过程中已生成的NO_X具有催化还原作用，因此，一级燃烧室内还原性气氛是实现脱硝的根本；为保证一级燃烧室中燃料初级燃烧反应的稳定性，应向一级燃烧室内通入一定量的空气量，来保证燃料在初级燃烧反应中释放出能够维持一级燃烧室内燃烧反应的热量。基于上述两方面的考虑，将一级燃烧室的过量空气系数设定为0.6-0.9范围。

作为一种优选方式，二级燃烧室的过量空气系数为1.05-1.35。在二级燃烧室内脱硫过程中，脱硫剂反应过程中需要消耗一定量的氧量，同时，为实现二级燃烧室内燃料的完全燃烧，应保证向二级燃烧室内通入充足的空气量；为了有效降低风机能耗，应尽量减小风机出力。基于上述两方面的考虑，将二级燃烧室的过量空气系数设定为1.05-1.35范围。

本发明流化床锅炉燃烧装置中的部分零部件的作用为：

一级燃烧室：为燃料的初级燃烧反应提供必要的场所和条件，并实现燃料在初级燃烧反应过程中的高效脱硝。

二级燃烧室：为燃料的完全燃烧和脱硫反应提供必要的场所和条件，并实现脱硫剂的高效脱硫。

一级风室：保证一级燃烧室中物料的充分流化，并为一级燃烧室中燃料的初级燃烧反应提供定量的流化风量。

二级风室：保证二级燃烧室中物料的充分流化，并为二级燃烧室中燃料的完全燃烧反应和脱硫剂的脱硫反应提供定量的流化风量。

上层二级风、下层二级风：向二级燃烧室中通入充足的燃烧空气，保证二级燃烧室内拥有足够的氧量，并实现二级燃烧室中的分级配风，进一步达到减排NO_X的目的。

旋风分离室：将二级燃烧室中的大量高温固体物料从高温烟气中分离下来，并送入一级燃烧室，实现循环物料和脱硫剂在一级燃烧室内和二级燃烧室内多次循环、反复燃烧和反应，实现本发明的耦合式环保型流化床装置高效燃烧和高效脱硫。

本发明的工作过程为：

燃料在一级燃烧室中进行初级燃烧反应，生成初级未燃尽燃料和初级高温烟气；燃料在还原性气氛中进行初级燃烧反应，利用初级燃烧产物中的焦炭和CO将NO_X还原成为稳定性N₂，实现一级燃烧室内的高效脱硝；

将初级未燃尽燃料送入二级燃烧室内，依靠来自空气预热器的热一次风或者来自经过尾部竖井后部除尘器的再循环热烟气，使初级未燃尽燃料充分流化和燃烧；将初级高温烟气送入二级燃烧室，依靠向炉内送入的下层二次风和上层二次风和二级流化风，实现初级未燃尽燃料和初级高温烟气在氧化性气氛的完全燃烧；将脱硫剂（如石灰石）添加到二级燃烧室中，实现二级燃烧室内氧化性气氛下的高效脱硫；

旋风分离器将二级燃烧室中的高温物料从高温烟气中分离下来，分离产物中的高温烟气被送入锅炉尾部竖井区域，分离产物中的高温循环灰被送入一级燃烧室，实现高温循环灰的外循环。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明利用耦合式分级燃烧的流化床锅炉，实现燃煤或生物质等固体燃料的完全燃烧，并达到高效脱硫和高效脱硝的效果，解决循环流化床锅炉脱硝与脱硫之间的矛盾，实现流化床锅炉高效、节能、环保的目的。

附图说明

图1是本发明流化床锅炉燃烧装置实施例1的结构示意图。

图2是本发明流化床锅炉燃烧装置实施例2的结构示意图。

其中：11-一级燃烧室；12-二级燃烧室；13-旋风分离器；14-一级风室；15-二级风室；16-尾部竖井 1-燃料入口；2-初级未燃尽燃料流通管；3-初级高温烟气流通管；4-一级流化风入口；5-二级流化风入口；6-下层二次风入口；7-上层二次风入口；8-高温烟气出口；9-高温循环灰流通管；10-脱硫剂入口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征之一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。

实施例1

如图1所示，采用一种耦合式环保型流化床锅炉燃烧装置，实现燃煤或生物质等固体燃料的完全燃烧，并达到高效脱硫和高效脱硝的目的。该耦合式环保型流化床锅炉燃烧装置包括一级燃烧室11、二级燃烧室12、旋风分离器13、一级风室14、二级风室15和尾部竖井16，一级风室14设于一级燃烧室11的底端，一级风室14的底端设有与外接空气预热器的热一次风连接相通的一级流化风入口4。二级风室15设于二级燃烧室12的底端，二级风室15的底端设有与外接空气预热器的热一次风连接相通的二级流化风入口5。所述一级燃烧室11的上端设有燃料进口1，下端设有与二级燃烧室12下端连通的初级未燃尽燃料流通管2，顶端设有与二级燃烧室12中部连通的初级高温烟气流通管3；二级燃烧室12的中上部设有上层二次风入口7、下部设有下层二次风入口6，在下层二次风入口6的下端设有脱硫剂入口10；所述二级燃烧室12的上端与旋风分离器13连通，旋风分离器13的顶端设有高温烟气出口8、底端与一级燃烧室11通过高温循环灰流通管9连通。

本发明所述耦合式环保型流化床锅炉燃烧方法如下：

首先，燃料在一级燃烧室11的还原性气氛中进行初级燃烧反应，促使焦炭和CO将NO_X还原成为稳定性N₂，实现一级燃烧室11内的高效脱硝；其中：一级燃烧室11的过量空气系数为0.6 -0.9。

然后，初级燃烧反应过程中产生的初级未燃尽燃料，从初级未燃尽燃料流通管2进入二级燃烧室12的下部，初级燃烧反应过程中产生的初级高温烟气从初级高温烟气流通管3进入二级燃烧室12的中部，通过脱硫剂入口10向二级燃烧室12中添加石灰石，通过上层二次风入口7和下层二次风入口6向二级燃烧室12中通入二次风，初级未燃尽燃料和初级高温烟气在二级流化风、二次风和脱硫剂的作用下进行完全燃烧，并实现二级燃烧室12内的高效脱硫；二级燃烧室12的过量空气系数为1.05-1.35。

最后，二级燃烧室内高温烟气携带的大量高温物料，通过旋风分离器13进行气固分离，分离产物中的高温烟气通过高温烟气出口8进入锅炉尾部竖井16，分离产物中的高温循环灰通过高温循环灰流通管9进入一级燃烧室11，实现高温循环灰的外循环。

采用上述装置和燃烧方法，可以实现流化床锅炉的高效脱硫和脱硝，有效降低锅炉污染物如SO₂、NO_X排放，达到流化床锅炉节能减排的目的。

因此，该装置和燃烧方法能够用于对现有循环流化床锅炉的改造，满足我国新的更加严格的环保标准。

实施例2

如图2所示，该耦合式环保型流化床锅炉燃烧装置包括一级燃烧室11、二级燃烧室12、旋风分离器13、一级风室14、二级风室15、尾部竖井16、除尘器17和烟囱18，一级风室14设于一级燃烧室11的底端，一级风室14的底端设有与外接空气预热器的热一次风连接相通的一级流化风入口4。二级风室15设于二级燃烧室12的底端，二级风室15的底端设有与外接尾部竖井16后部除尘器装置的再循环热烟气连接相通的二级流化风入口5。所述一级燃烧室11的上端设有燃料进口1，下端设有与二级燃烧室12下端连通的初级未燃尽燃料流通管2，一级燃烧室11的初级高温烟气通过初级高温烟气流通管3与二级燃烧室12相连。二级燃烧室12的中上部设有上层二次风入口7、下部设有下层二次风入口6，在下层二次风入口6的下端设有脱硫剂入口10；所述二级燃烧室12的上端与旋风分离器13连通，旋风分离器13的顶端设有高温烟气出口8、底端与一级燃烧室11通过高温循环灰流通管9连通。

本发明所述耦合式环保型流化床锅炉燃烧方法如下：

首先，燃料在一级燃烧室11的还原性气氛中进行初级燃烧反应，促使焦炭和CO将NO_X还原成为稳定性N₂，实现一级燃烧室11内的高效脱硝；其中：一级燃烧室11的过量空气系数为0.6 -0.9。

然后，初级燃烧反应过程中产生的初级未燃尽燃料，从初级未燃尽燃料流通管2进入二级燃烧室12的下部，初级燃烧反应过程中产生的初级高温烟气从初级高温烟气流通管3进入二级燃烧室12的中部，通过脱硫剂入口10向二级燃烧室12中添加石灰石，通过上层二次风入口7和下层二次风入口6向二级燃烧室12中通入二次风，初级未燃尽燃料和初级高温烟气在二级流化风、二次风和脱硫剂的作用下进行完全燃烧，并实现二级燃烧室12内的高效脱硫；二级燃烧室12的过量空气系数为1.05-1.35。

最后，二级燃烧室内高温烟气携带的大量高温物料，通过旋风分离器13进行气固分离，分离产物中的高温烟气通过高温烟气出口8进入锅炉尾部竖井16，分离产物中的高温循环灰通过高温循环灰流通管9进入一级燃烧室11，实现高温循环灰的外循环。

采用上述装置和燃烧方法，可以实现流化床锅炉的高效脱硫和脱硝，有效降低锅炉污染物如SO₂、NO_X排放，达到流化床锅炉节能减排的目的。

因此，该装置和燃烧方法能够用于对现有循环流化床锅炉的改造，满足我国新的更加严格的环保标准。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种耦合式环保型流化床锅炉燃烧方法，基于耦合式环保型流化床锅炉燃烧装置进行，所述耦合式环保型流化床锅炉燃烧装置包括：一级燃烧室（11）、二级燃烧室（12）、旋风分离器（13）、一级风室（14）和二级风室（15），一级风室（14）设于一级燃烧室（11）的底端，二级风室（15）设于二级燃烧室（12）的底端；所述一级燃烧室（11）设有燃料进口（1），一级燃烧室（11）下端设有与二级燃烧室（12）下端连通的初级未燃尽燃料流通管（2），一级燃烧室（11）顶端设有与二级燃烧室（12）连通的初级高温烟气流通管（3）；二级燃烧室（12）设有上层二次风入口（7）、下层二次风入口（6）和脱硫剂入口（10）；所述二级燃烧室（12）的上端与旋风分离器（13）连通，旋风分离器（13）的顶端设有高温烟气出口（8）、旋风分离器（13）底端与一级燃烧室（11）通过高温循环灰流通管（9）连通，所述一级风室（14）的底端设有与外接空气预热器的热一次风连接相通的一级流化风入口（4），所述二级风室（15）的底端设有与外接热一次风或再循环热烟气连接相通的二级流化风入口（5），其特征在于：燃料在一级燃烧室（11）的还原性气氛中进行初级燃烧反应，促使焦炭和CO将NO_X还原成为稳定性N₂，实现一级燃烧室（11）内的脱硝；初级燃烧反应产物中的初级未燃尽燃料从初级未燃尽燃料流通管（2）进入二级燃烧室（12），初级燃烧反应产物中的初级高温烟气从初级高温烟气流通管（3）进入二级燃烧室（12），通过脱硫剂入口（10）向二级燃烧室（12）内添加脱硫剂，通过上层二次风入口（7）和下层二次风入口（6）向二级燃烧室（12）内通入热二次风，二级燃烧室（12）内的初级未燃尽燃料和初级高温烟气在二级流化风、热二次风和脱硫剂的作用下进行完全燃烧，并实现二级燃烧室（12）内的脱硫；二级燃烧室（12）内燃烧产物通过旋风分离器（13）进行气固分离，分离产物中的高温烟气通过高温烟气出口（8）进入锅炉尾部竖井，分离产物中的高温循环灰通过高温循环灰流通管（9）进入一级燃烧室（11），实现高温循环灰的外循环。

2.如权利要求1所述的耦合式环保型流化床锅炉燃烧方法，其特征在于：一级燃烧室（11）的过量空气系数为0.6 -0.9。

3.如权利要求2所述的耦合式环保型流化床锅炉燃烧方法，其特征在于：二级燃烧室（12）的过量空气系数为1.05-1.35。