多级再燃控制大容量燃煤锅炉NOx生成的方法

摘要

本发明公开了一种多级再燃控制大容量燃煤锅炉NOx生成的方法，在现有发电厂燃煤锅炉主燃烧器顶部一次风喷口与燃尽风喷口之间设置多级分段再燃燃烧喷口，各再燃燃烧喷口的再燃燃料按一定比例多级分段供给，同时调整各层喷口风量的配比，使炉膛主燃烧器最上部形成再燃燃尽区，延长污染物氮氧化物在此被还原的时间。再燃喷口沿主燃烧器顶部一次风喷口开始从下而上设置多级，燃煤喷口煤粉燃烧产生的氮氧化物经过下层第一级再燃区时，已生成的部分氮氧化物被还原生成N2和一些中间体，在经过上一层第二级再燃区时氮氧化物被再次还原成N2。经过多级再燃能有效控制氮氧化物的生成量，明显降低氮氧化物的排放，有利于改善和保护大气环境。

说明书

                        技术领域

本发明涉及大容量锅炉有害气体控制技术领域，尤其是涉及控制大容量燃煤锅炉NOx生成的方法。

                        背景技术

目前，以燃煤为原料的发电厂是能源消耗的集中区域，煤炭通过锅炉设备燃烧生成和排放的有害气体氮氧化物(NO_x)是当今造成大气环境污染的主要来源之一。如何有效地控制氮氧化物的生成与排放，进而改善大气环境质量，是当今社会亟待解决的最重要的问题之一。现有的控制煤炭燃烧过程NO_x生成量的方法主要有二种：一是抑止NO_x的形成，二是还原已形成的NO_x。燃料多级再燃法是还原NO_x方法中很有效的一种方法；已有控制NO_x的方法有多种如烟气再循环、空气分级、燃料分级和低污染燃烧器技术等。中国专利申请号95120065，公开日1996年10月16日，公开了一种低NOx集成式锅炉-燃烧器联合发电装置，它包括一水平发火、有进口压力通风系统和炉室的组装的整装锅炉，一连接到锅炉给炉室供燃气的燃气轮机，一多喷嘴燃烧器组件，分配废气热量使NOx形成降到最小，许多供应燃料的垂直和水平隔开的喷嘴装在炉室进口处，一或几个冷却管组件装在炉室下游，侧向穿孔的内部管道组件可单独或与冷却管组件一起以各种方式组合在炉室中供完全燃烧用的配置气体，风机仅供应空气或燃气轮机排出废气混合的空气。虽然这种低污染燃烧器技术应用面较广，尤其是大容量新机组，在锅炉设计制造时针对NO_x问题，更改了原燃烧装置的结构，使其具有低污染燃烧的特性，效果比较显著。但是存在的问题是对于现有发电厂锅炉实施此技术需更换燃烧器、锅炉改造量大投入费用高等，在已有机组上推广使用存在一定的难度，经济效益不高，难以普及推广。

                        发明内容

本发明是要解决现有发电厂燃煤锅炉燃烧时生成和排放有害气体氮氧化物(NOx)的技术问题，提供一种以现有燃煤发电厂锅炉为改造对象，利用再燃燃料采用多级分段供给实施低污染燃烧来控制NOx生成的方法。

本发明的具体方法是这样实现：

根据现有发电厂燃煤锅炉主燃烧器在炉膛高度上的分布，采用多级再燃烧还原方法，将燃烧区域沿锅炉炉膛自下而上依次分成主燃区、一级再燃区、二级再燃区和烧尽区，在主燃区内喷入75％-85％左右的煤粉燃料，过量空气系数α＞1.0形成富氧较低燃烧速率下的低NO_x燃烧；下层第一级再燃喷口设在主燃烧器顶部一次风喷口与上层第二级再燃喷口之间，第一级再燃燃料喷入量为10％-15％，第一级再燃区域形成微富燃还原气氛条件，过量空气系数α＜1.0，使主燃区已生成的NOx被还原成N₂、HCN和NH；在第一级再燃喷口与燃尽风喷口之间设置第二级再燃喷口，再燃燃料喷入量为5％-10％，形成第二级再燃还原区，过量空气系数α＜1.0，在下层第一级再燃还原的基础上，烟气中氮氧化物经过上层第二级再燃区时被再次还原成N₂，延长污染物氮氧化物在此被还原的时间；最后在炉膛上部由燃尽风喷口送入燃尽风，使未完全燃烧产物得以充分燃尽。

下层第一级再燃喷口和上层第二级再燃喷口还可以分别设置在主燃烧器顶部一次风喷口与燃尽风喷口之间，二级再燃燃料喷入量分别为10％-15％和5％-10％。

下层第一级再燃喷口位于主燃烧器顶部，距主燃烧器顶部1.0～2.5m处，上层第二级再燃喷口位于下层第一级再燃喷口上部1.2～2.8m处。

锅炉燃料分三级或多级供给：主燃料为煤粉；一级燃料为再燃燃料；二级等燃料也为再燃燃料。

多级再燃燃料可以采用细煤粉、天然气、焦炉煤气、液化石油气以及其它碳氢化合物燃料。

本发明采用再燃燃料多级化供给，沿锅炉炉膛高度在主燃烧器喷口和燃尽风喷口之间改造安装再燃燃烧喷口，使再燃燃料按比例多级供给，同时调整各层风的配比，并在锅炉炉膛最上部设置燃尽风喷口。所具有的显著优点是克服了原有技术的局限性，延长了烟气在还原区的停留时间，通过多级再燃还原NOx，使煤炭燃烧后的氮氧化物含量明显降低，有利于保护大气环境。并且对现有燃煤锅炉可以不添加任何新设备，即在原有设备的基础上，适度改造变更某些燃烧器喷口的功能就可以实施。因此，本发明不仅具有显著的保护环境的社会效益，同时还具有可观的经济效益。

                        附图说明

图1是本发明的分级再燃烧原理示意图。

                       具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

多级分段再燃烧技术在发电厂锅炉主燃烧器上实施。如图1所示，沿锅炉炉膛1自下而上依次分成主燃烧区5、一级再燃区4、二级再燃区3和烧尽区2。一种方法是在主燃烧区5通过主燃烧器喷口喷入75％-85％左右的煤粉燃料，过量空气系数α＞1.0形成富氧较低燃烧速率下的低NO_x燃烧；下层第一级再燃喷口设在主燃烧器顶部一次风喷口之上，第一级再燃燃料喷入量为10％-15％左右，在第一级再燃区域形成微富燃还原气氛条件，过量空气系数α略＜1.0使主燃区5已生成的NOx在遇到烃根CH_i等和末完全燃烧产物CO、H₂、C和C_nH_m时，被还原成N₂、HCN和NH_i等；在第一级再燃喷口与燃尽喷口之间设置上层第二级再燃喷口，再燃燃料喷入量为5％-10％左右，形成第二级再燃还原区，过量空气系数α＜1.0，在下层第一级再燃还原的基础上，烟气中氮氧化物经过上层第二级再燃区3时被再次还原成N₂等，延长污染物氮氧化物在此被还原的时间，使氮氧化物最终生成量得到有效控制与明显降低。最后在炉膛1上部由燃尽风喷口送入燃尽风，过量空气系数α＞1.0，使未完全燃烧产物在此充分燃尽。

喷口设置位置是将下层第一级再燃喷口和上层第二级再燃喷口分别设置在主燃烧器顶部一次风喷口与燃尽风喷口之间，二级再燃燃料喷入量分别为10％-15％和5％-10％。下层第一级再燃喷口位于主燃烧器顶部，距主燃烧器顶部1.0～2.5m处，上层第二级再燃喷口位于下层第一级再燃喷口上部1.2～2.8m处。

锅炉燃料分三级或多级供给：主燃料为煤粉；一级燃料为再燃燃料；二级等燃料也为再燃燃料。其中多级再燃燃料可以采用细煤粉、天然气、焦炉煤气、液化石油气以及其它碳氢化合物燃料如轻柴油等。

由于多级再燃燃烧沿锅炉炉膛1自下而上分为多个区域，因此实际实施时要考虑在燃烧器上部应留有足够的空间安装再燃燃料喷口，或者对本身带有多层燃烧喷口的大型燃煤锅炉进行改造，使上层燃烧喷口改造为再燃燃料喷口，并使烟气在再燃区和燃尽区保证有足够的驻留时间。