切圆煤粉燃烧锅炉炉内污染物排放控制方法

摘要

切圆煤粉燃烧锅炉炉内污染物排放控制方法，属于煤粉锅炉清洁燃烧技术领域。本发明将一部分燃烧所需的燃料通过设置于锅炉水冷壁墙面上的燃料喷口直接以射流的形式进入炉膛，与角部燃烧器所产生的热烟气混合并燃烧，其余燃料仍通过角部燃烧器进入并燃烧。生物质、煤或生物质热解产物、甲烷及其他可燃气体通过墙式燃料喷嘴加入，不仅实现了局部燃料分级燃烧的组织方式，可以在原有低氮燃烧技术的基础上进一步减排NOx，而且对主燃区所产生的金属挥发物具有很强的吸附作用，进一步减少了这些挥发物所凝并成的微纳米级细颗粒物的排放浓度。本发明设计简单，便于控制，综合运行成本低。

说明书

技术领域

本发明涉及切圆煤粉燃烧锅炉炉内污染物排放控制方法，属于煤粉锅炉清洁燃烧技术领域。

背景技术

随着环保政策的日益严格，先进的燃煤锅炉污染控制技术得到快速的发展。以氮氧化物(NOx)控制技术为例，为减少选择性催化反应(SCR)脱硝带来的运行成本问题，长期以来针对炉内低氮燃烧技术一直得到广泛的重视，发展出多种不同的炉内控制NOx排放的燃烧组织方法。

从原理上讲，低氮燃烧主要通过空气分级和燃料分级实现。炉内整体空气分级燃烧技术主要通过实现主燃区富燃料燃烧，降低NOx生成，同时在燃尽区实现富氧燃烧，保证炉膛高度方向的煤粉在后期能够燃尽；主燃区和燃尽区之间为还原区，为NOx还原反应提供足够的时间，从而实现低NOx排放。炉内整体燃料分级燃烧技术主要通过控制主燃区燃料量实现降低温度的目的，减少NOx产生，同时在炉内燃烧后期加入锅炉燃烧所需的其余燃料，往往加入的燃料为易燃尽的燃料，且这些燃料具有还原主燃区所产生的NOx作用，同时要保证这些燃料的燃尽率。由于锅炉炉内整体燃料分级的效果相较于整体空气分级差，目前绝大多数锅炉炉内整体低氮燃烧技术以空气分级为主，且取得了较好的降低炉内NOx的目的。

在煤燃烧过程中，适宜的燃料混合具有降低NOx排放的目的，尤其在原煤燃烧过程中加入煤或者生物质热解产物后，例如半焦或者全焦，这些燃料具有很强的还原NOx反应能力，且对主燃区所产生的金属挥发物具有很强的吸附作用，进一步减少了这些挥发物所凝并成的微纳米级细颗粒物的排放浓度。上述污染物控制机理在实际的切圆燃煤燃烧锅炉上的应用和推广，是炉内污染物排放控制技术的重要发展方向。

发明内容

本发明提出切圆煤粉燃烧锅炉炉内污染物排放控制方法，在实现稳定煤粉燃烧的基础上，进一步降低炉内污染物的排放。

本发明的技术方案如下：

一种切圆煤粉燃烧锅炉炉内污染物排放控制方法，该方法是在锅炉炉膛主然区设置角部燃烧器，在锅炉炉膛燃尽区设置角部燃尽风喷嘴，实现主燃区为富燃料燃烧，燃尽区为富氧燃烧；所述角部燃烧器包括角部一次风喷嘴和角部二次风喷嘴，其特征在于：在锅炉炉膛主燃区四周水冷壁墙上增设墙式燃料喷嘴，燃烧所需的部分燃料通过墙式燃料喷嘴以射流形式直接喷入炉膛，与角部燃烧器产生的热烟气混合并燃烧，其余燃料仍通过角部燃烧器进入炉膛并燃烧；墙式燃料喷嘴加入的燃料为生物质、煤热解产物、生物质热解产物、甲烷、液化石油气和高炉煤气中的一种或几种组合。

优选地，在相同时间内从墙式燃料喷嘴加入的燃料的总发热量最高为锅炉燃料总发热量的30％。

优选地，墙式燃料喷嘴在垂直方向上位于同层角部一次风喷嘴和角部二次风喷嘴之间。

优选地，在每个墙式燃料喷嘴的入口处设有用于调节侧墙燃料喷口射流出口速度和风量大小的调节装置。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性的技术效果：①推迟了锅炉燃用燃料与角部燃烧器热烟气的混合，实现局部燃料分级燃烧，进而进一步降低氮氧化物的排放；②墙式燃料喷嘴可为锅炉加入其他燃料(如生物质或煤热解半焦等)，实现多燃料燃烧方式，不仅进一步降低炉内NOx生成量，且可减少细颗粒物的排放。本发明设计简单，便于控制，综合运行成本低。

附图说明

图1为布置有墙式燃料喷嘴的切圆煤粉燃烧锅炉的结构原理示意图。

图2为图1中A-A方向视图。

图中：1-角部一次风喷嘴；2-角部二次风喷嘴；3-角部燃尽风喷嘴；4-墙式燃料喷嘴；5-锅炉炉膛主燃区；6-锅炉炉膛还原区；7-锅炉炉膛燃尽区；8-墙式燃料喷嘴出口射流中心线；9-角部二次风喷嘴出口射流中心线；10-角部一次风喷嘴出口射流中心线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的原理及具体实施过程做进一步的说明和解释，并且随着对本发明更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。

图1为布置有墙式燃料喷嘴的切圆煤粉燃烧锅炉的结构原理示意图，表示出了在炉膛高度方向上墙式燃料喷嘴4的分布。锅炉原低氮燃烧系统同目前所有带有燃尽风的炉膛低氮燃烧系统整体布置形式相近，沿炉膛高度方向将炉膛燃烧分成三个区域：下部是锅炉炉膛主燃区5，从角部燃尽风喷嘴3最下层至炉膛出口截面为锅炉炉膛燃尽区7，锅炉炉膛主燃区5和锅炉炉膛燃尽区7之间区域为锅炉炉膛还原区6。在锅炉炉膛主燃区5的四个角上设置角部一次风喷嘴1和角部二次风喷嘴2，锅炉炉膛燃尽区7的四个角布置角部燃尽风喷嘴3，实现主燃区为富燃料燃烧，燃尽区为富氧燃烧，其目的是实现低氮燃烧；本发明提供的切圆煤粉燃烧锅炉炉内污染物排放控制方法，是在此基础上，在煤粉锅炉炉膛的主燃区四周水冷壁增设墙式燃料喷嘴4，将部分燃烧所需的燃料通过墙式燃料喷嘴以射流形式直接喷入炉膛，与所述角部煤粉燃烧器所产生的热烟气混合并燃烧，其余燃料仍通过角部燃烧器进入炉膛并燃烧。墙式燃料喷嘴4加入的燃料可以为生物质、煤热解产物、生物质热解产物、甲烷、液化石油气或者高炉煤气中的一种或几种组合。这些燃料的加入，不仅实现了局部燃料分级燃烧的组织方式，可以在原有低氮燃烧技术的基础上进一步减排NOx，而且对主燃区所产生的金属挥发物具有很强的吸附作用，进一步减少了这些挥发物所凝并成的微纳米级细颗粒物的排放浓度。

在燃烧过程中，为保证燃烧的稳定性，通过墙式燃料喷嘴4进入的燃料不宜太多，一般情况下，在相同时间内从墙式燃料喷嘴加入的燃料总发热量最高为锅炉燃料总发热量的30％。

所述墙式燃料喷嘴4在炉墙四周水冷壁的开孔位置，在垂直方向上位于同层角部一次风喷嘴和相邻上层角部二次风喷嘴之间。在每个墙式燃料喷嘴的入口处设有用于调节侧墙燃料喷口射流出口速度和风量大小的调节装置。

实施例：

以一台600MW切圆煤粉燃烧锅炉为例，煤质为烟煤和贫煤混烧，入炉煤质灰熔点在1200℃左右，低位发热量为20MJ/kg左右，锅炉原燃烧系统采用了带燃尽风的低氮燃烧技术。

在原锅炉设计中，一次风携带全部煤粉进入炉膛，炉膛总进风量为煤粉燃烧理论空气量的120％，其中锅炉炉膛主燃区5中总共进入煤粉燃烧所需85％的理论空气量，其中一次风占煤粉燃烧理论空气量的24％，二次风占煤粉燃烧理论空气量的61％；另外煤粉燃烧所需35％的理论空气量由角部燃尽风喷嘴3进入炉膛上部锅炉炉膛燃尽区7。

在采用本发明后，将锅炉燃用的一部分煤粉改为生物质半焦(分析基发热量为28MJ/kg左右)通过墙式燃料喷嘴4进入炉膛，占燃烧所需理论空气量的3％左右，另一部分煤粉仍通过角部一次风喷嘴1，占燃烧所需理论空气量的21％左右，而二次风量和燃尽风量占所需理论空气量的比例不发生变化，分别为61％和35％。此时，在相同时间内从墙式燃料喷口4加入的燃料总发热量占锅炉燃料总发热量的份额约为20％。

如图1和图2所示，在锅炉炉膛主燃区，生物质半焦从墙式燃料喷嘴4直接射流进入炉膛，其余煤粉仍由一次风携带从角部一次风喷嘴1进入炉膛，其中墙式燃料喷嘴的射流切圆形式为反切，可防止角部射流向背火侧偏转。因此，墙式燃料喷嘴射流与角部一、二次风射流共同构成炉内稳定的切圆旋转燃烧流场。此外，沿炉膛高度方向上，墙式燃料喷嘴4位于对应的角部一次风喷嘴1与相邻上层角部二次风喷嘴2之间；在水平方向上，墙式燃料喷嘴4靠近对应角部一次风喷嘴射流的中上游区域。在本实例中，角部一次风速为27m/s，二次风速为53m/s，燃尽风速为56m/s，墙式燃料喷嘴风速为40m/s左右。

在本实例中，墙式燃料喷嘴5的出口采用矩形喷口，根据对应的角部燃烧器射流着火情况的不同，喷口的高宽比在1.0～4.0之间。墙式燃料喷嘴4在炉膛水冷壁的开孔射流可以在垂直方向及水平方向摆动，并且可调节墙式燃料喷嘴4出口的射流角度和射流速度，来实现炉内最佳的切圆燃烧组织。

对本实例进行模拟改造后发现，采用本发明，锅炉的NOx排放相对改造前降低了10％左右，而且炉内燃烧切圆组织良好，锅炉热效率有所提高。实际过程还发现，煤粉燃烧过程中加入生物质半焦后，相比于低氮分级燃烧，可进一步减少NOx和细颗粒物的排放。