專利名稱：一種旋風(fēng)筒內(nèi)實(shí)現(xiàn)燃料再燃脫硝的旋風(fēng)燃燒方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種降低旋風(fēng)爐燃燒過(guò)程中污染物NOx生成的燃燒方法及其裝置。
背景技術(shù)：
旋風(fēng)爐是指采用旋風(fēng)燃燒方法的動(dòng)力用蒸汽鍋爐?？諝鈳?dòng)煤粉顆粒在圓筒內(nèi)旋 轉(zhuǎn)燃燒時(shí)稱為旋風(fēng)燃燒，旋風(fēng)燃燒是人為組織的一種穩(wěn)定的、可控的高速旋轉(zhuǎn)火焰流，它充 滿在整個(gè)燃燒室空間，具有極其強(qiáng)烈的擾動(dòng)能力，比一般室燃方式具有更高的熱強(qiáng)度。旋風(fēng) 爐中主要進(jìn)行燃燒的圓筒稱為旋風(fēng)筒。一臺(tái)旋風(fēng)爐可以有一只或數(shù)只旋風(fēng)筒。由于旋風(fēng)筒 內(nèi)具有很高的燃燒溫度(溫度達(dá)到1650°C以上)和極其強(qiáng)烈的混合強(qiáng)度，會(huì)使得其燃燒過(guò) 程中生成大量的大氣污染物——氮氧化物(NOx)，這些氣體如果不加以處理直接排入大氣， 勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的大氣污染。在所有降低鍋爐燃燒過(guò)程中污染物NOx生成的方法中，燃料再燃技術(shù)是一種公認(rèn) 的非常經(jīng)濟(jì)有效的方法，其脫硝效率一般可達(dá)50% 70%左右。再燃技術(shù)發(fā)展至今，其主 要形式已基本固定，即在鍋爐內(nèi)沿爐膛高度分三個(gè)區(qū)，第一區(qū)為主燃區(qū)，在這里僅送入鍋爐 總?cè)剂系?0% 85%，在過(guò)量空氣系數(shù)α > 1的條件下燃燒并生成NOx ；第二區(qū)為送入剩 余的15% 20%燃料的再燃區(qū)，通過(guò)在過(guò)量空氣系數(shù)α < 1的條件下形成強(qiáng)還原性氣氛， 將主燃區(qū)已生成的NOx還原成隊(duì)，再燃區(qū)不僅使得已生成的NOx得到還原，而且還抑制了新 的NOx生成，可使NOx的排放濃度進(jìn)一步降低；第三區(qū)為燃盡區(qū)，此處有足量的空氣，過(guò)量空 氣系數(shù)α > 1，以保證前兩區(qū)未完全燃燒的產(chǎn)物充分燃盡。將再燃技術(shù)應(yīng)用于旋風(fēng)爐時(shí)，如果按照常規(guī)的再燃技術(shù)思想進(jìn)行設(shè)計(jì)的話，即旋 風(fēng)筒作為主燃區(qū)，而再燃區(qū)和燃盡區(qū)布置在后面主爐膛沿爐膛高度的一定位置處，勢(shì)必可 能會(huì)產(chǎn)生較大的負(fù)面影響，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?duì)旋風(fēng)爐的正常運(yùn)行構(gòu)成威脅。主要原因是旋風(fēng) 爐是一種液態(tài)排渣方式的鍋爐，與正常燃燒方法相比，當(dāng)采用常規(guī)的再燃技術(shù)時(shí)，由于送入 旋風(fēng)筒內(nèi)的燃料量減少，旋風(fēng)筒內(nèi)總的放熱量降低，從而使得旋風(fēng)筒內(nèi)的溫度降低，這就有 可能對(duì)維持正常的液態(tài)排渣構(gòu)成威脅。因而使得采用再燃技術(shù)時(shí)燃料分級(jí)的程度有限，即 旋風(fēng)筒內(nèi)主燃區(qū)的燃料送入量與正常燃燒工況相比不能太低(例如只有90%左右)，所產(chǎn) 生的最大負(fù)面影響就是使得最終的NOx降低程度較小，從而使得燃料再燃技術(shù)所具有的降 低燃燒過(guò)程中NOx生成的能力得不到充分的發(fā)揮。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述旋風(fēng)爐采用常規(guī)的再燃技術(shù)形式時(shí)所產(chǎn)生的一些負(fù)面影響，以及截至目 前，還沒有在旋風(fēng)筒內(nèi)實(shí)現(xiàn)燃料再燃來(lái)降低NOx生成和排放的公開報(bào)道，本發(fā)明提出一種旋 風(fēng)筒內(nèi)實(shí)現(xiàn)燃料再燃脫硝的旋風(fēng)燃燒方法及其裝置，不僅可以很好地克服旋風(fēng)爐采用常規(guī) 再燃技術(shù)形式時(shí)所具有的一些負(fù)面影響，同時(shí)還能很好地解決再燃技術(shù)本身所存在的局限 性，如再燃燃料的燃盡問(wèn)題和爐膛出口煙溫偏高的問(wèn)題等。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)一種旋風(fēng)筒內(nèi)實(shí)現(xiàn)燃料再燃脫硝的旋風(fēng)燃燒方法，其步驟為(1)攜帶主燃料的一次風(fēng)燃料氣流通過(guò)主燃 料和一次風(fēng)進(jìn)口進(jìn)入旋風(fēng)筒，通過(guò)與二次風(fēng)進(jìn)口送入的二次風(fēng)強(qiáng)烈混合后燃燒，在旋風(fēng)筒 的前半部分形成所謂的主燃區(qū)，并形成含有NOx的氣體；(2)在旋風(fēng)筒的后半部分，由再燃 燃料進(jìn)口送入的再燃燃料氣流在該處形成所謂的再燃區(qū)，該區(qū)的強(qiáng)還原性氣氛將主燃區(qū)所 生成的NOx還原為隊(duì)；C3)從布置在后面主爐膛的一定位置處的燃盡風(fēng)噴口噴入達(dá)到完全燃 燒所需的剩余空氣，形成燃盡區(qū)。其中步驟(1)所述的主燃區(qū)所送入的主燃料占鍋爐總?cè)?料的70% 85%，且其燃料粒徑大約在5mm左右，過(guò)量空氣系數(shù)為0. 9 1. 1，步驟(2)所 述的還原區(qū)所送入的再燃燃料占鍋爐總?cè)剂系?5% 30%，過(guò)量空氣系數(shù)為0. 7 0. 95， 步驟(3)所述的燃盡區(qū)過(guò)量空氣系數(shù)為1. 05 1. 2。實(shí)現(xiàn)上述一種旋風(fēng)筒內(nèi)實(shí)現(xiàn)燃料再燃脫硝的旋風(fēng)燃燒方法的裝置，主要包括旋風(fēng) 筒1，鍋爐主爐膛7和粒化水箱8。其中旋風(fēng)筒1與鍋爐主爐膛7通過(guò)旋風(fēng)筒凹形出口 5無(wú) 縫連接，鍋爐主爐膛7的上部一定位置處布置有燃盡風(fēng)噴口 6，鍋爐主爐膛7的底下布置有 用來(lái)粒化其液態(tài)排渣的粒化水箱8。該裝置在應(yīng)用時(shí)，由主燃料和一次風(fēng)進(jìn)口 2送入的主燃料氣流，在高壓高速二次 風(fēng)的作用下，在旋風(fēng)筒內(nèi)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)燃燒，形成所謂的主燃區(qū)，并生成含有大量污染物 NOx的煙氣，這些含有大量NOx的煙氣隨后與再燃燃料進(jìn)口 4送入的再燃燃料強(qiáng)烈混合后在 旋風(fēng)筒的后半部分形成所謂的再燃區(qū)，由于該再燃區(qū)為強(qiáng)還原性氣氛，使得主燃區(qū)所形成 的大量NOx被還原為N2,從而達(dá)到旋風(fēng)筒內(nèi)實(shí)現(xiàn)脫硝的目的，最后，完成脫硝的煙氣在后面 主爐膛7的上部一定位置處，通過(guò)與燃盡風(fēng)噴口 6送入的燃盡風(fēng)混合，實(shí)現(xiàn)完全燃燒，形成 所謂的燃盡區(qū)。做為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，二次風(fēng)進(jìn)口 3可以根據(jù)需要采用送入“富氧”的空氣 (即氧氣濃度大于21%的空氣)，這樣會(huì)使旋風(fēng)筒內(nèi)主燃區(qū)氧濃度得到較大提高，由于氧氣 具有極大助燃作用，使得旋風(fēng)筒內(nèi)的燃燒溫度大大提高，從而可以很好地克服旋風(fēng)筒內(nèi)實(shí) 現(xiàn)燃料分級(jí)燃燒時(shí)所造成的旋風(fēng)筒內(nèi)燃燒溫度與正常燃燒狀況相比會(huì)有所降低，進(jìn)而可能 會(huì)對(duì)旋風(fēng)筒內(nèi)正常的液態(tài)排渣構(gòu)成一定威脅這一隱患。本發(fā)明所提出的一種旋風(fēng)爐旋風(fēng)筒內(nèi)實(shí)現(xiàn)再燃脫硝的燃燒方法及其裝置，具有如 下優(yōu)點(diǎn)(1)由于在旋風(fēng)筒內(nèi)實(shí)現(xiàn)再燃脫硝，不僅使得再燃燃料在爐內(nèi)具有更長(zhǎng)的停留時(shí) 間，而且后面主爐膛的上部具有充足的空間來(lái)布置燃盡風(fēng)噴口，與采用常規(guī)的再燃技術(shù)形 式(即旋風(fēng)筒內(nèi)作為主燃區(qū)，而再燃區(qū)和燃盡區(qū)布置在后面主爐膛沿爐膛高度的一定位置 處)相比，可以很好地解決再燃燃料的燃盡問(wèn)題和爐膛出口煙溫偏高的問(wèn)題；(2)由于旋風(fēng)筒內(nèi)具有極其強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度，再燃燃料只需簡(jiǎn)單送入(例如，僅依 靠重力送入)，即可在強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)作用下迅速與煙氣充分混合燃燒，形成強(qiáng)還原性氣 氛；(3)在實(shí)際運(yùn)行中，來(lái)自鍋爐制粉系統(tǒng)的燃料，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單篩分后，較粗的燃料作為 主燃料送入主燃料和一次風(fēng)進(jìn)口，較細(xì)的燃料則作為再燃燃料送入再燃燃料進(jìn)口 ；(4)易于對(duì)現(xiàn)有鍋爐進(jìn)行改造；(5)該技術(shù)在實(shí)施上方便易行，成本低廉。


圖1是應(yīng)用本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；其中，1為旋風(fēng)筒；2為一次風(fēng)進(jìn)口 ；3為二次風(fēng)進(jìn)口 ；4為再燃燃料進(jìn)口 ；5為旋風(fēng) 筒凹形出口 ；6為燃盡風(fēng)噴口 ；7為鍋爐主爐膛；8為液態(tài)渣?；洹?br> 具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述參見圖1，本發(fā)明所提出的一種旋風(fēng)筒內(nèi)實(shí)現(xiàn)燃料再燃脫硝的旋風(fēng)燃燒方法及其 裝置，其裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。該裝置主要包括有旋風(fēng)筒、主燃料和一次風(fēng)進(jìn)口、二次 風(fēng)進(jìn)口、再燃燃料進(jìn)口、旋風(fēng)筒凹形出口、燃盡風(fēng)噴口、鍋爐主爐膛及液態(tài)渣?；?。本發(fā)明所提出的一種旋風(fēng)筒內(nèi)實(shí)現(xiàn)燃料再燃脫硝的旋風(fēng)燃燒方法，具體是指⑴ 由主燃料和一次風(fēng)進(jìn)口送入的主燃料氣流，通過(guò)與二次風(fēng)進(jìn)口送入的高壓高速空氣(或 “富氧”的空氣)強(qiáng)烈混合后燃燒，在旋風(fēng)筒的前半部分形成所謂的主燃區(qū)，并形成含有大量 NOx的煙氣，該主燃區(qū)的過(guò)量空氣系數(shù)約為0. 9 1. 1 ； (2)在旋風(fēng)筒的后半部分，由再燃燃 料進(jìn)口送入的再燃燃料氣流在該處形成所謂的再燃區(qū)，其過(guò)量空氣系數(shù)范圍大約在0.7 0. 95，該區(qū)所形成的強(qiáng)還原性氣氛將主燃區(qū)所生成的NOx還原為N2 ； (3)從布置在鍋爐主爐 膛上部的燃盡風(fēng)噴口噴入空氣，使沒有完全燃燒的碳?xì)浠衔?、焦炭等完全燃燒，這個(gè)區(qū)域 為燃盡區(qū)，其過(guò)量空氣系數(shù)大約在1. 05 1. 2。在具體實(shí)施過(guò)程中(1)由再燃燃料進(jìn)口噴入的再燃燃料可以根據(jù)實(shí)際需要采用 空氣或煙氣進(jìn)行輸送，同時(shí)由于旋風(fēng)筒內(nèi)具有極其強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度，因而再燃燃料只需由 再燃燃料進(jìn)口簡(jiǎn)單送入(例如，僅依靠重力送入)，在旋風(fēng)筒內(nèi)的強(qiáng)旋轉(zhuǎn)氣流作用下就能 迅速混合燃燒形成具有強(qiáng)還原性氣氛的再燃區(qū)；( 由于在旋風(fēng)筒內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)主燃區(qū)和再 燃區(qū)，因而使得再燃燃料在爐內(nèi)具有更長(zhǎng)的停留時(shí)間，易于充分燃盡，與常規(guī)煤粉爐采用再 燃技術(shù)相比，可以降低對(duì)再燃燃料煤粉細(xì)度的要求，即再燃燃料可以采用較粗的煤粉粒徑； (3)由于再燃區(qū)位于旋風(fēng)筒內(nèi)，使得后面主爐膛的上部位置具有充足的空間來(lái)布置燃盡風(fēng) 噴口，因而可以根據(jù)具體需要布置多層燃盡風(fēng)噴口，不僅可以使未完全燃燒的碳?xì)浠衔铩?焦炭等充分燃盡，而且還能最大限度地降低再次生成NOx的可能性，從而使得采用本發(fā)明所 提供的方法具有更高的燃盡效率和脫硝效率。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的具體實(shí)施方式
僅限于此，對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫 離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所 提交的權(quán)利要求書確定專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)旋風(fēng)筒內(nèi)燃料再燃脫硝的旋風(fēng)燃燒方法的裝置，其特征在于包括旋風(fēng) 筒、鍋爐主爐膛和?；洌渲行L(fēng)筒與鍋爐主爐膛通過(guò)旋風(fēng)筒凹形出口無(wú)縫連接，鍋爐 主爐膛的上部布置有燃盡風(fēng)噴口，鍋爐主爐膛的底部布置有用來(lái)?；湟簯B(tài)排渣的?；?箱。
2.基于權(quán)利要求1所述裝置的旋風(fēng)燃燒方法，其特征在于，按照下述步驟(1)攜帶主燃料的一次風(fēng)燃料氣流通過(guò)主燃料和一次風(fēng)進(jìn)口進(jìn)入旋風(fēng)筒，其通過(guò)與二 次風(fēng)進(jìn)口送入的二次風(fēng)強(qiáng)烈混合后燃燒，在旋風(fēng)筒的前半部分形成主燃區(qū)，并形成含有NOx 的氣體；(2)在旋風(fēng)筒的后半部分，由再燃燃料進(jìn)口送入的再燃燃料氣流在該處形成再燃區(qū)，該 區(qū)的強(qiáng)還原性氣氛將主燃區(qū)所生成的NOx還原為N2 ；(3)從布置在后面主爐膛的一定位置處的燃盡風(fēng)噴口噴入達(dá)到完全燃燒所需的剩余空 氣，形成燃盡區(qū)。
3.如權(quán)利要求2所述的旋風(fēng)燃燒方法，其特征在于所述步驟(1)所述的主燃區(qū)所 送入的主燃料占鍋爐總?cè)剂系?0% 85%，且其燃料粒徑大約在3-7mm，過(guò)量空氣系數(shù)為 0. 9 1. 1。
4.如權(quán)利要求2所述的旋風(fēng)燃燒方法，其特征在于所述步驟O)的還原區(qū)所送入的 再燃燃料占鍋爐總?cè)剂系?5% 30%，且其燃料粒徑不超過(guò)2mm，過(guò)量空氣系數(shù)為0. 7 0. 95。
5.如權(quán)利要求2所述的旋風(fēng)燃燒方法，其特征在于所述步驟(3)的燃盡區(qū)過(guò)量空氣 系數(shù)為1.05 1.2。
6.如權(quán)利要求2所述的旋風(fēng)燃燒方法，其特征在于所述來(lái)自鍋爐制粉系統(tǒng)的燃料，經(jīng) 過(guò)簡(jiǎn)單篩分后，較粗的燃料作為主燃料送入主燃料和一次風(fēng)進(jìn)口，粒徑不超過(guò)2mm的燃料 則作為再燃燃料送入再燃燃料進(jìn)口。
7.如權(quán)利要求2所述的旋風(fēng)燃燒方法，其特征在于根據(jù)實(shí)際燃煤的特點(diǎn)，所述的二次 風(fēng)進(jìn)口可以根據(jù)需要采用“富氧”的空氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種旋風(fēng)筒內(nèi)實(shí)現(xiàn)燃料再燃脫硝的旋風(fēng)燃燒方法及其裝置，包括旋風(fēng)筒、鍋爐主爐膛和?；?，其中旋風(fēng)筒與鍋爐主爐膛通過(guò)旋風(fēng)筒凹形出口無(wú)縫連接，鍋爐主爐膛的上部布置有燃盡風(fēng)噴口，鍋爐主爐膛的底部布置有用來(lái)?；湟簯B(tài)排渣的粒化水箱。本發(fā)明由于在旋風(fēng)筒內(nèi)實(shí)現(xiàn)再燃脫硝，從而使得再燃燃料在爐內(nèi)具有更長(zhǎng)的停留時(shí)間，同時(shí)后面主爐膛的上部具有充足的空間來(lái)布置燃盡風(fēng)噴口，因此，不僅可以很好地解決旋風(fēng)爐采用常規(guī)再燃技術(shù)形式時(shí)所存在的威脅正常運(yùn)行的問(wèn)題，而且還能很好地克服再燃技術(shù)本身所存在的再燃燃料燃盡率低以及爐膛出口煙溫偏高的問(wèn)題等。本發(fā)明所提出的方法不僅脫硝效率高，而且裝置簡(jiǎn)單，在實(shí)施上方便易行，成本低廉，同時(shí)也易于對(duì)現(xiàn)有鍋爐進(jìn)行改造，社會(huì)效益顯著，可廣泛推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)F23D1/02GK102062393SQ20111000187
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月6日
發(fā)明者劉銀河, 白文剛, 車得福 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)