本發(fā)明涉及鍋爐節(jié)能與環(huán)保的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種層燃爐氮氧化物排放量的復(fù)合控制系統(tǒng)，其能夠?qū)崿F(xiàn)燃料充分燃燒和低氮燃燒，實(shí)現(xiàn)脫硝效率和熱效率的雙重提升。

背景技術(shù)：

燃煤鍋爐分為層燃爐和室燃爐兩類，其中層燃爐容量相對較小，但因結(jié)構(gòu)簡單、操作方便和對司爐人員素質(zhì)要求不高而被廣泛使用，據(jù)統(tǒng)計(jì)其占比高達(dá)60～70％，其應(yīng)用遍及建材、化工、印染、熱處理、制藥等諸多行業(yè)領(lǐng)域。層燃爐在出廠設(shè)計(jì)時(shí)多注重燃燒效率，以節(jié)能為主，對NOx(氮氧化物)和SO₂排放關(guān)注較少。近年來，隨著鍋爐脫硫脫硝改造逐漸深入，數(shù)量眾多的層燃爐污染物排放日趨受到關(guān)注。按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)地區(qū)的NOx排放限值為200mg/Nm³，現(xiàn)有層燃爐排放均未達(dá)標(biāo)，亟待開展NOx排放控制改造。

目前，層燃爐NOx排放控制技術(shù)主要以煙氣再循環(huán)和選擇性非催化還原(SNCR)為主或其聯(lián)合技術(shù)。

煙氣再循環(huán)原理是將20～30％的煙氣循環(huán)加入至助燃空氣中，通過降低燃燒空氣含氧量的方法降低燃燒區(qū)溫度，從而抑制NOx的生成，該技術(shù)原理簡單，投資不大，脫硝效率約10～30％，但限于層燃爐燃燒方式，其燃燒強(qiáng)度低，燃燒速度也不高，煙氣再循環(huán)技術(shù)在應(yīng)用過程中存在一定得局限性，具體表現(xiàn)如下：①選用煙氣再循環(huán)技術(shù)時(shí)，存在灰渣含碳量升高和進(jìn)一步降低爐膛溫度等問題，導(dǎo)致層燃爐熱效率下降。②若選用煙氣再循環(huán)與SNCR聯(lián)合技術(shù)，也會因爐膛溫度偏低和反應(yīng)溫度窗口變窄而降低SNCR的脫硝效率。

SNCR技術(shù)即選擇性非催化還原技術(shù)(selective non-catalytic reduction)，使用的還原劑為尿素或氨水，將其噴入爐內(nèi)，在800～1000℃的溫度區(qū)間內(nèi)可與NO和NO₂產(chǎn)生還原反應(yīng)，生成氮?dú)夂退?。因?qū)尤紶t爐膛空間有限和爐溫偏低，多選用反應(yīng)溫度較低的氨水為還原劑。但在層燃爐應(yīng)用SNCR技術(shù)時(shí)，經(jīng)常遇到因爐膛溫度分布不均勻、空間有限及溫度偏低等問題而導(dǎo)致有效噴氨點(diǎn)尋找困難、還原反應(yīng)時(shí)間不足、氨逃逸率上升，進(jìn)而影響脫硝效率，氨水消耗增加，而且氨逃逸也會產(chǎn)生嚴(yán)重的大氣污染問題。

基于以上技術(shù)缺陷，本領(lǐng)域亟需對現(xiàn)有的層燃爐結(jié)構(gòu)作出進(jìn)一步的改進(jìn)和設(shè)計(jì)，使其實(shí)現(xiàn)燃料充分燃燒和低氮燃燒，顯著提高燃料氧化反應(yīng)速度和爐膛溫度均勻性，實(shí)現(xiàn)脫硝效率和熱效率的雙重提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供一種層燃爐氮氧化物排放量的復(fù)合控制系統(tǒng)，通過對層燃爐的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)和設(shè)計(jì)，采用層燃+多點(diǎn)懸浮分級燃燒+SNCR組合技術(shù)，采用分級燃燒裝置，將適量煤粉或燃?xì)?、新鮮空氣及循環(huán)煙氣的混合物以多點(diǎn)分級燃燒方式噴入層燃爐內(nèi)，在層燃區(qū)上方形成水平和垂直復(fù)合燃料空氣分級，并在燃燼區(qū)布置SNCR氨水噴槍進(jìn)行還原反應(yīng)。該發(fā)明可單獨(dú)使用分級燃燒技術(shù)或與SNCR脫硝技術(shù)聯(lián)用，均可顯著提高燃料氧化反應(yīng)速度和爐膛溫度均勻性，實(shí)現(xiàn)燃料充分燃燒和低氮燃燒，減少空氣過剩系數(shù)，實(shí)現(xiàn)脫硝效率和熱效率的雙重提升。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明提供了一種層燃爐氮氧化物排放量的復(fù)合控制系統(tǒng)，其特征在于，它包括層燃爐本體、自帶煙氣循環(huán)的分級燃燒裝置和/或SNCR脫硝裝置、多功能煙氣在線監(jiān)測儀和PLC控制系統(tǒng)；

所述分級燃燒裝置設(shè)置在層燃爐本體爐排的上部，所述SNCR脫硝裝置設(shè)置在所述分級燃燒裝置的上部，所述多功能煙氣在線監(jiān)測儀安裝于層燃爐尾部的煙道出口處，所述PLC控制系統(tǒng)與多功能煙氣在線監(jiān)測儀相連；

其中，多個(gè)所述分級燃燒裝置均勻分布在爐膛兩側(cè)的墻上，所述分級燃燒裝置進(jìn)氣端的中心設(shè)置有進(jìn)風(fēng)管，用于引入中心一次風(fēng)，進(jìn)風(fēng)管的另一端設(shè)置有絕熱穩(wěn)焰鈍體，該絕熱穩(wěn)焰鈍體位于所述分級燃燒裝置的中心位置，在該分級燃燒裝置的進(jìn)氣端緊貼器壁還設(shè)置有二次風(fēng)旋流器，用于引入二次風(fēng)，在進(jìn)風(fēng)管和二次風(fēng)旋流器之間可引入外一次風(fēng)，所述分級燃燒裝置遠(yuǎn)離進(jìn)氣端的一端超出絕熱穩(wěn)焰鈍體的一截為穩(wěn)燃腔。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述一次風(fēng)攜帶燃料，由風(fēng)扇磨輸送；所述二次風(fēng)為助燃空氣，由二次風(fēng)風(fēng)機(jī)輸送，上述一次風(fēng)與二次風(fēng)均為新鮮空氣、循環(huán)煙氣與燃料的混合物。

優(yōu)選地，所述燃料為煤粉、焦?fàn)t煤氣或瓦斯，在所述一次風(fēng)和二次風(fēng)中燃料的含量為5～20％。燃料的粉末狀或氣態(tài)狀的形態(tài)能夠極大地提高燃燒效率，減少浪費(fèi)和降低污染，還能降低層燃爐的燃料消耗成本。

優(yōu)選地，SNCR脫硝裝置包括還原劑溶液儲罐、濃度計(jì)、混合器(3-3)、溶液泵、計(jì)量分配模塊、壓縮空氣儲罐、溶液噴槍和SNCR系統(tǒng)控制模塊，所述溶液噴槍設(shè)置在層燃爐的燃燼區(qū)噴射還原劑溶液進(jìn)行還原反應(yīng)。

優(yōu)選地，所述還原劑溶液為氨水。

優(yōu)選地，所述復(fù)合控制系統(tǒng)還包括鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)，所述鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)分別安裝于層燃爐空氣預(yù)熱器的空氣側(cè)進(jìn)口和煙氣側(cè)出口。正常工作時(shí)通過鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的頻率聯(lián)合控制實(shí)現(xiàn)鍋爐爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)，控制氧氣含量和煙氣停留時(shí)間，保證燃料在爐內(nèi)充分燃燒。

優(yōu)選地，所述PLC控制系統(tǒng)內(nèi)嵌層燃爐分級燃燒控制系統(tǒng)和基于NOx反饋控制的SNCR系統(tǒng)。

基于負(fù)荷變化和溫度控制的分級燃燒控制策略：

層燃爐多用于廠區(qū)內(nèi)生產(chǎn)供汽，負(fù)荷波動頻繁，為最大限度發(fā)揮基于多點(diǎn)噴射的分級燃燒裝置作用，本發(fā)明中采用基于負(fù)荷變化和溫度控制的分級燃燒控制策略，具體實(shí)施方式如下：

1)通過現(xiàn)場測量，獲得不同負(fù)荷下層燃爐內(nèi)高度方向的溫度場分布，并建立層燃爐溫度場數(shù)據(jù)庫；

2)通過數(shù)值模擬仿真，結(jié)合層燃爐溫度場數(shù)據(jù)庫模型，獲得一種較優(yōu)的層燃爐分級燃燒裝置分布方案；

3)在生產(chǎn)過程中，根據(jù)層燃爐的負(fù)荷變化并結(jié)合溫度場數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)判斷需要投入哪一層或幾層分級燃燒裝置，整體提升爐膛溫度及其均勻性，始終維持SNCR反應(yīng)溫度處在一較佳的溫度窗口區(qū)間內(nèi)，而爐膛溫度提升又可改善爐排上煤層的燃燒狀況，兼具節(jié)能和環(huán)保效益。

具體地，由鍋爐分級燃燒裝置控制系統(tǒng)執(zhí)行，自動調(diào)節(jié)給煤量/給粉量，將鼓風(fēng)機(jī)頻率與給煤量/給粉量連鎖控制；同時(shí)爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)由引風(fēng)機(jī)控制爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)，由此延長燃料在爐膛內(nèi)的燃燒時(shí)間，保證了燃料充分燃燒，達(dá)到了節(jié)能的目的，同時(shí)保持鍋爐內(nèi)負(fù)荷穩(wěn)定，也提高了鍋爐的安全性。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具備以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

(1)本發(fā)明提供的層燃爐氮氧化物排放量的復(fù)合控制系統(tǒng)，其采用分級燃燒和SNCR組合技術(shù)，前者具有節(jié)能和低氮效果，后者為氮氧化物還原技術(shù)。二者結(jié)合使用，能夠顯著提高燃料氧化反應(yīng)速度和爐膛溫度均勻性，減少空氣過剩系數(shù)，實(shí)現(xiàn)脫硝效率和熱效率的雙重提升。而針對不同用戶特點(diǎn)，二者均可單獨(dú)或聯(lián)合應(yīng)用，能夠充分滿足不同情形下的需要。

(2)本發(fā)明中提供的自帶煙氣循環(huán)的分級燃燒裝置的基于多點(diǎn)噴射分級燃燒和煙氣循環(huán)送粉方法可增加反應(yīng)活性、降低燃燒區(qū)氧含量和有效消除局部高溫區(qū)，從而具有較好的低氮燃燒效果。還可整體提升爐膛溫度和增大反應(yīng)區(qū)間，使燃料燃燒更充分，有助于提高SNCR脫硝效率，而爐膛溫度升高反過來又會改善爐排上煤層的燃燒狀況，節(jié)能和環(huán)保效果明顯。

(3)本申請的分級燃燒裝置的燃燒器采用擴(kuò)散燃燒方式，加大燃燒調(diào)節(jié)范圍；其設(shè)置絕熱穩(wěn)焰鈍體和二次風(fēng)旋流器，在燃燒室內(nèi)形成高溫低速回流區(qū)；還設(shè)置前置穩(wěn)燃腔，保證燃料和空氣穩(wěn)定和充分燃燒；采用高二次風(fēng)流速和低一次風(fēng)流速設(shè)計(jì)，這樣可利用流速差提高混合速度，保證燃燒完全性；由于中心一次風(fēng)氣流的存在，其在穩(wěn)焰鈍體出口的高溫低速的回流區(qū)內(nèi)首先著火，形成值班火焰，之后點(diǎn)燃主流，大幅度提高了燃燒器燃燒穩(wěn)定性。所述自帶煙氣循環(huán)的分級燃燒裝置基于空氣分級和煙氣循環(huán)的燃燒方法均為低氮燃燒的有效手段，有利于降低燃燒器出口的高溫區(qū)溫度和氧濃度，進(jìn)而大幅度減少氧化氮的生成量。

(4)本申請還設(shè)置有SNCR裝置，在層燃爐的燃燼區(qū)設(shè)置噴槍噴射還原劑溶液進(jìn)行還原反應(yīng)，將尾氣進(jìn)行脫硝處理，能夠有效減少氮氧化物排放量，滿足環(huán)保的需求。

(5)本申請的復(fù)合控制系統(tǒng)只需在現(xiàn)有的設(shè)備上稍作改進(jìn)即可得到，不需要整體更換設(shè)備，節(jié)省費(fèi)用，適合大規(guī)模進(jìn)行推廣。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的層燃爐氮氧化物排放量的復(fù)合控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的自帶煙氣循環(huán)的分級燃燒裝置的工藝流程圖。

圖3為本發(fā)明的自帶煙氣循環(huán)的分級燃燒裝置原理圖。

圖4為本發(fā)明的SNCR脫硝裝置控制原理圖。

圖5為本發(fā)明的PLC系統(tǒng)控制流程圖。

在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：

1層燃爐本體，2分級燃燒裝置，3SNCR脫硝裝置，4多功能煙氣在線監(jiān)測儀，5鼓風(fēng)機(jī)，6引風(fēng)機(jī)，7PLC控制系統(tǒng)，3-1還原劑液儲罐，3-2濃度計(jì)，3-3混合器，3-4溶液泵，3-5計(jì)量分配模塊，3-6壓縮空氣儲罐，3-7溶液噴槍，3-8SNCR系統(tǒng)控制模塊。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

圖1為本發(fā)明提供的層燃爐氮氧化物排放量的復(fù)合控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該層燃爐氮氧化物排放量的復(fù)合控制系統(tǒng)包括層燃爐本體1、自帶煙氣循環(huán)的分級燃燒裝置2和/或SNCR脫硝裝置3、多功能煙氣在線監(jiān)測儀4和PLC控制系統(tǒng)7；

分級燃燒裝置2設(shè)置在層燃爐本體1爐排的上部，SNCR脫硝裝置3設(shè)置在所述分級燃燒裝置2的上部，多功能煙氣在線監(jiān)測儀4安裝于層燃爐尾部的煙道出口處，PLC控制系統(tǒng)7與多功能煙氣在線監(jiān)測儀4相連；

其中，多個(gè)所述分級燃燒裝置2均勻分布在爐膛兩側(cè)的墻上，分級燃燒裝置2進(jìn)氣端的中心設(shè)置有進(jìn)風(fēng)管，用于引入中心一次風(fēng)，進(jìn)風(fēng)管的另一端設(shè)置有絕熱穩(wěn)焰鈍體，該絕熱穩(wěn)焰鈍體位于所述分級燃燒裝置2的中心位置，在該分級燃燒裝置2的進(jìn)氣端緊貼器壁還設(shè)置有二次風(fēng)旋流器，用于引入二次風(fēng)，在進(jìn)風(fēng)管和二次風(fēng)旋流器之間可引入外一次風(fēng)，分級燃燒裝置2遠(yuǎn)離進(jìn)氣端的一端超出絕熱穩(wěn)焰鈍體的一截為穩(wěn)燃腔。

在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，一次風(fēng)攜帶燃料，由風(fēng)扇磨輸送；所述二次風(fēng)為助燃空氣，由二次風(fēng)風(fēng)機(jī)輸送，上述一次風(fēng)與二次風(fēng)均為新鮮空氣、循環(huán)煙氣與燃料的混合物。

在本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例中，燃料為煤粉、焦?fàn)t煤氣或瓦斯，在所述一次風(fēng)和二次風(fēng)中燃料的含量為5～20％。

在本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例中，SNCR脫硝裝置3包括還原劑溶液儲罐3-1、濃度計(jì)3-2、混合器3-3、溶液泵3-4、計(jì)量分配模塊3-5、壓縮空氣儲罐3-6、溶液噴槍3-7和SNCR系統(tǒng)控制模塊3-8，所述溶液噴槍3-7設(shè)置在層燃爐的燃燼區(qū)噴射還原劑溶液進(jìn)行還原反應(yīng)。

所述SNCR脫硝裝置具備氨水流量和濃度調(diào)節(jié)功能，鍋爐NOx控制系統(tǒng)根據(jù)測點(diǎn)反饋的NOx排放值，自動調(diào)節(jié)氨水溶液噴入量，保證層燃爐NOx排放始終控制在設(shè)定值以下，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控NOx的排放量并立刻進(jìn)行調(diào)整，從而降低燃燒中生成的NOx量，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

在本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例中，還原劑溶液為氨水。

在本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例中，復(fù)合控制系統(tǒng)還包括鼓風(fēng)機(jī)5和引風(fēng)機(jī)6，所述鼓風(fēng)機(jī)5和引風(fēng)機(jī)6分別安裝于層燃爐空氣預(yù)熱器的空氣側(cè)進(jìn)口和煙氣側(cè)出口。

在本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例中，PLC控制系統(tǒng)7內(nèi)嵌層燃爐分級燃燒控制系統(tǒng)和基于NOx反饋控制的SNCR系統(tǒng)。

參見圖2和圖3，所述自帶煙氣循環(huán)的分級燃燒裝置燃料為煤粉或燃?xì)?，區(qū)別于常規(guī)的鍋爐摻燒手段，本發(fā)明采用多點(diǎn)噴射和分級燃燒方法，在爐膛兩側(cè)墻的合適位置多點(diǎn)噴入爐膛燃燒，其燃燒器基于回流區(qū)分級著火原理特殊設(shè)計(jì)，具有較好的穩(wěn)燃效果。

如圖3所示，所述分級燃燒裝置的燃燒器采用擴(kuò)散燃燒方式，加大燃燒調(diào)節(jié)范圍；其設(shè)置絕熱穩(wěn)焰鈍體和二次風(fēng)旋流器，在燃燒室內(nèi)形成高溫低速回流區(qū)；還設(shè)置前置穩(wěn)燃腔，保證燃料和空氣穩(wěn)定和充分燃燒；采用高二次風(fēng)流速和低一次風(fēng)流速設(shè)計(jì)，這樣可利用流速差提高混合速度，保證燃燒完全性；由于中心一次風(fēng)氣流的存在，其在穩(wěn)焰鈍體出口的高溫低速的回流區(qū)內(nèi)首先著火，形成值班火焰，之后點(diǎn)燃主流，大幅度提高了燃燒器燃燒穩(wěn)定性。所述自帶煙氣循環(huán)的分級燃燒裝置基于空氣分級和煙氣循環(huán)的燃燒方法均為低氮燃燒的有效手段，有利于降低燃燒器出口的高溫區(qū)溫度和氧濃度，進(jìn)而大幅度減少氧化氮的生成量。

如圖1和4所示，本發(fā)明的基于鍋爐分級燃燒控制系統(tǒng)工作過程如下：在鍋爐工作時(shí)，負(fù)荷調(diào)節(jié)以鏈條爐排層燃燃燒為主，并將燃?xì)饣?～20％煤以煤粉形式由分級燃燒裝置送入爐膛，恒定爐排轉(zhuǎn)速，通過調(diào)整燃?xì)饣蛎悍蹏娙肓空{(diào)節(jié)鍋爐負(fù)荷。同時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)位于鍋爐省煤器出口的多功能煙氣在線監(jiān)測儀4將實(shí)時(shí)測量到的CO和O₂等數(shù)據(jù)傳輸至鍋爐分級燃燒控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)排放煙氣中CO濃度Vco和設(shè)定值V₀與設(shè)定偏差δ₀比值，若測量值Vco＜V₀-δ₀，則根據(jù)表明系統(tǒng)氧量富余，系統(tǒng)運(yùn)算后自動調(diào)低鼓風(fēng)機(jī)頻率。若Vco＞V₀-δ₀，則根據(jù)表明系統(tǒng)缺氧，系統(tǒng)運(yùn)算后自動調(diào)大鼓風(fēng)機(jī)頻率。在控制調(diào)節(jié)過程中，始終將CO濃度維持在微量狀態(tài)，使實(shí)際燃料接近理論配比，煙氣氧量在5％～10％水平。系統(tǒng)在執(zhí)行燃燒控制過程中同步執(zhí)行引風(fēng)機(jī)爐膛負(fù)壓控制。

參見圖4，所述SNCR脫硝裝置3具有還原劑溶液濃度調(diào)節(jié)和煙氣NOx控制兩大功能，可根據(jù)鍋爐實(shí)際情況量身定做，始終保持SNCR工作在合適的溫度窗口，保持較高的脫硝效率。SNCR脫硝裝置3在工作時(shí)具備濃度實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)和流量實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，系統(tǒng)將多功能煙氣在線監(jiān)測儀4檢測得到的NOx排放值反饋至PLC控制系統(tǒng)7中的子系統(tǒng)——SNCR系統(tǒng)控制模塊，系統(tǒng)判定是否超出設(shè)定要求范圍值，并根據(jù)判定結(jié)果和系統(tǒng)控制策略自動調(diào)節(jié)還原劑溶液噴入量，從而將NOx排放控制在限值以下。當(dāng)NH₃作還原劑時(shí)，SNCR還原NOx反應(yīng)方程式如下：

4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O

4NH₃+2NO₂+O₂→3N₂+6H₂O

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。