一種煙氣再循環(huán)和超細煤粉再燃的層燃爐及其燃燒工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于潔凈能源燃燒領(lǐng)域，具體涉及一種煙氣再循環(huán)和超細煤粉再燃的層燃爐及其燃燒工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]我國現(xiàn)有燃煤工業(yè)鍋爐年用煤量約6億噸，約占全國年用煤總量的20%。燃煤工業(yè)鍋爐的平均效率只有60-65%，具有平均提高運行效率25-30個百分點的節(jié)能潛力。目前，燃煤工業(yè)鍋爐每年的總能源消耗和污染排放均位居全國第二。由于我國燃料是以煤為主，因而大多數(shù)工業(yè)鍋爐為燃煤鍋爐，并且主要是層燃爐。由于設(shè)計及運行等方面的原因，我國工業(yè)鍋爐的熱效率普遍較低。層燃爐的低效、高污染已經(jīng)成為亟待解決的重要節(jié)能和環(huán)境保護課題。
[0003]現(xiàn)階段SCR技術(shù)是脫硝效率最高的方法，但是其投資成本和運行成本較高，不適用于工業(yè)鍋爐。煙氣再循環(huán)是在鍋爐的空氣預(yù)熱器前抽取一部分低溫?zé)煔庵苯铀腿霠t內(nèi)，或者是與一次風(fēng)或二次風(fēng)混合后送入爐內(nèi)，利用煙氣所具有的低氧及溫度較低的特點，將部分煙氣再循環(huán)噴入爐膛合適的位置，降低局部溫度及形成局部還原性氣氛，從而抑制NOx的生成。
[0004]發(fā)明專利“一種低排放高效層燃燃燒裝置及方法”(申請?zhí)?201110319044.7)申請公開一種利用煙氣再循環(huán)實現(xiàn)高效低污染的層燃燃燒方法。該專利利用煙氣再循環(huán)和噴水蒸汽相結(jié)合的技術(shù)來迅速熱解煤粉產(chǎn)生還原氣體，且通過再循環(huán)煙氣用來攜帶還原性氣體和部分小顆粒半焦進入爐內(nèi)的再燃區(qū)，達到還原NOx的目的，在爐膛內(nèi)實現(xiàn)爐內(nèi)燃料分級燃燒，同時還可以提高層燃爐的燃燒效率。但是，隨著環(huán)保要求的日益提高，對NOx排放將會更加嚴(yán)格，該專利不能滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求。
[0005]實用新型“一種煙氣再循環(huán)和再燃技術(shù)協(xié)同作用的低氮燃燒系統(tǒng)”(201320606708.2)公開了一種針對煤粉爐的煙氣再循環(huán)與再燃技術(shù)相結(jié)合的低氮燃燒系統(tǒng)。該實用新型利用再循環(huán)煙氣將超細煤粉倉中的超細煤粉吹入爐膛，達到還原NOx的目的。但該實用新型適用于煤粉爐，且由于再循環(huán)煙氣溫度相對較低，用來攜帶超細煤粉還原NOx的效果較弱；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，改造成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種煙氣再循環(huán)和超細煤粉再燃的層燃爐及其燃燒工藝。本發(fā)明將再循環(huán)煙氣分為兩部分，一部分作為引射氣流將煤斗中的超細煤粉分離并被吸入爐膛(引射的氣流周圍產(chǎn)生負(fù)壓區(qū))利用超細煤粉的還原性能及循環(huán)煙氣低氧的特點，產(chǎn)生一個富燃料低氧氣濃度的還原性區(qū)域，達到還原NOx的目的；另一部分吹入爐排底部，熱解煤產(chǎn)生還原氣體(NH1、HCN、CH1、H2和⑶等)，使主燃區(qū)呈現(xiàn)還原性氣氛，降低NOx的生成；同時，能夠?qū)崿F(xiàn)燃料的分級燃燒，增大煤層的孔隙率，減小煤層壓降，提高燃燒效率。本發(fā)明能夠有效抑制NOx生成，并同時實現(xiàn)高效爐內(nèi)脫硫，解決傳統(tǒng)鏈條層燃爐和采用與其相近原理的層燃爐高NOx、高SOx的排放問題，并通過實現(xiàn)燃料的完全燃燒提高鍋爐的效率。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0008]—種煙氣再循環(huán)和超細煤粉再燃的層燃爐，包括爐排、爐膛和與爐膛相連通的若干個煤斗；
[0009]至少一個煤斗通過超細煤粉管道與爐膛相連通，超細煤粉管道內(nèi)設(shè)有引射噴嘴，引射噴嘴通過引射風(fēng)噴管與煙氣再循環(huán)管道連接，引射噴嘴的噴口方向朝向爐膛；
[0010]所述爐排底部設(shè)有煙氣再循環(huán)風(fēng)箱，爐排底部通過煙氣再循環(huán)風(fēng)箱與再循環(huán)煙氣管道相連通；
[0011]所述層燃爐產(chǎn)生的再循環(huán)煙氣通過再循環(huán)煙氣管道進入超細煤粉管道和爐排底部。
[0012]所述爐膛內(nèi)的上部分設(shè)有爐膛換熱面，下部分為燃燒室，燃燒室內(nèi)分為主燃區(qū)、主燃區(qū)上方的再燃區(qū)和再燃區(qū)上方的燃盡區(qū)。
[0013]優(yōu)選的，所述超細煤粉管道設(shè)置在爐膛外并且靠近爐膛內(nèi)再燃區(qū)的位置。通過在煤斗設(shè)置引射裝置將超細煤粉吸入爐膛內(nèi)的再燃區(qū)，在燃燒室的主燃區(qū)上方形成富燃料區(qū)，還原主燃區(qū)燃燒生成的NOx，減少燃料氮向NOx的轉(zhuǎn)化。
[0014]優(yōu)選的，與超細煤粉管道相連通的煤斗裝有超細煤粉和大顆粒煤的混合物，或者只裝有超細煤粉。當(dāng)所述煤斗內(nèi)裝有超細煤粉和大顆粒煤的混合物時，此時可以采用一個煤斗。當(dāng)與超細煤粉管道相連通的煤斗只裝有超細煤粉時，此時爐膛至少還需連接另外一個裝有大顆粒煤的煤斗。
[0015]優(yōu)選的，所述引射噴嘴與超細粉管道平行，噴射再循環(huán)煙氣的效率提高，從而使還原NOx的效率提高。
[0016]優(yōu)選的，所述爐排為鏈條爐排，其靠近排焦管的一側(cè)安裝閘板，用于控制煤層厚度。本發(fā)明的保護范圍不僅僅限于鏈條爐排。
[0017]優(yōu)選的，所述引射風(fēng)噴管上設(shè)有拉法爾管。再循環(huán)煙氣通過引射風(fēng)噴管進入煤斗的過程中，拉法爾噴管的作用是增加再循環(huán)煙氣流速，使得超細煤粉與大顆粒煤分離，并進入爐膛內(nèi)。
[0018]優(yōu)選的，所述引射風(fēng)噴管為多根平行排列，相鄰兩根間距100-200mm。設(shè)置多根引射風(fēng)噴管，有利于加強煤斗中超細煤粉的分離程度。
[0019]優(yōu)選的，所述再循環(huán)煙氣管道還連接水蒸氣管道，適量的水蒸氣能夠促進煤的氣化過程，使NH1、HCN、CH1、C0、比等還原性氣體的量增加。
[0020]優(yōu)選的，所述再循環(huán)煙氣管道內(nèi)為煙氣或者空氣和煙氣的混合物。
[0021]優(yōu)選的，所述爐排靠近進料口的部分底部設(shè)有煙氣再循環(huán)風(fēng)箱。當(dāng)再循環(huán)煙氣通入爐排靠近進料口的部分時，熱解剛進入爐膛內(nèi)的大顆粒煤產(chǎn)生還原性氣體，使主燃區(qū)呈現(xiàn)還原性氣氛，使得NOx的脫除率更高。
[0022]優(yōu)選的，所述爐排底部還設(shè)有空氣風(fēng)箱，將空氣高效率的鼓入爐膛內(nèi)，使煤充分燃
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[0023]優(yōu)選的，所述再循環(huán)煙氣管道上還設(shè)有再循環(huán)風(fēng)機，設(shè)置的再循環(huán)風(fēng)機使得再循環(huán)煙氣有一定的流動速率，便于提高脫硝脫硫效率。
[0024]—種煙氣再循環(huán)和超細煤粉再燃的燃燒工藝，爐膛內(nèi)煤和脫硫劑混合燃燒，一部分再循環(huán)煙氣利用射流引射的方式將煤斗中的超細煤粉與大顆粒煤分離，超細煤粉與再循環(huán)煙氣一起進入爐膛內(nèi)的再燃區(qū)，利用超細煤粉的還原性在低氧氣氣氛下還原爐膛內(nèi)產(chǎn)生的NOx，大顆粒煤隨著煤斗繼續(xù)下降到爐膛內(nèi)進行排燃燒；另一部分再循環(huán)煙氣通入爐排底部熱解煤，產(chǎn)生還原氣體，使?fàn)t膛內(nèi)的主燃區(qū)呈現(xiàn)還原性氣氛，降低NOx的生成。
[0025]由于采用本發(fā)明的燃燒工藝，所以能夠?qū)崿F(xiàn)燃料的分級燃燒，增大煤層的孔隙率，減小煤層壓降，實現(xiàn)爐內(nèi)的高效脫硫。
[0026]所述的超細煤粉粒徑小于等于100 μ m0
[0027]所述的大顆粒煤粒徑大于100 μ m。
[0028]優(yōu)選的，引射氣體流速為15m/s?30m/s，使得煤斗中超細煤粉有較高的分離效率。
[0029]優(yōu)選的，所述脫硫劑的質(zhì)量為煤的1.5%?2.5%，采用此比例范圍的脫硫劑，爐膛內(nèi)脫硫效果好。
[0030]優(yōu)選的，所述再循環(huán)煙氣內(nèi)為煙氣或空氣和煙氣的混合物，或者還噴入部分水蒸氣，適量的水蒸氣能夠促進煤的氣化過程，使NH1、HCN、CH1、C0、H2等還原性氣體的量增加。
[0031]所述煤粉再燃還原N0主要包括同相還原反應(yīng)和異相還原反應(yīng)，主要反應(yīng)如下:
[0032]還原性氣體還原NOx的同相化學(xué)反應(yīng)途徑如下:
[0033]還原氣氛中N0與氨類(NHi)和氮原子(N)反應(yīng)生成N2，主要反應(yīng)有:
[0034]Ν0+ΝΗ — Ν2+0Η (1)
[0035]N0+NH2— N 2+H20 (2)
[0036]Ν0+Ν — N2+0 (3)
[0037]還原氣氛中NO與烴根(CHi)結(jié)合生成氰(HCN)
[0038]N0+CH — HCN (4)
[0039]N0+CH2— HCN+0H (5)
[0040]N0+CH3— HCN+H 20 (6)
[0041]HCN與0、0H、H按下反應(yīng)生成中間產(chǎn)物氰氧化物:
[0042]HCN+0 — NC0+H (7)
[0043]HCN+0H — HNC0+H (8)
[0044]氰氧化物在還原性氣氛中轉(zhuǎn)化為氨類:
[0045]NC0+H — NH+C0 (9)
[0046]HNC0+H — NH2+C0 (10)
[0047]NH+H —N+H2 (11)
[0048]NH2+NH2—NH 3+NH (12)
[0049]生成的NHi在還原氣氛中如遇到NO則會按式⑴、⑵、⑶將N0還原為N2。
[0050]比與N0的反應(yīng)主要通過以下反應(yīng)途徑進行:
[0051]H2+02—H+H20 (13)
[0052]Η2+Η20 — Η+Η+Η20 (14)
[0053]Η+Ν0+Μ — ΗΝ0+Μ (15)
[0054]H2+HN0 — H20+NH (16)
[0055]HNO+H — NH+OH (17)
[0056]在高溫條件下，CO還原NO主要通過以下反應(yīng):
[0057]C0+N0 — C02+N (18)
[0058]超細煤粉還原NOx的異相化學(xué)反應(yīng)途徑如下:
[0059]N0+C0 — C02+1/2N2 (19)
[0060]N0+-Cfas — _C (NO) (20)
[0061]2_C(N0) — 2_C(0)+N2 (21)
[0062]-C (NO) — - (CN) +-C (0) (22)
[0063]2- (CN) — N2+2-Cfas (23)
[0064]C0+-C (0) — C02+-Cfas (24)
[0065]-C (0) — C0+-Cfas (25)
[0066]-Cfas代表超細煤粉表面活性位置，-C (NO)、_C (0)代表超細煤粉表面化合物。
[0067]本發(fā)明的有益效果是:
[0068]根據(jù)層燃爐的燃燒特點，本發(fā)明首次將超細煤粉再燃技術(shù)與煙氣再循環(huán)技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用在層燃爐上，兩種技術(shù)經(jīng)過合理的配合，共同降低了污染物排放濃度和提高層燃爐的燃燒效率。
[0069]本發(fā)明的層燃爐裝置結(jié)構(gòu)簡單新穎，通過在煤斗設(shè)置引射裝置以及相關(guān)結(jié)構(gòu)，使層燃爐能夠合理巧妙利用超細煤粉再燃技術(shù)，與煙氣再循環(huán)技術(shù)配合使用，以達到提