降低氮氧化物排放的循環(huán)流化床燃燒裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及降低氮氧化物排放的循環(huán)流化床燃燒裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]我國能源結(jié)構(gòu)以煤為主，燃煤產(chǎn)生大量的氮氧化物氣體是主要大氣的污染物之一。其中，控制火電廠燃煤鍋爐的氮氧化物排放至關(guān)重要。
[0003]循環(huán)流化床鍋爐由于采用低溫燃燒和二次風分級布置方式，鍋爐原始氮氧化物排放濃度多在150mg/Nm3-250mg/Nm3之間，低于使用相同燃料的煤粉鍋爐。隨著國家《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223-2011)頒布實施，對現(xiàn)有循環(huán)流化床鍋爐的氮氧化物排放限值為200mg/Nm3，對新建鍋爐則執(zhí)行100mg/Nm3的排放標準，因此，循環(huán)流化床鍋爐須進一步降低氮氧化物排放。
[0004]為了控制循環(huán)流化床鍋爐的氮氧化物的生成，現(xiàn)有技術(shù)通常采用降低燃燒室內(nèi)燃燒溫度、采用低過量空氣系數(shù)燃燒以及通過燃燒室配風延長還原區(qū)停留時間等手段。
[0005]采用降低燃燒室內(nèi)燃燒溫度和低過量空氣系數(shù)燃燒的技術(shù)方案，在很大程度上影響了燃料的充分燃燒，增加了鍋爐的氣體不完全燃燒和固體不完全燃燒損失。通過燃燒室配風延長還原區(qū)停留時間的技術(shù)方案，主要是提高二次風高度，甚至在二次風上再增加一層燃盡風，在同一個燃燒室內(nèi)隨著空氣分級程度加大，受燃燒室高度限制，燃盡時間大大縮短，煙氣中飛灰含碳量和CO濃度增加，這同樣也導致不完全燃燒損失增加，對于鍋爐的經(jīng)濟運行造成不利影響。
[0006]中國專利申請201310723729.7公開了一種循環(huán)流化床鍋爐低氮氧化物排放的燃燒方法，通過降低一次風量和二次風量使煙氣氧量保持在2%至3%之間，即保持低氧量運行，同時增加二次風層數(shù)、提高二次風噴口高度延長還原區(qū)停留時間。但燃燒室內(nèi)較高的二次風管布置方式，會加速二次風口周圍水冷壁管的磨損，影響鍋爐的安全運行。
[0007]中國專利申請201310539752.0公開了一種循環(huán)流化床鍋爐多重分級高效低氮燃燒方法及燃燒系統(tǒng)，將燃燒空氣分別經(jīng)相應(yīng)入口送入燃燒室，將爐膛分為欠氧燃燒、還原、氧化燃燒和燃盡區(qū)，分別控制各區(qū)域的過量空氣系數(shù)，使燃料在燃燒室內(nèi)分散均勻燃燒降低氮氧化物的生成。但是，在同一個燃燒室內(nèi)進行多重分級，很難真正實現(xiàn)各區(qū)域的分區(qū)燃燒；同時受燃燒室高度的限制，過高的二次風管布置方式，會使燃料燃盡時間縮短，導致鍋爐飛灰含碳量及煙氣中可燃氣體濃度升高，降低鍋爐效率。
[0008]這些技術(shù)雖然對于控制循環(huán)流化床鍋爐氮氧化物排放起到了一定的作用，但仍然很難達到日趨嚴格的循環(huán)流化床鍋爐氮氧化物排放標準，有的甚至還對鍋爐的安全經(jīng)濟運行造成不良影響。
【實用新型內(nèi)容】
[0009]本實用新型的目的是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)超低氮氧化物排放的循環(huán)流化床燃燒裝置，適用于煤及其它含氮燃料的燃燒。
[0010]根據(jù)本實用新型的實施例的一個方面，提出了一種降低氮氧化物排放的循環(huán)流化床燃燒裝置，包括:循環(huán)流化床主燃燒室；氣固分離器；返料器；后燃燒室；以及附加燃燒用風通入口，其中:循環(huán)流化床主燃燒室、氣固分離器和返料器依次相連以組成循環(huán)回路；所述后燃燒室連接于氣固分離器之后，后燃燒室入口與氣固分離器的氣體出口煙道相連；所述附加燃燒用風通入口向所述后燃燒室提供燃燒用風；且所述氣固分離器適于隔離所述循環(huán)回路中的還原氣氛和所述后燃燒室中的氧化氣氛。
[0011]可選地，循環(huán)流化床燃燒裝置還包括與后燃燒室出口相連的尾部煙道。進一步地，所述附加燃燒用風通入口設(shè)置在后燃燒室上?；蛘撸龈郊尤紵蔑L通入口設(shè)置在氣固分尚器的氣體出口煙道上。
[0012]利用本實用新型的技術(shù)方案，由于燃料在由主燃燒室、氣固分離器、返料器組成的循環(huán)回路中進行不完全燃燒，并產(chǎn)生了半焦和一氧化碳，且來自氣固分離器的氣體出口的半焦和一氧化碳在后燃燒室中完全燃燒，從而可以顯著降低氮氧化物的排放量。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的一個示例性實施例的降低氮氧化物排放的循環(huán)流化床燃燒裝置的示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面詳細描述本實用新型的實例性的實施例，實施例的示例在附圖中示出，其中相同或相似的標號表示相同或相似的元件。下面參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用新型的限制。
[0015]圖1示出了一種降低氮氧化物排放的循環(huán)流化床燃燒裝置，包括:循環(huán)流化床主燃燒室1，設(shè)有燃料入口 11和燃燒用風入口 12;氣固分離器2，與循環(huán)流化床主燃燒室I的出口相通；返料器3，分別與氣固分離器2的固體出口和循環(huán)流化床主燃燒室I上的返料口相通；后燃燒室4，與氣固分離器2的氣體出口相通，設(shè)有燃燒用風入口 41，其中:所述氣固分離器適于隔離所述循環(huán)回路中的還原氣氛和所述后燃燒室中的氧化氣氛。
[0016]可選地，循環(huán)流化床燃燒裝置還包括尾部煙道5，與后燃燒室4的出口相通?？蛇x地，燃燒用風入口 41也可設(shè)置在氣固分離器2的氣體出口煙道上。其中，主燃燒室和后燃燒室以及尾部煙道均可根據(jù)熱平衡需要適當設(shè)置受熱面。
[0017]下面進一步說明根據(jù)本實用新型的降低氮氧化物排放的循環(huán)流化床燃燒裝置。
[0018]燃料的循環(huán)流化床燃燒過程中，生成的氮氧化物(NOx)主要為一氧化氮(NO)，其比例高達95%。一般煤燃燒生成的NOx的氮來源可以分為燃料N和熱力N，燃料氮來自燃料中的N，熱力N來自燃燒用空氣中的N，只有在高溫(1100°C以上)下熱力N才有可能轉(zhuǎn)化為NOx。對于循環(huán)流化床煤燃燒來說，氮氧化物的生成主要來源于煤中的氮元素，在一般燃燒條件下，煤中氮的化合物首先被熱解成HCN和NH3等中間產(chǎn)物，隨著揮發(fā)分一同從煤種析出，稱之為揮發(fā)分N，仍殘留在焦炭中的氮稱之為焦炭N ;而在氧化性氣氛中，煤燃燒時由揮發(fā)分N生成的氮氧化物占的比例可達60 % -80 %，焦炭燃燒產(chǎn)生的氮氧化物只占20-40 %，所以一般認為焦炭N的NO轉(zhuǎn)化率較低，尤其在過量空氣增加時，揮發(fā)分N生成的氮氧化物占絕大多數(shù)。
[0019]在燃燒過程中，隨燃料揮發(fā)分一起析出的揮發(fā)分N，遇到氧會發(fā)生一系列均相反應(yīng)，其中的HCN反應(yīng)生成NCO中間體后依據(jù)氣氛有兩種反應(yīng)途徑；在氧化性氣氛中，NCO會進一步氧化成NO ;在還原性氣氛中則反應(yīng)生成NH，生成的NH在氧化性氣氛中會進一步氧化成NO，同時NH在還原性氣氛中有可使已經(jīng)生成的NO還原成N2。揮發(fā)分N中，順3首先在高溫條件下與煙氣中的自由基生成NHi,進而在氧化性氣氛下生成NO ;NHi在還原性氣氛下與生成的NO直接反應(yīng)生成N2。殘留在焦炭中的焦炭N，在氧化性氣氛下直接生成NO，而在還原性氣氛下NO則被還原成N2。由此可見，在煤的整個燃燒過程中，其N元素經(jīng)歷一系列均相、異相反應(yīng)，在氧化性氣氛下，最終的產(chǎn)物是氮氧化物；在還原性氣氛下，最終的產(chǎn)物為氮分子。
[0020]可見，只要能夠控制循環(huán)流化床燃燒的氣氛為還原性氣氛，則可避免氮氧化物的產(chǎn)生，但燃燒如果始終在還原性氣氛下進行，則意味著燃燒不充分、燃燒效率降低。
[0021]現(xiàn)有技術(shù)中，較為常見的低氮燃燒方法是在爐膛局部形成還原區(qū)，在其下游形成氧化區(qū)燃盡燃料，還原區(qū)與燃盡區(qū)處于同一腔體中。但本實用新型與這些方法有著本質(zhì)的不同，其關(guān)鍵就在于還原區(qū)與燃盡區(qū)之間通過氣固分離器進行了隔離:
[0022](I)氣固分離器限制氧氣的流動:
[0023]分離器的流動特性決定了氣體只能從主燃燒室向后燃燒室單向流動，通入后燃燒室的補燃用的氧氣無法進入主燃燒室，因此不僅確保了主燃燒室為還原性氣氛，而且由主燃燒室、分離器、返料器構(gòu)成的整個循環(huán)回路也都處于還原性氣氛中；
[0024]還原區(qū)與燃盡區(qū)處于同一腔體中時，向燃盡區(qū)通入的氧氣是不能保證不向還原區(qū)擴散的，二者之間的界限很模糊、難以