專利名稱：燃水煤漿液態(tài)排渣旋風(fēng)爐分級配風(fēng)及再燃低NOx的方法
燃水煤漿液態(tài)排渣旋風(fēng)爐分級配風(fēng)及再燃低NOx的方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種低NOx燃燒技術(shù)，尤其是涉及一種燃水煤漿液態(tài)排渣旋風(fēng)爐分級配風(fēng)、再燃低NOx技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對能源的需求也在日益增加，煤炭、石油和天然氣是目前世界一次能源的三大支柱。石油作為一種戰(zhàn)略資源，其對國防安全有重大的作用。隨著工業(yè)化的發(fā)展，國內(nèi)對石油的需求在逐步的增加，雖然我國是產(chǎn)油大國，但我國石油大部分還是依賴進(jìn)口。國際上，國際油價的波動上升，將使得世界各國競相爭奪石油，并且隨著石油的逐步被消耗，這種世界范圍內(nèi)的競爭將會更加的激烈。而我國天然氣資源相對貧乏，天然氣在一次能源消耗只占3%，但天然氣的需求將日益增加，同時天然氣的價格也在不斷上漲， 工業(yè)上的燃?xì)忮仩t面臨成本上升的巨大壓力。同時，“十一五”計劃中明確指出，“十一五”期間單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低20%左右，這使得工業(yè)上的燃?xì)忮仩t面臨改造。我國是煤炭大國，煤炭資源很豐富，在石油和天然氣價格不斷上漲的時候，水煤漿作為一種低硫、低灰的清潔燃料，其燃燒效率高，水煤漿鍋爐的熱效率較燃煤鍋爐的高。發(fā)展水煤漿代油和代氣具有很好的經(jīng)濟(jì)價值。燃料燃燒排放的污染物是大氣污染物的主要部分，其中燃燒產(chǎn)生的NOx是引起酸雨的主要成分之一，其所引發(fā)的環(huán)境問題已不容樂觀，而燃煤過程是NOx的主要來源之一。我國是煤炭大國，煤炭在一次能源消費(fèi)中占有很大的比例，并且在最近的幾十年這種能源結(jié)構(gòu)可能不會發(fā)生改變。經(jīng)濟(jì)的快速增長是以能源的巨大消耗為代價，我國的NOx總排放量從2000年的12. I X 106t到2005年的19. I X 106t，年增長率為10%,因此降低NOx的排放已經(jīng)是刻不容緩?！笆濉币?guī)劃也是把降低氮氧化物的排放作為改善大氣環(huán)境質(zhì)量的重中之重。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種燃水煤漿液態(tài)排渣旋風(fēng)爐分級配風(fēng)及再燃低NOx的方法。為解決技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是提供一種燃水煤漿液態(tài)排渣旋風(fēng)爐分級配風(fēng)及再燃低NOx的方法，該方法是在圓柱狀的爐體的頂端設(shè)燃燒器，燃燒器的主體具有水平延伸的邊緣且中心呈凸起狀，形成中空的預(yù)燃區(qū)；在預(yù)燃區(qū)上方設(shè)水煤漿入口和一次風(fēng)入口，燃燒器的壁上設(shè)二次風(fēng)噴口 ；爐體內(nèi)的爐膛從上至下分為主燃區(qū)、再燃區(qū)和燃盡區(qū)，在主燃區(qū)的中上部設(shè)上切向二次風(fēng)噴口，主燃區(qū)的下部設(shè)下切向二次風(fēng)噴口，再燃區(qū)設(shè)再燃燃料噴口，燃盡區(qū)設(shè)燃盡風(fēng)噴口 ；預(yù)燃區(qū)的一次風(fēng)和二次風(fēng)的風(fēng)量占總風(fēng)量的40%，主燃區(qū)的上切向二次風(fēng)和下切向二次風(fēng)的風(fēng)量占總風(fēng)量的40%，燃盡區(qū)的燃盡風(fēng)的風(fēng)量占總風(fēng)量的20% ;燃燒形成的煙氣自爐膛底部側(cè)面的煙氣出口排出，燃燒產(chǎn)生的液態(tài)渣自爐膛底部的出渣口排出。
本發(fā)明中，所述燃盡區(qū)的燃盡風(fēng)分兩層布置，每層設(shè)置兩個燃盡風(fēng)噴口。本發(fā)明中，所述再燃燃料噴口分為兩層布置，使用CH4作為再燃燃料，其燃燒熱量占鍋爐燃料總熱量的20%。本發(fā)明中，預(yù)燃區(qū)的二次風(fēng)分為10路進(jìn)入預(yù)燃室，每個二次風(fēng)噴口均以預(yù)設(shè)角度、順時針間隔地布置在預(yù)燃室四周。本發(fā)明中，所述上切向二次風(fēng)分兩層進(jìn)入爐膛內(nèi)，每層布置2個噴口。本發(fā)明中，所述下切向二次風(fēng)分兩層進(jìn)入爐膛內(nèi)，每層布置2 8個噴口。本發(fā)明中，預(yù)燃區(qū)的過量空氣系數(shù)小于1，再燃區(qū)的過量空氣系數(shù)為O. 8 O. 9，燃盡區(qū)的過量空氣系數(shù)為I. 01 I. 2。本發(fā)明的有益效果在于·通過選用液態(tài)排渣旋風(fēng)爐，以及在燃燒過程中運(yùn)行分級配風(fēng)及再燃技術(shù)，降低60%的NOx排放；各配風(fēng)噴口的設(shè)置，使水煤漿的燃燒能以最簡單和最經(jīng)濟(jì)的方式進(jìn)行，這在工業(yè)上應(yīng)用具有很好的應(yīng)用前景。
圖I是燃水煤漿液態(tài)排渣旋風(fēng)爐的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記I水煤漿入口、2—次風(fēng)入口、3 二次風(fēng)噴口、4上切向二次風(fēng)噴口、5下切向二次風(fēng)噴口、6再燃燃料噴口、7燃盡風(fēng)噴口、8出渣口、9預(yù)燃區(qū)、10主燃區(qū)、11再燃區(qū)、12燃盡區(qū)。具體實施過程下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行闡述。燃水煤漿液態(tài)排渣旋風(fēng)爐分級配風(fēng)及再燃低NOx的方法，是在圓柱狀的爐體的頂端設(shè)燃燒器，燃燒器的主體具有水平延伸的邊緣且中心呈凸起狀，形成中空的預(yù)燃區(qū)9 ;在預(yù)燃區(qū)9上方設(shè)水煤漿入口和一次風(fēng)入口 2，燃燒器的壁上設(shè)二次風(fēng)噴口 3 ;燃燒器的二次風(fēng)分為10路進(jìn)入預(yù)燃區(qū)9，每個二次風(fēng)噴口 3均以預(yù)設(shè)角度、順時針間隔地布置在預(yù)燃區(qū)9四周。爐體內(nèi)的爐膛從上至下分為主燃區(qū)10、再燃區(qū)11和燃盡區(qū)12，在主燃區(qū)10的中上部設(shè)上切向二次風(fēng)噴口 4，上切向二次風(fēng)分兩層進(jìn)入爐膛內(nèi)，每層布置2個噴口。主燃區(qū)10的下部設(shè)下切向二次風(fēng)噴口 5，下切向二次風(fēng)分兩層進(jìn)入爐膛內(nèi)，每層布置2 8個噴口。再燃區(qū)11設(shè)再燃燃料噴口 6，再燃燃料噴口 6分為兩層布置，使用CH4作為再燃燃料，其燃燒熱量占鍋爐燃料總熱量的20%。燃盡區(qū)12設(shè)燃盡風(fēng)噴口 7，燃盡區(qū)12的燃盡風(fēng)分兩層布置，每層設(shè)置兩個燃盡風(fēng)噴口 7。上述燃燒系統(tǒng)中，爐膛為絕熱燃燒爐膛，所以爐內(nèi)溫度和燃燒強(qiáng)度都很高，采用的是液態(tài)排渣方式。水煤漿以一定的速度噴入到爐膛，形成霧化顆粒。一次風(fēng)通過旋流裝置以一定的切向速度進(jìn)入到爐膛。燃燒形成的煙氣自爐膛底部側(cè)面的煙氣出口排出，燃燒產(chǎn)生的液態(tài)渣自爐膛底部的出渣口 8排出。預(yù)燃區(qū)9的一次風(fēng)和二次風(fēng)的風(fēng)量占總風(fēng)量的40%，主燃區(qū)10的上切向二次風(fēng)和下切向二次風(fēng)的風(fēng)量占總風(fēng)量的40%，燃盡區(qū)12的燃盡風(fēng)的風(fēng)量占總風(fēng)量的20%，保證燃料在爐膛出口燃盡。NOx的生成機(jī)理有三種溫度型NOx、燃料型NOx、快速溫度型NOx。(I)溫度型NOx。是指空氣中的氮在超過1500C的高溫下，發(fā)生氧化反應(yīng)，溫度越高，NOx的生成量越多。如果局部區(qū)域的火焰溫度很高，將產(chǎn)生大量的NOx，這部分NOx占NOx總量的10% 20%，要減少溫度型NOx，就要求燃燒處于較低的燃燒水平，同時要求燃燒中心各處的火焰溫度分布均勻。本發(fā)明提出的分級配風(fēng)能沿火焰行程、適量分散送入空氣，能有效抑制NOx的產(chǎn)生。(2)燃料型的NOx。是指燃料中的氮受熱分解和氧化生成NOx。進(jìn)一步說，主要是指揮發(fā)分中的氮化合物生成NOx，其占NOx總量的80% 90%，這部分NOx在燃燒器的出口處的火焰中心產(chǎn)生。要控制該區(qū)域的NOx的生成量，就應(yīng)該控制燃料著火初期的過量空氣系數(shù)。使煤粉在開始著火階段處于缺氧狀態(tài)，揮發(fā)分的一部分NOx被還原。本發(fā)明中提出的預(yù)燃室中通入的空氣量為總量的20%，使得燃料在著火的初期，過量空氣系數(shù)遠(yuǎn)小于I。
(3)快速溫度型NOx。是指空氣中得氮和碳?xì)淙剂舷仍诟邷叵路磻?yīng)生成中間產(chǎn)物N、NCH、CN等，然后快速與氧反應(yīng)，生成的NOx占總量的5%。水煤漿對著火條件有一定的要求。當(dāng)爐膛溫度升到1600°C左右時，水煤漿從燃燒器中心噴入，高溫?zé)煔鈱⑺簼{中的水迅速氣化，干燥的煤粉被加熱。所以燃燒器設(shè)置了預(yù)燃區(qū)9，保證水煤漿和空氣能充分混合，同時在預(yù)燃區(qū)9，一次風(fēng)和預(yù)燃區(qū)9 二次風(fēng)占總風(fēng)量的40%，過量空氣系數(shù)小于I。從燃燒器出來的霧化水煤漿顆粒和空氣混合進(jìn)入主燃區(qū)10，大部分是在這個區(qū)域燃燒。由于采用的是絕熱燃燒爐膛，所以爐內(nèi)燃燒溫度和燃燒強(qiáng)度都很高，水煤漿中的水快速氣化，隨著溫度的升高，干燥的煤粉燃燒過程與普通的煤粉燃燒過程是一樣，即揮發(fā)分的受熱分解和燃燒，焦炭的形成和燃燒。通過分級配風(fēng)技術(shù)，在爐膛上下布置上切向二次風(fēng)口和下切向二次風(fēng)口，推遲燃料與空氣的混合，使氧逐步加入燃燒，讓燃燒初期始終處于缺氧的狀態(tài)。減少燃料型NOx的產(chǎn)生。主燃區(qū)10中從上切向二次風(fēng)到下切向二次風(fēng)區(qū)域的爐膛溫度基本溫度已超過1500°C，所以在這個區(qū)域會產(chǎn)生熱力型NOx。當(dāng)燃燒的煤粉進(jìn)入到再燃區(qū)11時，大部分燃料已經(jīng)燃燒完畢。再燃區(qū)11的過量空氣系數(shù)設(shè)為0. 8 0. 9，過高的過量空氣系數(shù)就不能達(dá)到還原NOx的作用，同時過低的過量空氣系數(shù)會影響燃燒效果，飛灰中的含量是急劇增多。在爐膛的下部的再燃燃料噴口 6噴入一定量的天然氣，形成強(qiáng)還原性氣氛，并且由于水煤漿的燃燒主要集中在主燃區(qū)10的下部，即為下切向二次風(fēng)附近，局部區(qū)域的火焰溫度能達(dá)到1700°C左右，在這個區(qū)域噴入少量的還原性氣體(CH4),加上從主燃區(qū)10由于缺氧產(chǎn)生的還原性氣體，高溫低氧的環(huán)境能很好的將NOx還原為N2，減少NOx的生產(chǎn)。在燃盡區(qū)12，其過量空氣系數(shù)一般為I. 01 I. 2，通入的燃盡風(fēng)占總風(fēng)量的20%，未完全燃燒的燃料在這個區(qū)域繼續(xù)燃燒，同時由于燃燒所釋放的熱量，進(jìn)一步增加了爐膛溫度，這樣更有利于液態(tài)渣的排出。本發(fā)明的優(yōu)勢是能以最簡單和最經(jīng)濟(jì)的方式減少NOx的產(chǎn)生，并有利于液態(tài)渣的排出，這在工業(yè)上具有很好的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種燃水煤漿液態(tài)排渣旋風(fēng)爐分級配風(fēng)及再燃低NOx的方法，其特征在于，是在圓柱狀的爐體的頂端設(shè)燃燒器，燃燒器的主體具有水平延伸的邊緣且中心呈凸起狀，形成中空的預(yù)燃區(qū)；在預(yù)燃區(qū)上方設(shè)水煤漿入口和一次風(fēng)入口，燃燒器的壁上設(shè)二次風(fēng)噴口 ；爐體內(nèi)的爐膛從上至下分為主燃區(qū)、再燃區(qū)和燃盡區(qū)，在主燃區(qū)的中上部設(shè)上切向二次風(fēng)噴口，主燃區(qū)的下部設(shè)下切向二次風(fēng)噴口，再燃區(qū)設(shè)再燃燃料噴口，燃盡區(qū)設(shè)燃盡風(fēng)噴口 ；預(yù)燃區(qū)的一次風(fēng)和二次風(fēng)的風(fēng)量占總風(fēng)量的40%，主燃區(qū)的上切向二次風(fēng)和下切向二次風(fēng)的風(fēng)量占總風(fēng)量的40%，燃盡區(qū)的燃盡風(fēng)的風(fēng)量占總風(fēng)量的20% ;燃燒形成的煙氣自爐膛底部側(cè)面的煙氣出口排出，燃燒產(chǎn)生的液態(tài)渣自爐膛底部的出渣口排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述燃盡區(qū)的燃盡風(fēng)分兩層布置，每層設(shè)置兩個燃盡風(fēng)噴口。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述再燃燃料噴口分為兩層布置，使用CH4作為再燃燃料，其燃燒熱量占鍋爐燃料總熱量的20%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，預(yù)燃區(qū)的二次風(fēng)分為10路進(jìn)入預(yù)燃室，每個二次風(fēng)噴口均以預(yù)設(shè)角度、順時針間隔地布置在預(yù)燃室四周。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述上切向二次風(fēng)分兩層進(jìn)入爐膛內(nèi)，每層布置2個噴口。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述下切向二次風(fēng)分兩層進(jìn)入爐膛內(nèi)，每層布置2 8個噴口。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，預(yù)燃區(qū)的過量空氣系數(shù)小于1，再燃區(qū)的過量空氣系數(shù)為O. 8 O. 9，燃盡區(qū)的過量空氣系數(shù)為I. 01 I. 2。
全文摘要
本發(fā)明涉及低NOx燃燒技術(shù)，旨在提供一種燃水煤漿液態(tài)排渣旋風(fēng)爐分級配風(fēng)及再燃低NOx的方法。是在圓柱狀的爐體的頂端設(shè)燃燒器，燃燒器的主體具有中空的預(yù)燃區(qū)；在預(yù)燃區(qū)上方設(shè)水煤漿入口和一次風(fēng)入口，燃燒器壁上設(shè)二次風(fēng)噴口；爐體內(nèi)的爐膛從上至下分為主燃區(qū)、再燃區(qū)和燃盡區(qū)，在主燃區(qū)設(shè)上切向二次風(fēng)噴口和下切向二次風(fēng)噴口，再燃區(qū)設(shè)再燃燃料噴口，燃盡區(qū)設(shè)燃盡風(fēng)噴口；燃燒形成的煙氣自爐膛底部側(cè)面的煙氣出口排出，燃燒產(chǎn)生的液態(tài)渣自爐膛底部的出渣口排出。本發(fā)明通過選用液態(tài)排渣旋風(fēng)爐，以及在燃燒過程中運(yùn)行分級配風(fēng)及再燃技術(shù)，降低60%的NOx排放；各配風(fēng)噴口的設(shè)置，使水煤漿的燃燒能以最簡單和最經(jīng)濟(jì)的方式進(jìn)行。
文檔編號F23C7/00GK102878550SQ201210387330
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月12日
發(fā)明者周俊虎, 王永健, 岑可法, 羅強(qiáng), 黃鎮(zhèn)宇, 宋立臣, 張彥威, 張寶生, 劉建忠, 孫國臣, 陳立國, 趙西明 申請人:浙江大學(xué), 中國石油化工股份有限公司