專利名稱：一種低氮氧化物排放的燃煤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，是一種燃煤方法，特別涉及一種煤粉鍋爐 上使用的低污染物排放的方法。
背景技術(shù)：
煤燃燒過程中，會(huì)產(chǎn)生包括NO、 N02、 1^20在內(nèi)的氮氧化物(NOx)。 為了降低NOx排放，人們開發(fā)了多種低NOx燃煤技術(shù)。早期主要是通 過爐內(nèi)的低氧低溫燃燒來降低NOx生成，通過降低爐膛出口氧量實(shí)現(xiàn)全 爐膛低氧燃燒，這種技術(shù)對NOx排放的降低有限，燃燒過程推后，飛灰 可燃物含量增加。后來，空氣分級(jí)燃燒技術(shù)成為主流技術(shù)，即在主燃燒 區(qū)采用低氧燃燒抑制NOx生成、在燃盡階段恢復(fù)常規(guī)燃燒以降低對燃燒 經(jīng)濟(jì)性的影響；但這種方式對NOx的降低由于需要兼顧經(jīng)濟(jì)性而受到限 制，對低揮發(fā)分煤種的適應(yīng)性較差，易導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定，燃盡性也會(huì)受 到一定影響。此后，又發(fā)展了燃料分級(jí)燃燒技術(shù)，將80 85%的燃料在 氧化氣氛下燃燒，剩余燃料在主燃燒區(qū)上部送入，形成還原氣氛，將NOx 還原成N2，該技術(shù)較前兩種技術(shù)對NOx的降低效果顯著，但距離人們期 待的NOx排放水平尚有距離。
20世紀(jì)80年代末，高溫空氣燃燒被提出，這種將預(yù)熱到800 1000 "C的高溫空氣噴入燃燒室的新型燃燒方式，具有高效節(jié)能和低污染排放 的雙重優(yōu)越性。目前，高溫空氣燃燒技術(shù)在氣體燃料燃燒領(lǐng)域獲得了成
功應(yīng)用和推廣，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能30 70%， NOx排放低至40 70mg/Nm3。
對于以煤為主要能源的中國而言，迫切需要適用于煤粉鍋爐的高溫 空氣燃燒技術(shù)。目前，提供高溫空氣的方法主要是利用蓄熱體技術(shù)，即 將高溫?zé)煔獾娘@熱傳給蓄熱體，再在常溫空氣鼓入時(shí)吸收儲(chǔ)存在蓄熱體 中的熱量，從而實(shí)現(xiàn)所謂"極限余熱回收"和助燃空氣的高溫預(yù)熱。但 由于煤粉燃燒產(chǎn)生的煙氣中含有飛灰，無法用來加熱蓄熱式燒嘴，因此 利用蓄熱體技術(shù)回收煙氣預(yù)熱為煤粉鍋爐提供高溫空氣是不適宜的，這 就給高溫空氣燃燒技術(shù)在煤粉鍋爐上的應(yīng)用帶來了難題。
中國發(fā)明專利200510011811.2披露了一種為煤粉鍋爐的煤粉直燃提 供高溫空氣的方法，將過量空氣與燃料在絕熱的循環(huán)流化床燃燒室燃燒 產(chǎn)生的高溫低氧空氣，送入煤粉鍋爐的燃燒器，引燃煤粉鍋爐中的煤粉， 高溫低氧空氣為S00 140(TC，其含氧量為2% 15%;還披露了在一定 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)高溫低氧空氣溫度和含氧量的方法，主要用于實(shí)現(xiàn)煤粉鍋爐 無油點(diǎn)火，也可作為低負(fù)荷運(yùn)行以及燃用低揮發(fā)份煤的穩(wěn)燃措施。
中國發(fā)明專利93107510.6披露了一種采用流化床煤粉預(yù)熱加熱燃燒 器，采用流化床燃燒室將部分或全部煤粉預(yù)熱到700 1050。C，甚至IIOO °C以上，作為低負(fù)荷助燃和改善煤粉爐煤種適應(yīng)性的手段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種低氮氧化物排放的燃煤方法，應(yīng)用高溫空 氣燃燒技術(shù)，實(shí)現(xiàn)燃煤過程的低NOx排放。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種低氮氧化物排放的燃煤方法，采用絕熱循環(huán)流化床燃燒室產(chǎn)生 的高溫富氧煙氣作為煤粉鍋爐的高溫低氧配風(fēng)，其向循環(huán)流化床燃燒室
中加入燃料，在從燃燒室底部通入的一次風(fēng)中燃燒，在燃燒室下部形成
還原區(qū)；從燃燒室中部通入二次風(fēng)，使燃燒室出口煙氣溫度控制在800 95(TC;出口煙氣經(jīng)分離器分離出循環(huán)灰后，作為煤粉鍋爐的配風(fēng)送入煤 粉鍋爐爐膛，引燃煤粉，并在煤粉鍋爐燃燒器區(qū)域形成還原區(qū)；從煤粉 鍋爐爐膛燃燒器上方通入燃盡風(fēng)，使煤粉鍋爐爐膛出口空氣過量系數(shù)達(dá) 至!J 1.1 1.25。
本發(fā)明所依據(jù)的原理是
本發(fā)明利用循環(huán)流化床燃煤產(chǎn)生高溫?zé)煔鈱?shí)現(xiàn)煤粉的高溫空氣燃
燒，并在燃燒過程中控制燃燒氣氛和燃燒溫度，抑制NOx的生成，同時(shí) 保證煤粉的燃燒穩(wěn)定性和燃盡性，從而達(dá)到低NOx燃燒的目的。
循環(huán)流化床燃燒室采用絕熱式，使燃料燃燒產(chǎn)生的熱量都用于加熱 煙氣，從而獲得"高溫"；燃燒室內(nèi)分級(jí)加入過量的空氣，使產(chǎn)生的煙氣 含氧量遠(yuǎn)高于常規(guī)燃燒煙氣，從而獲得富氧煙氣，即"低氧空氣"。由于 摒棄了蓄熱體加熱空氣的方法，燃料燃燒產(chǎn)生的含有煙塵的煙氣可直接 用作煤粉鍋爐煤粉燃燒的配風(fēng)，逾越了煙氣無法加熱蓄熱式燒嘴的障礙， 獲得了可用于煤粉燃燒的高溫低氧空氣。
循環(huán)流化床燃燒室一次風(fēng)量僅為所加入燃燒室燃料所需的理論空氣 量的40 60%，使燃料在燃燒室下部燃燒時(shí)，處于還原性氣氛中；燃燒 所需的其余空氣從燃燒室中部的二次風(fēng)口加入，使燃料完全燃燒；同時(shí)， 通過加入大量二次風(fēng)將煙氣溫度控制在NOx生成量較少的800 950。C之 間，這樣，燃燒室下部的還原性氣氛和燃燒溫度的控制使得循環(huán)流化床 燃燒室中NOx生成量很低。
由于循環(huán)流化床燃燒室為絕熱的，不設(shè)受熱面，燃燒放出的熱量都 將用于加熱煙氣，如果采用常規(guī)循環(huán)流化床燃燒的1.1 1.2的過量空氣 系數(shù)，燃燒室出口煙氣溫度將達(dá)到1300 140(TC甚至更高，這樣的高溫
下燃燒室內(nèi)燃料燃燒時(shí)的NOX生成量會(huì)大大增加。因此，為了將煙氣溫
度控制在800 950'C之間，就需要通入遠(yuǎn)多于常規(guī)循環(huán)流化床燃燒二次 風(fēng)量，來燃盡剩余燃料和冷卻爐膛中的煙氣，循環(huán)流化床燃燒室出口的 煙氣含氧量將高于常規(guī)，可以達(dá)到10 14%，甚至更大范圍，從而形成 了高溫低氧空氣。
將循環(huán)流化床燃燒室產(chǎn)生的高溫低氧空氣作為煤粉鍋爐配風(fēng)，通過 燃燒器噴入煤粉爐爐膛，引燃通過燃燒器其它噴口送入爐膛的煤粉，并 通過控制一次風(fēng)與配風(fēng)總量，在爐膛燃燒器區(qū)域形成還原性氣氛，抑制 煤粉燃燒時(shí)NOx的生成。高溫低氧空氣下，煤粉的燃燒火焰體積大、溫 度均勻，基本消除了局部高溫區(qū)，從而避免了局部高溫區(qū)內(nèi)NOx的大量 生成。
最后，在燃燒器上方區(qū)域通入燃盡風(fēng)，風(fēng)量按使煤粉爐爐膛出口過 量空氣系數(shù)達(dá)到1.1 1.25來確定，以便在爐膛上部形成氧化性氣氛，促 使煤粉燃盡。
循環(huán)流化床燃燒室中還可以加入石灰石粉，利用物料在循環(huán)回路中 的反復(fù)循環(huán)、顆粒停留時(shí)間長的特性，使石灰石在循環(huán)流化床燃燒室中 充分煅燒成CaO，部分直接在循環(huán)流化床燃燒室中與燃燒生成的S02反 應(yīng)，剩余進(jìn)入煤粉爐煙氣中，可在煤粉爐尾部進(jìn)行增濕活化，實(shí)現(xiàn)煙氣 脫硫，降低SC^排放。石灰石粉的加入量根據(jù)循環(huán)流化床燃燒室內(nèi)脫硫 和尾部增濕活化脫硫所需CaO的量來確定。
煤粉鍋爐采用直流燃燒器時(shí)，可以將通入煤粉爐爐膛的高溫低氧空 氣的配風(fēng)風(fēng)口與僅用于攜帶煤粉的一次風(fēng)口上下或左右并列布置，也可 采用配風(fēng)風(fēng)口環(huán)繞煤粉一次風(fēng)口的布置型式，二者之間留有一定的距離， 也可使二者噴出的氣流方向形成一微小的夾角燃用高揮發(fā)分的煤種時(shí)， 該距離應(yīng)較大，氣流夾角應(yīng)較小，甚至為零，即相互平行，以削弱煤粉
與配風(fēng)的摻混，增加煤粉著火距離，避免燃燒器區(qū)域發(fā)生結(jié)焦；燃用低 揮發(fā)分煤種時(shí)，該距離應(yīng)較小，氣流夾角可稍大，以便迅速引燃煤粉。 燃用揮發(fā)分低于10%的煤種時(shí)，煤粉鍋爐可采用旋流燃燒器。
此外，對于常規(guī)煤粉鍋爐，鍋爐的一次風(fēng)的主要作用是攜帶煤粉， 并作為煤粉初始燃燒的助燃風(fēng)，所以要求較多的一次風(fēng)量和較高的一次 風(fēng)溫。而對于采用高溫空氣的煤粉鍋爐來說，由于高溫低氧空氣足以迅 速加熱和引燃煤粉， 一次風(fēng)主要用于攜帶煤粉，因此一次風(fēng)溫可大大降 低，從而提高了一次風(fēng)送粉的安全性。
而且，在常規(guī)煤粉鍋爐中釆用分級(jí)燃燒時(shí)，特別是燃用低揮發(fā)分煤 種時(shí)，易發(fā)生燃燒不穩(wěn)定，燃盡性也可能無法保證。采用高溫低氧空氣 作為配風(fēng)的分級(jí)燃燒，消除了這些問題。
所述的低氮氧化物排放的燃煤方法，其所述向循環(huán)流化床燃燒室中 加入的燃料量，占總?cè)剂狭康?0 35%;總?cè)剂狭?，即加入循環(huán)流化床 燃燒室的燃料量與加入煤粉鍋爐爐膛的燃料量之和。
所述的低氮氧化物排放的燃煤方法，其所述從循環(huán)流化床燃燒室底 部通入的一次風(fēng)量，占加入循環(huán)流化床燃燒室的燃料量所對應(yīng)的理論空
氣量的40 60%。
所述的低氮氧化物排放的燃煤方法，其從煤粉鍋爐爐膛燃燒器上方 通入的燃盡風(fēng)風(fēng)量，占總理論空氣量的20 30%;總理論空氣量，即總 燃料量對應(yīng)的理論空氣量。
所述的低氮氧化物排放的燃煤方法，其還包括向循環(huán)流化床燃燒室 中加入石灰石粉，在煤粉爐尾部進(jìn)行增濕活化，用于循環(huán)流化床燃燒室 內(nèi)和煤粉鍋爐尾部脫硫。
綜上所述，本發(fā)明可以獲得的有益效果是 利用循環(huán)流化床燃燒室的煙氣作為煤粉燃燒的高溫低氧空氣，大大 降低煤粉燃燒時(shí)的NOx生成，同時(shí)還將循環(huán)流化床燃燒室和煤粉爐爐膛
的主燃燒區(qū)控制在還原性氣氛，并控制燃燒溫度，也抑制了NOx的生成， 從而在保證燃燒穩(wěn)定性和燃盡性的前提下，實(shí)現(xiàn)了燃煤鍋爐的低NOx排 放，可將NOx排放量降至130mg/Nm3以下。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
燃用一種熱值為4000kcal/kg的煙煤，將總?cè)剂狭?記作F)的10% (記作FB)加入到絕熱循環(huán)流化床燃燒室中，其余90% (記作FP)加入 到煤粉鍋爐爐膛中。從循環(huán)流化床燃燒室底部通入一次風(fēng)， 一次風(fēng)量為Fe 所對應(yīng)的理論空氣量(記作AB)的40%，從燃燒室中部通入二次風(fēng)，風(fēng) 量為Ab的273%.由于燃燒室為絕熱的，fb燃燒放出的熱量都用于加熱 煙氣，燃燒室出口煙氣溫度將達(dá)到80(TC，煙氣含氧量為14.28%。
煤粉鍋爐爐膛中， 一次風(fēng)占Fp所對應(yīng)的理論空氣量(記作Ap)的45%， 二次風(fēng)占AP的45%,燃盡風(fēng)占AP的20%，使?fàn)t膛出口過量空氣系數(shù)達(dá) 到1.1。其中，二次風(fēng)有一部分是常規(guī)二次風(fēng)，其余是將循環(huán)流化床燃燒 室產(chǎn)生的高溫低氧空氣通過燃燒器的二次風(fēng)口送入煤粉鍋爐爐膛，這部 分高溫低氧空氣折合為21%的空氣，占二次風(fēng)總量的55%。
在循環(huán)流化床燃燒室內(nèi)加入石灰石粉，在煤粉爐尾部進(jìn)行增濕活化， 從而在低NOx燃燒的同時(shí)實(shí)現(xiàn)低SC^排放。
實(shí)施例2
燃用一種熱值為5000kcal/kg的煙煤，將總?cè)剂狭?記作F)的25% (記作FB)加入到絕熱循環(huán)流化床燃燒室中，其余75% (記作FP)加入 到煤粉鍋爐爐膛中。從循環(huán)流化床燃燒室底部通入一次風(fēng)， 一次風(fēng)量為Fe 所對應(yīng)的理論空氣量(記作AB)的50%，從燃燒室中部通入二次風(fēng)，風(fēng) 量為Ab的219%.由于燃燒室為絕熱的，fb燃燒放出的熱量都用于加熱 煙氣，燃燒室出口煙氣溫度將達(dá)到88(TC，煙氣含氧量為13.2%。
煤粉鍋爐爐膛中， 一次風(fēng)占Fp所對應(yīng)的理論空氣量(記作A"的30%， 二次風(fēng)占AP的60%,燃盡風(fēng)占AP的25%，使?fàn)t膛出口過量空氣系數(shù)達(dá) 到1.15。其中，二次風(fēng)全部是循環(huán)流化床燃燒室產(chǎn)生的高溫低氧空氣。
實(shí)施例3
燃用一種熱值為6000kcal/kg的無煙煤，將總?cè)剂狭?記作F)的35% (記作FB)加入到絕熱循環(huán)流化床燃燒室中，其余65% (記作FP)加入 到煤粉鍋爐爐膛中。從循環(huán)流化床燃燒室底部通入一次風(fēng)， 一次風(fēng)量為Fe 所對應(yīng)的理論空氣量(記作AB)的60%，從燃燒室中部通入二次風(fēng)，風(fēng) 量為Ab的179%.由于燃燒室為絕熱的，fb燃燒放出的熱量都用于加熱 煙氣，燃燒室出口煙氣溫度將達(dá)到95(TC，煙氣含氧量為12.2%。
煤粉鍋爐爐膛中， 一次風(fēng)占Fp所對應(yīng)的理論空氣量(記作Ap)的20%， 二次風(fēng)占Ap的75。/。，燃盡風(fēng)占Ap的25。/。，使?fàn)t膛出口過量空氣系數(shù)達(dá) 到1.2。其中，二次風(fēng)有一部分是常規(guī)二次風(fēng)，其余是將循環(huán)流化床燃燒 室產(chǎn)生的高溫低氧空氣通過燃燒器的二次風(fēng)口送入煤粉鍋爐爐膛，這部 分高溫低氧空氣折合為21%的空氣，占二次風(fēng)總量的90%。
在循環(huán)流化床燃燒室內(nèi)加入石灰石粉，在煤粉爐尾部進(jìn)行增濕活化， 從而在低NOx燃燒的同時(shí)實(shí)現(xiàn)低802排放。 實(shí)施例4
燃用一種熱值為5500kcal/kg的貧煤，將總?cè)剂狭?記作F)的10% (記作FB)加入到絕熱循環(huán)流化床燃燒室中，其余90% (記作FP)加入 到煤粉鍋爐爐膛中。從循環(huán)流化床燃燒室底部通入一次風(fēng)， 一次風(fēng)量為Fe 所對應(yīng)的理論空氣量(記作AB)的55%，從燃燒室中部通入二次風(fēng)，風(fēng) 量為Ab的184%.由于燃燒室為絕熱的，fb燃燒放出的熱量都用于加熱 煙氣，燃燒室出口煙氣溫度將達(dá)到95(TC，煙氣含氧量為12.2%.
煤粉鍋爐爐膛中， 一次風(fēng)占Fp所對應(yīng)的理論空氣量(記作Ap)的35%, 二次風(fēng)占Ap的60y。，燃盡風(fēng)占Ap的25。/。，使?fàn)t膛出口過量空氣系數(shù)達(dá) 到1.2。其中，二次風(fēng)有一部分是常規(guī)二次風(fēng)，其余是將循環(huán)流化床燃燒 室產(chǎn)生的高溫低氧空氣通過燃燒器的二次風(fēng)口送入煤粉鍋爐爐膛，這部 分高溫低氧空氣折合為21%的空氣，占二次風(fēng)總量的27%。
實(shí)施例5
燃用一種熱值為4500kcal/kg的無煙煤，將總?cè)剂狭?記作F)的20% (記作FB)加入到絕熱循環(huán)流化床燃燒室中，其余80% (記作FP)加入 到煤粉鍋爐爐膛中。從循環(huán)流化床燃燒室底部通入一次風(fēng)， 一次風(fēng)量為Fe 所對應(yīng)的理論空氣量(記作AB)的60%，從燃燒室中部通入二次風(fēng)，風(fēng) 量為Ab的255%.由于燃燒室為絕熱的，fb燃燒放出的熱量都用于加熱 煙氣，燃燒室出口煙氣溫度將達(dá)到800。C，煙氣含氧量為14.33%.
煤粉鍋爐爐膛中， 一次風(fēng)占Fp所對應(yīng)的理論空氣量(記作Ap)的20%， 二次風(fēng)占Ap的75%，燃盡風(fēng)占Ap的30%，使?fàn)t膛出口過量空氣系數(shù)達(dá) 到1.25。其中，二次風(fēng)有一部分是常規(guī)二次風(fēng)，其余是將循環(huán)流化床燃
燒室產(chǎn)生的高溫低氧空氣通過燃燒器的二次風(fēng)口送入煤粉鍋爐爐膛，這
部分高溫低氧空氣折合為21%的空氣，占二次風(fēng)總量的79%。
在循環(huán)流化床燃燒室內(nèi)加入石灰石粉，在煤粉爐尾部進(jìn)行增濕活化，
從而在低NOx燃燒的同時(shí)實(shí)現(xiàn)低802排放。
權(quán)利要求
1.一種低氮氧化物排放的燃煤方法，采用絕熱循環(huán)流化床燃燒室產(chǎn)生的高溫富氧煙氣作為煤粉鍋爐的高溫低氧配風(fēng)，其特征在于，向循環(huán)流化床燃燒室中加入燃料，在從燃燒室底部通入的一次風(fēng)中燃燒，在燃燒室下部形成還原區(qū)；從燃燒室中部通入二次風(fēng)，使燃燒室出口煙氣溫度控制在800～950℃；出口煙氣經(jīng)分離器分離出循環(huán)灰后，作為煤粉鍋爐的配風(fēng)送入煤粉鍋爐爐膛，引燃煤粉，并在煤粉鍋爐燃燒器區(qū)域形成還原區(qū)；從煤粉鍋爐爐膛燃燒器上方通入燃盡風(fēng)，使煤粉鍋爐爐膛出口空氣過量系數(shù)達(dá)到1.1～1.25。
2. 按權(quán)利要求1所述的低氮氧化物排放的燃煤方法，其特征在于，所述 向循環(huán)流化床燃燒室中加入的燃料量，占總?cè)剂狭康?0 35%;總?cè)?料量，即加入循環(huán)流化床燃燒室的燃料量與加入煤粉鍋爐爐膛的燃料 量之和。
3. 按權(quán)利要求1所述的低氮氧化物排放的燃煤方法，其特征在于，所述 從循環(huán)流化床燃燒室底部通入的一次風(fēng)量，占加入循環(huán)流化床燃燒室 的燃料量所對應(yīng)的理論空氣量的40 60%。
4. 按權(quán)利要求1所述的低氮氧化物排放的燃煤方法，其特征在于，從煤 粉鍋爐爐膛燃燒器上方通入的燃盡風(fēng)風(fēng)量，占總理論空氣量的20 30%;總理論空氣量，即總?cè)剂狭繉?yīng)的理論空氣量。
5. 按權(quán)利要求1所述的低氮氧化物排放的燃煤方法，其特征在于，還包 括向循環(huán)流化床燃燒室中加入石灰石粉，在煤粉爐尾部進(jìn)行增濕活 化，用于循環(huán)流化床燃燒室內(nèi)和煤粉鍋爐尾部脫硫。
全文摘要
本發(fā)明一種低氮氧化物排放的燃煤方法，涉及環(huán)保技術(shù)，采用絕熱的循環(huán)流化床燃燒室產(chǎn)生高溫富氧煙氣作為煤粉鍋爐的高溫低氧二次風(fēng)，使煤粉在800～950℃的高溫低氧配風(fēng)中燃燒，大大降低氮氧化物(NOx)的生成量，同時(shí)還將循環(huán)流化床燃燒室和煤粉爐爐膛的主燃燒區(qū)控制在還原性氣氛，并控制燃燒溫度，也抑制了NOx的生成，從而在保證燃燒穩(wěn)定性和燃盡性的前提下，實(shí)現(xiàn)了燃煤鍋爐的低NOx排放，可將NOx排放量降至130mg/Nm³以下。
文檔編號(hào)F23N3/00GK101097060SQ20061009079
公開日2008年1月2日 申請日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者包紹麟, 呂清剛, 孫運(yùn)凱, 朱建國, 矯維紅, 贠小銀, 軍 賀, 那永潔, 鳴 高 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所