采用预热解与喷氨结合的超低NOx排放系统及其方法与流程

本发明涉及煤粉燃烧技术领域，是一种采用预热解与喷氨结合的超低nox排放系统及其方法。

背景技术：

现有技术中，煤炭在整体能源结构中所占有的比率仍然较大，煤炭燃烧产生的nox危害环境。在我国，为使锅炉烟气nox浓度达到规定的排放标准，绝大多数火电机组依靠常规低nox燃烧改造与增加脱硝系统的措施来勉强达到排放标准的要求，但不足之处在于，增加了成本且存在锅炉结焦等问题。如何以不增加成本为前提，实现煤粉锅炉nox超低排放一直是本领域技术人员渴望解决而至今尚未解决的技术难题。

技术实现要素：

本发明的目的是，针对现有技术存在的不足及火电厂nox排放浓度100mg/m3的标准规定，提出一种结构合理，不增加设备成本和降低运行成本，能够满足火电厂nox排放浓度要求的采用预热解与喷氨结合的超低nox排放系统，可广泛应用于在役锅炉的改造以及新锅炉的设计；并提供科学合理，适用性强，效果佳的采用预热解与喷氨结合的超低nox排放方法。

为实现本发明目的之一采用的技术方案是：1.一种采用预热解与喷氨结合的超低nox排放系统，它包括锅炉体、一次风管道、锅炉x层燃烧器、锅炉低层燃烧器、锅炉燃尽风喷口、锅炉烟道，在锅炉体上、相对锅炉炉膛的主燃区位置设置至少一个锅炉低层燃烧器，在锅炉体上、相对锅炉炉膛的主燃区与高温区的还原区之间设置至少一个锅炉x层燃烧器，其特征是，还包括烟气控温管道插板门、锅炉x层燃烧器管道插板门、煤粉预热解装置输入管道插板门、煤粉预热解装置等离子点火器、煤粉预热解装置、热解产物燃烧器、高位喷氨枪、低位喷氨枪、烟气再循环引风机和高压风机，在锅炉体上、相对锅炉炉膛高温区的还原区位置设置至少一个热解产物燃烧器，在锅炉体上、相对锅炉炉膛高温区的还原区位置的上方设置高温喷氨区，在锅炉体上、相对锅炉炉膛高温喷氨区位置的上层设置若干个高位喷氨枪，在锅炉体上、相对锅炉炉膛高温喷氨区位置的下层设置若干个低位喷氨枪，在锅炉烟道的出烟口设置烟气再循环引风机，在锅炉体17的燃尽风喷口设置高压风机，所述一次风管道通过烟气控温管道插板门、烟气再循环引风机与锅炉烟道连通，所述一次风管道通过锅炉x层燃烧器管道插板门与锅炉x层燃烧器连通，所述一次风管道通过煤粉预热解装置输入管道插板门与煤粉预热解装置等离子点火器的入风口端连通，煤粉预热解装置的可控高温出口端与热解产物燃烧器连通。

为实现本发明目的之二采用的技术方案是：一种采用预热解与喷氨结合的超低nox排放方法，其特征是，它包括以下内容：

1）设置煤粉预热解装置使煤粉可控高温预热解实现超低nox排放

采用煤粉预热解装置，通过控制煤粉高温热解过程还原性物质定向生成，提高固体颗粒的燃尽和抑制热力型氮氧化物的产生，利用热解气深度还原锅炉炉膛内的nox，实现高燃尽条件下的nox超低排放；

煤粉预热解装置从一次风管道、经煤粉预热解装置输入管道插板门引入特定比例的风与煤粉混合物，煤粉预热解装置等离子点火器点火后，在煤粉预热解装置内进行可控高温预热解，预热解温度850~1000℃，热解产物输送到炉膛内，还原主燃区燃烧产生的nox，燃尽风喷口配置的高压风机加压提高分离型燃尽风风速，在80~100m/s，热解产物与锅炉炉膛还原区相连，通过可控高温预热解，使合成气对nox还原效率在50%~85%；锅炉烟道的出烟口设置的烟气再循环引风机使烟气流速≥36m/s，能够有效防止管道积粉、结渣；

2）采用向锅炉炉膛的高温区喷氨实现超低nox排放

相对锅炉炉膛高温区的还原区位置设置至少一个热解产物燃烧器，使锅炉炉膛高温区的温度为1200~1400℃，在高温喷氨区位置上层的若干个高位喷氨枪，在高温喷氨区位置下层的若干个低位喷氨枪，喷氨枪喷射的介质均为氨基还原剂，采用浓度10%的尿素溶液，喷枪内管为蒸汽通道，中间管路为尿素溶液通道，外部套管为高压蒸汽通道，尿素溶液流量范围为0~120l/h，压力为0.4~0.6mpa，蒸汽压力为0.6~0.8mpa，每支喷枪的喷氨量均可调节，喷入浓度10%的尿素溶液与烟气中氮氧化物的氨氮比nsr（还原剂与烟气中的nox的摩尔比）值的调节范围为0~2.5，炉内的nsr运行时在1.5-2.0h，在煤粉火焰中尿素溶液分解的nh3与烟气中的nox混合将nox还原成n2。

本发明的一种采用预热解与喷氨结合的超低nox排放系统及其方法的优点体现在：

由于在锅炉炉膛前增加煤粉预热解装置，煤粉预热解装置与锅炉炉膛高温区的还原区连通；热解装置顶部设置有煤粉预热解装置等离子点火器，从一次风管道引入一次风与煤粉进行预热解；煤粉预热解装置引入烟气，控制锅炉炉膛内部的燃烧强度、温度，定向生成还原性热解产物；在锅炉炉膛高温区设置高温喷氨区，在锅炉炉膛高温喷氨区位置的上层设置若干个高位喷氨枪，在锅炉炉膛高温喷氨区位置的下层设置若干个低位喷氨枪，喷氨枪通过喷入尿素溶液，高温分解生成还原剂nh3；通过还原性热解产物和尿素溶液生成的nh3，还原主燃区燃烧生成的nox，达到锅炉超低nox排放的目标。其系统结构合理，不增加设备成本和降低运行成本，能够满足火电厂nox排放浓度要求，可广泛应用于在役锅炉的改造以及新锅炉的设计；其方法科学合理，适用性强，效果佳。

附图说明

图1为本发明的一种采用预热解与喷氨结合的超低nox排放系统结构示意图。

图中，1一次风管道、2烟气控温管道插板门、3锅炉x层燃烧器管道插板门、4煤粉预热解装置输入管道插板门、5煤粉预热解装置等离子点火器、6煤粉预热解装置、7热解产物燃烧器、8高位喷氨枪、9低位喷氨枪、10锅炉低层燃烧器、11锅炉燃尽风喷口、12锅炉炉膛、13锅炉x层燃烧器、14高温喷氨区、15高温区的还原区、16主燃区、17锅炉体、18烟气再循环引风机、19锅炉烟道、20高压风机。

具体实施方式

以下结合图1和具体实施例对本发明作进一步详细说明，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，本发明的一种采用预热解与喷氨结合的超低nox排放系统，包括锅炉体17、一次风管道1、锅炉x层燃烧器13、锅炉低层燃烧器10、锅炉燃尽风喷口11、锅炉烟道19，在锅炉体17上、相对锅炉炉膛12的主燃区16位置设置至少一个锅炉低层燃烧器10，在锅炉体17上、相对锅炉炉膛12的主燃区16与高温区的还原区15之间设置至少一个锅炉x层燃烧器13，还包括烟气控温管道插板门2、锅炉x层燃烧器管道插板门3、煤粉预热解装置输入管道插板门4、煤粉预热解装置等离子点火器5、煤粉预热解装置6、热解产物燃烧器7、高位喷氨枪8、低位喷氨枪9、烟气再循环引风机18和高压风机20，在锅炉体17上、相对锅炉炉膛12高温区的还原区15位置设置至少一个热解产物燃烧器7，在锅炉体17上、相对锅炉炉膛12高温区的还原区15位置的上方设置高温喷氨区14，在锅炉体17上、相对锅炉炉膛12高温喷氨区14位置的上层设置若干个高位喷氨枪8，在锅炉体17上、相对锅炉炉膛12高温喷氨区14位置的下层设置若干个低位喷氨枪9，在锅炉烟道19的出烟口设置烟气再循环引风机18，在锅炉体17的燃尽风喷口11设置高压风机20，所述一次风管道1通过烟气控温管道插板门2、烟气再循环引风机18与锅炉烟道19连通，所述一次风管道1通过锅炉x层燃烧器管道插板门3与锅炉x层燃烧器13连通，所述一次风管道1通过煤粉预热解装置输入管道插板门4与煤粉预热解装置6的预热解装置等离子点火器5的入风口端连通，煤粉预热解装置6的可控高温出口端与热解产物燃烧器7连通。

本发明的一种采用预热解与喷氨结合的超低nox排放方法，它包括以下内容：

1）设置煤粉预热解装置使煤粉可控高温预热解实现超低nox排放

采用煤粉预热解装置，通过控制煤粉高温热解过程还原性物质定向生成，提高固体颗粒的燃尽和抑制热力型氮氧化物的产生，利用热解气深度还原锅炉炉膛内的nox，实现高燃尽条件下的nox超低排放；

煤粉预热解装置从一次风管道、经煤粉预热解装置输入管道插板门4引入特定比例的风与煤粉混合物，煤粉预热解装置等离子点火器点火后，在煤粉预热解装置内进行可控高温预热解，预热解温度850~1000℃，热解产物输送到炉膛内，还原主燃区燃烧产生的nox，燃尽风喷口配置的高压风机加压提高sofa风（分离型燃尽风）风速，在80~100m/s，热解产物与锅炉炉膛还原区相连，通过可控高温预热解，使合成气对nox还原效率在50%~85%；锅炉烟道的出烟口设置的烟气再循环引风机使烟气流速≥36m/s，能够有效防止管道积粉、结渣；

2）采用向锅炉炉膛的高温区喷氨实现超低nox排放

相对锅炉炉膛高温区的还原区位置设置至少一个热解产物燃烧器，使锅炉炉膛高温区的温度为1200~1400℃，在高温喷氨区位置上层的若干个高位喷氨枪，在高温喷氨区位置下层的若干个低位喷氨枪，喷氨枪喷射的介质均为氨基还原剂，采用浓度10%的尿素溶液，喷枪内管为蒸汽通道，中间管路为尿素溶液通道，外部套管为高压蒸汽通道，尿素溶液流量范围为0~120l/h，压力为0.4~0.6mpa，蒸汽压力为0.6~0.8mpa，每支喷枪的喷氨量均可调节，喷入浓度10%的尿素溶液与烟气中氮氧化物的氨氮比nsr（还原剂与烟气中的nox的摩尔比）值的调节范围为0~2.5，炉内的nsr运行时在1.5-2.0h，在煤粉火焰中尿素溶液分解的nh3与烟气中的nox混合将nox还原成n2。

本发明中的煤粉预热解装置6为可控高温煤粉预热解装置，锅炉x层燃烧器13与煤粉预热解装置6通过锅炉x层燃烧器管道插板门3、煤粉预热解装置输入管道插板门4进行投运切换。当煤粉预热解装置6停运、检修等情况时可与锅炉解列，投入锅炉x层燃烧器13运行，不会影响机组的负荷、供热工况的投运。锅炉低层燃烧器10为除锅炉x层燃烧器13之外的其他各层锅炉燃烧器示意，燃料，即煤粉通过燃烧器进入炉膛主燃区16燃烧。煤粉预热解装置6的安装数量上限为锅炉该层原燃烧器数量，可根据锅炉燃烧状态进行调整。以四角切圆锅炉为例，可以安装4个或其他数目的煤粉预热解装置。煤粉预热解装置6顶部安装有热解装置等离子点火器5，一次风与煤粉混合物输送至煤粉预热解装置6后点火燃烧，通过调节风与煤粉比例或引入锅炉烟道19的烟气，进行再循环控制热解温度，实现还原性物质定向生成。可以根据热解后还原性物质含量，调节输送至煤粉预热解装置的煤粉比例，实现nox还原的最佳配置。

本发明中，在锅炉体17上、相对锅炉炉膛12高温喷氨区14位置的上层设置若干个高位喷氨枪8，在锅炉体17上、相对锅炉炉膛12高温喷氨区14位置的下层设置若干个低位喷氨枪9仅为多层喷氨枪的示意布置，具体布置层数根据锅炉具体情况确定。每层布置多支喷氨枪。根据炉内温度和流场分布情况，在锅炉高温区合适的位置布置喷枪，向该区域喷入氨基还原剂为浓度10%的尿素溶液，浓度10%的尿素溶液是利用电厂scr脱硝系统中所制的高浓度尿素溶液稀释制备，为本领域技术人员所熟悉的技术。在煤粉火焰中尿素溶液分解的nh3与烟气中的nox混合将nox还原成n2，以达到还原nox的目的。根据锅炉的实时工况（如烟气量、nox及o2浓度等）变化，灵活进行投用喷枪及调节尿素溶液流量控制。

本发明的一种采用预热解与喷氨结合的超低nox排放系统，在原有锅炉系统基础上新增燃烧控制装置，与锅炉原燃烧控制系统并行，可灵活切，不影响原锅炉系统、设备的安全稳定运行。其中，煤粉预热解装置6通过烟气控温管道插板门2，实现一次风管道1风粉送入煤粉预热解装置6或锅炉燃烧器喷口10的切换，实现其可靠停运、隔离。高温喷氨区14的喷氨通过高位喷氨枪8、低位喷氨枪9是否投运，实现停运、隔离。

本实施例的一种采用预热解与喷氨结合的超低nox排放系统，以某330mw亚临界燃煤机组锅炉为例，其中，锅炉布置方式为单炉膛π型紧身封闭布置，燃烧方式为四角切圆，汽轮发电机额定功率为300mw。

第一步，根据本发明内容，在锅炉炉膛外部安装煤粉预热解装置6，四角各布置一个，煤粉预热解装置6由内向外由耐火、保温材料和钢制壳体三层组成。采用现有技术制作。煤粉预热解装置6的入口与煤粉管道相连，出口与锅炉炉膛12连通。与制粉系统的接口位置：粉预热解装置6入口粉管引自e层一次风炉前竖直管道，通过设置烟气控温管道插板门2、锅炉e层燃烧器管道插板门3、煤粉预热解装置输入管道插板门4实现。与锅炉炉膛12的接口位置：煤粉预热解装置6的产物通过煤粉预热解装置等离子点火器把热解产物体喷入锅炉炉膛12内，喷入位置为ccofa（分离型燃尽风）喷口与sofa（分离型燃尽风）喷口之间的还原区，此区域氧量低，能够保证预热解产物与nox反应生成n2。在e层磨煤机出口一次风管道1以及煤粉预热解装置6入口煤粉管道引入烟气，一方面控制锅炉炉膛12内部的燃烧强度，控制锅炉炉膛12内壁温度，避免超温结渣；另一方面提高一次风管道1的通往锅炉e层的风速，避免低负荷时风速较低导致一次风管道1积煤粉。

第二步，根据本发明内容，在锅炉炉膛12布置两层喷氨枪，对称布置在热解产物燃烧器7连通的喷口上、下，即在锅炉体17上、相对锅炉炉膛12高温喷氨区14位置的上层设置若干个高位喷氨枪8，在锅炉体17上、相对锅炉炉膛12高温喷氨区14位置的下层设置若干个低位喷氨枪9，喷氨枪采用防氧化蒸汽雾化喷氨枪。本实施例为每层16支，共计32支喷氨枪。利用厂scr脱硝系统中所制的50%浓度的尿素溶液，通过稀释水制成10%浓度的尿素溶液。在锅炉运行过程中，根据实时工况（如烟气量、nox及o2浓度等）变化灵活进行投用喷氨枪及调节尿素溶液流量。在煤粉火焰中尿素溶液分解的nh3与烟气中的nox混合将nox还原成n2。

第三步，将部分sofa风通过配置的高压风机20送入一次风管道，高压风机20加压可以提高sofa风速以消除烟气中co，提高燃尽率。高速sofa喷口布置于上层sofa喷口内部，与该层喷口呈镶嵌布置，高速sofa风从热一次风母管接出，从原sofa风喷口下部开口进入高速sofa风管道中。

最后，该发明方法煤粉在锅炉主燃区燃烧后产生的nox，通过热解还原气体（ch4、co等）还原、nh3还原两种方法结合降低nox排放浓度，达到燃煤机组无需后处理措施的超低nox排放目标。

以上所述仅是本发明的优选实施例，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围。