一種耦合分級(jí)燃燒和煙氣再循環(huán)的低NOx鏈條爐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種鏈條爐，具體涉及一種耦合分級(jí)燃燒和煙氣再循環(huán)的低NOx鏈條爐，屬于工業(yè)鍋爐燃燒技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在當(dāng)前我國(guó)數(shù)量眾多的燃煤工業(yè)鍋爐中，鏈條爐所占市場(chǎng)份額在60%以上。在燃燒組織方式上，鏈條爐以恒速行進(jìn)爐排層燃為主，輔以爐排上部區(qū)域內(nèi)細(xì)小顆粒構(gòu)建的懸浮燃燒。相應(yīng)地，其配風(fēng)以爐排底部送入的一次風(fēng)占據(jù)主導(dǎo)、爐排上部前后拱二次風(fēng)為輔(用于供給懸浮燃燒區(qū)所需的空氣和調(diào)整燃燒的需要)；鑒于爐排上煤層隨爐排行進(jìn)先后經(jīng)歷預(yù)熱干燥、揮發(fā)分析出和燃燒、焦炭燃燒和燃盡幾個(gè)階段，爐排下部一次風(fēng)往往采用分風(fēng)室的形式給入，以便隨燃燒進(jìn)程的需要調(diào)整各區(qū)域給風(fēng)量。從燃燒理念上看，借助于合理的一、二次風(fēng)分配和一次風(fēng)在爐排下部各風(fēng)室之間的分配，鏈條爐在理論上可避免NOx的大量生成。然而在實(shí)際運(yùn)行中，為保證爐排層燃和懸浮燃燒較好燃盡(控制灰、渣可燃物含量和避免煙囪冒黑煙)，在爐排燃燒前期和主燃區(qū)以及爐排上部的高溫懸浮燃燒區(qū)需送入強(qiáng)風(fēng)，使得爐內(nèi)大量燃料氮在富氧氣氛下析出并氧化成N0X，導(dǎo)致多數(shù)鏈條爐NOx排放達(dá)到約400~500mg/m3這一較高水平。根據(jù)新的《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13271 - 2014)，重點(diǎn)地區(qū)的鏈條爐NOx最高允許排放濃度為200mg/m3。隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和日益嚴(yán)格的環(huán)保需求，不排除今后將此排放標(biāo)準(zhǔn)提升至100mg/m3。如何在保證燃盡的條件下大幅度降低鏈條爐NOx排放，這已成為當(dāng)前工業(yè)鍋爐NOx減排工作的難題。目前，爐內(nèi)低氮燃燒和爐后尾部煙氣脫硝(SCR或SNCR)是主流的放控制手段。在脫硝技術(shù)改造方面，這三種手段已廣泛應(yīng)用于采用懸浮燃燒方式的煤粉爐，而對(duì)于層燃鏈條爐上的應(yīng)用則鮮有報(bào)道。這主要是由于:1)目前行業(yè)內(nèi)尚無(wú)適用于鏈條爐的高效低氮燃燒技術(shù)。鏈條爐的爐排底部需送入強(qiáng)風(fēng)以保證爐渣燃盡，懸浮燃燒區(qū)燃燒份額雖較低，但其緊鄰爐排上部區(qū)域而溫度較高，按傳統(tǒng)理念設(shè)計(jì)的分級(jí)送風(fēng)(即爐排分段送風(fēng)和拱部二次風(fēng)作為分級(jí)風(fēng)噴入懸浮燃燒區(qū))本質(zhì)上并未有效構(gòu)建分級(jí)燃燒效果。另外，國(guó)外有文獻(xiàn)報(bào)道，鏈條爐在常規(guī)配風(fēng)條件下，其懸浮燃燒區(qū)燃料氮轉(zhuǎn)化成NOx的轉(zhuǎn)化率高達(dá)45%，相比而言，爐排燃燒區(qū)此轉(zhuǎn)化率僅為15%。可見，限制爐排燃燒區(qū)和懸浮燃燒區(qū)的燃料氮轉(zhuǎn)化率對(duì)NOx減排同樣重要；2)SCR —次性投資和運(yùn)行成本高昂，多數(shù)鏈條爐業(yè)主難以承受；3)鏈條爐內(nèi)窄的溫度窗口大大削弱了 SNCR脫硝效果。鏈條爐爐內(nèi)風(fēng)煤混合和燃燒強(qiáng)度均較煤粉爐低，為保證燃料較好著火、主燃區(qū)穩(wěn)定燃燒和爐排上部區(qū)域較好，鏈條爐一般配置獨(dú)特的雙拱束腰型爐膛結(jié)構(gòu)，致使?fàn)t內(nèi)形成具有較高溫度水平的拱下區(qū)域和低溫的拱上區(qū)域，適用于SNCR的溫度窗口(900~1050°C )僅存在于爐拱附近的這一較窄區(qū)域。已有文獻(xiàn)報(bào)道，在此區(qū)域布置噴槍實(shí)施SNCR，在投入相對(duì)較高運(yùn)行成本的同時(shí)其脫硝效率一般不超過30%。
[0003]基于以上分析，為大幅度降低鏈條爐較高的NOx排放濃度以滿足重點(diǎn)地區(qū)排放限值，行之有效且經(jīng)濟(jì)的措施應(yīng)是先在爐內(nèi)組織高效低氮燃燒，實(shí)現(xiàn)NOx減排不低于50%的同時(shí)提升爐拱上部區(qū)域煙溫(可滿足SNCR的溫度窗口)，爾后爐拱上部區(qū)域采用SNCR進(jìn)一步降低NOx排放。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的是為了解決【背景技術(shù)】提及的鏈條爐放高而現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)高效低NOx燃燒的問題，進(jìn)而提供了一種耦合分級(jí)燃燒和煙氣再循環(huán)的低NO ,鏈條爐。
[0005]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型中鏈條爐實(shí)現(xiàn)低NOJl燒的原理在于:1)煙氣再循環(huán)。從鍋爐尾部煙道抽取約300°C的低溫爐煙，將此爐煙通過再循環(huán)風(fēng)機(jī)送入爐排下方的風(fēng)室，在各風(fēng)室中與一次風(fēng)相混后透過爐排參與燃燒，在爐排燃燒區(qū)起到稀釋氧濃度、降低燃燒溫度和燃燒強(qiáng)度、推遲燃燒進(jìn)程而減少NOx生成；2)爐排燃燒區(qū)和懸浮燃燒區(qū)分別組織高效分級(jí)燃燒。在爐排燃燒區(qū)采用分段送風(fēng)和分段給入再循環(huán)煙氣，即在煤層干燥、揮發(fā)分析出和著火階段僅送入少量一次風(fēng)和大量再循環(huán)煙氣，主燃區(qū)和燃盡區(qū)再送入剩余的大量空氣和少量再循環(huán)煙氣，使揮發(fā)分析出、著火和燃燒前期處于貧氧氣氛下進(jìn)行，在貧氧氣氛下將釋放的燃料氮轉(zhuǎn)化成N2而非氧化成NO χ0在懸浮燃燒區(qū)以上一定位置布置分級(jí)風(fēng)的同時(shí)減少二次風(fēng)量，懸浮燃燒區(qū)建立的弱還原性氣氛有利于抑制NOx生成。
[0006]本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是:一種耦合分級(jí)燃燒和煙氣再循環(huán)低N0x鏈條爐，由爐膛、給煤機(jī)、鏈條爐排、渣斗和尾部煙道組成；所述爐膛由前爐拱和后爐拱分成上下兩部分；所述尾部煙道內(nèi)自上而下布置有省煤器和空氣預(yù)熱器；所述鏈條爐排包裹的空間區(qū)域布置有多個(gè)一次風(fēng)室，多個(gè)一次風(fēng)室沿鏈條爐排的行進(jìn)方向呈“一”字排開，所述多個(gè)一次風(fēng)室的出口與所述鏈條爐排相通；所述鏈條爐還在所述尾部煙道抽取再循環(huán)爐煙，抽取再循環(huán)爐煙的位置介于所述省煤器和所述空氣預(yù)熱器之間，所述再循環(huán)爐煙經(jīng)由再循環(huán)風(fēng)機(jī)送入若干個(gè)所述一次風(fēng)室。針對(duì)采用正轉(zhuǎn)爐排的鏈條爐和采用拋煤機(jī)倒轉(zhuǎn)爐排的鏈條爐分別進(jìn)一步加以說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0007]針對(duì)采用正轉(zhuǎn)爐排的鏈條爐，所述前爐拱和所述后爐拱的中下部區(qū)域分別布置有多個(gè)前墻二次風(fēng)噴口和多個(gè)后墻二次風(fēng)噴口，用于通入二次風(fēng)，所述多個(gè)前墻二次風(fēng)噴口和多個(gè)后墻二次風(fēng)噴口均沿爐寬方向呈“一”字排開且與所述爐膛下部連通，且所述前墻二次風(fēng)噴口的位置較所述后墻二次風(fēng)噴口的位置高。
[0008]進(jìn)一步的，所述鏈條爐還在上、下爐膛交匯處布置有多個(gè)前墻燃盡風(fēng)噴口和多個(gè)后墻燃盡風(fēng)噴口，所述多個(gè)前墻燃盡風(fēng)噴口和多個(gè)后墻燃盡風(fēng)噴口均沿爐寬方向呈“一”字排開且與所述爐膛下部連通，且所述前墻燃盡風(fēng)噴口的位置較所述后墻燃盡風(fēng)噴口的位置尚O
[0009]進(jìn)一步的，所述前墻二次風(fēng)噴口與所述后墻二次風(fēng)噴口在爐寬方向--對(duì)應(yīng)，所述前墻燃盡風(fēng)噴口與所述后墻燃盡風(fēng)噴口在爐寬方向--對(duì)應(yīng)；且所述前墻二次風(fēng)噴口與所述前墻燃盡風(fēng)噴口在所述前爐拱上呈一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，所述后墻二次風(fēng)噴口與所述后墻燃盡風(fēng)噴口在所述后爐拱上呈一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0010]進(jìn)一步的，所述前墻二次風(fēng)噴口和后墻二次風(fēng)噴口分別相對(duì)于水平方向下傾25-40°角和10~25°角，所述前墻燃盡風(fēng)噴口和后墻燃盡風(fēng)噴口分別相對(duì)于水平方向下傾25-40° 角和 0~15° 角。
[0011]進(jìn)一步的，進(jìn)入所述多個(gè)一次風(fēng)室的一次風(fēng)、進(jìn)入所述前墻二次風(fēng)噴口和所述后墻二次風(fēng)噴口的二次風(fēng)、進(jìn)入所述前墻燃盡風(fēng)噴口和所述后墻燃盡風(fēng)噴口的燃盡風(fēng)、以及進(jìn)入多個(gè)一次風(fēng)室的再循環(huán)爐煙均可調(diào)。
[0012]針對(duì)采用拋煤機(jī)倒轉(zhuǎn)爐排的鏈條爐，所述給煤機(jī)采用給煤拋煤機(jī)，所述爐膛設(shè)有前墻和后墻，所述前墻根部設(shè)有較小的前爐拱；在所述前墻和所述后墻的下部區(qū)域分別布置有多個(gè)前墻二次風(fēng)噴口和多個(gè)后墻二次風(fēng)噴口 ；在所述前墻和所述后墻的中上部區(qū)域分別布置有多個(gè)前墻燃盡風(fēng)噴口和多個(gè)后墻燃盡風(fēng)噴口，所述多個(gè)前墻燃盡風(fēng)噴口和多個(gè)后墻燃盡風(fēng)噴口沿所述爐膛的中心線對(duì)稱布置。
[0013]進(jìn)一步的，所述前墻二次風(fēng)噴口和后墻二次風(fēng)噴口分別相對(duì)于水平方向下傾25-40°角和_15~20°角，所述前墻燃盡風(fēng)噴口和后墻燃盡風(fēng)噴口相對(duì)于水平方向下傾20-40° 角。
[0014]本實(shí)用新型較現(xiàn)有技術(shù)所具有的有益效果在于，實(shí)現(xiàn)低NOx生成的同時(shí)維持較好著火、穩(wěn)燃和燃盡，其具體表現(xiàn)為:
[0015]a.實(shí)現(xiàn)低NOx生成。如【背景技術(shù)】中所述，現(xiàn)有技術(shù)中按傳統(tǒng)理念設(shè)計(jì)的分級(jí)送風(fēng)(即爐排分段送風(fēng)和拱部二次風(fēng)作為分級(jí)風(fēng)噴入懸浮燃燒區(qū))本質(zhì)上并未有效構(gòu)建分級(jí)燃燒效果，從而導(dǎo)致現(xiàn)有鏈條爐放濃度較高。采用本實(shí)用新型的低氮燃燒技術(shù)后，鏈條爐可實(shí)現(xiàn):1)爐排燃燒區(qū)沿爐排行進(jìn)方向的分級(jí)燃燒抑制燃料型NOx的大量生成。在爐排燃燒區(qū)采用分段送風(fēng)和分段給入再循環(huán)煙氣，即在煤層干燥、揮發(fā)分析出和著火階段僅送入少量一次風(fēng)和大量再循環(huán)煙氣，主燃區(qū)和燃盡區(qū)再送入剩余的大量空氣和少量再循環(huán)煙氣，使揮發(fā)分析出、著火和燃燒前期處于貧氧氣氛下進(jìn)行，將釋放出來(lái)的燃料氮轉(zhuǎn)化成隊(duì)而非氧化成N0X;2)爐排燃燒區(qū)煙氣再循環(huán)抑制燃料型NOx和熱力型NOx的大量生成。爐排燃燒區(qū)送入的再循環(huán)煙氣延遲煤顆粒燃燒、降低燃燒溫度和當(dāng)?shù)氐难鯕鉂舛龋又浯龠M(jìn)揮發(fā)分在貧氧氣氛下析出，從而有效抑制了 NOx生成；3)懸浮燃燒區(qū)通過減少二次風(fēng)量和引入精心設(shè)計(jì)的燃盡風(fēng)而組織分級(jí)燃燒，有效抑制了懸浮燃燒區(qū)燃料型NOx和熱力型NOx的大量生成。總之，本實(shí)用新型中爐排燃燒區(qū)分級(jí)燃燒和煙氣再循環(huán)、懸浮燃燒區(qū)分級(jí)燃燒的實(shí)施，使煤顆粒長(zhǎng)時(shí)間處于遠(yuǎn)離化學(xué)當(dāng)量比燃燒狀態(tài)，加之鏈條爐內(nèi)受到控制的煙溫水平，將大幅度降低爐內(nèi)NOjA生成。
[0016]b.保持及時(shí)著火和穩(wěn)定燃燒。采用本實(shí)用新型的低氮燃燒技術(shù)后，鏈條爐在及時(shí)著火和穩(wěn)燃特性上較現(xiàn)有技術(shù)具備一定優(yōu)勢(shì)，這是由于:1)再循環(huán)煙溫約300°c，明顯較熱風(fēng)溫度(一般不超過150°C)高，高的再循環(huán)煙溫有利于爐排上燃料的預(yù)熱干燥和揮發(fā)分析出，有利于及時(shí)著火；2)煙氣再循環(huán)率一般控制在約15%這一較低值，對(duì)爐排穩(wěn)定燃燒影響較??；3)爐排燃燒區(qū)采用分段送風(fēng)，將大量的一次風(fēng)自主燃區(qū)開始送入，滿足大量煤顆粒燃燒消耗大量空氣的需要，有利于維持穩(wěn)定燃燒；4)懸浮燃燒區(qū)分級(jí)配風(fēng)比例、其主燃區(qū)停留時(shí)間和燃盡時(shí)間均控制在常規(guī)模式內(nèi)，有利于保證懸浮燃燒區(qū)穩(wěn)燃。
[0017]c.維持較好燃盡效果。采用本實(shí)用新型的低氮燃燒技術(shù)后，鏈條爐仍可維持較好燃盡效果，這是由于:1)在構(gòu)建爐內(nèi)分級(jí)燃燒條件下合理組織爐內(nèi)配風(fēng)，雖然爐排燃燒區(qū)過量空氣系數(shù)控制在I以下，但一次風(fēng)集中送入爐排主燃區(qū)且適當(dāng)加大了爐排燃盡區(qū)送風(fēng)量，滿足了主燃區(qū)大量煤顆粒燃燒消耗大量空氣的需要，又緩解了因煙氣再循環(huán)推遲燃燒而對(duì)燃盡的負(fù)面效應(yīng)(煙氣再循環(huán)降低燃燒溫度和氧濃度，延遲燃燒而抑制NOx生成)，爐排區(qū)域這一配風(fēng)模式有利于爐渣燃盡；2)再循環(huán)煙氣溫度明顯較熱風(fēng)溫度高，高的再循環(huán)煙氣溫度有利于爐排上燃料的預(yù)熱干燥和揮發(fā)分析出，有利于及時(shí)著火和改善燃盡；3)在懸浮燃燒區(qū)上部合適高度給入剛性較強(qiáng)的燃盡風(fēng)射流，燃盡風(fēng)與上行高溫?zé)煔庵胁煌耆紵a(chǎn)物混合良好，同時(shí)它合適的布置位置保證了足夠的燃盡時(shí)間，從而有利于確保懸浮燃燒區(qū)高效燃盡。
[0018]在煤粉爐中分級(jí)燃燒和燃料油燃燒中煙氣再循環(huán)的合理利用均可實(shí)現(xiàn)NOx減排30%以上。借鑒煤粉燃燒和燃料油燃燒經(jīng)驗(yàn)，本實(shí)用新型提出的低NOx鏈條爐燃燒技術(shù)將兩者精妙配合聯(lián)用，預(yù)計(jì)可將NOx初始濃度約400mg/m3減排至約200mg/m3，亦即僅憑爐內(nèi)組織低氮燃燒可滿足重點(diǎn)地區(qū)燃煤工業(yè)爐放標(biāo)準(zhǔn)，解決現(xiàn)有技術(shù)中鏈條爐NO 放高