一种煤粉深度低氧燃烧系统

技术领域

本发明属于电站煤粉锅炉技术领域，具体涉及一种煤粉深度低氧燃烧系统，有效控制煤粉燃烧初始氮氧化物生成，降低锅炉的NOx排放。

背景技术

目前我国燃煤锅炉发电机组的污染物控制已达到国际领先水平，大部分燃煤火力发电机组已实现超净排放，即在基准氧含量6％条件下氮氧化物浓度不超过50mg/Nm

现有空气分级低氮燃烧是将煤粉燃料的燃烧过程分阶段完成，主要包括两种：(1)将二次风射流轴线向水冷壁偏转一定角度或控制内外二次风，形成一次风煤粉气流在内、二次风在外的径向分级燃烧。(2)在距主燃烧器上方较远位置处设置燃尽风喷口，将助燃空气在燃尽阶段分级送入炉内，使燃烧过程沿炉膛烟气流向分级分阶段进行。目前大部分燃煤锅炉机组均采用以上两种空气分级低氮燃烧技术。目前常见的空气分级低氮燃烧未实现一次风低氧，且由于制粉系统出力要求引起一次风率偏高，导致煤粉初始燃烧生成的氮氧化物得不到有效控制，只能靠主燃烧区的较低二次风率和较高的燃尽风率来降低氮氧化物浓度，由此引起主燃区及其还原区域内严重的缺氧还原性气氛，导致水冷壁高温腐蚀严重，也易引起炉膛结渣问题。低氮燃烧技术下水冷壁壁面区域强还原性气氛是引起目前燃煤锅炉水冷壁严重高温腐蚀的重要原因。其次该技术的常见缺点还有，由于较高的燃尽风率，主燃区整体缺氧，导致燃烧推迟、火焰中心上移，炉膛出口烟温升高，会引发屏式过热器结渣、高温受热面超温等问题。再者，分离型燃尽风技术引起燃烧器二次风箱压力不足、空气动力场不理想，使燃烧器烧损现象时有发生。如对于旋流燃烧器锅炉，在燃烧器风箱进口风门开度相同时，采用燃尽风技术后，内外二次风的冷却风量减少达20％以上。分离型燃尽风技术的应用，使得中心冷却风与炉膛差压由400Pa以上减小至0～300Pa，对应的中心冷却风量减少1/2左右，其冷却作用及其对中心回流区的破坏作用减弱约50％。对于低负荷运行工况下的备用燃烧器，其冷却风量显著不足，导致燃烧器金属超温、甚至烧损。

常见的SCR技术应用后，由于喷氨引起的氨逃逸及增加的三氧化硫转化，在回转式空气预热器和低温省煤器等锅炉排烟余热回收利用装置中产生硫酸氢氨沉积、堵塞和腐蚀，轻则增大锅炉烟道阻力、引风机耗电升高，严重时甚至导致引风机失速，机组非停。

现有空气分级低氮燃烧技术及SCR技术的应用，导致燃煤电站煤粉锅炉普遍出现严重的水冷壁高温腐蚀和空气预热器和低温省煤器堵塞问题，严重影响锅炉机组的运行安全。

只有采取措施控制煤粉燃烧初期的氮氧化物生成量，才能从根本上解决燃尽风过度使用和SCR系统喷氨量带来的负面影响。

发明内容

针对目前电站煤粉锅炉燃尽风率高、水冷壁高温腐蚀、SCR喷氨量大、空预器堵塞等问题，本发明的目的是提出一种可明显抑制煤粉燃烧初始氮氧化物生成的煤粉深度低氧燃烧系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种煤粉深度低氧燃烧系统，包括冷空气管道、热空气管道、锅炉烟气抽取风机、混合器以及磨煤机；混合器的入口包括第一入口、第二入口和第三入口；

锅炉主燃烧器上方布置有燃尽风喷口；

锅炉烟气抽取风机入口与锅炉的尾部烟道相连，锅炉的炉膛上安装有锅炉主燃烧器；锅炉主燃烧器中下部设置有煤粉燃烧器喷口，顶部设置有二次风喷口；二次风喷口与燃尽风喷口经热空气管道与混合器的第一入口相连，锅炉烟气抽取风机出口与混合器的第二入口相连，冷空气管道与混合器的第三入口相连，混合器的出口与磨煤机入口相连，磨煤机出口与煤粉燃烧器喷口相连。

本发明进一步的改进在于，锅炉为四角切圆燃烧锅炉或墙式对冲燃烧锅炉。

本发明进一步的改进在于，锅炉主燃烧器为直流燃烧器或旋流燃烧器。

本发明进一步的改进在于，锅炉烟气抽取风机出口经锅炉烟气管道与混合器的第二入口相连。

本发明进一步的改进在于，锅炉烟气管道上设置有锅炉烟气调节阀。

本发明进一步的改进在于，热空气管道上设置有热空气调节阀。

本发明进一步的改进在于，冷空气管道上设置有冷空气调节阀。

本发明进一步的改进在于，混合器出口管道上设置有混合介质调节阀、混合介质压力测量装置、混合介质温度测量装置和混合介质氧量测量装置。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明中通过设置锅炉烟气抽取风机、冷空气管道和热空气管道，通过抽取锅炉烟气，与热空气、冷空气混合介质干燥、携带煤粉直接进入煤粉燃烧器，实现煤粉深度低氧、低氮燃烧，在源头上实现了初始氮氧化物控制，所以后期可提高二次风率、降低燃尽风率，由此大大缓解炉膛主燃烧区及其与燃尽风区域的水冷壁壁面还原性气氛，从而显著降低水冷壁高温腐蚀风险；同时初始氮氧化物排放得到有效控制后，SCR系统喷氨量可大幅下降，不仅节省液氨或尿素用量，还能降低氨逃逸引起空气预热器硫酸氢氨沉积堵塞风险，并且可解决制粉系统的防爆问题。

进一步的，本发明是在煤粉锅炉原有制粉系统基础上，仅需增加烟气抽取烟道、相应的调节风门与锅炉烟气抽取风机等，以降低一次风粉的氧浓度，系统简单，且容易实施。

附图说明

图1为本发明的系统示意图；

图中标号，1-热空气管道、2-热空气调节阀、3-冷空气管道、4-冷空气调节阀、5-锅炉烟气抽取风机、6-锅炉烟气管道、7-锅炉烟气调节阀、8-混合器、9-混合介质调节阀、10-混合介质压力测量装置、11-混合介质温度测量装置、12-混合介质氧量测量装置、13-磨煤机、14-锅炉主燃烧器、15-煤粉燃烧器喷口、16-二次风喷口、17-燃尽风喷口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

参见图1，一种煤粉深度低氧燃烧系统，包括热空气管道1、热空气调节阀2、冷空气管道3、冷空气调节阀4、锅炉烟气抽取风机5、锅炉烟气管道6、锅炉烟气调节阀7、混合器8、混合介质调节阀9、混合介质压力测量装置10、混合介质温度测量装置11、混合介质氧量测量装置12、磨煤机13、锅炉主燃烧器14、煤粉燃烧器喷口15、二次风喷口16以及燃尽风喷口17。

其中，锅炉主燃烧器14上方布置有燃尽风喷口17。

锅炉烟气抽取风机5入口与锅炉的尾部烟道(如转向烟室、省煤器出口、空气预热器入口或出口等部位，具体由制粉系统确定)相连，锅炉为四角切圆燃烧锅炉，炉膛四角安装有锅炉主燃烧器14，锅炉主燃烧器14为直流燃烧器。本发明以直流燃烧器四角布置为例说明。

锅炉主燃烧器14中下部设置有煤粉燃烧器喷口15，顶部设置有二次风喷口16。

混合器8的入口包括第一入口、第二入口和第三入口；二次风喷口16与燃尽风喷口17经热空气管道1与混合器8的第一入口相连，锅炉烟气抽取风机5出口经锅炉烟气管道6与混合器8的第二入口相连，烟气抽取位置可根据需要在尾部烟道后合适部位选择。冷空气管道3与混合器8的第三入口相连，混合器8的出口经管道与磨煤机13入口相连，磨煤机13出口与煤粉燃烧器喷口15相连。

其中，热空气管道1上设置有热空气调节阀2，冷空气管道3上设置有冷空气调节阀4，锅炉烟气管道6上设置有锅炉烟气调节阀7。

混合器8的出口与磨煤机13入口之间的管道上设置有混合介质调节阀9、混合介质压力测量装置10、混合介质温度测量装置11和混合介质氧量测量装置12。

本发明适用于采用直流燃烧器或旋流燃烧器等各种燃烧方式的煤粉锅炉。

本发明采用锅炉烟气、热空气、冷空气共同作为煤粉干燥和携带介质，组成一次风粉混合物进入煤粉燃烧器，实现煤粉深度低氧、低氮燃烧，减小分离燃尽风的风率或取消远离型燃尽风，以消除或减弱其影响。

锅炉烟气、热空气、冷空气三介质与干燥煤粉形成的一次风粉，可根据煤粉着火和燃烧特性灵活调整其比例，控制较低的一次风粉含氧量。与现有常见煤粉锅炉燃烧系统、空气分级低氮燃烧技术相比，掺入锅炉烟气可大大降低一次风粉含氧量，使煤粉燃烧初期实现真正意义的缺氧燃烧，在保证煤粉着火稳定的同时，有效抑制燃烧初期氮氧化物生成，从源头上实现低氧、低氮燃烧；由于取消或大幅减小了远离型燃尽风的风率，在燃烧器整个区域，煤粉燃烧产物以氧化性气氛为主。一次风粉含氧量降低还可同时缓解制粉系统的防爆问题。

一次风粉含氧量可通过热空气调节阀2、冷空气调节阀4和锅炉烟气调节阀7调整掺入锅炉烟气的流量在10％～18％范围内来调节。

本发明的煤粉深度低氧燃烧系统可显著降低一次风率和远离型燃尽风率、提高二次风率、降低火焰温度，达到同时控制氮氧化物、缓解水冷壁高温腐蚀的目的。

本发明的工作原理如下：

通过在一次风中掺入锅炉烟气降低一次风氧量实现煤粉深度低氧燃烧，达到控制煤粉燃烧初始氮氧化物浓度的目的。从锅炉尾部烟道合适部位抽取烟气，与现有热空气、冷空气混合后进入制粉系统，携带干燥煤粉作为一次风送入锅炉主燃烧器，从而在煤粉主燃烧器中形成深度低氧介质，由于煤粉气流初期燃烧阶段主要是一次风粉的着火燃烧，从而实现了煤粉初始深度低氧燃烧。煤粉燃烧氮氧化物生成主要与温度、氮浓度、氧浓度有关。由于一次风中较低的含氧量和氮气浓度，加上烟气掺入可显著降低火焰温度，故在煤粉初始着火、燃烧阶段氮氧化物生成会显著受到抑制，在源头上实现了氮氧化物控制。后期燃烧可适当提高二次风率、降低燃尽风率，由此大大缓解炉膛主燃烧区及其与燃尽风区域的还原性气氛，从而显著降低水冷壁高温腐蚀风险。