一种W火焰锅炉深度脱硝燃烧方法与流程

本发明涉及一种用于W火焰锅炉深度脱硝的燃烧方法。

背景技术：

煤在燃烧过程中会排放氮氧化物（NOx）污染物，这些污染物会造成光化学烟雾污染，会对人类呼吸系统及动植物生存均会造成严重的危害。我国最新的《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-2011）规定，自2015年1月1日起，全部燃煤锅炉氮氧化物（以NO₂计）排放限值为100mg/Nm³（采用W型火焰炉膛的，现有的循环流化床火力发电锅炉以及2003年12月31日前建成投产的火力发电锅炉等限值为200 mg/Nm³）。W火焰锅炉是一种针对低挥发分煤，如贫煤、无烟煤稳定燃烧的特定炉型，其炉膛前后墙上部均设有一个以上的燃尽风喷口、其两炉拱上均设有数个主燃烧器、其炉膛前后墙下部均设有一个以上的拱下二次风喷口，每个主燃烧器内设有一次风喷口和二次风喷口，炉膛前后墙上设有乏气风喷口，乏气风喷口设于炉拱上方或下方，其炉膛分为主燃区、还原区和燃尽区；燃烧时，主燃烧器向下喷射燃煤、燃烧，拱下二次风喷口水平喷射，形成W形火焰，乏气风喷口喷入少量的燃煤，便于燃煤的输送和提高炉膛温度；W火焰锅炉燃烧过程中会生成较多的燃料型NOx，此外，由于W火焰锅炉针对难燃煤种设计，炉膛燃烧温度高，因此还会产生较多的热力型NOx，综合考虑两种因素，W火焰锅炉相比于其它炉型的NOx排放浓度值高得多。

目前运用于W火焰锅炉的脱硝技术主要为空气分级燃烧和尾部选择性催化还原（SCR）技术。

W火焰锅炉以燃烧低挥发分煤为主，着火稳燃和燃尽是它具备的优势，但空气分级程度与燃尽直接相关。空气分级程度提高，会显著影响低挥发分煤的燃尽程度，因此，在W火焰锅炉里，不能单靠提高空气分级程度来降低NOx的排放，必须要兼顾燃烧效率，控制飞灰可燃物。此外，单纯采用空气分级燃烧技术，NOx还原效率仅为30%～70%左右，对于低挥发分煤趋向于下限。而燃烧贫煤、无烟煤的W火焰锅炉的NOx原始排放高（通常在1000 mg/m³以上），单纯空气分级很难将NOx的排放控制到满足国家的排放标准，且随着分级程度的增加，燃料燃烧效率会降低，给燃料燃烧的经济性带来了较明显的负面影响，同时，分级程度加大对处于强还原性气氛下的炉内水冷壁的安全可靠运行也带来了显著的负面影响。

不能单独依靠空气分级来控制W火焰锅炉的NOx排放水平，国内电厂普遍采用选择性催化还原技术（SCR）进行进一步深度脱硝。这种技术在尾部烟道喷入氨剂还原剂，在催化剂的作用下还原烟气中的氮氧化物，运行环境的温度需要控制在300℃～400℃。但这种技术也有一些值得注意的地方，如烟气温度过高，喷入烟气中的氨反而会被氧化为NOx，氨量控制不当还会造成氨逃逸，并且由于空气分级后的SCR装置入口的NOx原始浓度仍很高，NOx的还原反应过程需要投入更多或更快消耗的催化剂，因此运行成本较高。

另一种工程上常采用的烟气脱硝技术是在更高烟气温度条件下的NOx还原技术，被称为选择性非催化还原技术（SNCR）。它是在燃尽风之后靠近炉膛出口高温区投入氨剂还原氮氧化物。由于反应区域温度高，不需要催化剂，降低了运行成本。但是这种燃烧技术适用的烟气温度反应窗口较窄，在800℃～1100℃之间。在低负荷工况下，炉膛出口的氧浓度偏高，氨更易被氧化为氮氧化物。如果燃料含硫较高，NH₃还会与SO₃反应生成铵盐，在低温下会结渣腐蚀。并且因为布置在燃尽风之后，如果喷入氨量过多，也会造成氨逃逸，因此对锅炉的工况要求较高，适用的范围有限。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种W火焰锅炉深度脱硝燃烧方法，它不仅可显著降低炉膛出口的氮氧化物排放值，实现超低排放，且不需要严格的温度窗口和催化剂，大幅降低了脱硝成本，燃烧效率也可保证，经济效益显著，并防止炉内水冷壁出现高温腐蚀，具有广泛的适用性。

为了达到上述目的，本发明的一种W火焰锅炉深度脱硝燃烧方法，将燃煤通过前后墙炉拱上数个主燃烧器的一次风喷口内的一次风送入炉膛燃烧，并通过数个主燃烧器的二次风喷口通入二次风，通过前后墙上的拱下二次风喷口通入拱下二次风，通过前后墙上的乏气风喷口通入乏气风，在燃尽区通过燃尽风喷口通入一层以上的燃尽风，其特征在于：其中主燃区的过量空气系数范围为0.7～1.05，燃煤进行低氧燃烧；燃尽区的过量空气系数为1.05～1.3，进行富氧燃烧；在最上层燃尽风以下的炉膛内喷入一层以上的氨基还原抑制剂，在炉膛内高温环境下还原烟气中的氮氧化物，以及抑制新的氮氧化物生成；

本发明可以将所述氨基还原抑制剂在数个主燃烧器的一次风喷口与燃煤混合通过一次风喷入炉膛内；

本发明也可以通过设于数个主燃烧器一次风喷口内独立的还原抑制剂喷口喷入所述氨基还原抑制剂；

本发明还可以将还原抑制剂喷口设于炉拱上，将氨基还原抑制剂与一次风平行的方向喷入炉膛；

本发明还可以将还原抑制剂喷口或设于主燃烧器与拱下二次风喷口之间、或设于拱下二次风喷口之上、或设于主燃烧器与燃尽风喷口之间、或设于数层燃尽风喷口之间，通过还原抑制剂喷口在最上层燃尽风以下的炉膛内喷入一层以上的氨基还原抑制剂；

本发明还可以通过主燃烧器与燃尽风喷口之间炉墙上的还原风喷口喷入还原风，还原风的过量空气系数为0.6～0.85，通过设于还原风喷口与燃尽风喷口之间的所述一层以上独立的还原抑制剂喷口喷入所述氨基还原抑制剂；

本发明还可以通过设于主燃烧器与燃尽风喷口之间前后炉墙上的再燃燃料喷口喷入再燃燃料，通过设于再燃燃料喷口与燃尽风喷口之间的所述一层以上的还原抑制剂喷口喷入氨基还原抑制剂；

本发明通过在最上层燃尽风以下的炉膛通入氨基还原抑制剂，并控制过量空气系数在较低的范围，此处烟气中的氧已基本被耗尽，处于还原性气氛中，由于反应区域温度很高，不需要催化剂，氨基还原抑制剂将烟气中的氮氧化物强化还原，并在该气氛中抑制氮氧化物的生成，使得进入燃尽区的氮氧化物浓度大大降低，未燃尽的燃料在燃尽区得到充分燃烧，可保证燃烧效率，新产生的氮氧化物加上进入燃尽区的氮氧化物有限，此区域温度仍较高，可由烟气中的氨基还原抑制剂继续还原，使得炉膛出口的氮氧化物排放值显著降低，实现超低排放特性；本方法相比于已有的选择性非催化还原技术（SNCR）和选择性催化还原技术（SCR），不需要严格的温度窗口和催化剂，大幅降低了脱硝成本，即使在炉内最高的燃烧区域烟气温度下，仍不会导致氨的大量氧化，经济效益显著，并具有广泛的适用性。

作为本发明的一种优选，将所述还原抑制剂喷口设于炉膛四角和前后墙上，通过数个还原抑制剂喷口喷入所述氨基还原抑制剂，同层的氨基还原抑制剂以在炉膛中形成一个以上假想切圆的方式喷入；既保持炉膛良好的燃烧环境，又保证氨基还原抑制剂与烟气的充分混合；

作为本发明的一种优选，将所述还原抑制剂喷口设于炉膛前后墙和侧墙上，通过数个还原抑制剂喷口喷入所述氨基还原抑制剂，同层的氨基还原抑制剂以在炉膛中形成一个以上假想切圆的方式喷入；同样既保持炉膛良好的燃烧环境，又保证氨基还原抑制剂与烟气的充分混合；

作为本发明的一种优选，将位于前后墙高度的所述还原抑制剂喷口设于炉膛前后墙上，前后墙上还原抑制剂喷口中心线共线，将同层相对前后墙上的氨基还原抑制剂以对冲方式喷入；可达到较好的混合效果；

作为本发明的一种优选，在至少一面前后墙或侧墙上设置还原剂输送管，将所述还原抑制剂喷口设于对应的还原剂输送管上，通过还原抑制剂喷口喷入氨基还原抑制剂；可达到较好的混合效果，适用于不同的工况。

作为本发明的一种优选，从锅炉空预器之后或之前尾部烟道通过风机抽取部分烟气作为氨基还原抑制剂的输送介质，与所述氨基还原抑制剂混合后一同从还原抑制剂喷口喷入炉膛；更利于实现炉膛的还原性气氛及提高反应区域温度；

作为本发明的一种优选，在炉膛还原区和主燃区的靠近两侧墙的前后墙两侧边缘均设置吹扫风喷口，通过吹扫风喷口向炉膛靠近侧墙区域喷入吹扫风，吹扫风的过量空气系数为0.85～0.95；通过吹扫风向炉膛靠近侧墙区域补充空气，避免邻近侧墙水冷壁的流动性较差的烟气形成强还原气氛，防止低挥发分煤的飞灰在此气氛中结焦对水冷壁形成高温腐蚀。

作为本发明的一种优选，将两炉拱上靠近两侧墙的主燃烧器以向炉膛中心偏置5°～45°的方向喷入燃煤、一次风和二次风；以缓解此边缘主燃烧器的卷吸作用造成的侧墙附近气氛呈强还原性的现象，减轻水冷壁的高温腐蚀。

综上所述，本发明不仅可显著降低炉膛出口的氮氧化物排放值，实现超低排放，且不需要严格的温度窗口和催化剂，大幅降低了脱硝成本，燃烧效率也可保证，经济效益显著，并防止炉内水冷壁出现高温腐蚀，并具有广泛的适用性。

附图说明

图1为使用本发明实施例一的W火焰锅炉简图。

图2为图1中主燃烧器的端部视图。

图3为图1中炉膛前墙的主视图。

图4为使用本发明实施例二的W火焰锅炉简图。

图5为图4中主燃烧器的端部视图。

图6为使用本发明实施例三的W火焰锅炉简图。

图7为使用本发明实施例四的W火焰锅炉简图。

图8为图7中一层还原抑制剂喷口布置简图。

图9为使用本发明实施例五的W火焰锅炉简图。

图10为使用本发明实施例六的W火焰锅炉简图。

图11为使用本发明实施例七的W火焰锅炉简图。

图12为图11中再燃燃料喷口的端部视图。

图13为使用本发明实施例八的W火焰锅炉简图。

图14为图13中后墙上还原抑制剂输送管的结构简图。

图15为图13中炉膛前墙的主视图。

图16为使用本发明实施例九的W火焰锅炉简图。

图17为图16中一层还原抑制剂喷口布置简图。

图18为一种一层还原抑制剂喷口布置简图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1、图2、图3所示，该W火焰锅炉，其炉膛前墙7、后墙8上部均设有数个燃尽风喷口4、其两炉拱上均设有数个主燃烧器1、其炉膛前墙7、后墙8下部均设有一个以上的拱下二次风喷口5和乏气风喷口6，主燃烧器1内设有一次风喷口2和二次风喷口3，主燃烧器1可采用直流燃烧器或旋流燃烧器，每炉拱上的数个主燃烧器1呈直线排列，两炉拱上靠近两侧墙9的主燃烧器1向炉膛中心偏置5°～45°；炉膛从下至上分为主燃区14、还原区12和燃尽区13，在炉膛还原区12和主燃区14的靠近两侧墙9的前后墙两侧边缘均设置吹扫风喷口10和11；本实施例的一种W火焰锅炉深度脱硝燃烧方法，将燃煤通过前后墙炉拱上数个主燃烧器1的一次风喷口2内的一次风送入炉膛燃烧，将氨基还原抑制剂在数个主燃烧器1的一次风喷口2与燃煤混合后也通过一次风喷入炉膛内，并通过数个主燃烧器1的二次风喷口3通入二次风，其中两炉拱上靠近两侧墙9的主燃烧器1以向炉膛中心偏置5°～45°的方向喷入燃煤、一次风、二次风和氨基还原抑制剂，通过吹扫风喷口10向炉膛靠近侧墙区域喷入吹扫风，吹扫风的过量空气系数为0.85～0.95，通过前后墙上的拱下二次风喷口5通入拱下二次风，通过乏气风喷口6通入乏气风，在燃尽区通过燃尽风喷口4通入数层燃尽风，其中主燃区的过量空气系数范围为0.7～1.05，燃煤进行低氧燃烧；燃尽区的过量空气系数为1.05～1.3，进行富氧燃烧；氨基还原抑制剂在炉膛内高温环境下还原烟气中的氮氧化物；

本实施例通过在主燃区14的主燃烧器1内通入氨基还原抑制剂（混入方法可以是由风道掺入，也可以事先与燃煤掺混），并控制过量空气系数在较低的范围，此处烟气中的氧已基本被耗尽，处于还原性气氛中，由于反应区域温度很高，不需要催化剂，氨基还原抑制剂将烟气中的氮氧化物强化还原，并在此气氛中抑制氮氧化物的生成，使得进入燃尽区的氮氧化物浓度大大降低，未燃尽的燃料在燃尽区得到充分燃烧，可保证燃烧效率，新产生的氮氧化物加上进入燃尽区的氮氧化物有限，此区域温度仍较高，可由烟气中的氨基还原抑制剂继续还原，使得炉膛出口的氮氧化物排放值显著降低，实现超低排放特性；通过过量空气系数为0.85～0.95吹扫风向炉膛靠近侧墙区域补充空气，避免邻近侧墙水冷壁的流动性较差的烟气形成强还原气氛，防止低挥发分煤的飞灰在此气氛中结焦对水冷壁形成高温腐蚀，加上两炉拱上靠近两侧墙9的主燃烧器1以向炉膛中心偏置5°～45°的方向喷入燃煤、一次风、二次风和氨基还原抑制剂，以缓解此边缘主燃烧器的卷吸作用造成的侧墙附近气氛呈强还原性的现象，进一步减轻水冷壁的高温腐蚀；本方法相比于已有的选择性非催化还原技术（SNCR）和选择性催化还原技术（SCR），不需要严格的温度窗口和催化剂，大幅降低了脱硝成本，即使在炉内最高的燃烧区域烟气温度下，仍不会导致氨的大量氧化，经济效益显著，并具有广泛的适用性。

实施例二

如图4、图5所示，本实施例与实施例一的区别仅在于：在数个主燃烧器1的一次风喷口2内设置独立的还原抑制剂喷口15，还原抑制剂喷口15通过风管和风机16与空预器之后的尾部烟道相连，在风管上连有还原抑制剂进料管17；燃烧时，从锅炉空预器之后尾部烟道通过风机16抽取部分烟气作为氨基还原抑制剂的输送介质，与所述氨基还原抑制剂混合后一同从还原抑制剂喷口15喷入炉膛；由于抽取的烟气为微氧，本实施例更利于实现炉膛的还原性气氛及提高反应区域温度；

实施例三

如图6所示，本实施例与实施例二的区别仅在于：将数个还原抑制剂喷口18设于炉拱上；燃烧时，从锅炉空预器之前尾部烟道通过风机16抽取部分烟气作为氨基还原抑制剂的输送介质，与所述氨基还原抑制剂混合后一同从还原抑制剂喷口18与一次风平行的方向喷入炉膛；可实现与实施例二相同的技术效果。

实施例四

如图7、图8所示，本实施例与实施例三的区别仅在于：将数个还原抑制剂喷口19设于主燃烧器1与拱下二次风喷口5之间的炉膛四角和前墙7、后墙8上，位于同层的八个还原抑制剂喷口19中四个位于炉膛四角，另四个位于前墙7、后墙8上；燃烧时，从锅炉空预器之后尾部烟道通过风机16抽取部分烟气作为氨基还原抑制剂的输送介质，与所述氨基还原抑制剂混合后一同从还原抑制剂喷口19以在炉膛中形成两个假想切圆的方式喷入；其中还原抑制剂喷口19孔径为1～10mm，开口为扇形，开口角度在10°～150°之间，氨基还原抑制剂的喷入速度在10m/s～400m/s之间，调整还原抑制剂喷口19的偏转角度可以调节切圆直径大小及旋转方向，满足不同工况的需要；本实施例既保持炉膛良好的燃烧环境，又保证还原抑制剂与烟气的充分混合，利于提高脱硝效果；

实施例五

如图9所示，本实施例与实施例三的区别仅在于：将乏气风喷口6设于主燃烧器1与燃尽风喷口4之间的前墙7和后墙8上，将数个还原风喷口20设于乏气风喷口6下方的前墙7和后墙8上；燃烧时，从锅炉空预器之前尾部烟道通过风机16抽取部分烟气作为氨基还原抑制剂的输送介质，与所述氨基还原抑制剂混合后一同从还原抑制剂喷口20喷入；

本实施例通过喷入过量空气系数为0.6～0.85的还原风，可提高炉内的还原气氛，以对冲方式喷入的氨基还原抑制剂，还原抑制剂喷口孔径为1～10mm，开口为扇形，开口角度在10°～150°之间，喷入速度在10m/s～400m/s之间，其穿透力和覆盖范围可达到与烟气充分混合的目的，可满足不同燃煤种类的需要。

实施例六

如图10所示，本实施例与实施例五的区别仅在于：燃尽风喷口4为多层布置，还原抑制剂喷口21设于多层燃尽风喷口4之间；燃烧时，从锅炉空预器之后尾部烟道通过风机16抽取部分烟气作为氨基还原抑制剂的输送介质，与所述氨基还原抑制剂混合后一同从还原剂喷口20喷入；

本实施例多层布置的燃尽风喷口4具有更好的降低氮氧化物排放的效果，因此燃尽风喷口4可以根据燃料特性调整每层的风量至最佳比例，尽量降低氮氧化物的生成量，有利于实现超低排放特性；

实施例七

如图11、图12所示，本实施例与实施例二的区别仅在于：在燃尽风喷口4下方的前墙7和后墙8上设有再燃燃料喷口22，再燃燃料喷口22内设有再燃风喷口23和二次风喷口24，本实施例的还原抑制剂喷口25可设于再燃风喷口23，也可设于燃尽风喷口4与再燃燃料喷口22之间的前墙7和后墙8上（未示出）；燃烧时，从锅炉空预器之后尾部烟道通过风机16抽取部分烟气作为氨基还原抑制剂的输送介质，与所述氨基还原抑制剂混合后一同从还原抑制剂喷口25喷入；本实施例适用于采用再燃技术的W火焰锅炉，同样可达到深度脱销的目的。

实施例八

如图13、图14、图15所示，本实施例与实施例二的区别仅在于：在主燃烧器1与燃尽风喷口4之间的前墙7和后墙8上设有还原风喷口26，在还原风喷口26与燃尽风喷口4之间的后墙8上设置还原抑制剂输送管27，将所述还原抑制剂喷口28设于对应的还原抑制剂输送管27上，两炉拱上靠近两侧墙9的主燃烧器1向炉膛中心偏置5°～45°，在炉膛还原区和主燃区的靠近两侧墙9的前后墙两侧边缘均设置吹扫风喷口10和11；燃烧时，通过还原风喷口26喷入还原风，还原风的过量空气系数为0.6～0.85，从锅炉空预器之后尾部烟道通过风机16抽取部分烟气作为氨基还原抑制剂的输送介质，与所述氨基还原抑制剂混合后一同从还原抑制剂输送管27的还原抑制剂喷口28喷入炉膛；其中两炉拱上靠近两侧墙9的主燃烧器1以向炉膛中心偏置5°～45°的方向喷入燃煤、一次风、二次风，通过吹扫风喷口10向炉膛靠近侧墙区域喷入吹扫风，吹扫风的过量空气系数为0.85～0.95；本实施例可提高燃尽区的还原区气氛，同时避免邻近侧墙水冷壁的流动性较差的烟气形成强还原气氛，防止低挥发分煤的飞灰在此气氛中结焦对水冷壁形成高温腐蚀，加上两炉拱上靠近两侧墙9的主燃烧器1以向炉膛中心偏置5°～45°的方向喷入燃煤、一次风、二次风，以缓解此边缘主燃烧器的卷吸作用造成的侧墙附近气氛呈强还原性的现象，进一步减轻水冷壁的高温腐蚀。

实施例九

如图16、图17所示，本实施例与实施例四的区别仅在于：将数个还原抑制剂喷口29设于炉拱下的乏起风喷口6之下的前墙7、后墙8和侧墙9上，位于同层的十二个还原剂喷口29中八个位于前墙7和后墙8上，另四个位于两侧墙9上；燃烧时，从锅炉空预器之后尾部烟道通过风机16抽取部分烟气作为氨基还原抑制剂的输送介质，与所述氨基还原抑制剂混合后一同从还原抑制剂喷口29以在炉膛中形成两个假想切圆的方式喷入；本实施例既保持炉膛良好的燃烧环境，又保证氨基还原抑制剂与烟气的充分混合，利于提高脱硝效果；本实施例也可如图18所示，将数个还原抑制剂喷口30以对冲方式设于侧墙上，满足不同的工况。

本发明不限于上述实施方式，如还原抑制剂喷口的设置位置与喷入形式（切圆、对冲、输送管喷入）的组合形式还可多种多样，如还原抑制剂喷口设于拱上的主燃烧器与再燃燃料喷口之间、或设于拱下二次风喷口之下，多层还原剂喷口其上下层的喷入形式可以不同，它们均属于本发明的保护范围。