本实用新型属于沉降炉领域，更具体地，涉及一种用于降低混煤燃烧NOx排放的沉降炉装置。
背景技术：
随着我国工业化不断推进，能源消耗持续增加，提高能源利用率，改进消费结构等成为目前亟需解决的问题。煤炭作为中国能源消费的主导燃料，在2014年，煤炭在能源消费中占比为66％，电厂等工业燃煤产生大量二氧化碳，硫化物，氮氧化物，对环境造成严重污染，带来温室效应、酸雨等危害。《全国环境统计公报》(2014年)中指出：我国氮氧化物排放量为2078.0万吨，工业氮氧化物排放量1404.8万吨，约占全国氮氧化物排放量的67.6％。
降低CO2和NOx排放已成为全球关注的问题。目前，NOx减排技术分为两类：一类是烟气脱硝技术，需要催化剂完成脱硝反应，该技术费用昂贵；另一类是低NOx燃烧技术，其中煤粉燃烧技术被认为是一种可以同时控制CO2、NOx排放的新型燃烧技术。近年来燃烧引起大家高度重视，研究发现煤粉在燃烧条件下，煤粉燃烧不稳定以及燃尽率降低。为了改善燃烧不稳定现象以及提高煤粉燃尽率，采用提高氧浓度的方法，随着氧浓度的提高，着火特性得到改善，燃尽率提高，燃烧趋于稳定；NOx生成量却不断升高。提高氧浓度，改善燃烧特性与降低NOx排放的作用相互矛盾。
燃烧烟气循环技术，因煤粉不完全燃烧，烟气主要含有CO2，CO，NOx 和未燃碳等，烟气循环至炉膛再燃，CO和未燃碳颗粒进入炉膛内，进一步燃烧，提高了煤粉的燃尽率，同时烟气中CO2浓度进一步提高，实验研究可高达98％，有利于CO2的捕捉及封存。烟气中的NOx被还原，降低了 NOx的生成，研究发现，烟气中被还原的NOx部分主要集中在炉膛上部，煤粉在燃烧的初期释放大量的具有还原性的挥发分，烟气中的NOx被煤粉释放的挥发分还原。
在电站锅炉中，投入的煤种多变，实际当中所用煤种的各项参数与设计煤种有着较大的差异，严重影响了电站锅炉的经济性和安全性。目前，混燃技术广泛应用于大型燃煤电站锅炉，大型燃煤电站锅炉沿炉膛高度方向上通常配有多层燃烧器，不同层燃烧器到炉膛出口的距离不同，由不同层燃烧器喷入的煤粉在炉内的沿程距离也不同。在炉内有限的空间和距离下，燃料的停留时间和延迟混合的时间对燃烧的经济性和排放特性会产生较大影响。同时，煤粉在“炉内”掺混燃烧下，不同煤种的掺混比例对燃烧的经济性和排放特性也会产生较大影响。而就“炉外”掺混燃烧方式来说，不同特性煤种在炉外按照一定比例掺混之后送入炉内燃烧，因煤种差异性，高挥发分煤种先燃，使得低挥发分煤种处于欠氧状态，抑制了低挥发分煤种的着火。
技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种用于降低混煤燃烧NOx排放的沉降炉装置，实现不同煤种的煤粉在燃烧条件下，通过烟气分级循环，改变不同的入口位置的循环烟气量，降低NOx排放，提高煤粉燃尽率和燃烧稳定性。
为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种用于降低混煤燃烧NOx排放的沉降炉装置，其特征在于，包括沉降炉炉体、给粉管道组件和烟气分级循环组件，其中，所述给粉管道组件包括二次风管和两根一次风粉管，所述烟气分级循环组件包括主烟气管和两根烟气循环管，所述二次风管竖直安装在所述沉降炉炉体的炉膛的上部，以用于向所述炉膛内输送纯氧以助燃，所述两根一次风粉管分别竖直安装在所述二次风管的内壁上且分别伸入所述炉膛内，两根一次风粉管分别为一次风粉管A和一次风粉管B并且它们分别用于向所述炉膛内送入煤粉A和煤粉B，所述主烟气管的一端连接所述沉降炉炉体的烟气出口A并且其另一端分别连接两根所述烟气循环管，两根所述烟气循环管分别为烟气循环管A和烟气循环管B并且它们均用于向所述炉膛内输送煤粉燃烧产生的烟气，其中烟气循环管A远离所述主烟气管的一端与一次风粉管A的出口端在同一水平面 A上，以使烟气与煤粉A充分混合，烟气循环管B远离主烟气管的一端与一次风粉管B的出口端在同一水平面B上，以使烟气与煤粉B充分混合，并且所述水平面A和所述水平面B的高度不同。
优选地，所述给粉管道组件还包括入口冷却水装置，所述入口冷却水装置安装在所述二次风管的内壁上并且穿过所述二次风管，以用于对所述一次风粉管、烟气循环管和二次风管强制对流换热降温，两根所述一次风粉管和两根所述烟气循环管均穿过所述入口冷却水装置。
优选地，所述主烟气管上设置有烟气循环真空泵，以用于输送烟气。
优选地，所述沉降炉装置还包括烟气取样分析组件，所述烟气取样分析组件包括出口端冷却水装置、过滤装置、烟气分析真空泵和炉外烟气分析仪，所述出口端冷却水装置安装在所述沉降炉炉体的烟气出口B处，以用于冷却所述沉降炉炉体从所述烟气出口B出来的烟气，所述沉降炉炉体的烟气出口B依次连接所述过滤装置、烟气分析真空泵和炉外烟气分析仪，所述过滤装置用于实现烟气中的气固分离，所述烟气分析真空泵用于输送烟气，所述炉外烟气分析仪用于测量NOx的含量。
优选地，所述过滤装置具有玻璃纤维滤筒。
优选地，所述烟气循环管A和烟气循环管B上分别设置有质量流量计，以用于控制进入沉降炉炉体内的烟气的流量。
优选地，所述炉膛的侧壁上设置有观察孔，以用于观察所述沉降炉炉体内的火焰和烟气，所述观察孔处盖合有由透明材料制成的密封盖，所述水平面A和水平面B均位于所述观察孔的上方。
优选地，所述观察孔处设置有炉内烟气分析仪。
优选地，所述沉降炉炉体上设置有热电偶。
总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1)本实用新型降低NOx排放同时改善了煤粉不完全燃烧，提高了煤粉的燃尽率，有利于CO2的捕捉及封存。
2)烟气通过质量流量计控制流量，并且煤种A和煤种B输入沉降炉内时在不同的水平面上燃烧，实现不同煤种在燃烧初期释放的挥发分对烟气中的NOx还原及其排放特性影响实验。
3)通过质量流量计对不同支路烟气管的流量控制，实现不同比例的烟气在不同的支路烟气管对NOx排放特性的影响实验。
4)就煤粉在“炉内”掺混燃烧而言，本实用新型实现了对不同炉膛高度喷入的煤粉在炉内的不同停留时间和延迟混合时间的控制，更好地探究停留时间和延迟混合时间对燃烧的影响，改善了不同煤种在燃烧初期的“抢氧”现象。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
参照图1，一种用于降低混煤燃烧NOx排放的沉降炉装置，包括沉降炉炉体10、给粉管道组件和烟气分级循环组件，其中，
所述沉降炉炉体10的上端为风粉和烟气入口端，下端为烟气出口端，风粉和烟气入口端连接所述给粉管道组件和烟气分级循环组件，烟气出口端连接烟气分级循环组件；
所述沉降炉炉具有炉膛13；所述给粉管道组件包括二次风管和两根一次风粉管，所述烟气分级循环组件包括主烟气管17和两根烟气循环管，所述二次风管竖直安装在所述沉降炉炉体10的炉膛13的上部，以用于向所述炉膛13内输送纯氧以助燃，所述二次风管具有两根输气支管，分别为输气支管A7和输气支管B8，所述两根一次风粉管分别竖直安装在所述二次风管的内壁上且分别伸入所述炉膛13内，两根一次风粉管分别为一次风粉管A1和一次风粉管B2并且它们分别用于向所述炉膛13内送入煤粉A和煤粉B，所述主烟气管17的一端连接所述沉降炉炉体10的烟气出口A21 并且其另一端分别连接两根所述烟气循环管，两根所述烟气循环管分别为烟气循环管A3和烟气循环管B4并且它们均用于向所述炉膛13内输送煤粉燃烧产生的烟气，优选地，所述主烟气管上设置有烟气循环真空泵16，以用于输送烟气。其中烟气循环管A3远离所述主烟气管17的一端与一次风粉管A1的出口端在同一水平面A上，以使烟气与煤粉A充分混合，烟气循环管B4远离主烟气管17的一端与一次风粉管B2的出口端在同一水平面 B上，以使烟气与煤粉B充分混合，并且所述水平面A和所述水平面B的高度不同。若不同煤种在同一位置送入炉膛，高挥发分煤种先燃，在燃烧初期消耗了大量的氧气，使得低挥发分煤种处于欠氧状态，抑制了低挥发分煤种的着火，使得“抢氧”现象加剧，不利于煤粉的完全燃烧。不同燃料到炉膛出口的距离不同，实现了对不同煤种在炉内的停留时间和延迟混合时间的控制，改善了不同煤种在燃烧初期的“抢氧”现象。烟气循环至煤粉入口，煤粉在燃烧初期释放出大量具有还原性的挥发分(CO，CH4,H2等)和中间产物(如NH3，HCN等)，烟气中的NOx被还原性物质还原为 N2，降低了NOx的生成。
进一步，所述给粉管道组件还包括入口冷却水装置，所述入口冷却水装置安装在所述二次风管的内壁上并且穿过所述二次风管，以用于对所述一次风粉管、烟气循环管和二次风管强制对流换热降温，两根所述一次风粉管和两根所述烟气循环管均穿过所述入口冷却水装置。入口冷却水装置具有第一冷却水入口5和第一冷却水出口6。
一次风携带煤粉经一次风粉管A1和一次风粉管B2送入炉膛13内燃烧，纯氧经二次风管A和二次风粉管B送入炉膛13内助燃，为燃料燃烧提供充足氧气。由烟气循环真空泵16从烟气出口A21抽出烟气，先经过主烟气管17，再分别从烟气循环管A3和烟气循环管B4输送入炉膛13内分级燃烧，入口水冷段的目的主要是保护一次风粉管A1和一次风粉管B2、支路烟气管A和支路烟气管B，防止煤粉提前着火和温度过高导致管道受热膨胀变形。
进一步，沉降炉装置还包括烟气取样分析组件，所述烟气取样分析组件包括出口端冷却水装置、过滤装置18、烟气分析真空泵20和炉外烟气分析仪19，所述出口端冷却水装置安装在所述沉降炉炉体10的烟气出口B22 处，以用于冷却所述沉降炉炉体10从所述烟气出口B22出来的烟气，所述沉降炉炉体10的烟气出口B22依次连接所述过滤装置18、烟气分析真空泵20和炉外烟气分析仪19，所述过滤装置18用于实现烟气中的气固分离，所述烟气分析真空泵20用于输送烟气，所述炉外烟气分析仪19用于测量 NOx的含量。出口端冷却水装置具有第二冷却水入口14和第二冷却水出口 15。优选地，所述过滤装置18具有玻璃纤维滤筒。烟气经过烟气出口B处的出口端冷却水装置水冷换热冷却后输出，玻璃纤维滤筒实现烟气中的气固分离，飞灰颗粒由玻璃纤维滤筒收集，烟气成分则进入烟气分析仪19，实时测量烟气中的NOx的浓度值。
进一步，烟气循环管A3和烟气循环管B4上分别设置有质量流量计9，以用于控制进入沉降炉炉体10内的烟气的流量。流量计控制循环至烟气循环管A3和烟气循环管B4的流量，通过一次风粉管A1和一次风粉管B2 进入炉膛的不同煤种，因挥发份含量不同，在燃烧初期释放的还原性挥发分的量不同，通过调节流量计，使得高比例的烟气到达内含高挥发分煤种的一次风粉管附近的烟气循环管；使得低比例的烟气到达内含低挥发分煤种的一次风粉管附近的烟气循环管，使得NOx量合理地分配到不同支路烟气管道，更有效的被还原。
进一步，所述炉膛13的侧壁上设置有观察孔12，以用于观察所述沉降炉炉体10内的火焰和烟气，所述观察孔12处盖合有由透明材料制成的密封盖，所述水平面A和水平面B均位于所述观察孔12的上方。优选地，所述观察孔12处设置有炉内烟气分析仪19，以用于测量炉内烟气中NOx的含量。
进一步，所述沉降炉炉体10上设置有热电偶11。沉降炉炉体10为三段式加热，在每一段都安装所述热电偶11以控制炉内温度。
按照本实用新型的另一个方面，还提供了一种采用所述的沉降炉装置降低NOx排放的方法，所述方法如下：
煤粉A和煤粉B分别从一次风粉管A1和一次风粉管B2送入炉膛13 内燃烧，沉降炉炉体10的烟气出口A21的烟气通过烟气循环管A3和烟气循环管B4输送至靠近一次风粉管A1的出口端和一次风粉管B2的出口端，并且通过质量流量计9控制进入炉膛13内的烟气流量，以实现对烟气流量的分配，从而实现降低NOx的排放。
对于所述装置中煤粉燃烧产生的烟气，不仅实现了不同煤种的炉内掺烧，而且还实现了从烟气管道分级进入烟气，烟气中的NOx被煤粉燃烧释放的挥发分还原，降低NOx的生成量。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。