专利名称：具有改进的氧化氮还原的循环流化床锅炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及循环流化床锅炉，锅炉中的一根管道沿着纵向延伸，该管道疏导颗粒和含有氧化氮的气体流，锅炉中还有一个将一种能够使氮氧化物还原的反应剂喷入所述流体中的装置。
在这种锅炉中具有一根使燃烧室与旋风分离器相连的管道，颗粒在该旋风分离器中分离后重新循环到燃烧室中。气体在通过设置在旋风分离器下游的传统加热器以后从烟道排放出去。将氮氧化物还原成惰性分子氮是一种缓解性方法，它可以减少随烟道排放出的气体的氮氧化物的排放。
通常是将氨喷射到颗粒和气体流体中，这样可以根据已知的反应图表使氮氧化物还原，这种还原称作非催化选择还原。当前，已知有三个主要参数，即温度、停留时间以及反应氨和氮氧化物的混合影响设备中的还原反应。
1996年1月3日公开的欧洲专利申请EP0690266所述的锅炉中，利用管道上部的壁上的开口喷射氨，所述开口距离燃烧室比旋风分离器近。这种喷射比较容易实现。但是，管道壁上直接喷射不能使反应氨和氮氧化物混合完全。因为即使在进行搅动的情况下，颗粒和气体的流动也会受到速度分量的控制，所述速度分量平行于管道的纵向，并限制反应氨渗透到与管道壁接触的涂层中。
本发明的目的在于改善反应物与气体中的氮氧化物的混合，以便促进它们的还原。
为此，本发明的主题在于一种循环流化床锅炉，燃烧室与旋风分离器之间通过一根管道相连，该管道沿着纵向延伸，并引导颗粒和含有氮氧化物的气体的流体，有一个将能够使氮氧化物进行还原的反应物喷射到所述流体中的喷射装置，其特征在于所述喷射装置包括至少一个第一喷射管，该喷射管位于燃烧室上部的凹陷部中，喷射管在管道上部延伸，以便沿着管道的纵向喷射反应物，使反应物与流体一起流动。
通过此设备，反应物可以喷射到流体的中心和流体的颗粒浓度少的部位，这样就可以加速与氮氧化物的混合，提高还原效率。
通过结合附图阅读两个优选实施例的描述以后将会更清楚地理解本发明的其它特征和优点。
图1是循环流化床锅炉的正视示意图；图2是图1锅炉的示意图，至少有一个喷射管位于燃烧室或第一连接管道的上部，连接管道设置在燃烧室和旋风分离器之间；图3是图1锅炉的示意图，至少有一个喷射管位于第二管道中，第二管道由致密流化床的外部热交换器的上部构成；图4是喷射管的剖视图。
图1所示的循环流化床锅炉包括一个燃烧室1，该燃烧室沿垂直方向延伸，因而从其下部供应燃料3和助燃气流7，燃料例如是碎煤，助燃气流引向燃烧室的上部。燃烧在大量细小粉状颗粒5内部进行，这些颗粒得到猛烈搅动，并由助燃气流7将其保持悬浮状态，以便使形成的流化床的颗粒浓度随着燃烧室的高度迅速减少。发生燃烧的典型温度为850℃，燃烧产生氮氧化物NOx。
带有细小颗粒和氮氧化物的助燃气流通过第一管道9引向燃烧器的上部，第一管道沿着基本水平的纵向L1延伸，该管道进入垂直设置的旋风分离器11的上部11A中。利用助燃气流在旋风分离器中的循环流动，细小的粉尘颗粒与烟气分开，并且通过流化虹吸管13重新循环到燃烧室1中。烟气14从旋风分离器11中出来，通过传统热交换器后由烟道排出。
为了便于控制燃烧器的温度，将一个致密流化床的外部热交换器15与流化虹吸管13平行设置，向致密流化床中供应助燃空气16和颗粒，这些颗粒取自旋风分离器11的下部11B。形成外部热交换器15上部的第二管道17沿水平的纵向12平行延伸，通过流化系统19，该管道将来自旋风分离器11的颗粒和气体流体引入到燃烧器1中，以便使颗粒进行再循环。
根据本发明，为了使燃烧气体和烟气中的氮氧化物进行还原，利用至少一个喷射管喷入反应物，反应物例如是气态氨，所设置的喷射管沿管道纵向放出反应物，与含有颗粒的燃气气流一起流动。
在本发明图2的第一实施方案中，每个喷射管21设置在燃烧器1的上部1A中，颗粒和燃气气流在此处由第一管道9引导，以便传送到旋风分离器11中。在第一个实施方案中，最好将各个喷射管装在燃烧器1上部1A的凹陷部1C中，该凹陷部在第一管道9的上部9A上面延伸。凹陷部1C形成被循环气流传送的颗粒的冲击层，该凹陷部还减少了反应物喷射区域中的颗粒密度。
同样，如图2所示，在本发明的第一实施方案的变型中，第一管道9的上部9A中设置的各个喷射管21将来自燃烧器1的流体引向旋风分离器11的入口。在该方案中，最好将各个喷射管21设置在燃烧器1的端部，以便延长停留时间，直至助燃气流流入旋风分离器11，这样也就增强了喷射反应物与流体中的氮氧化物的混合。
最好在燃烧器1或管道9的宽度方向的若干位置设置若干喷射管21，所述宽度方向垂直于所述纵向L1，从而也就增强了喷射反应物与氮氧化物的混合。
在图3所示的本发明第二实施方案中，每个喷射管21设置在外部热交换器15的上部17A所形成的第二管道17中，来自旋风分离器11的颗粒中的部分煤炭在此处得到淘析。经淘析的煤炭在致密流化床上面的大量剩余空气中进行燃烧，通过喷射反应物后使燃烧产生的氮氧化物得到还原。在第二实施方案中，因为考虑到入口区域17B中对煤炭的淘析非常重要，所以最好将各个喷射管21设置在第二管道17的入口17B的下游(相对于流体的流动方向而言)，第二管道为来自旋风分离器11的颗粒的管道，这样也就延长了反应物的停留时间。
在图4中，每个喷射管21包括至少一个喷嘴23。在上述各个实施方案中，将各个喷射管21沿着大体与纵向L1或L2垂直的方向下降到燃烧器中，也可以下降到第一管道9或第二管道17中，同时使喷嘴23朝向颗粒和燃气气流的流动方向，以便沿管道的纵向喷射反应物，使反应物与流体一起流动。
用一个凸缘25将喷管21固定到燃烧器1或第一管道9或第二管道17的上部，该凸缘最好能够使各个喷管垂直于管道的纵向进行移动，以便按照流体中的最少颗粒浓度来调节喷管在燃烧器或管道中的下行长度，这样也就加强了反应物与氮氧化物的混合。
同样，要对各个喷射管的表面进行处理，以便防止其周边受到腐蚀。考虑到流体的温度以及颗粒和燃气的磨损特性，例如利用等离子法沉积碳化钨或碳化铬保护层来处理各个喷射管。为了改善喷射管的机械性能，还可以用循环水27进行冷却。利用通向喷嘴23的通道29喷射反应物。作为反应物，可以用气态氨或氨溶液液滴，也可以使用氨的原液，例如由空气输送的尿素溶液。
权利要求
1．一种循环流化床锅炉，其燃烧室(1)与旋风分离器(11)之间通过一根管道(9)相连，该管道沿着纵向(L1)延伸，并疏导颗粒和含有氧化合氮(NOx)的气体流，具有一个将能够使氧化氮进行还原的反应物喷射到所述流体中的喷射装置，其特征在于，所述喷射装置包括至少一个第一喷射管(21)，该喷射管位于燃烧室上部的凹陷部(1C)中，喷射管在管道上部延伸，以便沿着管道(9,17)的纵向(L1,L2)喷射反应物，使反应物与流体一起流动。
2．根据权利要求1所述的锅炉，其中，各个装置包括至少一个设置在管道(9)的上部(9A)并处于燃烧器(1)端部的第二喷射管(21)，该喷射管用以喷射反应物，使混合物与管道(9)中的流体一起流动。
3．根据权利要求1所述的锅炉，该锅炉有一个连接旋风分离器(11)和燃烧器(1)的致密流化床外部热交换器(15)，其上部形成颗粒和燃气气流的管道(17)，该管道沿着纵向(L2)延伸，其中，所述装置包括至少一个设置在热交换器上部(17A)中的第三喷射管(21)，用以将反应物喷射到所述流体中。
4．根据权利要求1至3之一所述的锅炉，其中，每个喷射管(21)包括至少一个反应物喷嘴(23)。
5．根据权利要求1至4之一所述的锅炉，其中，每个喷射管(21)可以沿着大体与管道(9,17)的纵向(L1,L2)垂直的方向移动。
6．根据权利要求1至5之一所述的锅炉，其中，每个喷射管(21)包括一个水循环冷却回路(27)。
7．根据权利要求1至6之一所述的锅炉，其中，每个喷射管(21)包括碳化钨或碳化铬的等离子保护层，以便防止流体的磨蚀。
8．根据上述任一权利要求所述的锅炉，其中，反应物为气态氨或氨溶液液滴，也可以使用氨的原液，例如由空气输送的尿素溶液。
全文摘要
一种循环流化床锅炉,包括一个燃烧室(1)以及一个通过一根管道(9)与该燃烧室相连的旋风分离器(11),该管道沿着纵向(L1)延伸,并疏导颗粒和含有氧化氮(NOx)的气体流,该锅炉还有一个将能够使氧化氮进行还原的反应物喷射到所述流体中的喷射装置,所述喷射装置包括至少一个第一喷射管(21),该喷射管位于燃烧室上部的凹陷部(1C)中,喷射管在管道上部延伸,以便沿着管道(9,17)的纵向(L1,L2)喷射反应物,使反应物与流体一起流动。
文档编号F23C10/00GK1226653SQ9910271
公开日1999年8月25日 申请日期1999年2月13日 优先权日1998年2月16日
发明者让·格扎维埃·莫兰, 米歇尔·范戴克, 科林琳·比尔 申请人:阿尔斯通能量系统公司