降低氮氧化物排放的循环流化床燃烧装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及降低氮氧化物排放的循环流化床燃烧装置。
【背景技术】
[0002]我国能源结构以煤为主，燃煤产生大量的氮氧化物气体是主要大气的污染物之一。其中，控制火电厂燃煤锅炉的氮氧化物排放至关重要。
[0003]循环流化床锅炉由于采用低温燃烧和二次风分级布置方式，锅炉原始氮氧化物排放浓度多在150mg/Nm3-250mg/Nm3之间，低于使用相同燃料的煤粉锅炉。随着国家《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)颁布实施，对现有循环流化床锅炉的氮氧化物排放限值为200mg/Nm3，对新建锅炉则执行100mg/Nm3的排放标准，因此，循环流化床锅炉须进一步降低氮氧化物排放。
[0004]为了控制循环流化床锅炉的氮氧化物的生成，现有技术通常采用降低燃烧室内燃烧温度、采用低过量空气系数燃烧以及通过燃烧室配风延长还原区停留时间等手段。
[0005]采用降低燃烧室内燃烧温度和低过量空气系数燃烧的技术方案，在很大程度上影响了燃料的充分燃烧，增加了锅炉的气体不完全燃烧和固体不完全燃烧损失。通过燃烧室配风延长还原区停留时间的技术方案，主要是提高二次风高度，甚至在二次风上再增加一层燃尽风，在同一个燃烧室内随着空气分级程度加大，受燃烧室高度限制，燃尽时间大大缩短，烟气中飞灰含碳量和CO浓度增加，这同样也导致不完全燃烧损失增加，对于锅炉的经济运行造成不利影响。
[0006]中国专利申请201310723729.7公开了一种循环流化床锅炉低氮氧化物排放的燃烧方法，通过降低一次风量和二次风量使烟气氧量保持在2%至3%之间，即保持低氧量运行，同时增加二次风层数、提高二次风喷口高度延长还原区停留时间。但燃烧室内较高的二次风管布置方式，会加速二次风口周围水冷壁管的磨损，影响锅炉的安全运行。
[0007]中国专利申请201310539752.0公开了一种循环流化床锅炉多重分级高效低氮燃烧方法及燃烧系统，将燃烧空气分别经相应入口送入燃烧室，将炉膛分为欠氧燃烧、还原、氧化燃烧和燃尽区，分别控制各区域的过量空气系数，使燃料在燃烧室内分散均匀燃烧降低氮氧化物的生成。但是，在同一个燃烧室内进行多重分级，很难真正实现各区域的分区燃烧；同时受燃烧室高度的限制，过高的二次风管布置方式，会使燃料燃尽时间缩短，导致锅炉飞灰含碳量及烟气中可燃气体浓度升高，降低锅炉效率。
[0008]这些技术虽然对于控制循环流化床锅炉氮氧化物排放起到了一定的作用，但仍然很难达到日趋严格的循环流化床锅炉氮氧化物排放标准，有的甚至还对锅炉的安全经济运行造成不良影响。
【实用新型内容】
[0009]本实用新型的目的是提供一种能够实现超低氮氧化物排放的循环流化床燃烧装置，适用于煤及其它含氮燃料的燃烧。
[0010]根据本实用新型的实施例的一个方面，提出了一种降低氮氧化物排放的循环流化床燃烧装置，包括:循环流化床主燃烧室；气固分离器；返料器；后燃烧室；以及附加燃烧用风通入口，其中:循环流化床主燃烧室、气固分离器和返料器依次相连以组成循环回路；所述后燃烧室连接于气固分离器之后，后燃烧室入口与气固分离器的气体出口烟道相连；所述附加燃烧用风通入口向所述后燃烧室提供燃烧用风；且所述气固分离器适于隔离所述循环回路中的还原气氛和所述后燃烧室中的氧化气氛。
[0011]可选地，循环流化床燃烧装置还包括与后燃烧室出口相连的尾部烟道。进一步地，所述附加燃烧用风通入口设置在后燃烧室上。或者，所述附加燃烧用风通入口设置在气固分尚器的气体出口烟道上。
[0012]利用本实用新型的技术方案，由于燃料在由主燃烧室、气固分离器、返料器组成的循环回路中进行不完全燃烧，并产生了半焦和一氧化碳，且来自气固分离器的气体出口的半焦和一氧化碳在后燃烧室中完全燃烧，从而可以显著降低氮氧化物的排放量。
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型的一个示例性实施例的降低氮氧化物排放的循环流化床燃烧装置的示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面详细描述本实用新型的实例性的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中相同或相似的标号表示相同或相似的元件。下面参考附图描述的实施例是示例性的，旨在解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。
[0015]图1示出了一种降低氮氧化物排放的循环流化床燃烧装置，包括:循环流化床主燃烧室1，设有燃料入口 11和燃烧用风入口 12;气固分离器2，与循环流化床主燃烧室I的出口相通；返料器3，分别与气固分离器2的固体出口和循环流化床主燃烧室I上的返料口相通；后燃烧室4，与气固分离器2的气体出口相通，设有燃烧用风入口 41，其中:所述气固分离器适于隔离所述循环回路中的还原气氛和所述后燃烧室中的氧化气氛。
[0016]可选地，循环流化床燃烧装置还包括尾部烟道5，与后燃烧室4的出口相通。可选地，燃烧用风入口 41也可设置在气固分离器2的气体出口烟道上。其中，主燃烧室和后燃烧室以及尾部烟道均可根据热平衡需要适当设置受热面。
[0017]下面进一步说明根据本实用新型的降低氮氧化物排放的循环流化床燃烧装置。
[0018]燃料的循环流化床燃烧过程中，生成的氮氧化物(NOx)主要为一氧化氮(NO)，其比例高达95%。一般煤燃烧生成的NOx的氮来源可以分为燃料N和热力N，燃料氮来自燃料中的N，热力N来自燃烧用空气中的N，只有在高温(1100°C以上)下热力N才有可能转化为NOx。对于循环流化床煤燃烧来说，氮氧化物的生成主要来源于煤中的氮元素，在一般燃烧条件下，煤中氮的化合物首先被热解成HCN和NH3等中间产物，随着挥发分一同从煤种析出，称之为挥发分N，仍残留在焦炭中的氮称之为焦炭N ;而在氧化性气氛中，煤燃烧时由挥发分N生成的氮氧化物占的比例可达60 % -80 %，焦炭燃烧产生的氮氧化物只占20-40 %，所以一般认为焦炭N的NO转化率较低，尤其在过量空气增加时，挥发分N生成的氮氧化物占绝大多数。
[0019]在燃烧过程中，随燃料挥发分一起析出的挥发分N，遇到氧会发生一系列均相反应，其中的HCN反应生成NCO中间体后依据气氛有两种反应途径；在氧化性气氛中，NCO会进一步氧化成NO ;在还原性气氛中则反应生成NH，生成的NH在氧化性气氛中会进一步氧化成NO，同时NH在还原性气氛中有可使已经生成的NO还原成N2。挥发分N中，順3首先在高温条件下与烟气中的自由基生成NHi,进而在氧化性气氛下生成NO ;NHi在还原性气氛下与生成的NO直接反应生成N2。残留在焦炭中的焦炭N，在氧化性气氛下直接生成NO，而在还原性气氛下NO则被还原成N2。由此可见，在煤的整个燃烧过程中，其N元素经历一系列均相、异相反应，在氧化性气氛下，最终的产物是氮氧化物；在还原性气氛下，最终的产物为氮分子。
[0020]可见，只要能够控制循环流化床燃烧的气氛为还原性气氛，则可避免氮氧化物的产生，但燃烧如果始终在还原性气氛下进行，则意味着燃烧不充分、燃烧效率降低。
[0021]现有技术中，较为常见的低氮燃烧方法是在炉膛局部形成还原区，在其下游形成氧化区燃尽燃料，还原区与燃尽区处于同一腔体中。但本实用新型与这些方法有着本质的不同，其关键就在于还原区与燃尽区之间通过气固分离器进行了隔离:
[0022](I)气固分离器限制氧气的流动:
[0023]分离器的流动特性决定了气体只能从主燃烧室向后燃烧室单向流动，通入后燃烧室的补燃用的氧气无法进入主燃烧室，因此不仅确保了主燃烧室为还原性气氛，而且由主燃烧室、分离器、返料器构成的整个循环回路也都处于还原性气氛中；
[0024]还原区与燃尽区处于同一腔体中时，向燃尽区通入的氧气是不能保证不向还原区扩散的，二者之间的界限很模糊、难以