一种超低氮氧化物排放的新型煤粉锅炉的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于燃煤发电环保技术领域，具体涉及一种超低氮氧化物排放的新型煤粉锅炉。
【背景技术】
[0002]随着国家对环保的日益重视，火电厂的污染物排放控制越来越严格。根据《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》，中东部地区新建燃煤发电机组放要达到燃气机组排放限值(50mg/m3)，超低排放将是未来燃煤电站发展的趋势。
[0003]目前，煤粉锅炉的脱硝方式主要采用低氮燃烧技术结合选择性催化还原脱硝技术(SCR)或选择性非催化还原脱硝技术(SNCR)。选择性非催化还原脱硝技术(SNCR)无需使用催化剂，对锅炉本体改动少、成本低，但由于煤粉锅炉中还原剂与N0混合均匀性差，反应时间短，脱硝效率仅为30?40%。只有循环流化床锅炉上才能实现70?80%的脱硝效率，因此其在使用上受到了很大的限制。
[0004]选择性催化还原脱硝技术(SCR)是目前煤粉锅炉的主流脱硝技术，市场占有率超过95%，脱硝效率一般能达到80?90%，但其在使用中也存在一些问题:
[0005]⑴需要在锅炉尾部烟道布置催化剂层，改造项目施工难度大，且催化剂层存在本体阻力、影响了机组的运行经济性；
[0006]⑵催化剂有使用寿命，失活后需要定期更换，后续成本高，且失活脱硝催化剂难再生和处理，容易造成环境污染；
[0007]⑶采用氨作为还原剂后容易发生氨逃逸，由于催化剂会氧化生成三氧化硫，与氨反应粘附在受热面上；
[0008]⑷脱硝反应需要使用氨基还原剂，运行成本高、有潜在的安全问题，且氨基还原剂在生产过程中本身就需要消耗大量的能量，对环境也存在污染。
【实用新型内容】
[0009]为了解决上述现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种超低氮氧化物排放的新型煤粉锅炉，结构简单、运行稳定，无需使用氨基还原剂即可完成脱硝反应，脱硝效率高、不增加运行成本，可用于现有煤粉锅炉改造，也可用于新建煤粉锅炉的设计。
[0010]为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0011]—种超低氮氧化物排放的新型煤粉锅炉，包括炉膛1、锅炉燃烧器2以及设置在炉膛1内的水冷壁受热面3、屏式受热面4和对流受热面5 ；
[0012]所述锅炉燃烧器2为带有还原剂发生装置的锅炉燃烧器，能够生成还原剂C0 ;
[0013]所述锅炉燃烧器2包括低氮燃烧器LNB和燃尽风0FA ；
[0014]所述水冷壁受热面3、屏式受热面4和对流受热面5表面的金属氧化物经过活化处理，具有良好的催化性能，能够促进烟气中的C0与02发生氧化反应生成C0 2，从而回收化学不完全损失q3，提高锅炉热效率并使C0排放控制在允许范围；同时促进烟气中的N0与C0等发生还原反应；
[0015]对于难燃煤种，为加强脱硝反应效率，沿烟气流程方向的水冷壁受热面3、屏式受热面4和对流受热面5上设置附着催化剂层A或在尾部烟道设置独立催化剂层B ;
[0016]所述锅炉排烟中氧浓度为0?4.5%，因此排烟热损失较常规煤粉锅炉低，锅炉排烟热损失为1%?4%。
[0017]所述燃尽风0FA调节还原剂C0与N0的摩尔比的方法为:增加燃尽风0FA是位于低氮燃烧器LNB上部的一股单独送入的热风，增加燃尽风0FA的总风量可以降低还原剂C0与N0的摩尔比，减少燃尽风0FA的总风量可以增加还原剂C0与N0的摩尔比。
[0018]所述还原剂C0与N0的摩尔比为(0.5?6):1。
[0019]所述锅炉燃烧器2生成的还原剂C0浓度为100?lOOOppm，锅炉燃烧器2区域的过量空气系数为0.5?0.8，炉膛1出口过量空气系数为1.0?1.2。
[0020]所述附着催化剂层A和独立催化剂层B的表面温度为200°C?1000°C。
[0021]所述附着催化剂层A和独立催化剂层B为铁、铜、镍、锰、钴、钛、铝或稀土金属及其氧化物的多种混合物，根据反应温度和布置位置的变化有所不同。
[0022]所述附着催化剂层A附着在炉内水冷壁受热面3、屏式受热面4和对流受热面5的全部外表面或部分外表面。
[0023]所述附着催化剂层A采用喷涂、熔敷或堆焊方式附着，附着层厚度为0.1?5mm。
[0024]所述独立催化剂层B采用板式催化或蜂窝催化剂，布置一层或多层。
[0025]本实用新型的核心内容是通过对炉膛燃烧工况的调整，即利用低氮燃烧器LNB深度空气分级以减少N0的原始生成量，利用燃尽风0FA调节还原剂C0与N0的摩尔比，促使还原反应发生，在保证与氨法脱硝技术相近的脱硝效率同时，大幅度降低脱硝装置成本和脱硝花费。
[0026]和现有技术相比较，本实用新型具备如下优点:
[0027]1、采用深度分级燃烧等方式，在炉膛中实现更低的氮排放，降低生成的烟气N0x浓度。
[0028]2、采用C0替代册13作为脱硝还原剂，避免了氨源的安全隐患，系统简单，C0为燃烧产物、运行成本低廉。
[0029]3、采用附着催化剂层方式时可以不设置独立催化剂床层，大幅度降低炉膛改造成本，高效利用有限的炉膛空间。
[0030]4、催化剂采用廉价金属及其氧化物，大幅度降低催化剂成本。
[0031 ] 5、催化剂不包含重金属，废弃后无处置问题。
【附图说明】
[0032]图1为本实用新型的实例1的布置示意图。
[0033]图2为本实用新型的实例2的布置示意图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。
[0035]实施例1
[0036]如图1所示的超低氮氧化物排放的新型煤粉锅炉，包括炉膛1、带有还原剂发生装置的锅炉燃烧器2以及设置在炉膛1内的水冷壁受热面3、屏式受热面4和对流受热面5。锅炉运行期间利用低氮燃烧器LNB深度空气分级，燃烧过量空气系数为0.6, N0的原始生成量为120ppm，利用燃尽风0FA调节C0与N0的摩尔比为2.5，C0生成浓度为300ppm，燃烧区域温度1100°C。为提高脱硝反应效率，在屏式受热面4上熔敷附着了 1_厚度的附着催化剂层A，屏式受热面4的表面温度为750°C，附着催化剂层的主要成份是Fe203和CuO。经过脱硝反应后N0排放浓度降低至20ppm，脱硝效率83%。
[0037]实施例2
[0038]如图2所示的超低氮氧化物排放的新型煤粉锅炉，为提高脱硝效率设置了独立的独立催化剂层B，独立催化剂层B采用蜂窝催化剂，布置1层，附着催化剂层的主要成份是Fe203和稀土元素的氧化物。经过脱硝反应后N0排放浓度降低至lOppm，脱硝效率提高至92%。
[0039]实施例3
[0040]本实施例超低氮氧化物排放的新型煤粉锅炉，低氮燃烧器LNB燃烧过量空气系数为0.8，N0的原始生成量为200ppm，利用燃尽风0FA调节C0与N0的摩尔比为3，对应C0生成浓度为600ppm，燃烧区域温度1200°C。在屏式受热面4和对流受热面5上采用熔敷附着了 1.5mm厚度的附着催化剂层A，屏式受热面4的表面温度为800°C，对流受热面5的表面温度为600°C，附着催化剂层的主要成份是Fe203和CuO。经过脱硝反应后NO排放浓度降低至50ppm，脱硝效率75%。
[0041]实施例4
[0042]本实施例超低氮氧化物排放的新型煤粉锅炉，N0的原始生成量为lOOpprn，C0与NO的摩尔比为2，对应C0生成浓度为200ppm。在对流受热面5上采用喷涂附着了 0.5mm厚度的附着催化剂层A。经过脱硝反应后N0排放浓度降低至40ppm，脱硝效率60%。
[0043]实施例5
[0044]本实施例超低氮氧化物排放的新型煤粉锅炉，在屏式受热面4喷涂了 0.5mm的附着催化剂层A，其主要成分是Fe203和CuO。在对流受热面5上喷涂了 1mm的附着催化剂层A，其主要成分是Fe203和Ni。
【主权项】
1.一种超低氮氧化物排放的新型煤粉锅炉，包括炉膛(1)、锅炉燃烧器(2)以及设置在炉膛(1)内的水冷壁受热面(3)、屏式受热面(4)和对流受热面(5); 其特征在于:所述锅炉燃烧器(2)为带有还原剂发生装置的锅炉燃烧器，能够生成还原剂C0 ; 所述锅炉燃烧器(2)包括低氮燃烧器LNB和燃尽风OFA ; 所述水冷壁受热面(3)、屏式受热面(4)和对流受热面(5)表面的金属氧化物经过活化处理； 对于难燃煤种，为加强脱硝反应效率，沿烟气流程方向的水冷壁受热面(3)、屏式受热面(4)和对流受热面(5)上设置附着催化剂层(A)或在尾部烟道设置独立催化剂层(B); 所述锅炉排烟中氧浓度为0?4.5%。2.根据权利要求1所述的一种超低氮氧化物排放的新型煤粉锅炉，其特征在于:所述还原剂C0与NO的摩尔比为(0.5?6):lo3.根据权利要求1所述的一种超低氮氧化物排放的新型煤粉锅炉，其特征在于:所述锅炉燃烧器⑵生成的还原剂C0浓度为100?lOOOppm，锅炉燃烧器⑵区域的过量空气系数为0.5?0.8，炉膛(1)出口过量空气系数为1.0?1.2。4.根据权利要求1所述的一种超低氮氧化物排放的新型煤粉锅炉，其特征在于:所述附着催化剂层㈧和独立催化剂层⑶的表面温度为200°C?1000°C。5.根据权利要求1所述的一种超低氮氧化物排放的新型煤粉锅炉，其特征在于:所述附着催化剂层㈧附着在炉内水冷壁受热面(3)、屏式受热面(4)和对流受热面(5)的全部外表面或部分外表面。6.根据权利要求1所述的一种超低氮氧化物排放的新型煤粉锅炉，其特征在于:所述附着催化剂层(A)采用喷涂、熔敷或堆焊方式附着，附着层厚度为0.1?5mm。7.根据权利要求1所述的一种超低氮氧化物排放的新型煤粉锅炉，其特征在于:所述独立催化剂层(B)采用板式催化或蜂窝催化剂，布置一层或多层。
【专利摘要】一种超低氮氧化物排放的新型煤粉锅炉，属于燃煤发电环保技术领域，该煤粉锅炉包括炉膛、锅炉燃烧器、炉内水冷壁受热面、屏式受热面和对流受热面，锅炉燃烧器为带有还原剂发生装置的锅炉燃烧器，能够生成还原剂CO；锅炉燃烧器包括低氮燃烧器LNB和燃尽风OFA；炉内水冷壁受热面、屏式受热面和对流受热面沿烟气流程方向附着催化剂层或在尾部烟道设置独立催化剂层；本实用新型结构简单、运行稳定，无需使用氨基还原剂即可完成脱硝反应，脱硝效率高、显著降低脱硝成本，广泛适用于不同规模等级的煤粉锅炉。
【IPC分类】F23C7/00, B01D53/56
【公开号】CN204962730
【申请号】CN201520429597
【发明人】蒋敏华, 肖平, 黄中, 高洪培, 唐巍, 徐正泉, 刘冠杰
【申请人】中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年6月19日