烟气再循环和SNCR相结合的生物质直燃装置的制作方法

本发明涉及生物质燃烧领域，具体而言涉及一种烟气再循环和sncr相结合的生物质直燃装置。

背景技术：

近年来，生物质直燃发电技术在我国得到了迅速的发展，随着国家对火电厂环保要求的逐渐提高，运行电厂的脱硝压力不断加大，但是目前仍然没有成熟的高效炉内脱硝技术。目前国内外比较成熟的生物质直燃发电技术包括循环流化床和层燃炉两种。

目前国内应用较多的层燃炉是来自丹麦的bwe炉型，经大量工程实践表明该炉型在燃烧生物质过程中氮氧化物(nox)排放较高，根据燃料的氮含量的差别，炉内原始nox生成量在300mg/nm³-400mg/nm³，单纯经过选择性非催化还原(sncr)很难满足国标的要求，而生物质锅炉由于烟气含尘量较高且灰尘碱金属元素过多，无法使用脱硝率较高但是投资和运行成本也较高的scr系统。

因此，研发低成本且高效率的炉内脱硝装置将是生物质燃烧烟气净化技术的发展方向。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种烟气再循环和sncr相结合的生物质直燃装置，所述装置包括生物质锅炉、炉内配风及脱硝系统、余热锅炉和烟气净化系统，所述炉内配风及脱硝系统包括一次风系统、二次风和燃尽风系统、烟气再循环系统和sncr系统，所述一次风系统产生送入所述生物质锅炉的一次风，所述二次风和燃尽风系统产生送入所述生物质锅炉的二次风和燃尽风，所述烟气再循环系统将再循环烟气分别与所述二次风和所述燃尽风混合，所述sncr系统提供的还原剂借助所述燃尽风送入所述生物质锅炉。

在一个示例中，所述sncr系统提供的还原剂为尿素，所述sncr系统包括尿素储罐、计量螺旋给料机、尿素输送风机和阀门。

在一个示例中，所述sncr系统的控制系统集成到所述生物质锅炉的控制系统。

在一个示例中，所述二次风和燃尽风系统包括二次风风机和二次风输送管道，所述二次风输送管道分成二次风混合管和燃尽风混合管，所述二次风混合管连通所述生物质锅炉的前墙二次风喷口和后墙二次风喷口，所述燃尽风混合管连通所述生物质锅炉的前墙燃尽风喷口和后墙燃尽风喷口。

在一个示例中，所述生物质锅炉的前墙燃尽风喷口和前墙二次风喷口的垂直距离为2m-3m，所述生物质锅炉的后墙燃尽风喷口和后墙二次风喷口的垂直距离为2m-3m。

在一个示例中，所述生物质锅炉的前墙燃尽风喷口和后墙燃尽风喷口的喷嘴根部与喷嘴母管的下边缘对齐。

在一个示例中，所述再循环烟气抽取自所述烟气净化系统的末端出口。

在一个示例中，所述烟气净化系统包括脱硫塔和除尘器。

在一个示例中，所述一次风系统通过单独设置的一次风风机向位于所述生物质锅炉的炉排下方的若干一次风风仓供给一次风，每个所述一次风风仓的风量单独调节。

在一个示例中，所述生物质锅炉运行时的过量空气系数为1.2-1.3。

根据本发明，sncr系统采用尿素作为脱硝还原剂，可以实现更高的脱销效率和更低的运行成本。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1为根据本发明示例性实施例的烟气再循环和sncr相结合的生物质直燃装置的示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的方法步骤和/或结构。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟悉的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。

现有生物质层燃锅炉一般没有附带设计深度脱硝系统并且没有预留sncr系统的安装空间，例如来自丹麦bwe的水冷振动炉排生物质锅炉，因此炉内nox生成量一般较高，给烟气净化带来了较高的挑战，在炉内使用后期设计的sncr系统之后往往还是难以满足国标的排放要求。本发明在生物质锅炉炉膛设计阶段即综合考虑炉内脱硝系统，在炉膛设计中耦合烟气再循环实现炉内初步脱硝，然后经过独特设计的sncr系统实现进一步的炉内脱硝。

现有生物质层燃锅炉一般独立设计sncr及喷射系统，依靠压缩空气将还原剂喷入炉膛，由于压缩空气量不大并且喷枪较难设计，所以还原剂在炉内的混合效果一直欠佳，导致sncr系统的脱硝效率难以提高并且喷射系统故障率较高。本发明提出一种将sncr系统与燃尽风耦合的思路，使用尿素作为脱硝还原剂，不仅解决了还原剂的喷射问题，减少系统复杂性并且提高运行可靠性，而且可以提高整体脱硝效率。

[示例性实施例]

参照图1，其示出了根据本发明示例性实施例的烟气再循环和sncr相结合的生物质直燃装置的示意图。

如图1所示，本发明提出的烟气再循环和sncr相结合的生物质直燃装置包括生物质锅炉、炉内配风及脱硝系统、余热锅炉、烟气净化系统等部分，其中，炉内配风及脱硝系统包括一次风系统、二次风和燃尽风系统、烟气再循环系统、sncr系统等部分。

生物质锅炉6为层燃炉，如进料方向4所示，生物质原料(例如秸秆、木片等)从生物质锅炉6左侧进料，在生物质锅炉6的炉排上堆积形成料层1，生物质原料燃烧后产生的灰渣从生物质锅炉6右侧的落渣口5排出。生物质原料燃烧后产生的烟气从生物质锅炉6上部的排气口排出后进入余热锅炉17，通过余热锅炉17回收烟气的热量并产生过热蒸汽。从余热锅炉17排出的烟气进入烟气净化系统，示例性地，烟气净化系统包括脱硫塔18和除尘器19，通过脱硫塔18脱除烟气中的氯化氢、二氧化硫等酸性气体，通过除尘器19脱除烟气中的飞灰等颗粒物。从除尘器19排出的低温烟气一部分进入烟气再循环系统，另一部分通过引风机20进入烟囱22后排入大气。

一次风系统通过单独设置的一次风风机向位于炉排下方的若干一次风风仓2供给一次风3，为炉排上的料层1提供燃烧空气。优选地，每个一次风风仓2的风量都可以单独调节。

二次风和燃尽风系统包括二次风风机7和二次风输送管道。单独设置的二次风风机7抽取常温空气作为二次风的风量来源，二次风在下游分成两股：二次风和燃尽风，两股风量的配比通过阀门可以自由调节，相应地，二次风输送管道分成二次风混合管13和燃尽风混合管12，二次风混合管13连通生物质锅炉6的前墙二次风喷口8和后墙二次风喷口9，燃尽风混合管12连通生物质锅炉6的前墙燃尽风喷口10和后墙燃尽风喷口11。

烟气再循环系统中的再循环烟气抽取自烟气净化系统的末端出口，示例性地，例如图1中的连接除尘器19的排气口与引风机20的进气口的烟气管道，此时烟气温度较低(120℃-130℃)并且含尘量较少，利于输送和使用，并且对整体烟风系统影响较小。再循环烟气通过循环风机21送至炉膛附近分成两股，分别在二次风混合管13中与二次风掺混和在燃尽风混合管12中与燃尽风掺混，而后分别从生物质锅炉6的前墙二次风喷口8、后墙二次风喷口9、前墙燃尽风喷口10、后墙燃尽风喷口11送入炉膛。再循环烟气可以降低炉内最高温度和平均温度，并使炉内温度分布均匀，进而可以降低炉内nox的生成，并未后续sncr的使用创造条件。

sncr系统包括尿素储罐14、计量螺旋给料机15、尿素输送风机16、阀门等部分，其中，尿素储罐14用于存储尿素颗粒，由计量螺旋给料机15拨料、尿素输送风机16输送的尿素颗粒直接进入燃尽风混合管12，然后借由燃尽风输送携带进入炉膛，实现炉内掺混和脱除nox。为达到较佳的燃烧和污染物脱除效果并满足sncr系统使用的温度窗口，燃尽风喷口和二次风喷口的垂直距离应保持在2m-3m之间，即生物质锅炉6的前墙燃尽风喷口10与前墙二次风喷口8的垂直距离应保持在2m-3m之间，生物质锅炉6的后墙燃尽风喷口11与后墙二次风喷口9的垂直距离应保持在2m-3m之间。生物质锅炉6的前墙燃尽风喷口10与后墙燃尽风喷口11的喷嘴根部与喷嘴母管的下边缘对齐，以防止尿素颗粒在母管内沉积。尿素输送风机16的抽风口需要保持干燥状态，以防止尿素颗粒的结块。sncr系统的控制系统集成到锅炉的控制系统(dcs)，由运行人员控制，当机组负荷不变时，尿素使用量一般不需要变化。sncr系统提供的还原剂(尿素颗粒)与烟气再循环系统提供的再循环烟气配合才能共同实现最佳的反应效率。

由于有再循环烟气的参与，锅炉正常运行时过量空气系数可以大大降低，从传统燃烧的1.4-1.6降至1.2-1.3。一次风过量空气系数可以控制在0.75-0.85之间，根据燃料燃烧程度进行调整，从料层1析出的燃烧烟气仍然含有大量的可燃气体，流至二次风喷口处与二次风进行混合，此时加入的空气和再循环烟气使总过量空气系数升至1-1.05，保证绝大部分可燃物燃尽，并通过再循环烟气的使用与喷嘴设计使烟气温度分布均匀。烟气继续上行2m～3m，到达燃尽风喷口与燃尽风进行混合，高速燃尽风保证绝大部分可燃物燃尽，并且经由燃尽风携带的sncr还原剂(尿素粉末)同时与烟气进行掺混发生脱硝反应，到达生物质锅炉6上部的排气口(烟道出口)时完成整体燃烧和炉内脱硝过程。

本发明提出的烟气再循环和sncr相结合的生物质直燃装置具有以下特点：

(1)采用独特的烟气再循环系统对炉内氮氧化物进行初步脱硝，并使炉内温度分布均匀，脱硝率可以实现>35％；

(2)采用独特的sncr系统并将其耦合进燃尽风系统，不需要单独设置sncr喷枪，借助燃尽风可以实现更加均匀的炉内混合，减小了sncr系统的复杂性并且提高了反应效率，该sncr系统的脱硝率可以>40％；

(3)sncr系统的脱硝剂采用尿素颗粒，粒径小于5mm，使用计量螺旋给料机给料和尿素输送风机输送，尿素在低温的燃尽风管道内将始终保持颗粒形态，尿素由于不具有爆炸特性可以保持该系统较高的实用性；

(4)由于采用了再循环烟气，生物质锅炉运行时过量空气系数可以从传统的1.4-1.6降低到1.2-1.3左右，大大降低了送、引风机的风量，另外燃尽风区域的烟气温度可以控制在950℃以下，刚好满足sncr系统的脱硝剂喷入的温度窗口。

本发明提出的烟气再循环和sncr相结合的生物质直燃装置具有以下优点：

(1)采用烟气再循环系统，降低炉内火焰温度并使温度分布均匀，因此可以初步实现炉内脱硝，并为sncr系统提供烟气温度窗口和良好的混合环境。烟气再循环系统提供的再循环烟气可以降低对燃烧空气的需求量，生物质锅炉运行时过量空气系数过空可以从1.4-1.6降低到1.2-1.3，降低了送、引风机的运行费用；

(2)使用特殊设计的sncr系统，还原剂采用尿素颗粒，sncr系统使用计量螺旋给料机给料和尿素输送风机输送还原剂，然后借助燃尽风将还原剂送入炉膛，可以实现sncr系统的简化，避免了sncr喷枪的使用，减少投资费用和检修维护成本；

(3)使用特殊设计的sncr系统和烟气再循环系统进行耦合，可以实现双重的炉内脱硝功能，并且相互促进，所设计的炉内配风系统也可以提高反应效率，因此可以实现深度炉内脱硝，可以避免使用昂贵的scr系统。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。