一种低氮燃烧锅炉系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种低氮燃烧锅炉系统，其包括炉体，炉体在炉膛的底部开设一次进风口，炉体的顶部开设炉体排烟口，炉体的炉膛包括上部的竖直段和底部的倒锥段，炉膛的竖直段套设有环状二次风腔，二次风腔的底部连接有多根环设在炉膛倒锥段周圈的二次风管，二次风管上由上至下间隔安装有多个二次风喷嘴，二次风喷嘴的出口与炉膛内腔连通；炉体排烟口与空气预热器连接，预热器出烟口通过排烟管路与烟囱连接，排烟管路靠近烟囱的一端连接有烟气循环管，烟气循环管上安装有再循环风机，烟气循环管的另一端连接到送风风机的进气端上。本实用新型结构简单，改造方便，可在不影响燃烧效率的前提下有效降低NOx浓度。
【专利说明】一种低氮燃烧锅炉系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及锅炉领域，具体的说是一种低氮燃烧锅炉系统。
【背景技术】
[0002]氮氧化物的排放量中70%来自于煤炭的直接燃烧，燃烧过程中产生的氮氧化物主要是NO和N02 (被通称为NOx)，在绝大多数燃烧方式中，产生的NO占90%以上，其余为N02。总体上我国氮氧化物排放量随着火电行业的发展呈不断增长的趋势，2007年我国火电NOx排放量为838.3万吨，比2003年的597.3万吨增加近了 40.3%，相对于我国火电的总装机容量和煤耗量而言，NOx排放量的增加速率还是小于我国火电总装机容量和煤耗量的增长率，但是按燃煤电厂目前的排放情况，如果只控制了 S02的排放，而不采取有效的烟气脱硝技术控制NOx的排放，2010年以后的5-10年，NOx排放总量将会超过S02，成为电力行业的第一大酸性气体污染排放物。
[0003]目前，控制氮氧化物排放的方法分为两大类:①低NOx燃烧技术一在燃烧过程中控制氮氧化物的生成烟气脱硝技术一使生成后的氮氧化物还原。
[0004]燃烧过程生成的NOx主要有热力型、燃料型及快速型3种，其中燃料型NO占总生成量的60% -80%,最高可达90%，热力型NOx在温度足够高时可达20%，快速型NOx占的比例最小，可忽略。
[0005]燃料型NOx是燃料中的含氮化合物在燃烧过程中热分解后氧化而成的。由于煤中含氮有机化合物的C-N较空气中N = N的键能小得多，更易形成NO。燃料中的有机氮首先被热分解成HCN、NH3及CN等中间产物随挥发分一起析出，即所谓挥发分N，然后再被氧化成NO。在通常的燃烧温度1200-1350°C，燃料中70% -90%的氮成为挥发分N，由此形成的NO占燃料型NO的60% -80%。
[0006]热力型NOx是由空气中的氮气高温氧化而成，NOx的生成与氧原子的存在成正比，反应速度随温度的升高而加速，当煤粉炉中的温度升至1600°C时，热力型NOx可占到炉内NOx总量的25% -30%，这就是液态排渣炉的NOx固态排渣炉高的原因。对固态排渣炉，应尽可能地缩短烟气在高温区的停留时间，以抑制热力型NOx的生成。
[0007]由于燃煤锅炉本身没有脱硝设备和脱硝燃烧器，因此需采用低氮燃烧技术来减少NOx的生成机会。
[0008]I)在燃用挥发分较高的烟煤时，燃料型NOx含量较多，快速型NOx极少。燃料型NOx是空气中的氧与煤中氮元素热解产物发生反应生成NOx，燃料中氮并非全部转变为NOx，它存在一个转换率，降低此转换率，可以控制NOx排放总量，可采取以下方法:
[0009]( I)减少燃烧的过量空气系数；
[0010](2)控制燃料与空气的前期混合；
[0011](3)提高入炉的局部燃料浓度。
[0012]2)减少热力型NOx，由于热力型NOx产生的主要条件是高的燃烧温度使氮分子游离增强化学活性，然后是高的氧浓度。要减少热力型NOx的生成，可采取:
[0013](I)减少燃烧最高温度区域范围；
[0014](2)降低锅炉燃烧的峰值温度；
[0015](3)降低燃烧的过量空气系数和局部氧浓度。
[0016]本实用新型即是基于上述技术原理而开发。
实用新型内容
[0017]本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、改造方便、可在不影响燃烧效率的前提下有效降低NOx浓度的低氮燃烧锅炉系统。
[0018]为解决上述技术问题，本实用新型的低氮燃烧锅炉系统包括炉体，炉体在炉膛的底部开设一次进风口，炉体的顶部开设炉体排烟口，其结构特点是所述炉体的炉膛包括上部的竖直段和底部的倒锥段，炉膛的竖直段套设有环状二次风腔，二次风腔的底部连接有多根环设在炉膛倒锥段周圈的二次风管，二次风管上由上至下间隔安装有多个二次风喷嘴，二次风喷嘴的出口与炉膛内腔连通；所述炉体排烟口与一空气预热器的预热器进烟口连接，该空气预热器上开设有一次风预热进口、二次风预热进口、一次风预热出口、二次风预热出口和预热器出烟口，所述一次进风口与一次风预热出口连通，二次风腔与二次风预热出口连通，一次风预热进口和二次风预热进口分别通过分支送风管路与一送风风机连接，预热器出烟口通过排烟管路与烟?连接，排烟管路靠近烟?的一端连接有烟气循环管，烟气循环管上安装有再循环风机，烟气循环管的另一端连接到送风风机的进气端上。
[0019]所述一次进风口上安装有进风筒，进风筒上安装有与其同轴设置的轴向进风管和与其轴向垂直设置的径向进风管，轴向进风管和径向进风管均与空气预热器的一次风预热出口连通，径向进风管上安装有流量阀。
[0020]所述排烟管路上安装有旋风除尘器。
[0021]所述空气预热器包括预热器壳体，预热器壳体的顶端开设预热器进烟口、底端开设预热器出烟口，预热器壳体内安装多层换热管组件，每层换热管组件分成两组，各层上的两组换热管组件分别通过管道依次串通形成两条预热通路，其中一条预热通路的进口和出口分别在预热器壳体的底端和顶端形成一次风预热进口和一次风预热出口，另一条预热通路的进口和出口分别在预热器壳体的底端和顶端形成二次风预热进口和二次风预热出口。
[0022]所述二次风喷嘴向下倾斜设置。
[0023]本实用新型的有益效果是:
[0024]I)设置两次送风机构且二次送风采用环形和分层送风结构，将燃料的燃烧过程分阶段完成，二次送风采用倒三角的配风方式。在锅炉内，第一阶段燃料预燃阶段，仅通入一次风，通过一次送风供入炉膛的空气量减少，使燃料先在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧，此时密相区内过量空气系数α〈1，因而降低了燃烧区内的燃烧速度和温度水平，不但延迟了燃烧过程，而且在还原性气氛中降低了生成NOx的反应率，抑制了 NOx在这一燃烧中的生成量。在第二阶段燃烬阶段，为了完成全部燃烧过程，完全燃烧所需的其余空气则通过布置在密相区中上部及过渡区的专门二次风喷口送入炉膛，与密相区下部在“贫氧燃烧”条件下所产生的烟气混合，在α>1的条件下完成全部燃烧过程。这一方法弥补了简单的低过量空气燃烧的缺点。在密相区内的过量空气系数越小，抑制NOx的生成效果越好，但不完全燃烧产物越多，导致燃烧效率降低、引起结渣和腐蚀的可能性越大。可见，采用本实用新型的结构，既能保证减少NOx的排放，又能保证锅炉燃烧的经济性和可靠性。
[0025]2)在锅炉排烟管处抽取一部分洁净烟气，通过加压后送入送风风机入口，与新鲜空气混合进入空气预热器，最后返回炉内，利用惰性气体的吸热和氧浓度的减少，使火焰温度降低，抑制燃烧速度，减少热力型NOx。
[0026]3)本实用新型可在现有锅炉上进行直接改造，空气分级仅管路进行调整，喷嘴位置挪动即可；烟气再循环需增加一台烟气再循环风机以及循环烟道，整个工程量较小，与炉外脱硝相比，成本非常低；改造后，锅炉燃烧效率不会降低且污染会大幅降低。
[0027]综上所述，本实用新型结构简单，改造方便，可在不影响燃烧效率的前提下有效降低NOx浓度。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细说明:
[0029]图1为本实用新型的整体结构示意图；
[0030]图2为本实用新型中部分炉体的结构示意图；
[0031]图3为本实用新型中空气预热器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0032]参照附图，本实用新型的低氮燃烧锅炉系统包括炉体，炉体在炉膛I的底部开设一次进风口 2，炉体I的顶部开设炉体排烟口 3，其特征是所述炉体的炉膛I包括上部的竖直段和底部的倒锥段，炉膛I的竖直段套设有环状二次风腔4，二次风腔4的底部连接有多根环设在炉膛倒锥段周圈的二次风管5，二次风管5上由上至下间隔安装有多个二次风喷嘴6，二次风喷嘴6的出口与炉膛内腔连通。其中，二次风喷嘴6向下倾斜设置，使得二次送风直接送入到燃料的密集燃烧区，保证燃料燃烧的更充分。
[0033]所述炉体排烟口 3与一空气预热器7的预热器进烟口 71连接，该空气预热器7上开设有一次风预热进口 72、二次风预热进口 73、一次风预热出口 74、二次风预热出口 75和预热器出烟口 76，一次进风口 2与一次风预热出口 74连通，二次风腔4与二次风预热出口75连通，一次风预热进口 72和二次风预热进口 73分别通过分支送风管路8与一送风风机9连接，预热器出烟口 76通过排烟管路9与烟囱10连接，排烟管路9靠近烟囱10的一端连接有烟气循环管11，烟气循环管11上安装有再循环风机12，烟气循环管11的另一端连接到送风风机9的进气端上。
[0034]本实用新型的一次送风采用了风量可调节的结构，如图所示，一次进风口 2上安装有进风筒21，进风筒21上安装有与其同轴设置的轴向进风管22和与其轴向垂直设置的径向进风管23，轴向进风管22和径向进风管23均与空气预热器7的一次风预热出口 74连通，径向进风管23上安装有流量阀24。通过流量阀可调节径向进风管的送风量，利用两个相互垂直的方向同时送风，并控制其中一个方向的流量，可方便对送风量进行调节。
[0035]参照附图，为了净化烟气，排烟管路9上安装有旋风除尘器13。由于在本实用新型中需要从排烟管路9抽取烟气回流到炉内，因此设置旋风吹尘器13将烟气内的固体颗粒除去，仅保留烟气中的惰性气体成分。
[0036]参照附图，空气预热器7包括预热器壳体，预热器壳体的顶端开设预热器进烟口76、底端开设预热器出烟口 76，预热器壳体内安装多层换热管组件77，每层换热管组件分成两组，各层上的两组换热管组件分别通过管道依次串通形成两条预热通路，其中一条预热通路的进口和出口分别在预热器壳体的底端和顶端形成一次风预热进口 72和一次风预热出口 74，另一条预热通路的进口和出口分别在预热器壳体的底端和顶端形成二次风预热进口 73和二次风预热出口 75。在空气预热器7内设置两条预热通路分别对一次风和二次风进行预加热，在分支送风管路8上安装阀门，可调节一次风和二次风的风量，结构简单，操作更加方便。对于空气预热器7内换热管的排布和换热管的具体结构均为现有技术，在此不再赘述，常见的空气预热器7的预热通路为一条，本实用新型中的改进是将预热通路设置为两条。
[0037]基于低氮燃烧的技术原理，本实用新型的结构可达到如下技术效果:
[0038]I)设置两次送风机构且二次送风采用环形和分层送风结构，将燃料的燃烧过程分阶段完成，二次送风采用倒三角的配风方式。在锅炉内，第一阶段燃料预燃阶段，仅通入一次风，通过一次送风供入炉膛的空气量减少，使燃料先在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧，此时密相区内过量空气系数α〈1，因而降低了燃烧区内的燃烧速度和温度水平，不但延迟了燃烧过程，而且在还原性气氛中降低了生成NOx的反应率，抑制了 NOx在这一燃烧中的生成量。在第二阶段燃烬阶段，为了完成全部燃烧过程，完全燃烧所需的其余空气则通过布置在密相区中上部及过渡区的专门二次风喷口送入炉膛，与密相区下部在“贫氧燃烧”条件下所产生的烟气混合，在α >1的条件下完成全部燃烧过程。这一方法弥补了简单的低过量空气燃烧的缺点。在密相区内的过量空气系数越小，抑制NOx的生成效果越好。可见，采用本实用新型的结构，既能保证减少NOx的排放，又能保证锅炉燃烧的经济性和可靠性。
[0039]2)在锅炉排烟管处抽取一部分洁净烟气，通过加压后送入送风风机入口，与新鲜空气混合进入空气预热器，最后返回炉内，利用惰性气体的吸热和氧浓度的减少，使火焰温度降低，抑制燃烧速度，减少热力型NOx。
[0040]3)本实用新型可在现有锅炉上进行直接改造，空气分级仅管路进行调整，喷嘴位置挪动即可；烟气再循环需增加一台烟气再循环风机以及循环烟道，整个工程量较小，与炉外脱硝相比，成本非常低；改造后，锅炉燃烧效率不会降低且污染会大幅降低。
[0041]综上所述，本实用新型不限于上述【具体实施方式】。本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下，可做若干的更改和修饰。本实用新型的保护范围应以本实用新型的权利要求为准。
【权利要求】
1.一种低氮燃烧锅炉系统，包括炉体，炉体在炉膛(I)的底部开设一次进风口(2)，炉体(I)的顶部开设炉体排烟口(3)，其特征是所述炉体的炉膛(I)包括上部的竖直段和底部的倒锥段，炉膛(I)的竖直段套设有环状二次风腔(4)，二次风腔(4)的底部连接有多根环设在炉膛倒锥段周圈的二次风管(5)，二次风管(5)上由上至下间隔安装有多个二次风喷嘴(6)，二次风喷嘴(6)的出口与炉膛内腔连通；所述炉体排烟口(3)与一空气预热器(7)的预热器进烟口(71)连接，该空气预热器(7)上开设有一次风预热进口(72)、二次风预热进口(73)、一次风预热出口(74)、二次风预热出口(75)和预热器出烟口(76)，所述一次进风口(2)与一次风预热出口(74)连通，二次风腔(4)与二次风预热出口(75)连通，一次风预热进口( 72 )和二次风预热进口( 73 )分别通过分支送风管路(8 )与一送风风机(9 )连接，预热器出烟口(76)通过排烟管路(9)与烟? (10)连接，排烟管路(9)靠近烟? (10)的一端连接有烟气循环管(11)，烟气循环管(11)上安装有再循环风机(12 )，烟气循环管(11)的另一端连接到送风风机(9)的进气端上。
2.如权利要求1所述的低氮燃烧锅炉系统，其特征是所述一次进风口(2)上安装有进风筒(21)，进风筒(21)上安装有与其同轴设置的轴向进风管(22)和与其轴向垂直设置的径向进风管(23)，轴向进风管(22)和径向进风管(23)均与空气预热器(7)的一次风预热出口(74)连通，径向进风管(23)上安装有流量阀(24)。
3.如权利要求1所述的低氮燃烧锅炉系统，其特征是所述排烟管路(9)上安装有旋风除尘器(13)。
4.如权利要求1所述的低氮燃烧锅炉系统，其特征是所述空气预热器(7)包括预热器壳体，预热器壳体的顶端开设预热器进烟口(76)、底端开设预热器出烟口(76)，预热器壳体内安装多层换热管组件(77)，每层换热管组件分成两组，各层上的两组换热管组件分别通过管道依次串通形成两条预热通路，其中一条预热通路的进口和出口分别在预热器壳体的底端和顶端形成一次风预热进口(72)和一次风预热出口(74)，另一条预热通路的进口和出口分别在预热器壳体的底端和顶端形成二次风预热进口(73)和二次风预热出口(75)。
5.如权利要求1-4中任一项所述的低氮燃烧锅炉系统，其特征是所述二次风喷嘴(6)向下倾斜设置。
【文档编号】F23B80/02GK204042867SQ201420507814
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2014年9月4日
【发明者】刘钦, 高健 申请人:山东瑞博节能环保有限公司