[发明专利]多级还原风控制大容量燃煤锅炉NOx排放的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锅炉技术领域的NOx排放方法，尤其是涉及到一种多级还原风控制大容量燃煤锅炉NOx排放的方法。

背景技术

氮氧化物(NOx，包括NO、NO₂、N₂O)是一类能造成大气环境严重污染的气体，被认为是大气污染的主要来源之一。每年在世界范围因燃烧化石燃料而排放的氮氧化物在所有氮氧化物排放中占有很大的比例。日益严格的环保法规要求研究开发先进的燃烧技术，以减少NOx等污染物的排放。目前我国的能源构成的最大特点是以煤炭为主，占70％以上，这将产生大量的氮氧化物气体，因此这样的能源结构对经济高效增长及生态环境都会产生负面影响。目前已有的控制常规燃煤电站锅炉NOx排放的技术措施可分为低NOx燃烧技术和烟气净化技术两类。烟气净化技术是通过脱除烟气中NOx来降低NOx的最终排放量。国外火电厂NOx减排主要通过先进的运行操作方式、低NOx燃烧技术与尾部烟气脱硝技术来实现。尾部烟气脱硝技术比较彻底，但其投资与运行维护费用昂贵。先进低NOx燃烧技术可降低排放浓度到450～650 mg/Nm³以下，而且随着炉内NOx生成量的减少，也会降低尾部脱硝装置的运行成本。低NOx燃烧技术的核心之一是分级燃烧技术，包括空气分级和燃料分级两种，燃料分级技术又称为燃料再燃(还原NO)技术。国内外煤粉锅炉采用最广泛、技术最为成熟的主流低NOx燃烧技术是空气分级技术，它在我国的电站锅炉已得到普遍采用。

经对现有技术的文献检索发现，《低氮氧化物燃烧技术的发展状况》(毕玉森，热力发电，2000年02期)详细介绍了ABB-CE公司开发的四角切圆炉膛整体空气分级直流燃烧器、同轴燃烧系统(CFS I、CFS II)以及两者组合形式-低NOx同轴燃烧系统。炉膛整体空气分级是将燃烧所需的空气量分成两级送入，第一级燃烧区中为燃烧器提供的空气占煤粉完全燃烧所需要量的60％至90％，燃料先在缺氧的富燃料条件下燃烧。在二级燃烧区内，将燃烧用的空气的剩余部分以二次空气(燃尽风)输入，成为富氧燃烧区。在一、二级燃烧区的中间是氧浓度接近零的具有还原性气氛的还原区，这一区域的还原介质对于还原已经生成的NOx作用很明显。炉内整体空气分级技术可使NOx生成量降低30％-75％，空气分级的程度越大，即燃尽风所占的份额越大，NOx减排的程度越大。但是该技术存在的不足也显而易见，随着空气分级的程度加大，主燃区和还原区欠氧程度也加大，尤其是还原区的氧浓度更会接近零，在水冷壁面附近可能更低，形成大片的还原性气氛区域，这样还原区域的水冷壁出现结渣和高温腐蚀几率会大大增加。同时还原与燃尽过程相对分开，煤粉后期燃尽程度受到空气分级程度影响较大，分级程度越大，飞灰含碳量会增大。技术不足引起的这些炉内负面问题都会严重影响锅炉的经济安全运行。对现役的空气分级燃烧的锅炉来说，如何进行简单方便的改造来进一步减排NOx也是亟待解决的。

发明内容

本发明针对现有技术的不足和缺陷，提出了一种多级还原风控制大容量燃煤锅炉NOx排放的方法，使其在完全继承了传统的空气分级燃烧技术优点的基础上，在还原区域增加多级空气喷口，具有能实现进一步更大程度降低氮氧化物排放，同时保护水冷壁避免结渣、高温腐蚀，降低因分级带来的飞灰含碳量增大等优点。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明在炉膛下部的主燃烧器区与炉膛上部的燃烬风喷口之间的还原区域，沿程布置若干层系列还原风空气喷口，这些系列喷口喷出的空气为锅炉入炉总空气量的13％～20％之间，并被分成两部分，一部分用来精确控制还原区域烟气中氧浓度来减排氮氧化物，一部分用来保护还原区域的水冷壁，使水冷壁周围具有氧化气氛来避免结渣、高温腐蚀。同一层的系列喷口根据这两种作用分为两种喷口：控制喷口和保护喷口。所述若干层系列还原风空气喷口的层数根据锅炉的还原区域的高度确定。