本發(fā)明,屬于煤燃燒污染物減排控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種工業(yè)煤粉鍋爐煙氣再循環(huán)低氮燃燒方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

氮氧化物(NOx)作為造成大氣污染、光化學煙霧、酸雨以及溫室效應(yīng)的主要根源之一，其治理已經(jīng)成為人們關(guān)注和研究的焦點。2014年我國NO_X排放總量達到2078萬噸，其中70％來自于煤炭的燃燒，因此煤的燃燒是NOx排放的主要來源。根據(jù)最新的《鍋爐大氣污染物排放標準》，從2014年7月起，現(xiàn)役燃煤鍋爐NO_X的排放量必須降至100mg/m³以下，對于一些發(fā)達城市，污染物排放水平要求更高，有的地區(qū)要求NOx的排放濃度低于100mg/Nm³，而工業(yè)鍋爐常規(guī)NOx排放水平約在300-500mg/Nm³范圍內(nèi)，所以發(fā)展工業(yè)鍋爐的低氮燃燒技術(shù)已經(jīng)勢在必行。

根據(jù)煤的燃燒機理，氮氧化物的生成途徑主要有三種：熱力型、燃料型及快速型3種，其中燃料型占NO_X總生成量的60％-80％，熱力型最高占20％，快速型占NOx排放總量通常在5％以下。燃料型NO_X是由燃料中氮化合物在燃燒中氧化而成，一般燃料的含氮量、燃料的揮發(fā)分含量、著火階段氧濃度等對燃料型NO_X的影響較大，控制燃料型NOx的主要技術(shù)措施有低氧燃燒、煙氣再循環(huán)、低NO_X燃燒器、空氣分級燃燒。

煙氣再循環(huán)法是在通過煙氣循環(huán)風機抽取一部分低溫煙氣，與一次風、二次風混合后或者直接送入爐內(nèi)，由于煙氣的溫度較低，這樣不僅降低了爐膛的溫度，同時稀釋了氧的濃度，因而可以降低NOx的排放水平。但煙氣再循環(huán)系統(tǒng)對燃煤品質(zhì)有一定的要求，尤其對于工業(yè)煤粉鍋爐，用于攜帶煤粉的空氣溫度為一次風機直接從空氣中抽取的空氣，未經(jīng)過空氣預(yù)熱設(shè)備，因此，當燃煤品質(zhì)較低時可能造成煤粉著火困難、火焰不穩(wěn)定和燃盡率偏低的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種工業(yè)煤粉鍋爐煙氣再循環(huán)低氮燃燒方法和系統(tǒng)，解決煤燃燒產(chǎn)生大量NO_X的問題，同時不會因燃煤品質(zhì)較低而出現(xiàn)著火困難、火焰不穩(wěn)定和/或燃盡率低的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種工業(yè)煤粉鍋爐煙氣再循環(huán)低氮燃燒方法，其特征在于，經(jīng)再循環(huán)風機在鍋爐出口抽取一部分煙氣作為循環(huán)煙氣先與一部分高溫二次風混合，然后送至一次風混合器再與攜帶煤粉的一次風混合；根據(jù)檢測到的一次風混合器流向燃燒器的氣體的含氧量調(diào)整再循環(huán)風機的出力來調(diào)節(jié)抽取的循環(huán)煙氣的量，從而調(diào)整從一次風混合器進入燃燒器中的氣體的含氧量；根據(jù)檢測到的一次風混合器流向燃燒器的氣體的溫度調(diào)整控制高溫二次風進入量的閥門來調(diào)節(jié)與循環(huán)煙氣進行混合的高溫二次風的混入量，從而調(diào)整從一次風混合器進入燃燒器中的氣體的溫度。

進一步地，未與循環(huán)煙氣進行混合的高溫二次風直接進入燃燒器。

進一步地，點火時，一次風、與循環(huán)煙氣先行混合的高溫二次風、循環(huán)煙氣混合的體積比為10:0:0、8:2:0、7:3:0或5:5:0；當鍋爐的負荷是30％時，一次風、與循環(huán)煙氣先行混合的高溫二次風、循環(huán)煙氣混合的體積比為8:0:2、6:0:4、6:2:2、5:0:5、5:2:3或5:3:2；當鍋爐的負荷≥70％時，一次風、與循環(huán)煙氣先行混合的高溫二次風、循環(huán)煙氣混合的體積比為6:0:4、6:2:2、5:0:5、5:2:3或5:3:2。

進一步地，未經(jīng)再循環(huán)風機抽取的煙氣被排出。

本發(fā)明還提供了一種工業(yè)煤粉鍋爐煙氣再循環(huán)低氮燃燒系統(tǒng)，包括依次連接的一次風機、第一混合器、鍋爐、再循環(huán)風機和第二混合器，以及與鍋爐連接的二次風機；

鍋爐包括燃燒器、爐膛和空氣預(yù)熱器；燃燒器分別與爐膛和第一混合器連接；二次風機、空氣預(yù)熱器和燃燒器依次連接；第二混合器通過閥門與空氣預(yù)熱器和燃燒器連接；第二混合器還與第一混合器連接；第一混合器與燃燒器之間設(shè)置有氧量表和溫度計。本發(fā)明中的第一混合器事實上就是前面所提到的一次風混合器。

進一步地，第二混合器通過閥門與空氣預(yù)熱器和燃燒器之間的管路連接。優(yōu)選地，閥門是單向閥。優(yōu)選地，單向閥只允許氣流從空氣預(yù)熱器流向第二混合器。

進一步地，還包括除塵器和煙囪，煙囪通過除塵器與鍋爐的出口連接。

進一步地，還包括引風機，除塵器通過引風機與煙囪連接。

進一步地，再循環(huán)風機通過除塵器與鍋爐的出口相連。

進一步地，還包括依次連接的煤粉倉、給粉機和第三混合器，第三混合器還分別與一次風機和第一混合器連接。

進一步地，燃燒器是旋流燃燒器；旋流燃燒器設(shè)置在爐膛的側(cè)墻、頂部或者底部。

本發(fā)明的有益效果是：在保證鍋爐煤粉著火穩(wěn)定性的前提下，混入循環(huán)煙氣降低燃燒器中煤粉氣流(即攜帶有煤粉的氣流)中的氧氣濃度，從而降低燃燒器出口煤粉著火區(qū)域的氧濃度，進而降低NOx的形成和排放，減輕煤燃燒對環(huán)境的污染；通過調(diào)整一、二次風的混合比例可對燃燒器中的煤粉氣流溫度進行調(diào)節(jié)，從而可適應(yīng)煤粉品質(zhì)的波動，增大煙氣再循環(huán)系統(tǒng)對煤種的適用范圍；此工業(yè)煤粉鍋爐煙氣再循環(huán)低氮燃燒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，根據(jù)需要抽取適量煙氣進入一次風管道形成煙氣再循環(huán)，其余煙氣被排出，因而煙氣再循環(huán)率低，從而避免煙氣再循環(huán)率過高而造成的燃盡率下降的問題，并可降低建造費用，降低再循環(huán)風機的功率和運行能耗。綜上所述，本發(fā)明的工業(yè)煤粉鍋爐煙氣再循環(huán)低氮燃燒系統(tǒng)和方法通過調(diào)節(jié)三股氣流的混合比例可靈活調(diào)整燃燒器中氣體的含氧量和溫度，在實現(xiàn)低NOx排放的目標下，強化了煤粉著火的穩(wěn)定性，實現(xiàn)了工業(yè)煤粉鍋爐潔凈、高效、經(jīng)濟運行的目的。

以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

附圖說明

圖1-3是本發(fā)明工業(yè)煤粉鍋爐煙氣再循環(huán)低氮燃燒系統(tǒng)三個較佳實施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，工業(yè)煤粉鍋爐煙氣再循環(huán)低氮燃燒系統(tǒng)包括：一次風機1、煤粉倉4、給粉機3、第三混合器2、第一混合器5、氧量表6、溫度計7、鍋爐、二次風機14、再循環(huán)風機13、第二混合器12、除塵器15、引風機16和煙囪17。該鍋爐包括旋流燃燒器8、爐膛9和空氣預(yù)熱器10。圖中的箭頭表示氣流流向。

煤粉倉4、給粉機3、第三混合器2依次連接。一次風機1通過第三混合器2與第一混合器5連接。第一混合器5分別與旋流燃燒器8、第二混合器12連接。氧量表6和溫度計7設(shè)置在第一混合器5和旋流燃燒器8的連接管路之間，分別用于測量該管路流經(jīng)的煤粉氣流的含氧量和溫度。旋流燃燒器8設(shè)置在爐膛9的側(cè)墻上，也可以設(shè)置在爐膛9的頂部或者底部。二次風機14、空氣預(yù)熱器10、旋流燃燒器8依次連接。再循環(huán)風機13與鍋爐的出口連接，再與第二混合器12連接。第二混合器12與第一混合器5連接。第二混合器12還通過閥門11與空氣預(yù)熱器10和旋流燃燒器8之間的管路連接。除塵器15與鍋爐的出口連接，并通過引風機16與煙囪17連接。

本發(fā)明工業(yè)煤粉鍋爐煙氣再循環(huán)低氮燃燒系統(tǒng)的具體工藝流程：煤粉倉4中的煤粉通過給粉機3進入第三混合器2，與一次風機1鼓入的冷空氣(即一次風)在第三混合器2中混合成為帶煤粉的一次風。帶煤粉的一次風進入第一混合器5中。另一方面，由再循環(huán)風機13抽出的鍋爐的出口處的部分煙氣(即循環(huán)煙氣)進入第二混合器12。二次風機14鼓入的冷空氣(即二次風)流經(jīng)空氣預(yù)熱器10得到加熱，成為高溫二次風。一部分高溫二次風直接進入旋流燃燒器8；另一部分高溫二次風經(jīng)過閥門11進入第二混合器12，與其中的循環(huán)煙氣混合后流入第一混合器5，再與第一混合器5中的帶煤粉的一次風混合?；旌虾蟮倪@三股氣流(即帶煤粉的一次風、部分高溫二次風和循環(huán)煙氣)流向旋流燃燒器8用于燃燒。混合后的這三股氣流在流經(jīng)氧量表6和溫度計7時，其含氧量和溫度得到檢測。根據(jù)檢測到的含氧量，調(diào)整再循環(huán)風機13的出力來調(diào)節(jié)抽取的循環(huán)煙氣的量從而調(diào)整進入旋流燃燒器8中的氣體的含氧量。根據(jù)檢測到的這三股氣流的溫度調(diào)整閥門11來調(diào)節(jié)與循環(huán)煙氣進行混合的高溫二次風的混入量，從而調(diào)整進入旋流燃燒器8中的氣體的溫度。未經(jīng)再循環(huán)風機13抽取的鍋爐出口處的煙氣經(jīng)除塵器15除塵，在引風機16的引導(dǎo)下，從煙囪17排出。

本發(fā)明工業(yè)煤粉鍋爐煙氣再循環(huán)低氮燃燒系統(tǒng)的另一個實現(xiàn)方式是：如圖2所示，再循環(huán)風機13與除塵器15連接。從鍋爐出口出來的煙氣先經(jīng)過除塵器15除塵后，一部分煙氣被再循環(huán)風機13抽取出來進入第二混合器12，另一部分煙氣在引風機16的引導(dǎo)下，從煙囪17排出。再循環(huán)風機13并非直接抽取從鍋爐出來的煙氣。其余與前述實施方式同。

本發(fā)明工業(yè)煤粉鍋爐煙氣再循環(huán)低氮燃燒系統(tǒng)的再一個實現(xiàn)方式是：如圖3所示，再循環(huán)風機13與引風機16連接。從鍋爐出口出來的煙氣先經(jīng)過除塵器15除塵后，在引風機16的引導(dǎo)下，一部分煙氣被再循環(huán)風機13抽取出來進入第二混合器12，另一部分煙氣從煙囪17排出。其余與前述第一種實施方式同。

本發(fā)明工業(yè)煤粉鍋爐煙氣再循環(huán)低氮燃燒方法是再循環(huán)風機13在鍋爐出口抽取一部分煙氣先與一部分高溫二次風在第二混合器12內(nèi)混合，然后將混合煙氣送至第一混合器5(即一次風混合器)再與攜帶煤粉的一次風氣流混合，然后進入旋流燃燒器8，在進入旋流燃燒器8前的一次風管路上設(shè)置氧量表6和溫度計7。運行時根據(jù)旋流燃燒器8煤粉燃燒的狀態(tài)通過調(diào)整再循環(huán)風機13的出力調(diào)節(jié)循環(huán)煙氣量進而調(diào)整旋流燃燒器8中的氣體的含氧量；通過調(diào)閥門11調(diào)整高溫二次風的混入量進而調(diào)整進入旋流燃燒器8的氣體的溫度。三股氣流的比例可以根據(jù)鍋爐額運行狀態(tài)進行調(diào)整，點火階段需關(guān)閉再循環(huán)風機13，開啟閥門11，使一二次風混合，提高旋流燃燒器8中的空氣的溫度，有利于點火過程中煤粉著火的穩(wěn)定。當鍋爐負荷超過30％負荷，且旋流燃燒器8出口火焰穩(wěn)定后可以考慮開啟再循環(huán)風機13，以降低進入旋流燃燒器8的氣體中氧氣的含量，從而實現(xiàn)煤粉的高效、清潔燃燒。

點火時，一次風、與循環(huán)煙氣先行混合的高溫二次風、循環(huán)煙氣混合的體積比可為10:0:0、8:2:0、7:3:0或5:5:0，根據(jù)燃煤品質(zhì)的變化調(diào)整體積比，煤質(zhì)品質(zhì)越好則一次風比例越高；

30％負荷時，一次風、與循環(huán)煙氣先行混合的高溫二次風、循環(huán)煙氣混合的體積比可為8:0:2、6:0:4、6:2:2、5:0:5、5:2:3或5:3:2，根據(jù)燃煤品質(zhì)的變化調(diào)整體積比，煤種品質(zhì)越好則循環(huán)煙氣比例越高、與循環(huán)煙氣先行混合的高溫二次風比例越低；

70％以上負荷時，一次風、與循環(huán)煙氣先行混合的高溫二次風、循環(huán)煙氣混合的體積比可為6:0:4、6:2:2、5:0:5、5:2:3或5:3:2，根據(jù)燃煤品質(zhì)的變化調(diào)整體積比，煤種品質(zhì)越好則循環(huán)煙氣比例越高、與循環(huán)煙氣先行混合的高溫二次風比例越低。

以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施方式。應(yīng)當理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。