[发明专利]一种旋风燃烧锅炉先进空气分级燃烧脱硝系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋风燃烧锅炉先进空气分级燃烧脱硝方法与系统。

背景技术

氮氧化物(NO_x)是化学工业、国防工业、电力工业以及锅炉和内燃机等排放气体中有毒物质之一。NO_x以燃料燃烧过程中所产生的数量最多，约占30％以上，其中70％来自于煤炭的直接燃烧，固定燃烧源是NO_x排放的主要来源。

近几年，NO_x的危害受到全球各国越来越多的重视，它不仅是形成酸雨的主要原因之一，而且其经紫外线照射后，可与碳氧化合物生成一种浅蓝色的有毒物质——硝基化合物，造成光化学烟雾，对人的眼、鼻、心、肺及造血组织等均有强烈的刺激和损害作用，也是一种强致癌物质，典型事例为被称为世界八大污染事件之一的1952年美国洛杉矶光化学烟雾事件。该事件致使大批居民发生眼睛红肿、喉痛咳嗽、皮肤潮红等症状，严重者心肺功能衰竭，有400余名65岁以上的老人因此死亡。此外，氧化亚氮(N₂O)在高空同温层中会破坏臭氧层，使较多的紫外线辐射到地面，增加皮肤癌的发病率，还可能影响人的免疫系统。

旋风燃烧锅炉是指采用旋风燃烧方式的动力用蒸汽锅炉。空气带动煤粉颗粒在圆筒内旋转燃烧时称为旋风燃烧，旋风燃烧是人为组织的一种稳定的、可控的高速旋转火焰流，它充满在整个燃烧室空间，具有极其强烈的扰动能力，比一般室燃方式具有更高的热强度。旋风炉中主要进行燃烧的圆筒称为旋风筒。一台旋风炉可以有一只或数只旋风筒。由于旋风筒内具有很高的燃烧温度(高达1650℃以上)和极其强烈的混合强度，会使得其燃烧过程中生成大量的大气污染物——氮氧化物(NO_x)，这些气体如果不加以处理直接排入大气，势必会产生严重的大气污染。

为更好地适应“十二五”环境保护工作的新要求，进一步加大大气污染防治工作力度，我国环境保护部于2011年1月14日在网上以政府信息公开的方式向有关单位征求正在修订中的《火电厂大气污染物排放标准》(二次征求意见稿)的意见。

按二次修订稿要求，2004年后所有新建机组NO_x排放要达到100mg/Nm³、2004年前机组要达到200mg/Nm³的要求，使几乎所有机组必须采用SCR烟气脱硝技术。

如此严格的排放标准，对于旋风燃烧锅炉——锅炉出口NO_x排放浓度通常在1200～1500mg/Nm³，要达到100mg/Nm³排放限值，脱硝效率须在92％以上——目前的SCR技术根本无法实现。且大幅提高排放限值水平需大量增加催化剂和还原剂，在运行中氨逃逸控制难度加大，并可能引起锅炉空预器堵塞等影响运行安全性的问题。当机组低负荷运行时，烟气温度容易低于脱硝催化剂的反应窗口温度，致使SCR系统无法正常工作，也难以达到标准限值要求。

发明内容

针对旋风燃烧锅炉本身所存在的污染物NO_x排放高，以及目前我国SCR烟气脱硝关键技术、原料、仪表等仍需进口，且该技术本身需要昂贵的催化剂，并存在催化剂中毒，更换，增加装置和占用空间等不利因素，导致其运行成本过高，使其应用受到很大限制。为此，本发明提出一种旋风燃烧锅炉先进空气分级燃烧脱硝方法与系统，其脱硝效率有望高达95％以上，不仅能大大降低旋风燃烧锅炉的NO_x排放，而且与SCR技术相比，免去了昂贵的催化剂使用和烟气脱硝装置的占用空间，具有成本低廉、设备简单、实施改造容易等优点。

为了达到上述发明目的，本发明的技术方案通过以下方式实现：一种旋风燃烧锅炉先进空气分级燃烧脱硝方法，其步骤为：(1)由一次风进口送入旋风筒的燃料气流，与二次风进口送入的二次风强烈混合后在过量空气系数α＜1的条件下燃烧，形成所谓的富燃料燃烧区，并生成含有一定浓度NO_x的烟气；(2)由布置在锅炉主炉膛下部一定位置处的氨剂/添加剂喷口送入炉膛的氨剂(氨、尿素等)和增效添加剂(如无机盐Na₂CO₃等)，在还原性气氛下与第一阶段生成的含NO_x的烟气发生还原反应，从而将NO_x还原为N₂；(3)达到完全燃烧所需的剩余空气通过布置在主炉膛上部一定位置处的燃尽风(OFA)喷口送入炉膛，在过量空气系数α＞1的条件下达到完全燃烧。