本發明涉及生物質燃燒領域，具體而言涉及一種煙氣再循環和sncr相結合的生物質直燃裝置。

背景技術：

近年來，生物質直燃發電技術在我國得到了迅速的發展，隨著國家對火電廠環保要求的逐漸提高，運行電廠的脫硝壓力不斷加大，但是目前仍然沒有成熟的高效爐內脫硝技術。目前國內外比較成熟的生物質直燃發電技術包括循環流化床和層燃爐兩種。

目前國內應用較多的層燃爐是來自丹麥的bwe爐型，經大量工程實踐表明該爐型在燃燒生物質過程中氮氧化物(nox)排放較高，根據燃料的氮含量的差別，爐內原始nox生成量在300mg/nm³-400mg/nm³，單純經過選擇性非催化還原(sncr)很難滿足國標的要求，而生物質鍋爐由于煙氣含塵量較高且灰塵堿金屬元素過多，無法使用脫硝率較高但是投資和運行成本也較高的scr系統。

因此，研發低成本且高效率的爐內脫硝裝置將是生物質燃燒煙氣凈化技術的發展方向。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發明提供一種煙氣再循環和sncr相結合的生物質直燃裝置，所述裝置包括生物質鍋爐、爐內配風及脫硝系統、余熱鍋爐和煙氣凈化系統，所述爐內配風及脫硝系統包括一次風系統、二次風和燃盡風系統、煙氣再循環系統和sncr系統，所述一次風系統產生送入所述生物質鍋爐的一次風，所述二次風和燃盡風系統產生送入所述生物質鍋爐的二次風和燃盡風，所述煙氣再循環系統將再循環煙氣分別與所述二次風和所述燃盡風混合，所述sncr系統提供的還原劑借助所述燃盡風送入所述生物質鍋爐。

在一個示例中，所述sncr系統提供的還原劑為尿素，所述sncr系統包括尿素儲罐、計量螺旋給料機、尿素輸送風機和閥門。

在一個示例中，所述sncr系統的控制系統集成到所述生物質鍋爐的控制系統。

在一個示例中，所述二次風和燃盡風系統包括二次風風機和二次風輸送管道，所述二次風輸送管道分成二次風混合管和燃盡風混合管，所述二次風混合管連通所述生物質鍋爐的前墻二次風噴口和后墻二次風噴口，所述燃盡風混合管連通所述生物質鍋爐的前墻燃盡風噴口和后墻燃盡風噴口。

在一個示例中，所述生物質鍋爐的前墻燃盡風噴口和前墻二次風噴口的垂直距離為2m-3m，所述生物質鍋爐的后墻燃盡風噴口和后墻二次風噴口的垂直距離為2m-3m。

在一個示例中，所述生物質鍋爐的前墻燃盡風噴口和后墻燃盡風噴口的噴嘴根部與噴嘴母管的下邊緣對齊。

在一個示例中，所述再循環煙氣抽取自所述煙氣凈化系統的末端出口。

在一個示例中，所述煙氣凈化系統包括脫硫塔和除塵器。

在一個示例中，所述一次風系統通過單獨設置的一次風風機向位于所述生物質鍋爐的爐排下方的若干一次風風倉供給一次風，每個所述一次風風倉的風量單獨調節。

在一個示例中，所述生物質鍋爐運行時的過量空氣系數為1.2-1.3。

根據本發明，sncr系統采用尿素作為脫硝還原劑，可以實現更高的脫銷效率和更低的運行成本。

附圖說明

本發明的下列附圖在此作為本發明的一部分用于理解本發明。附圖中示出了本發明的實施例及其描述，用來解釋本發明的原理。

附圖中：

圖1為根據本發明示例性實施例的煙氣再循環和sncr相結合的生物質直燃裝置的示意圖。

具體實施方式

在下文的描述中，給出了大量具體的細節以便提供對本發明更為徹底的理解。然而，對于本領域技術人員而言顯而易見的是，本發明可以無需一個或多個這些細節而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發明發生混淆，對于本領域公知的一些技術特征未進行描述。

為了徹底了解本發明，將在下列的描述中提出詳細的方法步驟和/或結構。顯然，本發明的施行并不限定于本領域的技術人員所熟悉的特殊細節。本發明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發明還可以具有其他實施方式。

應當理解的是，本發明能夠以不同形式實施，而不應當解釋為局限于這里提出的實施例。相反地，提供這些實施例將使公開徹底和完全，并且將本發明的范圍完全地傳遞給本領域技術人員。在附圖中，為了清楚，層和區的尺寸以及相對尺寸可能被夸大。自始至終相同附圖標記表示相同的元件。

應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。單數形式的“一”、“一個”和“所述/該”也意圖包括復數形式，除非上下文清楚指出另外的方式。

現有生物質層燃鍋爐一般沒有附帶設計深度脫硝系統并且沒有預留sncr系統的安裝空間，例如來自丹麥bwe的水冷振動爐排生物質鍋爐，因此爐內nox生成量一般較高，給煙氣凈化帶來了較高的挑戰，在爐內使用后期設計的sncr系統之后往往還是難以滿足國標的排放要求。本發明在生物質鍋爐爐膛設計階段即綜合考慮爐內脫硝系統，在爐膛設計中耦合煙氣再循環實現爐內初步脫硝，然后經過獨特設計的sncr系統實現進一步的爐內脫硝。

現有生物質層燃鍋爐一般獨立設計sncr及噴射系統，依靠壓縮空氣將還原劑噴入爐膛，由于壓縮空氣量不大并且噴槍較難設計，所以還原劑在爐內的混合效果一直欠佳，導致sncr系統的脫硝效率難以提高并且噴射系統故障率較高。本發明提出一種將sncr系統與燃盡風耦合的思路，使用尿素作為脫硝還原劑，不僅解決了還原劑的噴射問題，減少系統復雜性并且提高運行可靠性，而且可以提高整體脫硝效率。

[示例性實施例]

參照圖1，其示出了根據本發明示例性實施例的煙氣再循環和sncr相結合的生物質直燃裝置的示意圖。

如圖1所示，本發明提出的煙氣再循環和sncr相結合的生物質直燃裝置包括生物質鍋爐、爐內配風及脫硝系統、余熱鍋爐、煙氣凈化系統等部分，其中，爐內配風及脫硝系統包括一次風系統、二次風和燃盡風系統、煙氣再循環系統、sncr系統等部分。

生物質鍋爐6為層燃爐，如進料方向4所示，生物質原料(例如秸稈、木片等)從生物質鍋爐6左側進料，在生物質鍋爐6的爐排上堆積形成料層1，生物質原料燃燒后產生的灰渣從生物質鍋爐6右側的落渣口5排出。生物質原料燃燒后產生的煙氣從生物質鍋爐6上部的排氣口排出后進入余熱鍋爐17，通過余熱鍋爐17回收煙氣的熱量并產生過熱蒸汽。從余熱鍋爐17排出的煙氣進入煙氣凈化系統，示例性地，煙氣凈化系統包括脫硫塔18和除塵器19，通過脫硫塔18脫除煙氣中的氯化氫、二氧化硫等酸性氣體，通過除塵器19脫除煙氣中的飛灰等顆粒物。從除塵器19排出的低溫煙氣一部分進入煙氣再循環系統，另一部分通過引風機20進入煙囪22后排入大氣。

一次風系統通過單獨設置的一次風風機向位于爐排下方的若干一次風風倉2供給一次風3，為爐排上的料層1提供燃燒空氣。優選地，每個一次風風倉2的風量都可以單獨調節。

二次風和燃盡風系統包括二次風風機7和二次風輸送管道。單獨設置的二次風風機7抽取常溫空氣作為二次風的風量來源，二次風在下游分成兩股：二次風和燃盡風，兩股風量的配比通過閥門可以自由調節，相應地，二次風輸送管道分成二次風混合管13和燃盡風混合管12，二次風混合管13連通生物質鍋爐6的前墻二次風噴口8和后墻二次風噴口9，燃盡風混合管12連通生物質鍋爐6的前墻燃盡風噴口10和后墻燃盡風噴口11。

煙氣再循環系統中的再循環煙氣抽取自煙氣凈化系統的末端出口，示例性地，例如圖1中的連接除塵器19的排氣口與引風機20的進氣口的煙氣管道，此時煙氣溫度較低(120℃-130℃)并且含塵量較少，利于輸送和使用，并且對整體煙風系統影響較小。再循環煙氣通過循環風機21送至爐膛附近分成兩股，分別在二次風混合管13中與二次風摻混和在燃盡風混合管12中與燃盡風摻混，而后分別從生物質鍋爐6的前墻二次風噴口8、后墻二次風噴口9、前墻燃盡風噴口10、后墻燃盡風噴口11送入爐膛。再循環煙氣可以降低爐內最高溫度和平均溫度，并使爐內溫度分布均勻，進而可以降低爐內nox的生成，并未后續sncr的使用創造條件。

sncr系統包括尿素儲罐14、計量螺旋給料機15、尿素輸送風機16、閥門等部分，其中，尿素儲罐14用于存儲尿素顆粒，由計量螺旋給料機15撥料、尿素輸送風機16輸送的尿素顆粒直接進入燃盡風混合管12，然后借由燃盡風輸送攜帶進入爐膛，實現爐內摻混和脫除nox。為達到較佳的燃燒和污染物脫除效果并滿足sncr系統使用的溫度窗口，燃盡風噴口和二次風噴口的垂直距離應保持在2m-3m之間，即生物質鍋爐6的前墻燃盡風噴口10與前墻二次風噴口8的垂直距離應保持在2m-3m之間，生物質鍋爐6的后墻燃盡風噴口11與后墻二次風噴口9的垂直距離應保持在2m-3m之間。生物質鍋爐6的前墻燃盡風噴口10與后墻燃盡風噴口11的噴嘴根部與噴嘴母管的下邊緣對齊，以防止尿素顆粒在母管內沉積。尿素輸送風機16的抽風口需要保持干燥狀態，以防止尿素顆粒的結塊。sncr系統的控制系統集成到鍋爐的控制系統(dcs)，由運行人員控制，當機組負荷不變時，尿素使用量一般不需要變化。sncr系統提供的還原劑(尿素顆粒)與煙氣再循環系統提供的再循環煙氣配合才能共同實現最佳的反應效率。

由于有再循環煙氣的參與，鍋爐正常運行時過量空氣系數可以大大降低，從傳統燃燒的1.4-1.6降至1.2-1.3。一次風過量空氣系數可以控制在0.75-0.85之間，根據燃料燃燒程度進行調整，從料層1析出的燃燒煙氣仍然含有大量的可燃氣體，流至二次風噴口處與二次風進行混合，此時加入的空氣和再循環煙氣使總過量空氣系數升至1-1.05，保證絕大部分可燃物燃盡，并通過再循環煙氣的使用與噴嘴設計使煙氣溫度分布均勻。煙氣繼續上行2m～3m，到達燃盡風噴口與燃盡風進行混合，高速燃盡風保證絕大部分可燃物燃盡，并且經由燃盡風攜帶的sncr還原劑(尿素粉末)同時與煙氣進行摻混發生脫硝反應，到達生物質鍋爐6上部的排氣口(煙道出口)時完成整體燃燒和爐內脫硝過程。

本發明提出的煙氣再循環和sncr相結合的生物質直燃裝置具有以下特點：

(1)采用獨特的煙氣再循環系統對爐內氮氧化物進行初步脫硝，并使爐內溫度分布均勻，脫硝率可以實現>35％；

(2)采用獨特的sncr系統并將其耦合進燃盡風系統，不需要單獨設置sncr噴槍，借助燃盡風可以實現更加均勻的爐內混合，減小了sncr系統的復雜性并且提高了反應效率，該sncr系統的脫硝率可以>40％；

(3)sncr系統的脫硝劑采用尿素顆粒，粒徑小于5mm，使用計量螺旋給料機給料和尿素輸送風機輸送，尿素在低溫的燃盡風管道內將始終保持顆粒形態，尿素由于不具有爆炸特性可以保持該系統較高的實用性；

(4)由于采用了再循環煙氣，生物質鍋爐運行時過量空氣系數可以從傳統的1.4-1.6降低到1.2-1.3左右，大大降低了送、引風機的風量，另外燃盡風區域的煙氣溫度可以控制在950℃以下，剛好滿足sncr系統的脫硝劑噴入的溫度窗口。

本發明提出的煙氣再循環和sncr相結合的生物質直燃裝置具有以下優點：

(1)采用煙氣再循環系統，降低爐內火焰溫度并使溫度分布均勻，因此可以初步實現爐內脫硝，并為sncr系統提供煙氣溫度窗口和良好的混合環境。煙氣再循環系統提供的再循環煙氣可以降低對燃燒空氣的需求量，生物質鍋爐運行時過量空氣系數過空可以從1.4-1.6降低到1.2-1.3，降低了送、引風機的運行費用；

(2)使用特殊設計的sncr系統，還原劑采用尿素顆粒，sncr系統使用計量螺旋給料機給料和尿素輸送風機輸送還原劑，然后借助燃盡風將還原劑送入爐膛，可以實現sncr系統的簡化，避免了sncr噴槍的使用，減少投資費用和檢修維護成本；

(3)使用特殊設計的sncr系統和煙氣再循環系統進行耦合，可以實現雙重的爐內脫硝功能，并且相互促進，所設計的爐內配風系統也可以提高反應效率，因此可以實現深度爐內脫硝，可以避免使用昂貴的scr系統。

本發明已經通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發明限制于所描述的實施例范圍內。此外本領域技術人員可以理解的是，本發明并不局限于上述實施例，根據本發明的教導還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發明所要求保護的范圍以內。本發明的保護范圍由附屬的權利要求書及其等效范圍所界定。