[发明专利]空气分级耦合烟气再循环的生物质低氮燃烧器及实现方法

说明书

本发明涉及一种空气分级耦合烟气再循环的生物质低氮燃烧器及实现方法，将生物质燃料送入炉膛中，一次空气由一次风给风机3供应，在点火期间，电动调节风门Ⅰ调节一次空气给风量，确保生物质燃料具有良好的燃烧条件；二次空气由二次风给风机提供，使用电动调节风门Ⅱ调节二次空气的给风量；将经过布袋除尘器除尘与降温后的烟气，通过引风机将部分烟气通过烟气循环管引回与一次给风管的一次空气混合后鼓入生物质锅炉中达到降低NO_x排放的目的，烟气的循环量通过蝶阀控制调节；充足的一次空气供应，补以较低的二次空气，二次空气低于一次风量的10%，再循环烟气风量控制在10%‑20%范围内可达到最低NO_x排放量，即最佳低氮燃烧效果。

技术领域

本发明涉及一种空气分级耦合烟气再循环的生物质低氮燃烧器及实现方法，用于降低生物质锅炉的氮氧化物（NO_x）排放量，以期高效率、低成本的实现生物质锅炉NO_x达标排放。

背景技术

能源和环境问题已成为全球关注的焦点，虽然煤、石油和天然气这些常规能源至今仍是燃料的主要来源，但是，全球目前已探明储量的可供开采的石油、天然气和煤炭资源分别将在25、27和97年后用尽耗竭。生物质能作为唯一可储存和运输的可再生绿色能源，其高效转换和洁净利用潜力日益受到世界各国的重视。国家明确提出建立生物质成型燃料生产、储运和使用体系，在城市推广生物质成型燃料集中供热，在农村作为清洁炊事和采暖燃料推广应用。

大部分生物质燃料所含氮元素含量较高，生物质燃料燃烧时大约有70%-100%的氮会转化为一氧化氮（NO）。此外，一氧化碳（CO）排放是传统生物质锅炉的一大重要缺陷，通常通过提高炉膛温度以降低CO的排放量，但是，当火焰温度高于1000℃且为富氧状态时，燃烧过程将生成排放量远高于燃料氮转化的热力型氮氧化物（NOx）。高NOx排放成为影响生物质锅炉更广泛应用的限制因素之一。

2014年，环境保护部与国家质量监督检验检疫总局联合发布了最新的《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014）。标准规定，自2014年7月1日起，新建生物质锅炉的NOx排放限值为300 mg/m3。2018年，天津市环境保护局与天津市市场和质量监督管理委员会公布了《生物质成型燃料锅炉大气污染物排放标准》（DB12/765-2018），新标准于2018年2月1日正式实施，生物质锅炉NO_x排放应低于150 mg/m³。

目前常用的烟气脱硝技术包括一次技术和二次技术。

一次技术包括空气分级、燃料再燃和烟气再循环等技术。燃料再燃技术尽管有很好的降氮效果，但是该技术对燃烧条件要求较高，操作难度较高，此外，由于不同燃料的燃烧工况不一样，导致普适性较差。目前比较常用的为单独使用空气分级或烟气再循环技术，但降氮效果往往不甚明显，难以达到愈加严格的排放标准。

二次技术主要包括选择性催化还原（SCR）、选择性非催化还原（SNCR）等。SCR技术的关键步骤是通过脱硝催化剂将NO催化氧化为成氮气（N₂），虽然脱硝效率很高，但设备和催化剂相对昂贵，催化剂存在使用寿命限制，而且烟气中的二氧化硫（SO₂）、碱土金属和蒸汽很容易使得催化剂失活、烟气颗粒物覆盖催化剂的表面会影响催化效果。SNCR技术通常使用尿素或氨来将NO_x还原为N₂，虽然不使用催化剂而且投资与运营成本低于SCR技术，但整体脱硝效率较低，难以达到日益严格的标准。