阅读说明：本技术 一种锅炉结构及锅炉炉内脱硫脱硝方法 (Boiler structure and in-boiler desulfurization and denitrification method ) 是由 郭强 于 2019-10-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及锅炉设备技术领域,公开了一种锅炉结构及锅炉炉内脱硫脱硝方法,包括竖直安装的炉膛以及尾部烟道,在所述炉膛的顶部侧壁上间隔设置第一喷嘴和第二喷嘴,所述第一喷嘴用于向所述炉膛内部喷入钙粉,所述第二喷嘴用于向所述炉膛内部喷入氨水或尿素。本发明提供的一种锅炉结构及锅炉炉内脱硫脱硝方法,通过向炉膛适当区域喷入钙粉,钙粉可与烟气中的酸性物质发生反应,通过酸碱中和与氧化还原,可实现炉内脱硫；通过向炉膛适当区域喷入氨水或尿素,可实现炉内SNCR脱硝；该层燃锅炉结构可无需在炉膛外部设置脱硫脱硝装置,可降低环保投入,减小锅炉占地,提高经济性。(The invention relates to the technical field of boiler equipment, and discloses a boiler structure and a desulfurization and denitrification method in a boiler, which comprise a vertically-installed hearth and a tail flue, wherein a first nozzle and a second nozzle are arranged on the side wall of the top of the hearth at intervals, the first nozzle is used for spraying calcium powder into the hearth, and the second nozzle is used for spraying ammonia water or urea into the hearth. According to the boiler structure and the in-boiler desulfurization and denitrification method, calcium powder is sprayed into a proper area of a hearth, the calcium powder can react with acidic substances in flue gas, and the in-boiler desulfurization can be realized through acid-base neutralization and oxidation reduction; the SNCR denitration in the furnace can be realized by spraying ammonia water or urea into a proper area of the hearth; this layer fires boiler structure can need not to set up SOx/NOx control device in the furnace outside, can reduce the environmental protection and drop into, reduces the boiler and takes up an area of, improves economic nature.)

一种锅炉结构及锅炉炉内脱硫脱硝方法

技术领域

本发明涉及锅炉设备技术领域，特别是涉及一种锅炉结构及锅炉炉内脱硫脱硝方法。

背景技术

我国是一个以煤为主要能源的发展中国家，煤炭资源占我国能源生产和消费总量的75%左右。煤在燃烧过程中，会产生大量的污染物，其中氮氧化物（NO_X）对环境危害极大，氮氧化物除了形成酸雨破坏生态环境，还能形成光化学烟雾危害人类健康。煤炭高温燃烧是NO_X的主要来源之一，而我国锅炉主要以燃煤为主，因此降低燃煤锅炉NO_X的排放具有重要的意义。

目前，国内外已研制出多种技术和装置应用于锅炉的脱硫、脱硝。其中，脱硝技术包括低氮燃烧技术，烟气脱硝( SNCR )技术等。因为反应温度控制不到位，反应时间短的问题，烟气中的氮气与碳颗粒的反应量很少，氮氧化物的自分离也来不及进行，致使在锅炉尾部排出的烟气中氮氧化物的含量较高。对于锅炉脱硫的各种方法也均存在不足之处。

目前所用燃煤工业锅炉，大多设有脱硫脱硝装置，其环保投入较大，占地较大且经济性较差。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种锅炉结构及锅炉炉内脱硫脱硝方法，用于解决或部分解决目前所用燃煤工业锅炉，大多设有脱硫脱硝装置，其环保投入较大，占地较大且经济性较差的问题。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明第一方面，提供一种锅炉结构，包括竖直安装的炉膛以及尾部烟道，在所述炉膛的顶部侧壁上间隔设置第一喷嘴和第二喷嘴，所述第一喷嘴用于向所述炉膛内部喷入钙粉，所述第二喷嘴用于向所述炉膛内部喷入氨水或尿素；其中，所述钙粉包括碳酸钙粉末或氧化钙粉末。

在上述方案的基础上，所述炉膛包括主炉膛和副炉膛，所述副炉膛并排设置在所述主炉膛的后部，所述副炉膛的后部并排设有对流通道，所述主炉膛的顶端与所述副炉膛的顶端相连通，所述副炉膛的底端与所述对流通道的底端相连通，所述对流通道的顶端与尾部烟道相连通。

在上述方案的基础上，所述第一喷嘴设在所述主炉膛的侧壁顶部，所述第一喷嘴朝向所述副炉膛的顶部入口设置；所述第二喷嘴设在所述副炉膛的侧壁顶部、位于与所述副炉膛的顶部入口位置对应处。

在上述方案的基础上，在所述对流通道内部、烟温为300-350℃的区域处设有脱硝装置。

在上述方案的基础上，所述主炉膛的底部设有炉排，所述主炉膛的底部覆盖所述炉排，所述主炉膛中部和顶部的截面面积小于底部的截面面积，所述副炉膛呈弯折状，且所述副炉膛的底端与所述对流通道的底端之间设有转接部。

在上述方案的基础上，所述对流通道的内部设有对流受热面，所述尾部烟道上沿烟气流动方向依次设有省煤器和空气预热器。

本发明第二方面，提供一种基于上述锅炉结构的锅炉炉内脱硫脱硝方法，包括：向主炉膛的内部顶端喷入钙粉；向副炉膛的内部顶端喷入氨水或尿素。

在上述方案的基础上，向主炉膛的内部顶端喷入钙粉具体为：向主炉膛的顶部出口、副炉膛的顶部入口且烟温为850-950℃的区域喷入钙粉；向副炉膛的内部顶端喷入氨水或尿素具体为：向副炉膛入口处且烟温为850-950℃的区域喷入氨水或尿素。

在上述方案的基础上，钙粉采用压缩空气喷射进入主炉膛；氨水或尿素采用泵输送及压缩空气雾化形式喷入副炉膛。

在上述方案的基础上，向主炉膛的内部顶端喷入钙粉与向副炉膛的内部顶端喷入氨水或尿素的间隔时间大于等于预设时间；钙粉的喷射区域与氨水或尿素的喷射区域之间的距离大于等于预设距离。

（三）有益效果

本发明提供的一种锅炉结构及锅炉炉内脱硫脱硝方法，通过向炉膛适当区域喷入钙粉，钙粉可与烟气中的酸性物质发生反应，通过酸碱中和与氧化还原，可实现炉内脱硫；通过向炉膛适当区域喷入氨水或尿素，可实现炉内SNCR脱硝；该层燃锅炉结构可无需在炉膛外部设置脱硫脱硝装置，可降低环保投入，减小锅炉占地，提高经济性。

附图说明

图1为本发明实施例的一种锅炉结构的第一示意图；

图2为本发明实施例的一种锅炉结构的第二示意图。

附图标记说明：

1—锅筒；	2—主炉膛；	3—炉排；
			4—副炉膛；	5—对流受热面；	6—尾部烟道；
7—省煤器；	8—空气预热器；	9—第一喷嘴；
			10—第二喷嘴；	11—脱硝装置；	12—对流通道；
13—转接部。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供一种锅炉结构，参考图1，包括竖直安装的炉膛以及尾部烟道6，在所述炉膛的顶部侧壁上间隔设置第一喷嘴9和第二喷嘴10，所述第一喷嘴9用于向所述炉膛内部喷入氧化钙粉末或碳酸钙粉末，所述第二喷嘴10用于向所述炉膛内部喷入氨水或尿素。

通过向炉膛适当区域喷入氧化钙粉末或碳酸钙粉末，钙粉可与烟气中的酸性物质发生反应，通过酸碱中和与氧化还原，可实现炉内脱硫。通过向炉膛适当区域喷入氨水或尿素，可实现炉内SNCR脱硝。该层燃锅炉结构可无需在炉膛外部设置脱硫脱硝装置11，可降低环保投入，减小锅炉占地，提高经济性。

进一步地，该锅炉结构既适用于图1所示的层燃锅炉，同样适用于图2所示的链条锅炉。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述炉膛包括主炉膛2和副炉膛4，所述副炉膛4并排设置在所述主炉膛2的后部，所述副炉膛4的后部并排设有对流通道12，所述主炉膛2的顶端与所述副炉膛4的顶端相连通，所述副炉膛4的底端与所述对流通道12的底端相连通，所述对流通道12的顶端与尾部烟道6相连通。

主炉膛2的后部即沿烟气流动方向的后侧，即烟气后流到的部位。副炉膛4和对流通道12同样竖直布置，与主炉膛2依次并排相接。该层燃锅炉在主炉膛2的后侧增设副炉膛4和对流通道12。主炉膛2内部燃料燃烧产生的烟气通过顶部出口流入副炉膛4，然后从副炉膛4顶部流至底部进入对流通道12中，然后流入尾部烟道6中。

该层燃锅炉结构在主炉膛2的后方依次并排设置副炉膛4和对流通道12，并使主炉膛2顶部与副炉膛4连通，副炉膛4底部与对流通道12连通，从而主炉膛2、副炉膛4和对流通道12形成S型三回程烟气通道，能够有效的提高烟气的流动距离，增加燃料即煤粉在炉内的燃烧时间，提高燃烧效率；减少烟气中未充分燃烧的产物，有利于减少硫氧化物的排放，减少环保投入，提高经济性。

进一步地，主炉膛2和副炉膛4的四周侧壁上附着有膜式水冷壁；对流通道12的侧壁上同样设有膜式水冷壁，对流通道12内设有对流受热面5，以提高热量的使用效率。膜式水冷壁与下降管相连通，下降管与锅筒1相连。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述第一喷嘴9设在所述主炉膛2的侧壁顶部，所述第一喷嘴9朝向所述副炉膛4的顶部入口设置；所述第二喷嘴10设在所述副炉膛4的侧壁顶部、位于与所述副炉膛4的顶部入口位置对应处。

本实施例提出可在主炉膛2出口处、副炉膛4入口处喷射氧化钙粉末。对于层燃锅炉，在主炉膛2出口处、副炉膛4入口处的烟温一般为850-950℃，较适宜进行酸碱中和与氧化还原反应，具体反应式为：

CaO+SO₂+1/2O₂→CaSO₄；

CaO＋SO₃→CaSO₄；

进一步地，氧化钙粉末可研磨至200目喷入炉膛内，有利于提高反应效率。氧化钙粉末可放置在存储箱内部，存储箱与喷嘴相连，每次将一定量的氧化钙粉末输送至喷嘴处，经气流喷射进入炉膛。

第二喷嘴10可朝向副炉膛4的中心部位设置，且位于与副炉膛4顶部入口同一高度处，使得进入副炉膛4的烟气与氨水或尿素充分混合反应。

将第一喷嘴9设在主炉膛2内，第二喷嘴10设在副炉膛4内，使得氧化钙粉末和氨水或尿素在不同区域与烟气反应，可避免二者相互影响而降低脱硫脱硝效率；且烟气先经过氧化钙粉末再经过氨水或尿素，可避免氧化钙粉末吸湿失活以及产生腐蚀。

在上述实施例的基础上，进一步地，在所述对流通道12内部、烟温为300-350℃的区域处设有脱硝装置11。在对流通道12内部、烟温为300-350℃的区域，预留脱硝装置11安装空间，实现炉内脱硝。脱硝装置11可为脱硝催化剂（SCR模块）。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述主炉膛2的底部设有炉排3，所述主炉膛2的底部覆盖所述炉排3，所述主炉膛2中部和顶部的截面面积小于底部的截面面积，所述副炉膛4呈弯折状，且所述副炉膛4的底端与所述对流通道12的底端之间设有转接部13。

即炉排3全部位于主炉膛2内，炉排3相比原有单炉膛的设置结构不变，将主炉膛2中部和顶部截面变小以便于减小主炉膛2占用宽度，便于并排设置副炉膛4和对流通道12。

副炉膛4和对流通道12与主炉膛2的顶部和中部并排设置，副炉膛4的底部可弯折使出口朝向炉排3的上方一侧；对流通道12同样可在顶部和中部与副炉膛4并排，底部可弯折使出口朝向一侧；对流通道12底部的出口可位于副炉膛4底部出口的上方。为便于副炉膛4的底部和对流通道12的底部连通，可设置转接部13分别与二者连通，烟气在转接部13处进行转向，流入对流通道12中。

该种设置结构可减少对现有锅炉炉排3的结构变化，可在现有炉排3设置的基础上，增设副炉膛4和对流通道12，可在原有燃料燃烧量的基础上，提高燃烧效率，减少污染物排放。

进一步地，主炉膛2的底部和中部可呈弯折状。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述对流通道12的内部设有对流受热面5，所述尾部烟道6上沿烟气流动方向依次设有省煤器7和空气预热器8。提高热量使用效率。

在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供一种基于上述任一实施例所述层燃锅炉结构的锅炉脱硫脱硝方法，包括：向主炉膛2的内部顶端喷入氧化钙粉末；向副炉膛4的内部顶端喷入氨水或尿素。

通过向炉膛内喷入氧化钙粉末，可通过酸碱中和与氧化还原反应，实现炉内脱硫，操作简便且环保投入较小，具有较优的经济性。通过向炉膛内喷入氨水或尿素，可实现炉内脱硝。

因为氧化钙粉末具有吸湿性，与水反应生成碱，有腐蚀性，并伴有大量热生成，因此，先喷射氧化钙粉末进行脱硫，然后再喷射氨水或尿素进行脱硝，保证脱硫脱硝的顺利进行。

在上述实施例的基础上，进一步地，向主炉膛2的内部顶端喷入氧化钙粉末具体为：向主炉膛2的顶部出口、副炉膛4的顶部入口且烟温为850-950℃的区域喷入氧化钙粉末；该区域温度合适，较有利于氧化钙粉末的混合反应，且该温度处烟气中硫氧化物较多，有利于提高脱硫效果。进一步地，氧化钙粉末可研磨至200目喷射进入炉膛，可提高混合反应效率。

向副炉膛4的内部顶端喷入氨水或尿素具体为：向副炉膛4入口处且烟温为850-950℃的区域喷入氨水或尿素。该区域温度合适，较有利于进行脱硝反应。

在上述实施例的基础上，进一步地，氧化钙粉末采用压缩空气喷射进入主炉膛2；氨水或尿素采用泵输送及压缩空气雾化形式喷入副炉膛4。喷射氧化钙粉末的压缩空气的流量根据氧化钙粉末的重量以及用于喷射压缩空气的气力输送装置的型式确定；氧化钙粉末的重量根据锅炉脱硫需要确定。同样的，喷射氨水或尿素的压缩空气的流量根据氨水或尿素的重量以及气力输送装置的型式确定；氨水或尿素的重量根据锅炉脱硝需要确定。

在上述实施例的基础上，进一步地，向主炉膛2的内部顶端喷入氧化钙粉末与向副炉膛4的内部顶端喷入氨水或尿素的间隔时间大于等于预设时间；氧化钙粉末的喷射区域与氨水或尿素的喷射区域之间的距离大于等于预设距离。以避免氧化钙粉末接触氨水，与水反应生成碱，对喷嘴造成腐蚀且影响脱硫脱硝的正常进行。

进一步地，一种锅炉脱硫脱硝方法具体为：在主炉膛2出口、副炉膛4入口处，烟温850-950℃区域，喷入研磨至200目的CaO粉末，实现炉内脱硫。CaO粉末采用压缩空气喷射入炉膛，便于在炉膛内充分混合反应。在副炉膛4入口处，烟温850-950℃区域，喷入氨水（或尿素），实现炉内SNCR脱硝。

在对流受热面5，烟温300-350℃区域，预留SCR模块（脱硝催化剂）安装空间，实现炉内SCR脱硝。氨水（或尿素）采用泵输送机及压缩空气雾化形式，使其迅速在炉膛内气化混合反应，以确保反应充分。

需注意CaO粉末具有吸湿性，与水反应生成碱，有腐蚀性，并伴有大量热生成，反应式为：CaO＋H₂O→Ca(OH)₂。所以CaO粉末的喷射需在氨水（或尿素）喷射前，并且相距一定的安全距离，防止喷嘴被碱腐蚀。

上述各实施例提供的一种层燃锅炉结构及锅炉脱硫脱硝方法，在炉膛适当区域喷入氧化钙粉末及氨水（或尿素），在对流受热面5适当区域预留脱硝催化剂安装空间，实现炉内脱硫与脱硝。解决了燃煤工业锅炉在燃烧过程中控制SO₂、NO_x的生成的问题，降低锅炉尾部污染物处理强度；简化了锅炉系统的结构。满足环保排放要求的同时，降低了环保设备投入及环保设备运行费用，给其他设备留有放置的空间；有较好的经济效益与社会效益。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。