锅炉烟气处理设备及锅炉机组系统的制作方法

本申请属于锅炉烟气处理技术领域，具体涉及一种锅炉烟气处理设备及锅炉机组系统。

背景技术：

在电厂的煤粉锅炉中，为了抑制炉内nox的生成，通常采用在炉膛内沿高度方向进行空气分级，分级风主要由设置在主燃区上方一定高度的分离燃尽风构成，并由此形成燃尽区。

目前，为了确保燃尽区具备较优的燃尽作用，燃尽区会包括较多的燃尽风喷口，如此会造成主燃区和还原区在炉膛高度方向上的占比缩减，不仅会导致烟气中碳颗粒、co等未充分燃烧成分的增多，还会弱化对nox的处理效果；但是，如果减少燃尽风喷口的数量，则会造成燃尽区的补氧量不足而使得燃尽作用变差。

技术实现要素：

本申请实施例的目的是提供一种锅炉烟气处理设备及锅炉机组系统，能够解决目前的锅炉烟气处理设备在炉膛的高度方向上存在布设空间不足的问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

一方面，本申请实施例提供了一种锅炉烟气处理设备，其包括炉体、主燃烧器机构、还原机构和燃尽风机构，所述炉体具有炉膛，所述主燃烧器机构、还原机构和燃尽风机构在所述炉膛的高度方向由下向上依次布设；所述主燃烧器机构包括二次风喷口，所述二次风喷口与所述主燃烧器机构的燃烧区域相对设置；

所述燃尽风机构包括第一燃尽风喷口和第二燃尽风喷口，至少部分所述第一燃尽风喷口内设置有避让空间，所述第二燃尽风喷口设置于所述避让空间内。

另一方面，本申请实施例提供了一种锅炉机组系统，其包括前述的锅炉烟气处理设备。

在本申请实施例公开的锅炉烟气处理设备中，燃尽风机构包括第一燃尽风喷口和第二燃尽风喷口，至少部分第一燃尽风喷口内设置有避让空间，且第二燃尽风喷口设置于避让空间内，如此设置下，第一燃尽风喷口和第二燃尽风喷口的紧凑性较高，能够提升燃尽风机构的整体集成度，相较于现有技术中燃尽风喷口间隔设置的方式，无疑能够在单位面积内设置更多的燃尽风喷口，进而能够达到主燃区、还原区和燃尽区三个区域均衡布设的目的。

与此同时，在本申请实施例公开的锅炉烟气处理设备中，第二燃尽风喷口相当于嵌设于第一燃尽风喷口中，两种燃尽风喷口喷出的燃尽风能够汇聚为更强劲的合成风，其在喷入至燃尽区时能够覆盖扩散至更大的区域，可优化燃尽区的流场，且合成风的含氧量更足，进而能够使得烟气中的未充分燃烧成分实现充分燃烧，以提升烟气的清洁度。

附图说明

图1为本申请实施例公开的锅炉烟气处理设备的结构示意图；

图2为本申请实施例公开的炉膛的部分侧视结构示意图；

图3为关于图2中a处的局部放大图；

图4为本申请实施例公开的喷淋元件的一种结构示意图；

附图标记说明：

100-炉体、110-炉膛、

200-主燃烧器机构、210-二次风喷口、220-点火元件、

300-还原机构、310-喷淋元件、320-还原剂供应源、330-输送主路管线、340-泵送组件、350-循环旁路管线、360-分配组件、

400-燃尽风机构、410-第一燃尽风喷口、411-避让空间、420-第二燃尽风喷口、

500-第一供风机构、600-第二供风机构。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

以下结合附图，详细说明本申请实施例公开的技术方案。

请参考图1～图4，本申请实施例公开一种锅炉烟气处理设备，其能够对电厂锅炉产生的烟气进行处理。所公开的锅炉烟气处理设备包括炉体100、主燃烧器机构200、还原机构300和燃尽风机构400。

其中，炉体100是锅炉烟气处理设备的主体结构，其不仅能够为其他结构提供安装支撑基础，也能够起到一定的防护作用，同时也为烟气处理过程提供了处理空间。在本实施例中，炉体100具有炉膛110，炉膛110即是锅炉烟气的处理空间。

主燃烧器机构200、还原机构300和燃尽风机构400均是锅炉烟气处理设备的功能结构，主燃烧器机构200能够实现对风粉混合物的燃烧，风粉混合物在燃烧过程中就会产生烟气。在主燃烧器机构200的作用范围内，其在炉膛110内形成主燃区。

还原机构300能够对烟气中的nox进行还原处理。具体而言，电厂锅炉产生的烟气中nox主要包括具有污染性的no和no2，no和no2在被还原处理之后生成无污染性的n2，以提升烟气的清洁度。在还原机构300的作用范围内，其在炉膛110内形成还原区。

为了避免二次产生nox，还原机构300的作用区域可以设置在1200～1400℃的温度窗口区间内，该温度窗口中氧气的平均摩尔浓度小于1％，因此能进一步地确保还原剂介质在贫氧状态下难以被直接氧化为nox，而是被氧化为无污染的n2，同时还能够确保对nox的还原作用。

燃尽风机构400能够提供燃尽风，燃尽风能够为烟气中的未充分燃烧成分(例如碳颗粒、co等)提供氧气，并促使它们进行充分燃烧，进而降低烟气中未充分燃烧成分的占比以提升烟气的清洁度。在燃尽风机构400的作用范围内，其在炉膛110内形成燃尽区。

在本实施例中，主燃烧器机构200、还原机构300和燃尽风机构400在炉膛110的高度方向由下向上依次布设，基于上述的设置，以实现空气分级技术在该锅炉烟气处理设备中的应用。如此设置下，当在主燃区燃烧风粉混合物之后会产生烟气，烟气会逐渐依次上升通过还原区和燃尽区。

具体地，主燃烧器机构200包括二次风喷口210，二次风喷口210与主燃烧器机构200的燃烧区域相对设置。应理解的是，主燃烧器机构200包括一次风喷口，煤粉在燃烧之前与一次风形成为风粉混合物，风粉混合物经由送煤粉风道而从一次风喷口输送至炉膛110内，并在主燃烧器机构200的燃烧区域进行燃烧。一次风起到输送煤粉的作用，而由二次风喷口210喷出的主燃区二次风起到提供预设分量的助燃氧气。

需要说明的是，基于空气分级技术，在主燃区的燃烧过程中，由于二次风喷口210喷出的二次风给予氧量少于需求氧量，氮元素无法获得足够的氧元素，进而能够有效抑制nox的生成；当然，因为给予氧量不足，也就在烟气中留存了未充分燃烧成分。当然，为了确保风粉混合物能够在主燃区进行燃烧，主燃烧器机构200还包括点火元件220，点火元件220通常可选为点火枪。

在本实施例中，燃尽风机构400包括第一燃尽风喷口410和第二燃尽风喷口420，第一燃尽风喷口410内设置有避让空间411，第二燃尽风喷口420设置于避让空间411内。应理解的是，如此设置下，第二燃尽风喷口420就集成设置在第一燃尽风喷口410内，相较于现有技术中两个燃尽风喷口间隔设置，无疑具备更优的紧凑性，并使得燃尽风机构400的整体集成度得到提升。

需要说明的是，燃尽风喷口通常为燃尽风风道的一部分，如此，上述的实施方式也可以理解为，第一燃尽风喷口410作为第一燃尽风风道的一部分，第一燃尽风风道中设置有避让空间411，而第二燃尽风喷口420作为第二燃尽风风道的一部分，第二燃尽风风道设置在避让空间411中，进而使得第二燃尽风喷口420嵌设在第一燃尽风喷口410中，以使得两股燃尽风能够汇聚结合为合成风。

通常情况下，如图3所示，第二燃尽风喷口420对应第一燃尽风喷口410的中心设置，如此更便于两股燃尽风实现汇聚。当然，第二燃尽风喷口420也可以倾向于第一燃尽风喷口410的其中一侧设置，本实施例对其不做限制。

同时，本实施例未限制第二燃尽风喷口420的具体形状，如图3所示，第二燃尽风喷口420可以设置为矩形喷口，当然也可以设置为圆形喷口、三角形喷口等。

由上述说明可知，在本申请实施例公开的锅炉烟气处理设备中，燃尽风机构400包括第一燃尽风喷口410和第二燃尽风喷口420，至少部分第一燃尽风喷口410内设置有避让空间411，且第二燃尽风喷口420设置于避让空间411内，如此设置下，第一燃尽风喷口410和第二燃尽风喷口420的紧凑性较高，能够提升燃尽风机构400的整体集成度，相较于现有技术中燃尽风喷口间隔设置的方式，无疑能够在单位面积内设置更多的燃尽风喷口，进而能够达到主燃区、还原区和燃尽区三个区域均衡布设的目的。

与此同时，在本申请实施例公开的锅炉烟气处理设备中，第二燃尽风喷口420相当于嵌设于第一燃尽风喷口410中，两种燃尽风喷口喷出的燃尽风能够汇聚为更强劲的合成风，其在喷入至燃尽区时能够覆盖扩散至更大的区域，可优化燃尽区的流场，且合成风的含氧量更足，进而能够使得烟气中的未充分燃烧成分实现充分燃烧，以提升烟气的清洁度。

在本实施例中，燃尽风机构400的具体结构有多种，其可以根据主燃区、还原区和燃尽区三个区域的具体布设情况来确定。通常情况下，燃尽风机构400可以包括多个第一燃尽风喷口410，如此能够提供充足的燃尽风。

多个第一燃尽风喷口410至少部分设置有避让空间411，避让空间411内设置有第二燃尽风喷口420。应理解的是，在本实施例中，可以部分第一燃尽风喷口410内嵌设有第二燃尽风喷口420，也可以全部的第一燃尽风喷口410内都嵌设有第二燃尽风喷口420，在前者的实施方式中，燃尽风机构400的集成度基于第二燃尽风喷口420的数量而改变，在后者的实施方式中，燃尽风机构400的集成度则达到了最大化。

进一步地，多个第一燃尽风喷口410可以在炉膛110内沿周向分为多组布设，每组第一燃尽风喷口410在炉膛110的高度方向上排布。应理解的是，如此设置下，每组第一燃尽风喷口410中不同的燃尽风喷口喷出的燃尽风就能够形成一个燃尽风区域，相较于单个的燃尽风喷口的设置方式，无疑能够达到更优的燃尽作用和流场优化效果；其次，由于多个第一燃尽风喷口410在炉膛110内沿周向分为多组布设，也即在炉膛110的周向上形成有多个燃尽风区域，如此能够尽量使得全部的上升烟气都被燃尽风所覆盖，而使得其中的未充分燃烧成分被燃尽；再者，由于每组第一燃尽风喷口410在炉膛110的高度方向上排布，燃尽风机构400就在炉膛110的高度方向上达到一定范围内的燃尽风覆盖，在烟气的上升过程中，烟气能够有更长的时间与燃尽风接触，进而提升燃尽风机构400的燃尽效率。

同时，每组第一燃尽风喷口410至少部分设置有避让空间411，避让空间411设置有第二燃尽风喷口420，也就是说，在每组第一燃尽风喷口410中，可以其中部分嵌设有第二燃尽风喷口420，也可以全部都嵌设有第二燃尽风喷口420。结合前述，如此设置下，无疑能够进一步地优化燃尽风机构400的燃尽效率和流场优化效果，还能够提升锅炉烟气处理设备的结构空间利用率。

通常情况下，燃尽风机构400分散布置在炉体100的四个角部。如图2所示，在一种具体的实施方式中，炉体100的角部分别设置有一组第一燃尽风喷口410，一组第一燃尽风喷口410包括四个沿炉膛110的高度方向上排布的第一燃尽风喷口410，其中一个燃尽风喷口410内嵌设有第二燃尽风喷口420。

当然，本实施例未限制燃尽风机构400的具体设置位置，燃尽风机构400也可以设置于炉体100的内炉墙上。

由于烟气在上升过程中会形成气旋，燃尽风可能会难以穿过气旋而进入到气旋中心区域，进而会导致气旋中心内部的烟气难以与燃尽风接触，导致该部分烟气仍然存在较多的未充分燃烧成分，而最终燃气仍会存在较高的污染性。基于此，在可选的方案中，第二燃尽风喷口420的燃尽风风速可以大于第一燃尽风喷口410。

具体而言，第二燃尽风喷口420的燃尽风与第一燃尽风喷口410的燃尽风之间存在速度差，相对情况下，合成风包括位于中部的高速风和位于周侧的低速风，高速风可形成刚性较强的高速射流，其能够使得合成风对周围的烟气形成卷吸效应，对使得周围更多的氧气被卷入到合成风中，进而消除掉烟气中碳颗粒、co等未充分燃烧成分，如此无疑能扩大燃尽风机构400的燃尽区域；同时，基于合成风中高速风的存在，合成风形成的气流更为强劲，其能够穿过气旋而进入到气旋中心区域(通常位于炉膛110中心区域)，并与气旋中心区域的未充分燃烧成分接触而实现充分燃烧，进而降低烟气中碳颗粒、co等成分的占比，以提升烟气的清洁度，如此无疑就进一步地扩大了燃尽风机构400的燃尽区域。

本实施例未限制第二燃尽风喷口420中燃尽风的具体风速，第二燃尽风喷口420的风速通常可选为80m/s-100m/s，举例来说具体可选为85m/s或者90m/s；当然，第二燃尽风喷口420中燃尽风的风速可根据第一燃尽风喷口410中燃尽风的实际风速来确定，以确保二者之间能够形成速度差。需要说明的是，第一燃尽风喷口410和第二燃尽风喷口420的风速均跟设备的炉膛110的容量有关，因此可根据实际工况来确定；在一些实施方式中，第二燃尽风喷口420的燃尽风风速可大于100m/s。

进一步地，为了便于合成风穿过气旋而进入到气旋中心区域，第二燃尽风喷口420可以与炉膛110的中心区域相对设置。应理解的是，由于烟气沿炉膛110的高度方向上升，因此，烟气气旋的中心区域大体与炉膛110的中心区域相重合；如此设置下，合成风的气流移动路径即朝向气旋的中心区域，无疑能够避免合成风偏离于气旋移动，而使得合成风能够顺利地穿过气旋而进入到气旋中心区域，并与气旋中心区域的未充分燃烧成分接触而实现充分燃烧，进而降低烟气中碳颗粒、co等成分的占比，以提升烟气的清洁度。

通常情况下，第一燃尽风喷口410和第二燃尽风喷口420为固定式构型，当然，它们也可以为摆动式构型，即，第一燃尽风喷口410和第二燃尽风喷口420可以在其周向或者径向上摆动，例如第一燃尽风喷口410和第二燃尽风喷口420可实现上下、左右的摆动动作。

在本实施例中，还原机构300的类型有多种，举例来说还原机构300可以包括滤网，滤网上可设置有还原剂介质，当烟气上升时与滤网接触时，烟气就会与还原剂介质接触进而实现nox的还原。如图4所示，在另一种具体的实施方式中，还原机构300可以包括多个喷淋元件310，多个喷淋元件310设置于炉体100的内炉墙，且沿周向布设。

应理解的是，喷淋元件310能够喷出呈雾状或流体状的还原剂介质，烟气在上升过程中或与还原剂介质相接触，还原剂介质能够对nox还原而进行脱氮处理，并生成无污染性的x2。同时，由于多个喷淋元件310沿周向布设在炉体100的内炉墙上，如此无疑能够使得还原剂介质在被喷出后能够均匀散布在炉膛110中，进而使得还原剂介质能够覆盖更大范围的烟气。

为了进一步地提升喷淋元件310的覆盖范围，如图2所示，在可选的方案中，多个喷淋元件310可以在炉膛110的高度方向上呈多层布设，相邻的两个分属不同层的喷淋元件310错位分布。

具体而言，多层布设的喷淋元件310无疑使得炉膛110内设置有更多数量的喷淋元件310，如此能够增加喷淋元件310喷出的还原剂介质的分量，进而能够确保烟气在于还原剂介质接触时能够被充分脱氮处理；相邻的两个分属不同层的喷淋元件310错位分布，即是指在相邻层的两个喷淋元件310未在同一高度方向上，同一层中相邻的两个喷淋元件310之间的区域在另一层也对应设置有喷淋元件310，如此设置下，无疑使得炉膛110中的喷淋元件310布设得更为密集，进而能够避免在相邻的喷淋元件310之间形成遗漏区域。

在本实施例中，还原剂介质的类型有多种，通常情况下还原剂介质可选为尿素溶液、含氨溶液等。本实施例也未限制喷淋元件310的喷淋角度范围，举例来说，喷淋元件310的喷淋角度范围可选为30°、60°或90°等。

通常情况下，还原机构300还包括还原剂供应源320、输送主路管线330和泵送组件340，还原剂供应源320通过输送主路管线330与多个喷淋元件310相连，泵送组件340设置于输送主路管线330上。具体而言，基于泵送组件340，还原剂供应源320中的还原剂介质即可顺利被输送至喷淋元件310中，再由喷淋元件310在炉膛110喷出。泵送组件340通常可选为水泵即可。

在本实施例中，未限制还原剂供应源320的具体类型，其通常可为还原剂制备装置，当然，其也可直接选用电厂中尿素水解车间内的尿素溶液池。

还原机构300还可以包括循环旁路管线350，循环旁路管线350的一端与输送主路管线330相连，循环旁路管线350的另一端与还原剂供应源320相连。需要说明的是，在输送主路管线330内的还原剂介质可通过循环旁路管线350再回到还原剂供应源320内，如此便能够灵活调节不同工况下输送主路管线330内的流量，以与炉膛110内的烟气量相匹配；同时，循环旁路管线350还能够起到疏通输送主路管线330，防止憋压的作用。

通常情况下，锅炉烟气处理设备包括第一供风机构500，第一供风机构500可与二次风喷口210相连，而将风粉混合物送入到炉膛110中。在本实施例中，第一供风机构500可以通过第一支路管线与二次风喷口210相连，第一供风机构500还通过第二支路管线与第一燃尽风喷口410相连；燃尽风机构400的风率为30％-40％。

应理解的是，在现有技术中，燃尽风机构400仅包括第一燃尽风喷口410，因此燃尽风机构400占锅炉所需总风量的风率通常为20％-30％，但在本实施方式中，第二燃尽风喷口420可提高燃尽风机构400的风率占比，使得燃尽风机构400占锅炉所需总风量的风率被提升至30％-40％；在此种情况下，二次风喷口210占锅炉所需总风量的风率被降低，因此主燃区二次风供给给主燃区的氧量被降低，在主燃区中产生的烟气中nox的含量会随之降低，虽然烟气中未充分燃烧成分会增多，但是由于燃尽区燃尽风机构400喷出的燃尽风增多，进而能够增多的未充分燃烧成分在燃尽区被相应处理掉。综合而言，该实施方式既保证了未充分燃烧成分的燃尽率，又进一步地降低了nox的生成量，显著提升了烟气的清洁度。

结合前述，为了使得第二燃尽风喷口420能够喷出高速风，锅炉烟气处理设备还可以包括第二供风机构600，第二供风机构600可通过第二燃尽风风道与第二燃尽风喷口420相连，当然，第二供风机构600的输出端也可以直接连接于第二燃尽风喷口420。

锅炉烟气处理设备还可以包括消旋机构，基于消旋机构，其可以消除炉膛110的尾部烟气的残余旋转，还能使炉膛110内的辐射换热量适度减少并减少燃烧火焰刷墙，有利于提升尾部区域的对流换热量，可以有效提高负荷及改善快速变负荷工况下再热汽温低的情况，达到提升锅炉燃烧安全性和经济性的作用。

基于前述的锅炉烟气处理设备，本申请实施例还公开一种锅炉机组系统，其包括前述的锅炉烟气处理设备。通过该锅炉烟气处理设备，锅炉机组系统能够实现其内部烟气的充分燃烧和脱氮处理，并提升烟气的清洁度。在可选的方案中，锅炉机组系统还可以包括scr(即选择性催化还原烟气脱硝)子系统或者sncr(非选择性催化还原烟气脱硝)子系统，以对从锅炉烟气处理设备中通出的烟气进行进一步地处理。

当然，本实施例未限制锅炉机组系统的具体类型，具体地，其可选为330mw锅炉机组系统，当然其也选用为其他类型的锅炉机组系统，例如300mw锅炉机组系统、450mw锅炉机组系统等。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

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