一種煤粉富氧無焰燃燒方法及其系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種煤粉富氧無焰燃燒方法及其系統(tǒng)。該方法在富氧燃燒富集CO2的基礎上，通過無焰燃燒提高燃燒的穩(wěn)定性、燃盡率以及輻射傳熱。富氧燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣以高速射流的形式經(jīng)直流無焰燃燒器注入爐膛，通過高速射流卷吸作用可實現(xiàn)爐膛內(nèi)熱量和質(zhì)量的快速、均勻混合。該系統(tǒng)包括氧氣注入系統(tǒng)，一次風注氧點位于循環(huán)風機與流量調(diào)節(jié)閥之間；二次風注氧點位于增壓風機與爐膛出口之間；直流無焰燃燒器的一次風管位于中心，二次風管與一次風管平行，并環(huán)繞一次風管呈環(huán)形排布；二次風道安裝有高壓頭的增壓風機，二次風經(jīng)升壓加速后以高速射流的形式進入爐膛。本發(fā)明熱利用效率可提高10～25％，NOX生成可減少15～40％。
【專利說明】一種煤粉富氧無焰燃燒方法及其系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及燃煤鍋爐燃燒技術，具體是一種煤粉富氧無焰燃燒方法及其系統(tǒng)。本發(fā)明在實現(xiàn)CO2減排的同時，能夠顯著降低NOx生成，提高燃燒的穩(wěn)定性和熱利用效率。
【背景技術】
[0002]富氧燃燒是一種循環(huán)燃燒技術，通過循環(huán)煙氣與純氧混合進入爐膛燃燒，使CO2不斷富集(大于80%)以方便捕獲、埋存，達到CO2減排的目的。在富氧燃燒過程中，由于系統(tǒng)漏風以及含氮煙氣的循環(huán)，煙氣中氮元素不斷的累積，使煙氣中NOx排放濃度升高；同時，受CO2大比熱容的影響，相比于常規(guī)空氣燃燒，容易出現(xiàn)爐內(nèi)燃燒不穩(wěn)定，排煙溫度過高等現(xiàn)象。
[0003]無焰燃燒是一種均勻溫和的容積燃燒，目前主要應用于燃氣或燃油裝置。無焰燃燒發(fā)生時，爐內(nèi)無明顯火焰鋒面，溫度場均勻，降低了燃燒與傳熱過程的不可逆損失；無焰燃燒的峰值溫度比常規(guī)燃燒的低，但提高了爐內(nèi)平均溫度，增加了平均傳熱、特別是輻射傳熱效率；同時由于無焰燃燒溫度場均勻無局部高溫區(qū)，且火焰峰值溫度相對較低，熱力NOx的生成受到抑制。傳統(tǒng)上，無焰燃燒技術需要通過高溫預熱空氣來實現(xiàn)(通常高于IOOO0C )，相應設施及操作流程也較為復雜，使其難以應用于包括煤粉在內(nèi)的固體燃料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種煤粉富氧無焰燃燒方法及其系統(tǒng)，目的在于能夠?qū)崿F(xiàn)CO2的富集捕獲，同時降低NOx排放、改善燃燒穩(wěn)定性和提高燃燒效率，是一種兼顧節(jié)能與CO2減排、具有較高綜合效益的燃煤鍋爐系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明提供的一種煤粉富氧無焰燃燒方法，其特征在于:該方法將富氧燃燒產(chǎn)生的高溫、富含CO2的煙氣與純氧混合后代替空氣作為助燃氣，再通過直流無焰燃燒器將助燃氣以高速射流的形式注入爐膛，使煤粉燃燒穩(wěn)定后火焰峰面消失，呈現(xiàn)均勻的無焰燃燒；純氧由空氣分離裝置提供，循環(huán)煙氣與純氧在進入一次風道和二次風道前完成混合，再循環(huán)入爐膛。
[0006]作為上述技術方案的改進，一次風含氧量為10?25% ;二次風含氧量為20?40%，三次風為純氧；進入爐膛的氧氣體積流量占進入爐膛總氣體體積流量的25%?35%，氧氣過量系數(shù)為1.00?1.15。
[0007]作為上述技術方案的進一步改進，煤粉采用無焰燃燒；一次風為直流，出口風速為10?25m / S ;二次風為高速射流，出口風速為60?200m / s ;煤粉由一次風攜帶，一二次風的比例為(5%?15% ): (95%?85% )。
[0008]本發(fā)明提供的實現(xiàn)上述煤粉富氧無焰燃燒方法的系統(tǒng)，包括爐膛本體及煙氣管路，其特征在于安裝有氧氣注入系統(tǒng)和直流無焰燃燒器。
[0009]所述氧氣注入系統(tǒng)連接一次風道、二次風道和三次風道，通過注氧點分別將純氧注入一次風道、二次風道和三次風道中；[0010]所述直流無焰燃燒器安裝在所述爐膛本體內(nèi)，與所述一次風道，二次風道以及三次風道相連；其中二次風道上安裝有增壓風機，二次風經(jīng)加壓后，通過直流無焰燃燒器以高速射流的形式進入爐膛。
[0011]本發(fā)明在富氧燃燒富集CO2的基礎上，通過無焰燃燒提高燃燒的穩(wěn)定性和燃盡率，且爐膛溫度分布均勻、平均溫度高、峰值溫度低，輻射傳熱顯著增強，燃燒系統(tǒng)的熱利用效率可提高10?25%，N0X生成可減少15?40%。將富氧燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣，以高速射流的形式經(jīng)直流無焰燃燒器注入爐膛，通過高速射流卷吸作用可實現(xiàn)爐膛內(nèi)熱量和質(zhì)量的快速、均勻混合，使煤粉燃燒穩(wěn)定后火焰峰面消失，呈現(xiàn)均勻的無焰燃燒，絕熱火焰溫度較之傳統(tǒng)富氧燃燒降低150?300°C，使無焰燃燒技術能夠有效應用于煤粉燃燒，避免了傳統(tǒng)無焰燃燒的高溫預熱過程，減少了蓄熱器等換熱設施的投資以及能耗，簡化了系統(tǒng)運行流程。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為富氧無焰燃燒系統(tǒng)結構示意圖；
[0013]圖1中，I直流無焰燃燒器，2增壓風機，3煙氣凈化器，4冷凝器，5空氣分離裝置，6循環(huán)風機，一次風道7、二次風道8、氧氣通道9、三次風道10 ；
[0014]圖2為直流無焰燃燒器示意圖，其中，(a)為主視圖，(b)為截面示意圖；
[0015]圖3為氧氣注入系統(tǒng)示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步說明。在此需要說明的是，對于這些實施方式的說明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構成對本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0017]本發(fā)明提供的富氧無焰燃燒方法，將富氧燃燒產(chǎn)生的高溫、富含CO2的煙氣與純氧混合后代替空氣作為助燃氣，再通過直流無焰燃燒器將助燃氣以高速射流的形式注入爐膛，使煤粉在爐膛中呈現(xiàn)一種均勻溫和的無焰燃燒。
[0018]1、煙氣循環(huán)方法:燃燒產(chǎn)生的高濃度CO2煙氣，一部分排出循環(huán)系統(tǒng)經(jīng)壓縮成為液態(tài)CO2 ;另一部分循環(huán)進入爐膛，稱之為一次風循環(huán)煙氣和二次風循環(huán)煙氣。一次風循環(huán)煙氣經(jīng)除塵、除濕通過一次風道進入爐膛；二次風循環(huán)煙氣經(jīng)增壓風機通過二次風道進入爐膛。一次風循環(huán)煙氣和二次風循環(huán)煙氣分別與純氧均勻混合后構成新的一次風和二次風，一次風為溫度為100?250°C ;二次風溫度為300?500°C，水蒸氣體積分數(shù)為10?40%。
[0019]2、氧氣注入方法:純氧由空氣分離裝置提供，循環(huán)煙氣與純氧分別在進入一次風道和二次風道前完成混合，再循環(huán)進入爐膛。一次風含氧量為10?25% ;二次風含氧量為20?40%;三次風為純氧。進入爐膛的氧氣體積流量占進入爐膛總氣體體積流量的21%?35%，氧氣過量系數(shù)為1.00?1.15。
[0020]3、燃燒方法:采用直流無焰燃燒器，一次風出口風速為10?25m / s ;二次風為高速射流，出口風速為60?200m / S。煤粉由一次風攜帶，一二次風的比例為(5%?15%):(95%?85% );煤粉燃燒穩(wěn)定后，火焰鋒面消失，呈現(xiàn)均勻的無焰燃燒，絕熱火焰溫度較之傳統(tǒng)富氧燃燒降低150?300°C。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明提供的富氧無焰燃燒系統(tǒng)包括爐膛本體及煙氣管路、直流無焰燃燒器1、一次風道7，二次風道8以及三次風道10和氧氣注入系統(tǒng)。
[0022]直流無焰燃燒器I安裝在所述爐膛本體內(nèi)。一次風道7，二次風道8以及三次風道10，分別連接所述煙氣管路和直流無焰燃燒器。氧氣注入系統(tǒng)連接所述一次風道7和二次風道8，并通過三次風道10與直流無焰燃燒器三次風管相連并輸入氧氣；
[0023]爐膛的煙氣管路分成二路，其中一路經(jīng)煙氣凈化器4、冷凝器5和流量調(diào)節(jié)閥與一次風道7連接；另一路直接與二次風道8相連。
[0024]所述一次風道7安裝循環(huán)風機6，煤粉通過一次風道由除濕后的一次風攜帶進入爐膛。
[0025]所述二次風道8安裝有高壓頭的增壓風機2，二次風經(jīng)升壓加速后通過直流燃燒器二次風管以高速射流的形式進入爐膛。
[0026]如圖2所示，直流無焰燃燒器I連接一次風道7、二次風道8及三次風道10。一次風管位于中心，二次風管與一次風管平行，并環(huán)繞一次風管呈環(huán)形排布，二次風管數(shù)量視需要可設置為2?4根不等；三次風管與一次風管平行，具體位置和數(shù)量根據(jù)實際需要確定。
[0027]如圖3所示，所述氧氣注入系統(tǒng)包括空氣分離裝置5、儲氧罐和氧氣通道9?？諝夥蛛x裝置與儲氧罐相連，儲氧罐通過氧氣通道9分別與一次風道7，二次風道8以及三次風道10相連；氧氣由空氣分離裝置5產(chǎn)生，儲存于儲氧罐中，并通過氧氣通道9分別注入一次風道7、二次風道8和三次風道10。一次風注氧點位于循環(huán)風機6與流量調(diào)節(jié)閥之間；二次風注氧點位于增壓風機2與爐膛出口之間；三次風道與氧氣通道連接，若一次、二次風氧氣混合出現(xiàn)故障，三次風可直接進入爐膛維持燃燒。
[0028]實施例:
[0029]煙氣排出爐膛后，一次風循環(huán)煙氣經(jīng)煙氣凈化器3凈化和冷凝器4冷凝脫水后，一部分排出循環(huán)系統(tǒng)壓縮成為液態(tài)CO2，另一部分經(jīng)注氧后形成一次風，由循環(huán)風機6加壓進入一次風道，通過無焰燃燒器I以直流的形式循環(huán)進入爐膛；一次風循環(huán)煙氣量和排出循環(huán)系統(tǒng)煙氣量的比例可由流量調(diào)節(jié)閥控制；一次風溫度為100?250°C，無焰燃燒器出口風速為10?25m / S。二次風循環(huán)煙氣經(jīng)注氧后形成二次風，由增壓風機加壓進入二次風道，通過無焰燃燒器I以高速射流的形式循環(huán)進入爐膛；二次風溫度為300?500°C，水蒸氣體積分數(shù)為10?40%，無焰燃燒器出口風速為60?200m / S。煤粉由一次風攜帶，一、二次風的比例為(5%?15% ):(95%?85% )。
[0030]空氣分離裝置5產(chǎn)生的純氧通過純氧通道9在注氧點與一次風循環(huán)煙氣以及二次風循環(huán)煙氣混合，或經(jīng)三次風道10直接噴入爐膛。一次風注氧點位于循環(huán)風機6與流量調(diào)節(jié)閥之間，二次風注氧點位于增壓風機與爐膛出口之間；一次風含氧量為10%?25%，二次風含氧量為20%?40%，三次風為常溫純氧。進入爐膛的氧氣體積流量占進入爐膛總氣體體積流量的21%?35%，氧氣過量系數(shù)為1.00?1.15。
[0031]燃燒穩(wěn)定后，火焰峰面消失，呈現(xiàn)均勻的無焰燃燒，絕熱火焰溫度較之傳統(tǒng)富氧燃燒降低150?300 0C ο
[0032]若一次風、二次風注氧出現(xiàn)故障，純氧可由三次風注入爐膛以維持燃燒。
[0033]以上所述為本發(fā)明的較佳實施例而已，但本發(fā)明不應該局限于該實施例和附圖所公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護的范圍。
【權利要求】
1.一種煤粉富氧無焰燃燒方法，其特征在于:該方法將富氧燃燒產(chǎn)生的高溫、富含CO2的煙氣與純氧混合后代替空氣作為助燃氣，再通過直流無焰燃燒器將助燃氣以高速射流的形式注入爐膛，使煤粉燃燒穩(wěn)定后火焰峰面消失，呈現(xiàn)均勻的無焰燃燒；純氧由空氣分離裝置提供，循環(huán)煙氣與純氧在進入一次風道和二次風道前完成混合，再循環(huán)入爐膛；助燃氣以高速射流的形式注入爐膛，使煤粉燃燒穩(wěn)定后火焰峰面消失，呈現(xiàn)均勻的無焰燃燒。
2.如權利要求1所述的煤粉富氧無焰燃燒方法，其特征在于，一次風含氧量為10%?25 %; 二次風含氧量為20 %?40 %，三次風為純氧，進入爐膛的氧氣體積流量占進入爐膛總氣體體積流量的25%?35%，氧氣過量系數(shù)為1.00?1.15。
3.如權利要求1所述的煤粉富氧無焰燃燒方法，其特征在于，一次風為直流，出口風速為10?25m / S ;二次風為高速射流，出口風速為60?200m / s ;煤粉由一次風攜帶，一次風、二次風的比例為(5%?15% ):(95%?85% )。
4.一種實現(xiàn)權利要求1所述煤粉富氧無焰燃燒方法的系統(tǒng)，包括爐膛本體及煙氣管路，其特征在于，它還包括直流無焰燃燒器和氧氣注入系統(tǒng)； 所述氧氣注入系統(tǒng)連接一次風道、二次風道和三次風道，通過注氧點分別將純氧注入一次風道、二次風道和三次風道中； 所述直流無焰燃燒器安裝在所述爐膛本體內(nèi)，與所述一次風道，二次風道以及三次風道相連；其中二次風道上安裝有增壓風機，二次風經(jīng)加壓后，通過直流無焰燃燒器以高速射流的形式進入爐膛。
5.如權利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述直流無焰燃燒器的一次風管位于中心，二次風管與一次風管平行，并環(huán)繞一次風管呈環(huán)形排布；三次風管與一次風管平行。
6.如權利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述二次風道安裝有高壓頭的增壓風機，二次風經(jīng)升壓加速后通過直流燃燒器二次風管以高速射流的形式進入爐膛。
7.如權利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述氧氣注入系統(tǒng)包括空氣分離裝置、儲氧罐和氧氣通道；空氣分離裝置通過管道與儲氧罐相連，儲氧罐通過氧氣通道分別與一次風道，二次風道以及三次風道相連；一次風注氧點位于循環(huán)風機與流量調(diào)節(jié)閥之間；二次風注氧點位于增壓風機與爐膛出口之間；三次風道與氧氣通道連接，若一次、二次風氧氣混合出現(xiàn)故障，三次風能夠直接進入爐膛維持燃燒。
【文檔編號】F23C7/00GK103615713SQ201310624080
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權日:2013年11月28日
【發(fā)明者】張立麒, 毛志慧, 易寶軍, 柳朝暉, 朱海躍, 潘聰, 鄭楚光 申請人:華中科技大學