本發(fā)明屬于高效潔凈煤燃燒技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在中國(guó)，煤直接燃燒發(fā)電的火電高達(dá)70％以上的比例，其中，絕大部分火電廠燃用劣質(zhì)煤，而我國(guó)已探明可開(kāi)采煤儲(chǔ)量中劣質(zhì)煤達(dá)50﹪左右的比例，僅無(wú)煙煤和貧煤的比例就接近30﹪，且優(yōu)質(zhì)無(wú)煙煤和貧煤很少；進(jìn)口的劣質(zhì)煤也越來(lái)越多。盡管國(guó)內(nèi)外研發(fā)了各種各樣的各具特色的燃煤技術(shù)，表現(xiàn)在難燃的低揮發(fā)分無(wú)煙煤、貧煤、焦炭、三高煤燃燒上，由于實(shí)現(xiàn)著火穩(wěn)燃、高效、低NOx、不結(jié)渣和負(fù)荷響應(yīng)快等的條件往往互相制約，因此，同時(shí)實(shí)現(xiàn)著火穩(wěn)燃、高效、低NOx、不結(jié)渣和負(fù)荷響應(yīng)快等的煤燃燒技術(shù)研發(fā)依然面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

針對(duì)難燃的低揮發(fā)分無(wú)煙煤燃燒，現(xiàn)有技術(shù)提供了一種鍋爐，角置四角切圓燃燒器被平移調(diào)整到高熱流密度爐墻中間并且噴口下傾，燃燒器為垂直濃淡燃燒器或低速常規(guī)燃燒器,著火穩(wěn)燃性能得到改善，擴(kuò)展的還原性氣氛區(qū)域利于NOx抑制，但其切圓燃燒的穩(wěn)定性差、還原性氣氛角部回流區(qū)的存在使該區(qū)域水冷壁面易于結(jié)渣和高溫腐蝕。

現(xiàn)有的無(wú)煙煤燃燒方法，通過(guò)燃燒器區(qū)域角置四角切圓二次風(fēng)消除了現(xiàn)有一種鍋爐角部回流區(qū)的不利影響，但沒(méi)有描述抑制NOx的具體方法，而且傳統(tǒng)煤粉燃燒的煤種適應(yīng)性差等缺點(diǎn)并沒(méi)有得到克服。

現(xiàn)有技術(shù)還提供了另一種降低循環(huán)流化床NOx的燃燒方法，通過(guò)旋風(fēng)分離器將煤燃燒過(guò)程分為主燃燒室還原性氣氛燃燒煤顆粒和煙道內(nèi)氧化性氣氛燃盡飛灰兩個(gè)階段，由于對(duì)主燃燒室還原性氣氛燃燒即部分氧化或氣化可進(jìn)行相對(duì)獨(dú)立的控制，減低了NOx排放，但由于循環(huán)流化床低溫燃燒，排渣中的碳因無(wú)法實(shí)施高溫燃燒的獨(dú)立控制、并沒(méi)有被燃盡，所以，導(dǎo)致提高燃燒效率和減低NOx排放量無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)，燃燒效率方面無(wú)法與煤粉爐競(jìng)爭(zhēng)。所以，熱化學(xué)轉(zhuǎn)換的不同階段得不到相應(yīng)的獨(dú)立強(qiáng)化或抑制，無(wú)法同時(shí)解決難燃煤的各種問(wèn)題。

此外，商業(yè)應(yīng)用還表明，煤粉燃燒的優(yōu)勢(shì)是燃燒效率高，但需磨煤系統(tǒng)，煤種適應(yīng)性差，熱力型NOx生成量高，著火穩(wěn)燃需專門技術(shù)，還原性氣氛燃燒需專門防結(jié)渣和高溫腐蝕技術(shù),中儲(chǔ)倉(cāng)熱風(fēng)送粉系統(tǒng)存在難于處理的三次風(fēng)；循環(huán)流化床燃燒優(yōu)勢(shì)明顯，備煤簡(jiǎn)單、煤種適應(yīng)性強(qiáng)、負(fù)荷響應(yīng)快、不存在熱力型NOx、著火穩(wěn)燃技術(shù)簡(jiǎn)單可靠、還原性氣氛低溫燃燒無(wú)需專門防結(jié)渣和高溫腐蝕技術(shù)，但飛灰和排渣含碳量高、燃燒效率低、磨損嚴(yán)重、備煤系統(tǒng)篩余的煤粉利用存在困難、規(guī)?；瘑蜗盗谢夹g(shù)水平低；采用分段獨(dú)立控制燃燒的概念，通過(guò)分段熱解、氣化、燃燒并采用爐膛內(nèi)新結(jié)構(gòu)有效耦合，將兩種燃燒方式結(jié)合起來(lái)，打破高效潔凈煤燃燒要求的相互制約，才能發(fā)揮兩種燃燒方式各自優(yōu)勢(shì)并克服各自劣勢(shì)，從而同時(shí)實(shí)現(xiàn)煤、生物質(zhì)及其混合物、特別是難燃的劣質(zhì)煤的著火穩(wěn)燃、高效、低NOx、不結(jié)渣和負(fù)荷響應(yīng)快地燃燒。

綜上，針對(duì)現(xiàn)有煤燃燒技術(shù)在燃燒難燃的低揮發(fā)分無(wú)煙煤、貧煤、焦炭及三高煤等劣質(zhì)固態(tài)燃料時(shí)，無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)低NOx排放與高燃燒效率及燃燒過(guò)程中需配備磨煤系統(tǒng)的問(wèn)題，現(xiàn)亟需提供一種解決上述問(wèn)題的燃燒方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有煤燃燒技術(shù)在劣質(zhì)煤燃料時(shí)，無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)低NOx排放與高燃燒效率及燃燒過(guò)程中需配備磨煤系統(tǒng)的問(wèn)題，提供了一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒方法。

一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒方法，該方法采用一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置實(shí)現(xiàn)，所述該劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置包括N個(gè)流化床和一個(gè)煤粉爐，N個(gè)流化床的粗煤氣輸出管均與煤粉爐的粗煤氣燃燒器連通，N為大于或等于1的整數(shù)，

所述的流化床包括三個(gè)反應(yīng)區(qū)，從下至上依次為密相區(qū)、旋風(fēng)分離區(qū)和稀相區(qū)，

流化床底部設(shè)有中心錐體，頂部設(shè)有百葉窗，且中心錐體和百葉窗均位于流化床內(nèi)；

流化床外部側(cè)壁上設(shè)置至少一層流化氣流噴嘴、至少一層破碎氣流噴嘴、旋轉(zhuǎn)二次風(fēng)噴管和加料裝置，且所述的至少一層流化氣流噴嘴、至少一層破碎氣流噴嘴、旋轉(zhuǎn)二次風(fēng)噴管和加料裝置均位于流化床的密相區(qū)，

加料裝置用于將粒度為10mm以下的顆粒送入流化床內(nèi)，

每層破碎氣流噴嘴均位于流化氣流噴嘴的上部，

旋轉(zhuǎn)二次風(fēng)噴管位于破碎氣流噴嘴的上部，

加料裝置位于旋轉(zhuǎn)二次風(fēng)噴管的上部；

煤粉爐的爐膛為水平截面呈矩形或圓形的直筒結(jié)構(gòu)，

煤粉爐的底部設(shè)有冷灰斗，所述冷灰斗為水平截面呈矩形或圓形的錐筒結(jié)構(gòu)，

煤粉爐的粗煤氣燃燒器由至少一個(gè)粗煤氣噴口和至少一個(gè)一級(jí)配風(fēng)噴口組合而成，且粗煤氣燃燒器位于爐膛的下部；煤粉爐的側(cè)壁上還設(shè)有二級(jí)配風(fēng)噴口，且二級(jí)配風(fēng)噴口位于粗煤氣燃燒器的上方；

燃燒方法包括如下步驟：

步驟一：引燃流化床，在壓力小于或等于3MPa，溫度范圍為500℃至980℃條件下，通過(guò)加料裝置向流化床內(nèi)送入粒度在10mm以下的煤與生物質(zhì)顆粒和石灰石顆粒中的一種或多種，同時(shí)通過(guò)流化氣流噴嘴射入流化風(fēng)，破碎氣流噴嘴射入破碎風(fēng)，在流化風(fēng)、破碎風(fēng)、中心錐體及百葉窗的作用下，對(duì)粒度在10mm以下的煤與生物質(zhì)顆粒和石灰石顆粒中的一種或多種在流化床內(nèi)進(jìn)行還原性氣氛下富燃料絕熱燃燒和顆粒分選，從而形成粗煤氣；

步驟二：將粗煤氣通過(guò)粗煤氣燃燒器引入到煤粉爐(2)內(nèi)，在還原性氣氛富燃料燃燒區(qū)利用一級(jí)配風(fēng)噴口射入空氣進(jìn)行1100℃還原性氣氛下富燃料燃燒及換熱，然后，在氧化性氣氛貧燃料燃盡區(qū)利用二級(jí)配風(fēng)噴口射入空氣進(jìn)行1300℃氧化性氣氛下貧燃料燃盡、換熱、排煙及排灰渣，從而完成煤、生物質(zhì)及其混合物的分段耦合燃燒。

所述的粗煤氣燃燒器所在的區(qū)域?yàn)檫€原性氣氛富燃料燃燒區(qū)，粗煤氣燃燒器所在區(qū)域的以上區(qū)域?yàn)檠趸詺夥肇毴剂先急M區(qū)。

步驟一中，流化氣流噴嘴射入流化風(fēng)的布風(fēng)方式為：沿流化床的床底四周切向布置流化風(fēng)，且同一層中的相鄰的兩個(gè)流化氣流噴嘴射流交叉；

步驟一中，破碎氣流噴嘴射入破碎風(fēng)的布風(fēng)方式為：同一層中的所有破碎氣流噴嘴的射流方向均為垂直指向中心錐體的對(duì)稱軸，且同一層中的相對(duì)的兩個(gè)破碎氣流噴嘴的射流相互對(duì)撞。

步驟一中，流化氣流噴嘴和破碎氣流噴嘴的出口氣流的馬赫數(shù)Ma小于或等于2.5。

所述的一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置還包括多個(gè)水蒸氣噴嘴，且多個(gè)水蒸氣噴嘴沿稀相區(qū)的周向下傾均勻分布。

所述的對(duì)粒度在10mm以下的煤與生物質(zhì)顆粒和石灰石顆粒中的一種或多種在流化床內(nèi)進(jìn)行還原性氣氛下富燃料絕熱燃燒和顆粒分選，從而形成粗煤氣的具體過(guò)程為：

粒度在10mm以下的煤與生物質(zhì)顆粒和石灰石顆粒中的一種或多種，在流化風(fēng)、破碎風(fēng)、旋流二次風(fēng)及中心錐體作用下，在密相區(qū)內(nèi)旋轉(zhuǎn)流化、熱解、絕熱燃燒、破碎及氣化，形成內(nèi)漩渦及向下游運(yùn)動(dòng)的氣固兩相流；

然后，氣固兩相流進(jìn)入旋風(fēng)分離區(qū)，進(jìn)行加速、絕熱燃燒、旋風(fēng)分離及顆粒分選；

最后，氣固兩相流進(jìn)入稀相區(qū)，進(jìn)行絕熱燃燒，利用水蒸汽氣化控制溫度，氣固兩相流形成外漩渦，并通過(guò)百葉窗輔助控制顆粒粒度，最終，通過(guò)粗煤氣出口輸出氣固兩相流，所述的氣固兩相流為粗煤氣。

所述密相區(qū)為底端密封的直筒結(jié)構(gòu)，且其水平截面呈矩形或圓形，稀相區(qū)為頂端密封的直筒結(jié)構(gòu)，且其水平截面呈矩形或圓形，旋風(fēng)分離區(qū)由下部直筒段和上部錐筒段兩部分構(gòu)成，且兩部分的水平截面均呈矩形或圓形。

所述的中心錐體的錐角θ的最大值為顆粒堆積角的2倍，中心錐體的高度為B，密相區(qū)的高度為H₁，且B≤H₁。

所述的一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置還配置多個(gè)布風(fēng)環(huán)，且每層流化氣流噴嘴配置一個(gè)獨(dú)立的布風(fēng)環(huán)，每層破碎氣流噴嘴配置一個(gè)獨(dú)立的布風(fēng)環(huán)。

旋轉(zhuǎn)二次風(fēng)噴管的個(gè)數(shù)范圍為2個(gè)至8個(gè)，水蒸氣噴嘴的個(gè)數(shù)范圍為4個(gè)至16。

所述的加料裝置通過(guò)Q個(gè)下傾加料管與流化床連通，且Q個(gè)下傾加料管沿流化床的周向均勻分布。

采用煤燃燒熱化學(xué)轉(zhuǎn)化不同階段的針對(duì)性地分段熱解、絕熱燃燒、破碎、氣化、還原性氣氛燃燒、氧化性氣氛燃盡并利用爐內(nèi)新結(jié)構(gòu)實(shí)施各階段質(zhì)量、動(dòng)量、能量有效耦合的方法，將流化床燃燒和煤粉爐燃燒結(jié)合起來(lái)，通過(guò)獨(dú)立控制，打破高效潔凈煤燃燒要求的相互制約，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)并克服各自劣勢(shì)，從而同時(shí)實(shí)現(xiàn)煤、生物質(zhì)及其混合物、特別是難燃的劣質(zhì)煤的著火穩(wěn)燃、高效、低NOx、不結(jié)渣和負(fù)荷響應(yīng)快地燃燒。

具體應(yīng)用過(guò)程中，首先引燃流化床，對(duì)送入流化床中粒度在10mm以下煤、生物質(zhì)及其混合物、特別是劣質(zhì)煤顆粒的一種或多種進(jìn)行一定風(fēng)率下的熱解、燃燒、破碎、氣化，即還原性氣氛下富燃料絕熱燃燒，將燃料重整為粗煤氣；所述的粗煤氣為：由流化床輸出的、壓力不大于3MPa的、溫度為500℃至980℃的、僅含帶粒度范圍可控的半焦、焦炭顆粒的氣固兩相流；然后將粗煤氣通過(guò)粗煤氣燃燒器引入到煤粉爐粗煤氣燃燒器區(qū)域，在此區(qū)域繼續(xù)進(jìn)行1100℃還原性氣氛下富燃料燃燒及換熱，燃料型NOx能得到有效抑制；最后在煤粉爐粗煤氣燃燒器區(qū)域的以上區(qū)域利用燃盡風(fēng)進(jìn)行1300℃左右氧化性氣氛燃盡、換熱，排煙及排灰渣，既能保證燃燒效率又能抑制熱力型NOx生成，流化床和煤粉爐能實(shí)現(xiàn)各自獨(dú)立控制。

本發(fā)明帶來(lái)的有益效果是，采用分段耦合燃燒的概念，通過(guò)各段獨(dú)立控制和兩種爐型的有效耦合，實(shí)現(xiàn)了在各階段針對(duì)性地強(qiáng)化與抑制煤的熱化學(xué)轉(zhuǎn)換，從而能同時(shí)實(shí)現(xiàn)劣質(zhì)煤著火穩(wěn)燃、高效、低NOx燃燒；發(fā)揮了流化床和煤粉爐兩種燃燒方式各自優(yōu)勢(shì)并克服各自劣勢(shì)；

此外，流化床配置了顆粒破碎、分選功能，可直接處理粒度為10mm以下的顆粒，流化床無(wú)需排渣，既節(jié)能又可取消煤粉爐燃燒的磨煤系統(tǒng)，所以也無(wú)三次風(fēng)處理問(wèn)題；流化床具有干燥和脫硫功能，高灰、高水、高硫的三高煤能高效低NOx煤粉燃燒；又因流化床絕熱燃燒，所以任何煤種的燃燒都能夠采用煙氣再循環(huán)技術(shù)實(shí)施潔凈燃燒；流化床具有氣化和調(diào)溫功能，難燃的低揮發(fā)分無(wú)煙煤、貧煤、熱解或氣化后剩余焦炭能轉(zhuǎn)化為易燃燃料并能可靠地實(shí)現(xiàn)高效低NOx燃燒，煤與木屑、稻殼等生物質(zhì)混燒不存在受熱面磨損、結(jié)焦、燃燒效率低、污染物排放高等問(wèn)題；

此外，流化床和煤粉爐既相互獨(dú)立控制，又有效耦合，顯著地改善了煤粉爐的煤種適應(yīng)性和負(fù)荷響應(yīng)特性；由于耦合了煤粉爐，流化床燃燒備煤系統(tǒng)的篩余煤粉能夠得到高效低NOx燃燒；流化床規(guī)模化和單系列化能達(dá)到煤粉爐的技術(shù)水平,另一方面，由于1個(gè)煤粉爐能配置不同個(gè)數(shù)流化床，因此適于小、中、大各種不同規(guī)模的煤燃燒，包括工業(yè)鍋爐、電站鍋爐的煤燃燒。由于雙渦快速流化床適于煤、生物質(zhì)及煤與生物質(zhì)混合物氣化，本發(fā)明適用于多聯(lián)產(chǎn)。

理論、實(shí)驗(yàn)(數(shù)值實(shí)驗(yàn))和實(shí)踐表明，燃用某無(wú)煙煤，在煙氣氧濃度3.2﹪的情況下，燃燒效率97﹪以上，NOx排放可達(dá)250mg以下，燃燒穩(wěn)定，不結(jié)渣(焦)，負(fù)荷響應(yīng)良好。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述的一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為一種流化床的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖標(biāo)記H₃表示稀相區(qū)的高度；

圖3為錐形截面布風(fēng)環(huán)的剖視圖；

圖4為一種煤粉爐結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：參見(jiàn)圖1、圖2和圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒方法，采用一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置實(shí)現(xiàn)，所述該劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置包括N個(gè)流化床1和一個(gè)煤粉爐2，N個(gè)流化床1的粗煤氣輸出管1-15均與煤粉爐2的粗煤氣燃燒器2-4連通，N為大于或等于1的整數(shù)，

所述的流化床1包括三個(gè)反應(yīng)區(qū)，從下至上依次為密相區(qū)1-11、旋風(fēng)分離區(qū)1-12和稀相區(qū)1-13，

流化床1底部設(shè)有中心錐體1-8，頂部設(shè)有百葉窗1-14，且中心錐體1-8和百葉窗1-14均位于流化床1內(nèi)；

流化床1外部側(cè)壁上設(shè)置至少一層流化氣流噴嘴1-4、至少一層破碎氣流噴嘴1-5、旋轉(zhuǎn)二次風(fēng)噴管1-6和加料裝置1-1，且所述的至少一層流化氣流噴嘴1-4、至少一層破碎氣流噴嘴1-5、旋轉(zhuǎn)二次風(fēng)噴管1-6和加料裝置1-1均位于流化床1的密相區(qū)1-11，

加料裝置1-1用于將粒度為10mm以下的顆粒送入流化床1內(nèi)，

每層破碎氣流噴嘴1-5均位于流化氣流噴嘴1-4的上部，

旋轉(zhuǎn)二次風(fēng)噴管1-6位于破碎氣流噴嘴1-5的上部，

加料裝置1-1位于旋轉(zhuǎn)二次風(fēng)噴管1-6的上部；

煤粉爐2的爐膛2-1為水平截面呈矩形或圓形的直筒結(jié)構(gòu)，

煤粉爐2的底部設(shè)有冷灰斗2-7，所述冷灰斗2-7為水平截面呈矩形或圓形的錐筒結(jié)構(gòu)，

煤粉爐2的粗煤氣燃燒器2-4由至少一個(gè)粗煤氣噴口2-5a和至少一個(gè)一級(jí)配風(fēng)噴口2-5b組合而成，且粗煤氣燃燒器2-4位于爐膛2-1的下部；煤粉爐2的側(cè)壁上還設(shè)有二級(jí)配風(fēng)噴口2-6，且二級(jí)配風(fēng)噴口2-6位于粗煤氣燃燒器2-4的上方；

燃燒方法包括如下步驟：

步驟一：引燃流化床1，在壓力小于或等于3MPa，溫度范圍為500℃至980℃條件下，通過(guò)加料裝置1-1向流化床1內(nèi)送入粒度在10mm以下的煤與生物質(zhì)顆粒和石灰石顆粒中的一種或多種，同時(shí)通過(guò)流化氣流噴嘴1-4射入流化風(fēng)，破碎氣流噴嘴1-5射入破碎風(fēng)，在流化風(fēng)、破碎風(fēng)、中心錐體1-8及百葉窗1-14的作用下，對(duì)粒度在10mm以下的煤與生物質(zhì)顆粒和石灰石顆粒中的一種或多種在流化床1內(nèi)進(jìn)行還原性氣氛下富燃料絕熱燃燒和顆粒分選，從而形成粗煤氣；

步驟二：將粗煤氣通過(guò)粗煤氣燃燒器2-4引入到煤粉爐(2)內(nèi)，在還原性氣氛富燃料燃燒區(qū)2-2利用一級(jí)配風(fēng)噴口2-5b射入空氣進(jìn)行1100℃還原性氣氛下富燃料燃燒及換熱，然后，在氧化性氣氛貧燃料燃盡區(qū)2-3利用二級(jí)配風(fēng)噴口2-6射入空氣進(jìn)行1300℃氧化性氣氛下貧燃料燃盡、換熱、排煙及排灰渣，從而完成煤、生物質(zhì)及其混合物的分段耦合燃燒。

本實(shí)施方式，所述的流化床1為鼓泡床沸騰床、循環(huán)流化床、離心流化床、氣流粉碎流化床、雙渦快速流化床1的一種或它們的組合，優(yōu)選地，流化床1為雙渦快速流化床。

所述的煤粉爐2為切圓燃燒煤粉爐、W火焰煤粉爐、U火焰煤粉爐、旋風(fēng)爐的一種或它們的組合，優(yōu)選地，煤粉爐2為切圓燃燒煤粉爐。

流化床1用于10mm以下煤、生物質(zhì)顆粒和石灰石顆粒的還原性氣氛熱解、絕熱燃燒、破碎、氣化、顆粒分選、脫硫的同時(shí)，預(yù)制壓力不大于3MPa的、溫度為500℃至980℃的、僅含帶粒度范圍可控的半焦、焦炭顆粒的氣固兩相流，即粗煤氣，粗煤氣的溫度由流化床1配風(fēng)調(diào)節(jié)、水蒸汽氣化輔助控制，粗煤氣中的半焦、焦炭顆粒粒度由減小流化床1二次風(fēng)率、增大破碎氣流比例方式調(diào)節(jié)，最終由水蒸汽龍卷風(fēng)式旋轉(zhuǎn)分離主控、百葉窗1-14輔助控制，確保粗煤氣中的半焦、焦炭顆粒粒度在75微米以下，其中，百葉窗1-14采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

煤粉爐2用于進(jìn)行粗煤氣燃燒器所在區(qū)域的1100℃還原性氣氛燃燒及換熱和燃燒器區(qū)域以上區(qū)域的1300℃氧化性氣氛燃盡、換熱，排煙及排灰渣，煤粉爐2的周知結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)，相對(duì)于流化床1，煤粉爐2的燃燒獨(dú)立控制。煤粉爐2的爐膛2-1自下至上分為相對(duì)獨(dú)立的還原性氣氛富燃料燃燒區(qū)2-2和氧化性氣氛貧燃料燃盡區(qū)2-3；

所述的煤粉爐2的粗煤氣燃燒器2-4由至少一個(gè)粗煤氣噴口2-5a和至少一個(gè)一級(jí)配風(fēng)噴口2-5b組合而成，所述的粗煤氣燃燒器2-4分直流、旋流、集中火焰、多重小火焰多種。

流化床1的配風(fēng)必須確保床內(nèi)還原性氣氛富燃料燃燒，并且絕熱燃燒，燃燒份額范圍為0.2至0.8，優(yōu)選地，燃燒份額范圍為0.2至0.5，流化床1為雙渦快速流化床時(shí)，由于燃料只需部分氧化、高速離心流化，雙渦快速流化床具有循環(huán)流化床的負(fù)荷響應(yīng)快速、熱質(zhì)交換強(qiáng)烈、停留時(shí)間長(zhǎng)、旋風(fēng)分離、物料循環(huán)等特征，因此，無(wú)需循環(huán)流化床回料系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊。

加料裝置1-1為高壓加料鎖斗、鉸龍、高壓密相輸粉、稀相送粉的一種或它們的組合，以適應(yīng)不大于3MPa壓力下操作；加料裝置1-1所提供的固態(tài)物料為，粒度小于10mm的煤、生物質(zhì)、焦炭、半焦、石灰石顆粒的一種或多種；石灰石顆粒亦可另設(shè)裝置和噴口噴入。

流化氣流噴嘴1-4射入流化風(fēng)和破碎氣流噴嘴1-5射入破碎風(fēng)均為空氣、水蒸汽、再循環(huán)煙氣、惰性氣體中的一種或多種，優(yōu)選地，為空氣。

一級(jí)配風(fēng)噴口2-5b和二級(jí)配風(fēng)噴口2-6均用于輸送氧化劑，優(yōu)選地，為空氣。

具體實(shí)施方式二：參見(jiàn)圖1、圖2和圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一所述的一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒方法的區(qū)別在于，所述的粗煤氣燃燒器2-4所在的區(qū)域?yàn)檫€原性氣氛富燃料燃燒區(qū)2-2，粗煤氣燃燒器2-4所在區(qū)域的以上區(qū)域?yàn)檠趸詺夥肇毴剂先急M區(qū)2-3。

本實(shí)施方式中，煤粉爐2的粗煤氣噴口2-5a與所述的流化床1的粗煤氣出口管1-15連通，粗煤氣燃燒器2-4需配置多組，優(yōu)選地，粗煤氣燃燒器2-4配置4組。

4組粗煤氣燃燒器2-4切圓式布置于還原性氣氛富燃料燃燒區(qū)2-2，用于粗煤氣1100℃還原性氣氛富燃料燃燒，利用高溫使碳轉(zhuǎn)化率達(dá)到80％以上、燃料氮轉(zhuǎn)化為揮發(fā)分氮達(dá)到80％以上，既有利于下一段燃盡又能有效抑制燃料型NOx的發(fā)生，煤粉爐2一級(jí)配風(fēng)分為粗煤氣燃燒器2-4中心風(fēng)、周界風(fēng)和側(cè)邊風(fēng)利于粗煤氣燃燒器2-4的冷卻和防止還原性氣氛富燃料燃燒區(qū)2-2水冷壁面結(jié)渣及高溫腐蝕。

煤粉爐2的二級(jí)配風(fēng)噴口2-6需配置多組，優(yōu)選地，煤粉爐2二級(jí)配風(fēng)噴口2-6配置4組；4組煤粉爐2二級(jí)配風(fēng)噴口2-6切圓式布置于氧化性氣氛貧燃料燃盡區(qū)2-3，用于還原性氣氛富燃料燃燒區(qū)2-2產(chǎn)生的可燃物(主要是CO和少量半焦、焦炭)1300℃氧化性氣氛貧燃料燃盡，既能防止熱力型NOx產(chǎn)生又能充分燃盡，煤粉爐2二級(jí)配風(fēng)分為火上風(fēng)(OFA)、主二級(jí)配風(fēng)、燃盡風(fēng)，在氧化性氣氛貧燃料燃盡區(qū)2-3自下而上依次布置。

由于從整體角度獨(dú)立組織了粗煤氣在煤粉爐2中燃燒，能獨(dú)立優(yōu)化各種風(fēng)率，優(yōu)選地，煤粉爐2的一級(jí)配風(fēng)風(fēng)率范圍為0.6至0.9、煤粉爐2的二級(jí)配風(fēng)風(fēng)率范圍為0.4至0.1。流化床1和煤粉爐2各自獨(dú)立控制；流化床1需配置多個(gè)，優(yōu)選地，為1個(gè)至8個(gè)，以匹配不同規(guī)模的煤粉爐2的多組粗煤氣燃燒器2-4。

具體實(shí)施方式三：參見(jiàn)圖1、圖2和圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一所述的一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒方法的區(qū)別在于，

步驟一中，流化氣流噴嘴1-4射入流化風(fēng)的布風(fēng)方式為：沿流化床1的床底四周切向布置流化風(fēng)，且同一層中的相鄰的兩個(gè)流化氣流噴嘴1-4射流交叉；

步驟一中，破碎氣流噴嘴1-5射入破碎風(fēng)的布風(fēng)方式為：同一層中的所有破碎氣流噴嘴1-5的射流方向均為垂直指向中心錐體1-8的對(duì)稱軸，且同一層中的相對(duì)的兩個(gè)破碎氣流噴嘴1-5的射流相互對(duì)撞。

步驟一中，流化氣流噴嘴1-4和破碎氣流噴嘴1-5的出口氣流的馬赫數(shù)Ma小于或等于2.5。

本實(shí)施方式中，同一水平面的多個(gè)流化氣流噴嘴1-4的相鄰噴嘴射流相互交叉后，能在床內(nèi)形成破碎圓以實(shí)施煤顆粒剪切破碎，同一水平面相鄰噴嘴射流交叉所形成的鈍角介于91°至179°之間,優(yōu)選為135°，流化氣流噴嘴1-4出口氣流的馬赫數(shù)Ma不大于2.5，超音速下優(yōu)選為1.35至2.01；

所以，本發(fā)明所述的一種流化床1的布風(fēng)特點(diǎn)之一為：于床底四周至少兩層切向布置流化風(fēng)、同一水平面相鄰噴嘴射流交叉。

所述的流化床1的破碎氣流噴嘴1-5可為多個(gè)拉法爾噴嘴或漸縮噴嘴，分一層或多層布置，多層情況下各層之間分順列、錯(cuò)列兩種布置方式，并且每層組有獨(dú)立的布風(fēng)環(huán)1-3以利顆粒破碎和負(fù)荷調(diào)節(jié)控制；同一水平面的多個(gè)破碎氣流噴嘴1-5于流化床1對(duì)稱軸心對(duì)沖布置，破碎氣流噴嘴1-5出口氣流的馬赫數(shù)Ma不大于2.5，超音速下優(yōu)選為1.35至2.01；

所以，本發(fā)明所述的流化床1的布風(fēng)特點(diǎn)之二為：流化燃燒區(qū)1-11a上部四周至少兩層或至少一層兩組對(duì)沖布置破碎風(fēng)、同一水平面相對(duì)兩噴嘴射流對(duì)撞。

具體實(shí)施方式四：參見(jiàn)圖1、圖2和圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一所述的一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒方法的區(qū)別在于，所述的一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置還包括多個(gè)水蒸氣噴嘴1-7，且多個(gè)水蒸氣噴嘴1-7沿稀相區(qū)1-13的周向下傾均勻分布。

本實(shí)施方式，所述的流化床1的旋轉(zhuǎn)二次風(fēng)噴管1-6為多個(gè)，優(yōu)選地，為2個(gè)至8個(gè)，布置于破碎氣化區(qū)1-11b上部，在同一水平面上，至少一層周向均勻切圓式布置，用于氣固兩相流旋轉(zhuǎn)；由旋轉(zhuǎn)二次風(fēng)噴管1-6引入的二次風(fēng)為空氣、水蒸汽、再循環(huán)煙氣、惰性氣體的一種或多種，優(yōu)選地，為空氣；

所以，本發(fā)明所述的流化床1的布風(fēng)特點(diǎn)之三為：于破碎氣化區(qū)上部在同一水平面上至少一層周向均勻切圓式布置旋轉(zhuǎn)二次風(fēng)以使氣固兩相流旋轉(zhuǎn)。

具體實(shí)施方式五：參見(jiàn)圖1、圖2和圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一所述的一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒方法的區(qū)別在于，對(duì)粒度在10mm以下的煤與生物質(zhì)顆粒和石灰石顆粒中的一種或多種在流化床1內(nèi)進(jìn)行還原性氣氛下富燃料絕熱燃燒和顆粒分選，從而形成粗煤氣的具體過(guò)程為：

粒度在10mm以下的煤與生物質(zhì)顆粒和石灰石顆粒中的一種或多種，在流化風(fēng)、破碎風(fēng)、旋流二次風(fēng)及中心錐體1-8作用下，在密相區(qū)1-11內(nèi)旋轉(zhuǎn)流化、熱解、絕熱燃燒、破碎及氣化，形成內(nèi)漩渦及向下游運(yùn)動(dòng)的氣固兩相流；

然后，氣固兩相流進(jìn)入旋風(fēng)分離區(qū)1-12，進(jìn)行加速、絕熱燃燒、旋風(fēng)分離及顆粒分選；

最后，氣固兩相流進(jìn)入稀相區(qū)1-13，進(jìn)行絕熱燃燒，利用水蒸汽氣化控制溫度，氣固兩相流形成外漩渦，并通過(guò)百葉窗1-14輔助控制顆粒粒度，最終，通過(guò)粗煤氣出口1-15輸出氣固兩相流，所述的氣固兩相流為粗煤氣。

具體實(shí)施方式六：參見(jiàn)圖1、圖2和圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一所述的一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒方法的區(qū)別在于，密相區(qū)1-11為底端密封的直筒結(jié)構(gòu)，且其水平截面呈矩形或圓形，稀相區(qū)1-13為頂端密封的直筒結(jié)構(gòu)，且其水平截面呈矩形或圓形，旋風(fēng)分離區(qū)1-12由下部直筒段和上部錐筒段兩部分構(gòu)成，且兩部分的水平截面均呈矩形或圓形。

旋風(fēng)分離區(qū)1-12，優(yōu)選為，上部漸縮圓錐筒、下部圓形直筒結(jié)構(gòu)，且旋風(fēng)分離區(qū)1-12的上端口與稀相區(qū)1-13的下端口相同，旋風(fēng)分離區(qū)1-12的下端口與密相區(qū)1-11的上端口相同。旋風(fēng)分離區(qū)1-12下部圓形直筒段的高度為H_2a、直徑為D₁，上部錐筒段的高度為H_2b、底端直徑為D₁、頂端直徑為D₃，旋風(fēng)分離區(qū)1-12的高度H₂與其下部直筒段高度H_2a比值范圍為2至10；

所述的密相區(qū)1-11，優(yōu)選為，底端密封的圓形直筒結(jié)構(gòu)，密相區(qū)1-11的高度為H₁，且D₁/H₁的比值范圍為0.01至2。

本實(shí)施方式，通過(guò)床底密相區(qū)1-11四周切向布風(fēng)、射流對(duì)沖、二次風(fēng)旋轉(zhuǎn)、配合中心錐體1-8的導(dǎo)流和破碎靶作用，使煤顆粒在密相區(qū)1-11充分旋轉(zhuǎn)流化、絕熱燃燒、破碎、氣化、傳輸、循環(huán)，形成密相區(qū)1-11的內(nèi)漩渦；中心部顆粒流動(dòng)由于重力沿中心錐體1-8表面旋轉(zhuǎn)下移，具有移動(dòng)床特征，能顯著延長(zhǎng)煤顆粒停留時(shí)間，四周顆粒流動(dòng)具有離心流化床特征，也能延長(zhǎng)煤顆粒停留時(shí)間；旋轉(zhuǎn)流化消除了分層流化、團(tuán)聚、氣泡；由于射流交叉、與靶壁撞擊、對(duì)沖具有破碎功能，所述的密相區(qū)1-11不需要直接排渣；密相區(qū)1-11能保障煤顆粒充分旋轉(zhuǎn)流化、熱解、絕熱燃燒、破碎、氣化、傳輸、循環(huán)、延長(zhǎng)停留時(shí)間、避免直接排渣。

具體實(shí)施方式七：參見(jiàn)圖1、圖2和圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一所述的一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒方法的區(qū)別在于，所述的中心錐體1-8的錐角θ的最大值為顆粒堆積角的2倍，中心錐體1-8的高度為B，密相區(qū)1-11的高度為H₁，且B≤H₁。

本實(shí)施方式，中心錐體1-8能作為導(dǎo)流裝置和破碎靶輔助煤顆粒流化、破碎。

具體實(shí)施方式八：參見(jiàn)圖1至圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一所述的一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒方法的區(qū)別在于，所述的一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置還配置多個(gè)布風(fēng)環(huán)1-3，且每層流化氣流噴嘴1-4配置一個(gè)獨(dú)立的布風(fēng)環(huán)1-3，每層破碎氣流噴嘴1-5配置一個(gè)獨(dú)立的布風(fēng)環(huán)1-3。

本實(shí)施方式，布風(fēng)環(huán)1-3為現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，布風(fēng)環(huán)1-3的截面是圓形、矩形或錐形的圓環(huán)，配有進(jìn)氣管1-3a、出氣管1-3b，出氣管1-3b與流化氣流噴嘴1-4連通，具體參見(jiàn)圖3；所述的布風(fēng)環(huán)1-3一部分配置在流化床1的底端，即：流化燃燒區(qū)1-11a，另一部分配置在流化床1流化燃燒區(qū)1-11a上部；為了確保穩(wěn)定流化和負(fù)荷調(diào)節(jié)控制，在所述的流化床1底端至少配置兩層布風(fēng)環(huán)1-3，在所述的流化床1破碎氣化區(qū)1-11b至少配置兩層或一層兩組布風(fēng)環(huán)1-3；由進(jìn)氣管1-3a引入布風(fēng)環(huán)1-3流化風(fēng)和破碎風(fēng)后分別分流為流化氣流和破碎氣流的氣體為空氣、水蒸汽、再循環(huán)煙氣、惰性氣體的一種或多種，優(yōu)選地，為空氣。

所述的流化床1的流化氣流噴嘴1-4為多個(gè)拉法爾噴嘴或漸縮噴嘴，分一層或多層布置，多層情況下各層之間分順列、錯(cuò)列兩種布置方式，并且每層有獨(dú)立的布風(fēng)環(huán)1-3以利顆粒破碎和負(fù)荷調(diào)節(jié)控制。

具體實(shí)施方式九：參見(jiàn)圖1、圖2和圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一所述的一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒方法的區(qū)別在于，旋轉(zhuǎn)二次風(fēng)噴管1-6的個(gè)數(shù)范圍為2個(gè)至8個(gè)，水蒸氣噴嘴1-7的個(gè)數(shù)范圍為4個(gè)至16。

本實(shí)施方式，所述的流化床1的旋轉(zhuǎn)二次風(fēng)噴管1-6為多個(gè)，優(yōu)選地，為2個(gè)至8個(gè)，布置于破碎氣化區(qū)1-11b上部，在同一水平面上，至少一層周向均勻切圓式布置，用于氣固兩相流旋轉(zhuǎn)；由旋轉(zhuǎn)二次風(fēng)噴管1-6引入的二次風(fēng)為空氣、水蒸汽、再循環(huán)煙氣、惰性氣體的一種或多種，優(yōu)選地，為空氣。

具體實(shí)施方式十：參見(jiàn)圖1、圖2和圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一所述的一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒方法的區(qū)別在于，所述的加料裝置1-1通過(guò)Q個(gè)下傾加料管1-2與流化床1連通，且Q個(gè)下傾加料管1-2沿流化床1的周向均勻分布。

本實(shí)施方式，加料管1-2的配置分兩種：集中方式與分級(jí)方式，集中方式為，在密相區(qū)1-11單獨(dú)設(shè)置至少1個(gè)下傾加料管1-2；分級(jí)方式為，在密相區(qū)1-11和稀相區(qū)1-13均分別設(shè)置至少1個(gè)下傾加料管1-2，實(shí)施物料分級(jí)。

密相區(qū)1-11又分為三部分，分別為：一層或多層流化氣流噴嘴1-4所對(duì)應(yīng)的流化燃燒區(qū)1-11a、一層或多層破碎氣流噴嘴1-5所對(duì)應(yīng)的破碎氣化區(qū)1-11b、旋轉(zhuǎn)二次風(fēng)噴管1-6和下傾加料管1-2所對(duì)應(yīng)的傳輸循環(huán)區(qū)。

具體實(shí)施方式十一：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一所述的一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒方法的區(qū)別在于，所述的稀相區(qū)1-13，優(yōu)選為，頂端密封的圓形直筒結(jié)構(gòu)，稀相區(qū)1-13的高度為H₃，且D₃/H₃的比值范圍為0.005至0.99。

本實(shí)施方式中，經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離區(qū)1-12加速、旋轉(zhuǎn)、離心力分選后的流態(tài)化氣固兩相流進(jìn)入稀相區(qū)后，繼續(xù)熱解、氣化，旋轉(zhuǎn)不斷減弱并充分發(fā)展，由于離心力及氣固滑移，在稀相區(qū)形成以半焦、焦炭顆粒為主體的外漩渦，稀相區(qū)1-13的作用是快速輸運(yùn)、輔助煤顆粒、半焦、焦炭顆粒熱解、氣化、分選、延長(zhǎng)停留時(shí)間。

具體實(shí)施方式十二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一所述的一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒方法的區(qū)別在于，百葉窗1-14為一級(jí)直板或彎板圓筒形百葉窗，由多個(gè)長(zhǎng)方體直板或彎板與垂直來(lái)流方向成15°至35°銳角互不遮蔽組合而成，該圓筒形百葉窗同心內(nèi)置于稀相區(qū)1-13最頂端；百葉窗1-14作用是輔助控制粗煤氣中的顆粒粒度。