一种劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧方法技术

一种劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧方法，属于高效洁净煤燃烧技术领域。解决了现有煤燃烧技术在劣质煤燃料时，无法同时实现低NOx排放与高燃烧效率及燃烧过程中需配备磨煤系统的问题。本发明专利技术方法采用一种劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧装置实现，烧装置主要由流化床和煤粉炉构成,燃烧过程为，首先在流化床中对煤颗粒进行富燃料热解、绝热燃烧、破碎、气化、颗粒分选，将燃料重整为850℃至900℃仅含带粒径75微米以下颗粒的粗煤气，然后将粗煤气送入煤粉炉燃烧器区域进行1100℃富燃料燃烧，最后在煤粉炉燃烧器上部区域进行1300℃贫燃料燃尽，三段燃烧相对独立控制并通过炉内新结构有效耦合。本发明专利技术主要用于劣质煤燃烧领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高效洁净煤燃烧

技术介绍
在中国，煤直接燃烧发电的火电高达70％以上的比例，其中，绝大部分火电厂燃用劣质煤，而我国已探明可开采煤储量中劣质煤达50﹪左右的比例，仅无烟煤和贫煤的比例就接近30﹪，且优质无烟煤和贫煤很少；进口的劣质煤也越来越多。尽管国内外研发了各种各样的各具特色的燃煤技术，表现在难燃的低挥发分无烟煤、贫煤、焦炭、三高煤燃烧上，由于实现着火稳燃、高效、低NOx、不结渣和负荷响应快等的条件往往互相制约，因此，同时实现着火稳燃、高效、低NOx、不结渣和负荷响应快等的煤燃烧技术研发依然面临严峻挑战。针对难燃的低挥发分无烟煤燃烧，现有技术提供了一种锅炉，角置四角切圆燃烧器被平移调整到高热流密度炉墙中间并且喷口下倾，燃烧器为垂直浓淡燃烧器或低速常规燃烧器,着火稳燃性能得到改善，扩展的还原性气氛区域利于NOx抑制，但其切圆燃烧的稳定性差、还原性气氛角部回流区的存在使该区域水冷壁面易于结渣和高温腐蚀。现有的无烟煤燃烧方法，通过燃烧器区域角置四角切圆二次风消除了现有一种锅炉角部回流区的不利影响，但没有描述抑制NOx的具体方法，而且传统煤粉燃烧的煤种适应性差等缺点并没有得到克服。现有技术还提供了另一种降低循环流化床NOx的燃烧方法，通过旋风分离器将煤燃烧过程分为主燃烧室还原性气氛燃烧煤颗粒和烟道内氧化性气氛燃尽飞灰两个阶段，由于对主燃烧室还原性气氛燃烧即部分氧化或气化可进行相对独立的控制，减低了NOx排放，但由于循环流化床低温燃烧，排渣中的碳因无法实施高温燃烧的独立控制、并没有被燃尽，所以，导致提高燃烧效率和减低NOx排放量无法同时实现，燃烧效率方面无法与煤粉炉竞争。所以，热化学转换的不同阶段得不到相应的独立强化或抑制，无法同时解决难燃煤的各种问题。此外，商业应用还表明，煤粉燃烧的优势是燃烧效率高，但需磨煤系统，煤种适应性差，热力型NOx生成量高，着火稳燃需专门技术，还原性气氛燃烧需专门防结渣和高温腐蚀技术,中储仓热风送粉系统存在难于处理的三次风；循环流化床燃烧优势明显，备煤简单、煤种适应性强、负荷响应快、不存在热力型NOx、着火稳燃技术简单可靠、还原性气氛低温燃烧无需专门防结渣和高温腐蚀技术，但飞灰和排渣含碳量高、燃烧效率低、磨损严重、备煤系统筛余的煤粉利用存在困难、规模化单系列化技术水平低；采用分段独立控制燃烧的概念，通过分段热解、气化、燃烧并采用炉膛内新结构有效耦合，将两种燃烧方式结合起来，打破高效洁净煤燃烧要求的相互制约，才能发挥两种燃烧方式各自优势并克服各自劣势，从而同时实现煤、生物质及其混合物、特别是难燃的劣质煤的着火稳燃、高效、低NOx、不结渣和负荷响应快地燃烧。综上，针对现有煤燃烧技术在燃烧难燃的低挥发分无烟煤、贫煤、焦炭及三高煤等劣质固态燃料时，无法同时实现低NOx排放与高燃烧效率及燃烧过程中需配备磨煤系统的问题，现亟需提供一种解决上述问题的燃烧方法。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有煤燃烧技术在劣质煤燃料时，无法同时实现低NOx排放与高燃烧效率及燃烧过程中需配备磨煤系统的问题，提供了一种劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧方法。一种劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧方法，该方法采用一种劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧装置实现，所述该劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧装置包括N个流化床和一个煤粉炉，N个流化床的粗煤气输出管均与煤粉炉的粗煤气燃烧器连通，N为大于或等于1的整数，所述的流化床包括三个反应区，从下至上依次为密相区、旋风分离区和稀相区，流化床底部设有中心锥体，顶部设有百叶窗，且中心锥体和百叶窗均位于流化床内；流化床外部侧壁上设置至少一层流化气流喷嘴、至少一层破碎气流喷嘴、旋转二次风喷管和加料装置，且所述的至少一层流化气流喷嘴、至少一层破碎气流喷嘴、旋转二次风喷管和加料装置均位于流化床的密相区，加料装置用于将粒度为10mm以下的颗粒送入流化床内，每层破碎气流喷嘴均位于流化气流喷嘴的上部，旋转二次风喷管位于破碎气流喷嘴的上部，加料装置位于旋转二次风喷管的上部；煤粉炉的炉膛为水平截面呈矩形或圆形的直筒结构，煤粉炉的底部设有冷灰斗，所述冷灰斗为水平截面呈矩形或圆形的锥筒结构，煤粉炉的粗煤气燃烧器由至少一个粗煤气喷口和至少一个一级配风喷口组合而成，且粗煤气燃烧器位于炉膛的下部；煤粉炉的侧壁上还设有二级配风喷口，且二级配风喷口位于粗煤气燃烧器的上方；燃烧方法包括如下步骤：步骤一：引燃流化床，在压力小于或等于3MPa，温度范围为500℃至980℃条件下，通过加料装置向流化床内送入粒度在10mm以下的煤与生物质颗粒和石灰石颗粒中的一种或多种，同时通过流化气流喷嘴射入流化风，破碎气流喷嘴射入破碎风，在流化风、破碎风、中心锥体及百叶窗的作用下，对粒度在10mm以下的煤与生物质颗粒和石灰石颗粒中的一种或多种在流化床内进行还原性气氛下富燃料绝热燃烧和颗粒分选，从而形成粗煤气；步骤二：将粗煤气通过粗煤气燃烧器引入到煤粉炉(2)内，在还原性气氛富燃料燃烧区利用一级配风喷口射入空气进行1100℃还原性气氛下富燃料燃烧及换热，然后，在氧化性气氛贫燃料燃尽区利用二级配风喷口射入空气进行1300℃氧化性气氛下贫燃料燃尽、换热、排烟及排灰渣，从而完成煤、生物质及其混合物的分段耦合燃烧。所述的粗煤气燃烧器所在的区域为还原性气氛富燃料燃烧区，粗煤气燃烧器所在区域的以上区域为氧化性气氛贫燃料燃尽区。步骤一中，流化气流喷嘴射入流化风的布风方式为：沿流化床的床底四周切向布置流化风，且同一层中的相邻的两个流化气流喷嘴射流交叉；步骤一中，破碎气流喷嘴射入破碎风的布风方式为：同一层中的所有破碎气流喷嘴的射流方向均为垂直指向中心锥体的对称轴，且同一层中的相对的两个破碎气流喷嘴的射流相互对撞。步骤一中，流化气流喷嘴和破碎气流喷嘴的出口气流的马赫数Ma小于或等于2.5。所述的一种劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧装置还包括多个水蒸气喷嘴，且多个水蒸气喷嘴沿稀相区的周向下倾均匀分布。所述的对粒度在10mm以下的煤与生物质颗粒和石灰石颗粒中的一种或多种在流化床内进行还原性气氛下富燃料绝热燃烧和颗粒分选，从而形成粗煤气的具体过程为：粒度在10mm以下的煤与生物质颗粒和石灰石颗粒中的一种或多种，在流化风、破碎风、旋流二次风及中心锥体作用下，在密相区内旋转流化、热解、绝热燃烧、破碎及气化，形成内漩涡及向下游运动的气固两相流；然后，气固两相流进入旋风分离区，进行加速、绝热燃烧、旋风分离及颗粒分选；最后，气固两相流进入稀相区，进行绝热燃烧，利用水蒸汽气化控制温度，气固两相流形成外漩涡，并通过百叶窗辅助控制颗粒粒度，最终，通过粗煤气出口输出气固两相流，所述的气固两相流为粗煤气。所述密相区为底端密封的直筒结构，且其水平截面呈矩形或圆形，稀相区为顶端密封的直筒结构，且其水平截面呈矩形或圆形，旋风分离区由下部直筒段和上部锥筒段两部分构成，且两部分的水平截面均呈矩形或圆形。所述的中心锥体的锥角θ的最大值为颗粒堆积角的2倍，中心锥体的高度为B，密相区的高度为H1，且B≤H1。所述的一种劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧装置还配置多个布风环，且每层流化气流喷嘴配置一个独立的布风环，每层破碎气流喷嘴配置一个独立的布风环。旋转二次风喷管的个数范围为2个至8个，水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧方法，该方法采用一种劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧装置实现，所述该劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧装置包括N个流化床(1)和一个煤粉炉(2)，N个流化床(1)的粗煤气输出管(1‑15)均与煤粉炉(2)的粗煤气燃烧器(2‑4)连通，N为大于或等于1的整数，所述的流化床(1)包括三个反应区，从下至上依次为密相区(1‑11)、旋风分离区(1‑12)和稀相区(1‑13)，流化床(1)底部设有中心锥体(1‑8)，顶部设有百叶窗(1‑14)，且中心锥体(1‑8)和百叶窗(1‑14)均位于流化床(1)内；流化床(1)外部侧壁上设置至少一层流化气流喷嘴(1‑4)、至少一层破碎气流喷嘴(1‑5)、旋转二次风喷管(1‑6)和加料装置(1‑1)，且所述的至少一层流化气流喷嘴(1‑4)、至少一层破碎气流喷嘴(1‑5)、旋转二次风喷管(1‑6)和加料装置(1‑1)均位于流化床(1)的密相区(1‑11)，加料装置(1‑1)用于将粒度为10mm以下的颗粒送入流化床(1)内，每层破碎气流喷嘴(1‑5)均位于流化气流喷嘴(1‑4)的上部，旋转二次风喷管(1‑6)位于破碎气流喷嘴(1‑5)的上部，加料装置(1‑1)位于旋转二次风喷管(1‑6)的上部；煤粉炉(2)的炉膛(2‑1)为水平截面呈矩形或圆形的直筒结构，煤粉炉(2)的底部设有冷灰斗(2‑7)，所述冷灰斗(2‑7)为水平截面呈矩形或圆形的锥筒结构，煤粉炉(2)的粗煤气燃烧器(2‑4)由至少一个粗煤气喷口(2‑5a)和至少一个一级配风喷口(2‑5b)组合而成，且粗煤气燃烧器(2‑4)位于炉膛(2‑1)的下部；煤粉炉(2)的侧壁上还设有二级配风喷口(2‑6)，且二级配风喷口(2‑6)位于粗煤气燃烧器(2‑4)的上方；其特征在于，燃烧方法包括如下步骤：步骤一：引燃流化床(1)，在压力小于或等于3MPa，温度范围为500℃至980℃条件下，通过加料装置(1‑1)向流化床(1)内送入粒度在10mm以下的煤与生物质颗粒和石灰石颗粒中的一种或多种，同时通过流化气流喷嘴(1‑4)射入流化风，破碎气流喷嘴(1‑5)射入破碎风，在流化风、破碎风、中心锥体(1‑8)及百叶窗(1‑14)的作用下，对粒度在10mm以下的煤与生物质颗粒和石灰石颗粒中的一种或多种在流化床(1)内进行还原性气氛下富燃料绝热燃烧和颗粒分选，从而形成粗煤气；步骤二：将粗煤气通过粗煤气燃烧器(2‑4)引入到煤粉炉(2)内，在还原性气氛富燃料燃烧区(2‑2)利用一级配风喷口(2‑5b)射入空气进行1100℃还原性气氛下富燃料燃烧及换热，然后，在氧化性气氛贫燃料燃尽区(2‑3)利用二级配风喷口(2‑6)射入空气进行1300℃氧化性气氛下贫燃料燃尽、换热、排烟及排灰渣，从而完成煤、生物质及其混合物的分段耦合燃烧。...

【技术特征摘要】
1.一种劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧方法，该方法采用一种劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧装置实现，所述该劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧装置包括N个流化床(1)和一个煤粉炉(2)，N个流化床(1)的粗煤气输出管(1-15)均与煤粉炉(2)的粗煤气燃烧器(2-4)连通，N为大于或等于1的整数，所述的流化床(1)包括三个反应区，从下至上依次为密相区(1-11)、旋风分离区(1-12)和稀相区(1-13)，流化床(1)底部设有中心锥体(1-8)，顶部设有百叶窗(1-14)，且中心锥体(1-8)和百叶窗(1-14)均位于流化床(1)内；流化床(1)外部侧壁上设置至少一层流化气流喷嘴(1-4)、至少一层破碎气流喷嘴(1-5)、旋转二次风喷管(1-6)和加料装置(1-1)，且所述的至少一层流化气流喷嘴(1-4)、至少一层破碎气流喷嘴(1-5)、旋转二次风喷管(1-6)和加料装置(1-1)均位于流化床(1)的密相区(1-11)，加料装置(1-1)用于将粒度为10mm以下的颗粒送入流化床(1)内，每层破碎气流喷嘴(1-5)均位于流化气流喷嘴(1-4)的上部，旋转二次风喷管(1-6)位于破碎气流喷嘴(1-5)的上部，加料装置(1-1)位于旋转二次风喷管(1-6)的上部；煤粉炉(2)的炉膛(2-1)为水平截面呈矩形或圆形的直筒结构，煤粉炉(2)的底部设有冷灰斗(2-7)，所述冷灰斗(2-7)为水平截面呈矩形或圆形的锥筒结构，煤粉炉(2)的粗煤气燃烧器(2-4)由至少一个粗煤气喷口(2-5a)和至少一个一级配风喷口(2-5b)组合而成，且粗煤气燃烧器(2-4)位于炉膛(2-1)的下部；煤粉炉(2)的侧壁上还设有二级配风喷口(2-6)，且二级配风喷口(2-6)位于粗煤气燃烧器(2-4)的上方；其特征在于，燃烧方法包括如下步骤：步骤一：引燃流化床(1)，在压力小于或等于3MPa，温度范围为500℃至980℃条件下，通过加料装置(1-1)向流化床(1)内送入粒度在10mm以下的煤与生物质颗粒和石灰石颗粒中的一种或多种，同时通过流化气流喷嘴(1-4)射入流化风，破碎气流喷嘴(1-5)射入破碎风，在流化风、破碎风、中心锥体(1-8)及百叶窗(1-14)的作用下，对粒度在10mm以下的煤与生物质颗粒和石灰石颗粒中的一种或多种在流化床(1)内进行还原性气氛下富燃料绝热燃烧和颗粒分选，从而形成粗煤气；步骤二：将粗煤气通过粗煤气燃烧器(2-4)引入到煤粉炉(2)内，在还原性气氛富燃料燃烧区(2-2)利用一级配风喷口(2-5b)射入空气进行1100℃还原性气氛下富燃料燃烧及换热，然后，在氧化性气氛贫燃料燃尽区(2-3)利用二级配风喷口(2-6)射入空气进行1300℃氧化性气氛下贫燃料燃尽、换热、排烟及排灰渣，从而完成煤、生物质及其混合物的分段耦合燃烧。2.根据权利要求1所述的一种劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧方法，其特征在于，所述的粗煤气燃烧器(2-4)所在的区域为还原性气氛富燃料燃烧区(2-2)，粗煤气燃烧器(2-4)所在区域的以上区域为氧化性气氛贫燃料燃尽区(2-3)。3.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙锐，邢春礼，赵广播，朱文堃，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23