一种燃烧系统，其装备有一个或多个烧含碳燃料的燃烧室（例如能够排渣式旋风燃烧室）并被构造成能够在分级燃烧运行中将氮氧化物（ＮＯｘ）的形成降到最低，其措施是，选择性地导入氧气穿过至少一个燃烧室，通过降低存在于氧化剂／空气中的氮气和其它惰性气体的稀释作用，来形成热的亚化学计量配比燃烧区。还揭示了本发明专利技术的能够降低ＮＯｘ排放物的燃烧系统的操作方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于使旋风燃烧室里的氮氧化物(N0x)排放物降至最少的系统和方法本专利技术是按照由美国能源部授予的No. DE-FC26-05NT42301合同在美国政府资助 下完成的。美国政府对本专利技术保有某些权利。 本专利技术的领域和背景 本专利技术总地涉及装备有例如排渣式Cycl0neTM(旋风)燃烧室的燃烧系统，这种旋 风燃烧室构造成能够在分阶段燃烧运行过程中通过选择性地应用氧气使氮氧化物(NOx) 的形成降到最少，本专利技术还涉及本专利技术的能够降低氮氧化物(NOx)排放物的燃烧系统的操 作方法。 旋风锅炉属于最有效的商业运行烧煤系统之列，在美国，当今其占烧煤锅炉生产 量的约8%。顾名思义，旋风燃烧室典型地利用旋风的流动特性以高速( 200+mph)工作。 图l表示出旋风炉膛锅炉的基本布置。来自加煤器的被粉碎的煤(粒度小于美国4号筛) 和初级空气(PA)在燃烧器15内在旋风燃烧室的前心处旋转。在某些应用场合中，将第三 级空气(TA)导入燃烧器15的这个中心以控制火焰在旋风燃烧室里的位置。随着煤/空气 混合物进入旋风筒，它遭遇来自被加热的(> 500° F)次级空气5的高速涡流。粉煤颗粒 在悬浮中燃烧并随同热的气体流出中央再进入喉锥18。由于离心作用，大的颗粒被甩向旋 风筒的内壁，在那里它们被捕获在熔化的炉渣层内并在其中燃烧。熔化的矿物质(炉灰) 从位于旋风燃烧室再进入喉锥18下方的旋风燃烧室炉渣排出口 16流出，而流进锅炉的初 级炉膛，并从炉膛的炉渣排出口 19经由一段短的垂向溜槽落入装满水的水槽20，如图l所 示。大约70-85%的煤灰作为炉渣离开旋风燃烧室。旋风炉膛和锅炉由于激烈的燃料/空 气混合而产生很高的NOx排放物。由商业旋风燃烧发电厂产生的未经控制的NOx排放物典 型地处于1.0-1.7磅N0x/百万Btu(英国热量单位)范围内。 必须审慎地选择用于旋风燃烧的煤，以确保熔化的炉灰能够流动并稳定 地从炉膛排出。对于烧烟煤和亚烟煤，一般建议分别采用炉渣粘度系数或125。值为 2450° F(1616° K)和2300。 F(1533° K)的旋风燃料。T25。表示炉渣能够在250泊的粘 度下流动的温度。有时，炉渣可能凝固在旋风燃烧室或炉膛内而需要进行特殊的操作或机 械干预，以便达到可接受的排渣状态。旋风燃烧室的耐火材料衬里必须能够维持高的燃烧 温度和恰当的传热性能。 分级供给空气 化石燃料在空气中的燃烧会由于燃料中的氮含量的氧化和/或燃烧空气中的大 气氮的氧化而产生NOx (NO+N02)。分级供给空气是一种商业上采用的用于降低NOx的方法， 其中通过使总的燃烧空气的一部分改变方向并将其经由过度燃烧空气(OFA) 口再导入下 游而使主燃烧区以富燃料(亚化学计量配比)工作。典型的旋风燃烧化学计量配比范围是 从0. 9到1. 0并补加0FA，于是总化学计量配比被提高到1. 10到1. 25。在旋风燃烧装置里 进行的空气分级供给燃烧产生的N0x —般比空气不分级供给空气的燃烧低40-70%。 燃烧的化学计量或称化学计量配比(SR)是定义为实际的氧化剂对燃料质量之比 除以化学计量的(理论上的)氧化剂对燃料质量之比，表达如下4(氧化剂/燃料) 实际的SR=(氧化剂/燃料) 化学计量的 对于已知的燃料，化学计量的氧化剂对燃料质量之比可从氧化剂和燃料的化学成份直接计算。实际的氧化剂对燃料质量之比可从所希望的运行状态来计算。基于这一定义，化学计量的贫燃料的以及富燃料的运行分别对应于SR = 1. 0、 SR > 1. 0、以及SR < 1. 0。化学计量的运行对应于理论的运行状态，在这一状态，氧化剂正好足以将燃料完全氧化。在实际的燃烧中，燃料/氧化剂混合不完好导致需要过量的氧化剂水平来烧尽可燃物。可将过量的氧化剂直接添加到燃烧区或通过在燃烧区下游的炉膛开孔喷入。 烟气再循环 导入富燃料、亚化学计量配比的燃烧区的烟气再循环(FGR)会破坏再循环气流中的N0x含量并将其转变成N2，从而降低烟道里的净N0x排放量。但是，流进旋风炉膛的FGR也可能会抑制燃烧反应而使温度降低到熔化煤灰的推荐数值以下。 燃料补烧 燃料补烧是另一项已被证明为有效的商业技术，其中，把某种补充燃料(例如天然气、燃料油、或粉煤)和空气在一般贫燃料(化学计量配比SR^ 1.0)的主火焰区以上的一个高度处加入，使之形成一个局部缺氧的补烧区(SR< 1. 0)。在这一补烧区，补充的燃料产生烃基团、氨、以及氰化物，它们与流过来的主燃烧区高度处的产物发生反应而把N0x转变成N"通过位于补烧区上方的0FA 口导入追加空气，借以用1. 10到1. 25的总化学计量配比来烧尽可燃物。已经证明，在烧煤锅炉中，用30 %的燃料补烧可使N0x降低达70 % 。 遗憾的是，单独采用分级供给空气方法或燃料补烧方法都不能把烧煤装置中的NOx排放物降低到足以符合环保要求的水平。虽然可以采用后燃烧烟气处理(即SCR和SNCR)过程来达到所希望的排放物目标，但是，去除N0x所需费用将大大增加。 因此，需要有一种没有上述缺点并能够通过包括氧气在旋风燃烧室内的部分应用和/或燃料补烧的更成本有效的途径来实现炉膛内的N0x的最大降低的系统和方法。
技术实现思路
本专利技术揭示了用于使由含碳燃料的燃烧产生的氮氧化物(N0x)排放物降至最少的系统和方法。 就本专利技术而言，术语'空气'应该有其通常的意义，是一种含有约21%的氧和约78%的氮的气体。相应地，一般技术人员都能理解，术语'氧'和'空气'，在名称、成分、或与本专利技术的方法和系统相关的用途上，不是同义词。至于气体流，权利要求书中所用的术语'氧气流'应是指含有至少85%的氧且最好是至少90%的氧的气体流。 本专利技术的一个优选的系统包括有燃烧区的锅炉；布置在燃烧区的下部的排渣式旋风燃烧室；用于把含碳燃料和氧气流喷入燃烧室的喷射器，氧气流提供通过再循环烟气、空气、和氧气流而流入锅炉的总氧量的约2_15%，其中，燃料和氧化剂在燃烧室里以小于1. 0的燃烧化学计量配比进行燃烧而产生燃烧产物；以及用于向燃烧区的上部供给过度燃烧空气的过度燃烧空气口，以使过度燃烧空气在燃烧区的上部附近与燃烧室产生的燃烧产 物接触而将总化学计量配比增大到1.0以上，从而基本上完成燃烧过程并减少燃烧产物中 的含氮物质成为氮氧化物的氧化。 本专利技术的一个优选的方法包括以下步骤提供有燃烧区的锅炉；提供在燃烧区的 下部的燃烧室；把含碳的燃料和氧气流导入燃烧室，所述氧气流提供通过再循环烟气、空气 和氧气流而流入锅炉的氧气总量的约2-15% ;把过度燃烧空气导入燃烧区的上部；以小于 1. 0的燃烧化学计量配比燃烧燃料和氧化剂而产生燃烧产物；以及使过度燃烧空气与燃烧 产物在燃烧区的上部附近接触而将总化学计量配比增大到1.0以上，从而基本上完成燃烧 过程并减少燃烧产物中的含氮物质成为氮氧化物的氧化。 作为一个选项，可通过旋风燃烧室的次级空气进口，且优选的是用多孔氧气喷管 来供给氧气，以及可通过布置在至少一个高度上的多个过度燃烧空气口供给过度燃烧空 气。优选的是，在多个过度燃烧空气口之间等量地分配过度燃烧空气，但在替换的实施例 中，可以在多个过度燃烧空气口之间不等量地分配过度燃烧空气。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于使氮氧化物排放物降至最少的方法，包括下列步骤：提供有燃烧区的锅炉；提供在所述燃烧区的下部的燃烧室；把含碳的燃料、空气流、以及氧气流导入所述燃烧室，其中所述氧气流提供流入所述锅炉的氧气总量的约２％到约１５％；通过在所述燃烧室里以小于约１．０的化学计量配比燃烧所述含碳燃料而产生燃烧产物；减少所述燃烧产物中的含氮物质成为氮氧化物的氧化；设置过度燃烧空气口并将过度燃烧空气流经由所述过度燃烧空气口导入所述燃烧区的上部；以及使所述过度燃烧空气流与所述燃烧产物在所述燃烧区的所述上部接触，并以大于１．０的化学计量配比在基本上完成燃烧过程并产生烟气。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：H萨弗，AN赛瑞，GJ马林戈，RK瓦拉伽尼，
申请(专利权)人：巴布科克和威尔科克斯能量产生集团公司，乔治克劳德研究开发的液化气集团，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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