CN103615713A - 一种煤粉富氧无焰燃烧方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种煤粉富氧无焰燃烧方法及其系统。该方法在富氧燃烧富集CO2的基础上，通过无焰燃烧提高燃烧的稳定性、燃尽率以及辐射传热。富氧燃烧产生的高温烟气以高速射流的形式经直流无焰燃烧器注入炉膛，通过高速射流卷吸作用可实现炉膛内热量和质量的快速、均匀混合。该系统包括氧气注入系统，一次风注氧点位于循环风机与流量调节阀之间；二次风注氧点位于增压风机与炉膛出口之间；直流无焰燃烧器的一次风管位于中心，二次风管与一次风管平行，并环绕一次风管呈环形排布；二次风道安装有高压头的增压风机，二次风经升压加速后以高速射流的形式进入炉膛。本发明热利用效率可提高10～25％，NOX生成可减少15～40％。

Description

一种煤粉富氧无焰燃烧方法及其系统
技术领域
本发明涉及燃煤锅炉燃烧技术，具体是一种煤粉富氧无焰燃烧方法及其系统。本发明在实现CO2减排的同时，能够显著降低NOX生成，提高燃烧的稳定性和热利用效率。
背景技术
富氧燃烧是一种循环燃烧技术，通过循环烟气与纯氧混合进入炉膛燃烧，使CO2不断富集(大于80％)以方便捕获、埋存，达到CO2减排的目的。在富氧燃烧过程中，由于系统漏风以及含氮烟气的循环，烟气中氮元素不断的累积，使烟气中NOX排放浓度升高；同时，受CO2大比热容的影响，相比于常规空气燃烧，容易出现炉内燃烧不稳定，排烟温度过高等现象。
无焰燃烧是一种均匀温和的容积燃烧，目前主要应用于燃气或燃油装置。无焰燃烧发生时，炉内无明显火焰锋面，温度场均匀，降低了燃烧与传热过程的不可逆损失；无焰燃烧的峰值温度比常规燃烧的低，但提高了炉内平均温度，增加了平均传热、特别是辐射传热效率；同时由于无焰燃烧温度场均匀无局部高温区，且火焰峰值温度相对较低，热力NOX的生成受到抑制。传统上，无焰燃烧技术需要通过高温预热空气来实现(通常高于1000℃)，相应设施及操作流程也较为复杂，使其难以应用于包括煤粉在内的固体燃料。
发明内容
本发明提供一种煤粉富氧无焰燃烧方法及其系统，目的在于能够实现CO2的富集捕获，同时降低NOX排放、改善燃烧稳定性和提高燃烧效率，是一种兼顾节能与CO2减排、具有较高综合效益的燃煤锅炉系统。
本发明提供的一种煤粉富氧无焰燃烧方法，其特征在于：该方法将富氧燃烧产生的高温、富含CO2的烟气与纯氧混合后代替空气作为助燃气，再通过直流无焰燃烧器将助燃气以高速射流的形式注入炉膛，使煤粉燃烧稳定后火焰峰面消失，呈现均匀的无焰燃烧；纯氧由空气分离装置提供，循环烟气与纯氧在进入一次风道和二次风道前完成混合，再循环入炉膛。
作为上述技术方案的改进，一次风含氧量为10～25％；二次风含氧量为20～40％，三次风为纯氧；进入炉膛的氧气体积流量占进入炉膛总气体体积流量的25％～35％，氧气过量系数为1.00～1.15。
作为上述技术方案的进一步改进，煤粉采用无焰燃烧；一次风为直流，出口风速为10～25m／s；二次风为高速射流，出口风速为60～200m／s；煤粉由一次风携带，一二次风的比例为(5％～15％)：(95％～85％)。
本发明提供的实现上述煤粉富氧无焰燃烧方法的系统，包括炉膛本体及烟气管路，其特征在于安装有氧气注入系统和直流无焰燃烧器。
所述氧气注入系统连接一次风道、二次风道和三次风道，通过注氧点分别将纯氧注入一次风道、二次风道和三次风道中；
所述直流无焰燃烧器安装在所述炉膛本体内，与所述一次风道，二次风道以及三次风道相连；其中二次风道上安装有增压风机，二次风经加压后，通过直流无焰燃烧器以高速射流的形式进入炉膛。
本发明在富氧燃烧富集CO2的基础上，通过无焰燃烧提高燃烧的稳定性和燃尽率，且炉膛温度分布均匀、平均温度高、峰值温度低，辐射传热显著增强，燃烧系统的热利用效率可提高10～25％，NOX生成可减少15～40％。将富氧燃烧产生的高温烟气，以高速射流的形式经直流无焰燃烧器注入炉膛，通过高速射流卷吸作用可实现炉膛内热量和质量的快速、均匀混合，使煤粉燃烧稳定后火焰峰面消失，呈现均匀的无焰燃烧，绝热火焰温度较之传统富氧燃烧降低150～300℃，使无焰燃烧技术能够有效应用于煤粉燃烧，避免了传统无焰燃烧的高温预热过程，减少了蓄热器等换热设施的投资以及能耗，简化了系统运行流程。
附图说明
图1为富氧无焰燃烧系统结构示意图；
图1中，1直流无焰燃烧器，2增压风机，3烟气净化器，4冷凝器，5空气分离装置，6循环风机，一次风道7、二次风道8、氧气通道9、三次风道10；
图2为直流无焰燃烧器示意图，其中，(a)为主视图，(b)为截面示意图；
图3为氧气注入系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供的富氧无焰燃烧方法，将富氧燃烧产生的高温、富含CO2的烟气与纯氧混合后代替空气作为助燃气，再通过直流无焰燃烧器将助燃气以高速射流的形式注入炉膛，使煤粉在炉膛中呈现一种均匀温和的无焰燃烧。
1、烟气循环方法：燃烧产生的高浓度CO2烟气，一部分排出循环系统经压缩成为液态CO2；另一部分循环进入炉膛，称之为一次风循环烟气和二次风循环烟气。一次风循环烟气经除尘、除湿通过一次风道进入炉膛；二次风循环烟气经增压风机通过二次风道进入炉膛。一次风循环烟气和二次风循环烟气分别与纯氧均匀混合后构成新的一次风和二次风，一次风为温度为100～250℃；二次风温度为300～500℃，水蒸气体积分数为10～40％。
2、氧气注入方法：纯氧由空气分离装置提供，循环烟气与纯氧分别在进入一次风道和二次风道前完成混合，再循环进入炉膛。一次风含氧量为10～25％；二次风含氧量为20～40％；三次风为纯氧。进入炉膛的氧气体积流量占进入炉膛总气体体积流量的21％～35％，氧气过量系数为1.00～1.15。
3、燃烧方法：采用直流无焰燃烧器，一次风出口风速为10～25m／s；二次风为高速射流，出口风速为60～200m／s。煤粉由一次风携带，一二次风的比例为(5％～15％)：(95％～85％)；煤粉燃烧稳定后，火焰锋面消失，呈现均匀的无焰燃烧，绝热火焰温度较之传统富氧燃烧降低150～300℃。
如图1所示，本发明提供的富氧无焰燃烧系统包括炉膛本体及烟气管路、直流无焰燃烧器1、一次风道7，二次风道8以及三次风道10和氧气注入系统。
直流无焰燃烧器1安装在所述炉膛本体内。一次风道7，二次风道8以及三次风道10，分别连接所述烟气管路和直流无焰燃烧器。氧气注入系统连接所述一次风道7和二次风道8，并通过三次风道10与直流无焰燃烧器三次风管相连并输入氧气；
炉膛的烟气管路分成二路，其中一路经烟气净化器4、冷凝器5和流量调节阀与一次风道7连接；另一路直接与二次风道8相连。
所述一次风道7安装循环风机6，煤粉通过一次风道由除湿后的一次风携带进入炉膛。
所述二次风道8安装有高压头的增压风机2，二次风经升压加速后通过直流燃烧器二次风管以高速射流的形式进入炉膛。
如图2所示，直流无焰燃烧器1连接一次风道7、二次风道8及三次风道10。一次风管位于中心，二次风管与一次风管平行，并环绕一次风管呈环形排布，二次风管数量视需要可设置为2～4根不等；三次风管与一次风管平行，具体位置和数量根据实际需要确定。
如图3所示，所述氧气注入系统包括空气分离装置5、储氧罐和氧气通道9。空气分离装置与储氧罐相连，储氧罐通过氧气通道9分别与一次风道7，二次风道8以及三次风道10相连；氧气由空气分离装置5产生，储存于储氧罐中，并通过氧气通道9分别注入一次风道7、二次风道8和三次风道10。一次风注氧点位于循环风机6与流量调节阀之间；二次风注氧点位于增压风机2与炉膛出口之间；三次风道与氧气通道连接，若一次、二次风氧气混合出现故障，三次风可直接进入炉膛维持燃烧。
实施例：
烟气排出炉膛后，一次风循环烟气经烟气净化器3净化和冷凝器4冷凝脱水后，一部分排出循环系统压缩成为液态CO2，另一部分经注氧后形成一次风，由循环风机6加压进入一次风道，通过无焰燃烧器1以直流的形式循环进入炉膛；一次风循环烟气量和排出循环系统烟气量的比例可由流量调节阀控制；一次风温度为100～250℃，无焰燃烧器出口风速为10～25m／s。二次风循环烟气经注氧后形成二次风，由增压风机加压进入二次风道，通过无焰燃烧器1以高速射流的形式循环进入炉膛；二次风温度为300～500℃，水蒸气体积分数为10～40％，无焰燃烧器出口风速为60～200m／s。煤粉由一次风携带，一、二次风的比例为(5％～15％)：(95％～85％)。
空气分离装置5产生的纯氧通过纯氧通道9在注氧点与一次风循环烟气以及二次风循环烟气混合，或经三次风道10直接喷入炉膛。一次风注氧点位于循环风机6与流量调节阀之间，二次风注氧点位于增压风机与炉膛出口之间；一次风含氧量为10％～25％，二次风含氧量为20％～40％，三次风为常温纯氧。进入炉膛的氧气体积流量占进入炉膛总气体体积流量的21％～35％，氧气过量系数为1.00～1.15。
燃烧稳定后，火焰峰面消失，呈现均匀的无焰燃烧，绝热火焰温度较之传统富氧燃烧降低150～300℃。
若一次风、二次风注氧出现故障，纯氧可由三次风注入炉膛以维持燃烧。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种煤粉富氧无焰燃烧方法，其特征在于：该方法将富氧燃烧产生的高温、富含CO2的烟气与纯氧混合后代替空气作为助燃气，再通过直流无焰燃烧器将助燃气以高速射流的形式注入炉膛，使煤粉燃烧稳定后火焰峰面消失，呈现均匀的无焰燃烧；纯氧由空气分离装置提供，循环烟气与纯氧在进入一次风道和二次风道前完成混合，再循环入炉膛；助燃气以高速射流的形式注入炉膛，使煤粉燃烧稳定后火焰峰面消失，呈现均匀的无焰燃烧。
2.如权利要求1所述的煤粉富氧无焰燃烧方法，其特征在于，一次风含氧量为10％～25％；二次风含氧量为20％～40％，三次风为纯氧，进入炉膛的氧气体积流量占进入炉膛总气体体积流量的25％～35％，氧气过量系数为1.00～1.15。
3.如权利要求1所述的煤粉富氧无焰燃烧方法，其特征在于，一次风为直流，出口风速为10～25m／s；二次风为高速射流，出口风速为60～200m／s；煤粉由一次风携带，一次风、二次风的比例为(5％～15％)：(95％～85％)。
4.一种实现权利要求1所述煤粉富氧无焰燃烧方法的系统，包括炉膛本体及烟气管路，其特征在于，它还包括直流无焰燃烧器和氧气注入系统；
所述氧气注入系统连接一次风道、二次风道和三次风道，通过注氧点分别将纯氧注入一次风道、二次风道和三次风道中；
所述直流无焰燃烧器安装在所述炉膛本体内，与所述一次风道，二次风道以及三次风道相连；其中二次风道上安装有增压风机，二次风经加压后，通过直流无焰燃烧器以高速射流的形式进入炉膛。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述直流无焰燃烧器的一次风管位于中心，二次风管与一次风管平行，并环绕一次风管呈环形排布；三次风管与一次风管平行。
6.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述二次风道安装有高压头的增压风机，二次风经升压加速后通过直流燃烧器二次风管以高速射流的形式进入炉膛。
7.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述氧气注入系统包括空气分离装置、储氧罐和氧气通道；空气分离装置通过管道与储氧罐相连，储氧罐通过氧气通道分别与一次风道，二次风道以及三次风道相连；一次风注氧点位于循环风机与流量调节阀之间；二次风注氧点位于增压风机与炉膛出口之间；三次风道与氧气通道连接，若一次、二次风氧气混合出现故障，三次风能够直接进入炉膛维持燃烧。
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