CN106439793A - 一种劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧方法 - Google Patents
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Abstract
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。本发明主要用于劣质煤燃烧领域。
Description
技术领域
本发明属于高效洁净煤燃烧技术领域。
背景技术
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。
发明内容
本发明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，水蒸气喷嘴的个数范围为4个至16。
所述的加料装置通过Q个下倾加料管与流化床连通，且Q个下倾加料管沿流化床的周向均匀分布。
采用煤燃烧热化学转化不同阶段的针对性地分段热解、绝热燃烧、破碎、气化、还原性气氛燃烧、氧化性气氛燃尽并利用炉内新结构实施各阶段质量、动量、能量有效耦合的方法，将流化床燃烧和煤粉炉燃烧结合起来，通过独立控制，打破高效洁净煤燃烧要求的相互制约，发挥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。
具体应用过程中，首先引燃流化床，对送入流化床中粒度在10mm以下煤、生物质及其混合物、特别是劣质煤颗粒的一种或多种进行一定风率下的热解、燃烧、破碎、气化，即还原性气氛下富燃料绝热燃烧，将燃料重整为粗煤气；所述的粗煤气为：由流化床输出的、压力不大于3MPa的、温度为500℃至980℃的、仅含带粒度范围可控的半焦、焦炭颗粒的气固两相流；然后将粗煤气通过粗煤气燃烧器引入到煤粉炉粗煤气燃烧器区域，在此区域继续进行1100℃还原性气氛下富燃料燃烧及换热，燃料型NOx能得到有效抑制；最后在煤粉炉粗煤气燃烧器区域的以上区域利用燃尽风进行1300℃左右氧化性气氛燃尽、换热，排烟及排灰渣，既能保证燃烧效率又能抑制热力型NOx生成，流化床和煤粉炉能实现各自独立控制。
本发明带来的有益效果是，采用分段耦合燃烧的概念，通过各段独立控制和两种炉型的有效耦合，实现了在各阶段针对性地强化与抑制煤的热化学转换，从而能同时实现劣质煤着火稳燃、高效、低NOx燃烧；发挥了流化床和煤粉炉两种燃烧方式各自优势并克服各自劣势；
此外，流化床配置了颗粒破碎、分选功能，可直接处理粒度为10mm以下的颗粒，流化床无需排渣，既节能又可取消煤粉炉燃烧的磨煤系统，所以也无三次风处理问题；流化床具有干燥和脱硫功能，高灰、高水、高硫的三高煤能高效低NOx煤粉燃烧；又因流化床绝热燃烧，所以任何煤种的燃烧都能够采用烟气再循环技术实施洁净燃烧；流化床具有气化和调温功能，难燃的低挥发分无烟煤、贫煤、热解或气化后剩余焦炭能转化为易燃燃料并能可靠地实现高效低NOx燃烧，煤与木屑、稻壳等生物质混烧不存在受热面磨损、结焦、燃烧效率低、污染物排放高等问题；
此外，流化床和煤粉炉既相互独立控制，又有效耦合，显著地改善了煤粉炉的煤种适应性和负荷响应特性；由于耦合了煤粉炉，流化床燃烧备煤系统的筛余煤粉能够得到高效低NOx燃烧；流化床规模化和单系列化能达到煤粉炉的技术水平,另一方面，由于1个煤粉炉能配置不同个数流化床，因此适于小、中、大各种不同规模的煤燃烧，包括工业锅炉、电站锅炉的煤燃烧。由于双涡快速流化床适于煤、生物质及煤与生物质混合物气化，本发明适用于多联产。
理论、实验(数值实验)和实践表明，燃用某无烟煤，在烟气氧浓度3.2﹪的情况下，燃烧效率97﹪以上，NOx排放可达250mg以下，燃烧稳定，不结渣(焦)，负荷响应良好。
附图说明
图1为本发明所述的一种劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧装置的结构示意图；
图2为一种流化床的结构示意图；附图标记H3表示稀相区的高度；
图3为锥形截面布风环的剖视图；
图4为一种煤粉炉结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1、图2和图4说明本实施方式，本实施方式所述的一种劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧方法，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；
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。
本实施方式，所述的流化床1为鼓泡床沸腾床、循环流化床、离心流化床、气流粉碎流化床、双涡快速流化床1的一种或它们的组合，优选地，流化床1为双涡快速流化床。
所述的煤粉炉2为切圆燃烧煤粉炉、W火焰煤粉炉、U火焰煤粉炉、旋风炉的一种或它们的组合，优选地，煤粉炉2为切圆燃烧煤粉炉。
流化床1用于10mm以下煤、生物质颗粒和石灰石颗粒的还原性气氛热解、绝热燃烧、破碎、气化、颗粒分选、脱硫的同时，预制压力不大于3MPa的、温度为500℃至980℃的、仅含带粒度范围可控的半焦、焦炭颗粒的气固两相流，即粗煤气，粗煤气的温度由流化床1配风调节、水蒸汽气化辅助控制，粗煤气中的半焦、焦炭颗粒粒度由减小流化床1二次风率、增大破碎气流比例方式调节，最终由水蒸汽龙卷风式旋转分离主控、百叶窗1-14辅助控制，确保粗煤气中的半焦、焦炭颗粒粒度在75微米以下，其中，百叶窗1-14采用现有技术实现。
煤粉炉2用于进行粗煤气燃烧器所在区域的1100℃还原性气氛燃烧及换热和燃烧器区域以上区域的1300℃氧化性气氛燃尽、换热，排烟及排灰渣，煤粉炉2的周知结构采用现有技术实现，相对于流化床1，煤粉炉2的燃烧独立控制。煤粉炉2的炉膛2-1自下至上分为相对独立的还原性气氛富燃料燃烧区2-2和氧化性气氛贫燃料燃尽区2-3；
所述的煤粉炉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，所述的粗煤气燃烧器2-4分直流、旋流、集中火焰、多重小火焰多种。
流化床1的配风必须确保床内还原性气氛富燃料燃烧，并且绝热燃烧，燃烧份额范围为0.2至0.8，优选地，燃烧份额范围为0.2至0.5，流化床1为双涡快速流化床时，由于燃料只需部分氧化、高速离心流化，双涡快速流化床具有循环流化床的负荷响应快速、热质交换强烈、停留时间长、旋风分离、物料循环等特征，因此，无需循环流化床回料系统，结构简单、紧凑。
加料装置1-1为高压加料锁斗、铰龙、高压密相输粉、稀相送粉的一种或它们的组合，以适应不大于3MPa压力下操作；加料装置1-1所提供的固态物料为，粒度小于10mm的煤、生物质、焦炭、半焦、石灰石颗粒的一种或多种；石灰石颗粒亦可另设装置和喷口喷入。
流化气流喷嘴1-4射入流化风和破碎气流喷嘴1-5射入破碎风均为空气、水蒸汽、再循环烟气、惰性气体中的一种或多种，优选地，为空气。
一级配风喷口2-5b和二级配风喷口2-6均用于输送氧化剂，优选地，为空气。
具体实施方式二：参见图1、图2和图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧方法的区别在于，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。
本实施方式中，煤粉炉2的粗煤气喷口2-5a与所述的流化床1的粗煤气出口管1-15连通，粗煤气燃烧器2-4需配置多组，优选地，粗煤气燃烧器2-4配置4组。
4组粗煤气燃烧器2-4切圆式布置于还原性气氛富燃料燃烧区2-2，用于粗煤气1100℃还原性气氛富燃料燃烧，利用高温使碳转化率达到80％以上、燃料氮转化为挥发分氮达到80％以上，既有利于下一段燃尽又能有效抑制燃料型NOx的发生，煤粉炉2一级配风分为粗煤气燃烧器2-4中心风、周界风和侧边风利于粗煤气燃烧器2-4的冷却和防止还原性气氛富燃料燃烧区2-2水冷壁面结渣及高温腐蚀。
煤粉炉2的二级配风喷口2-6需配置多组，优选地，煤粉炉2二级配风喷口2-6配置4组；4组煤粉炉2二级配风喷口2-6切圆式布置于氧化性气氛贫燃料燃尽区2-3，用于还原性气氛富燃料燃烧区2-2产生的可燃物(主要是CO和少量半焦、焦炭)1300℃氧化性气氛贫燃料燃尽，既能防止热力型NOx产生又能充分燃尽，煤粉炉2二级配风分为火上风(OFA)、主二级配风、燃尽风，在氧化性气氛贫燃料燃尽区2-3自下而上依次布置。
由于从整体角度独立组织了粗煤气在煤粉炉2中燃烧，能独立优化各种风率，优选地，煤粉炉2的一级配风风率范围为0.6至0.9、煤粉炉2的二级配风风率范围为0.4至0.1。流化床1和煤粉炉2各自独立控制；流化床1需配置多个，优选地，为1个至8个，以匹配不同规模的煤粉炉2的多组粗煤气燃烧器2-4。
具体实施方式三：参见图1、图2和图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧方法的区别在于，
步骤一中，流化气流喷嘴1-4射入流化风的布风方式为：沿流化床1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1-4射流交叉；
步骤一中，破碎气流喷嘴1-5射入破碎风的布风方式为：同一层中的所有破碎气流喷嘴1-5的射流方向均为垂直指向中心锥体1-8的对称轴，且同一层中的相对的两个破碎气流喷嘴1-5的射流相互对撞。
步骤一中，流化气流喷嘴1-4和破碎气流喷嘴1-5的出口气流的马赫数Ma小于或等于2.5。
本实施方式中，同一水平面的多个流化气流喷嘴1-4的相邻喷嘴射流相互交叉后，能在床内形成破碎圆以实施煤颗粒剪切破碎，同一水平面相邻喷嘴射流交叉所形成的钝角介于91°至179°之间,优选为135°，流化气流喷嘴1-4出口气流的马赫数Ma不大于2.5，超音速下优选为1.35至2.01；
所以，本发明所述的一种流化床1的布风特点之一为：于床底四周至少两层切向布置流化风、同一水平面相邻喷嘴射流交叉。
所述的流化床1的破碎气流喷嘴1-5可为多个拉法尔喷嘴或渐缩喷嘴，分一层或多层布置，多层情况下各层之间分顺列、错列两种布置方式，并且每层组有独立的布风环1-3以利颗粒破碎和负荷调节控制；同一水平面的多个破碎气流喷嘴1-5于流化床1对称轴心对冲布置，破碎气流喷嘴1-5出口气流的马赫数Ma不大于2.5，超音速下优选为1.35至2.01；
所以，本发明所述的流化床1的布风特点之二为：流化燃烧区1-11a上部四周至少两层或至少一层两组对冲布置破碎风、同一水平面相对两喷嘴射流对撞。
具体实施方式四：参见图1、图2和图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧方法的区别在于，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1-7，且多个水蒸气喷嘴1-7沿稀相区1-13的周向下倾均匀分布。
本实施方式，所述的流化床1的旋转二次风喷管1-6为多个，优选地，为2个至8个，布置于破碎气化区1-11b上部，在同一水平面上，至少一层周向均匀切圆式布置，用于气固两相流旋转；由旋转二次风喷管1-6引入的二次风为空气、水蒸汽、再循环烟气、惰性气体的一种或多种，优选地，为空气；
所以，本发明所述的流化床1的布风特点之三为：于破碎气化区上部在同一水平面上至少一层周向均匀切圆式布置旋转二次风以使气固两相流旋转。
具体实施方式五：参见图1、图2和图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧方法的区别在于，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1-8作用下，在密相区1-11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1-12，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1-13，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1-14辅助控制颗粒粒度，最终，通过粗煤气出口1-15输出气固两相流，所述的气固两相流为粗煤气。
具体实施方式六：参见图1、图2和图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧方法的区别在于，密相区1-11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1-13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1-12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。
旋风分离区1-12，优选为，上部渐缩圆锥筒、下部圆形直筒结构，且旋风分离区1-12的上端口与稀相区1-13的下端口相同，旋风分离区1-12的下端口与密相区1-11的上端口相同。旋风分离区1-12下部圆形直筒段的高度为H2a、直径为D1，上部锥筒段的高度为H2b、底端直径为D1、顶端直径为D3，旋风分离区1-12的高度H2与其下部直筒段高度H2a比值范围为2至10；
所述的密相区1-11，优选为，底端密封的圆形直筒结构，密相区1-11的高度为H1，且D1/H1的比值范围为0.01至2。
本实施方式，通过床底密相区1-11四周切向布风、射流对冲、二次风旋转、配合中心锥体1-8的导流和破碎靶作用，使煤颗粒在密相区1-11充分旋转流化、绝热燃烧、破碎、气化、传输、循环，形成密相区1-11的内漩涡；中心部颗粒流动由于重力沿中心锥体1-8表面旋转下移，具有移动床特征，能显著延长煤颗粒停留时间，四周颗粒流动具有离心流化床特征，也能延长煤颗粒停留时间；旋转流化消除了分层流化、团聚、气泡；由于射流交叉、与靶壁撞击、对冲具有破碎功能，所述的密相区1-11不需要直接排渣；密相区1-11能保障煤颗粒充分旋转流化、热解、绝热燃烧、破碎、气化、传输、循环、延长停留时间、避免直接排渣。
具体实施方式七：参见图1、图2和图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧方法的区别在于，所述的中心锥体1-8的锥角θ的最大值为颗粒堆积角的2倍，中心锥体1-8的高度为B，密相区1-11的高度为H1，且B≤H1。
本实施方式，中心锥体1-8能作为导流装置和破碎靶辅助煤颗粒流化、破碎。
具体实施方式八：参见图1至图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧方法的区别在于，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1-3，且每层流化气流喷嘴1-4配置一个独立的布风环1-3，每层破碎气流喷嘴1-5配置一个独立的布风环1-3。
本实施方式，布风环1-3为现有结构，布风环1-3的截面是圆形、矩形或锥形的圆环，配有进气管1-3a、出气管1-3b，出气管1-3b与流化气流喷嘴1-4连通，具体参见图3；所述的布风环1-3一部分配置在流化床1的底端，即：流化燃烧区1-11a，另一部分配置在流化床1流化燃烧区1-11a上部；为了确保稳定流化和负荷调节控制，在所述的流化床1底端至少配置两层布风环1-3，在所述的流化床1破碎气化区1-11b至少配置两层或一层两组布风环1-3；由进气管1-3a引入布风环1-3流化风和破碎风后分别分流为流化气流和破碎气流的气体为空气、水蒸汽、再循环烟气、惰性气体的一种或多种，优选地，为空气。
所述的流化床1的流化气流喷嘴1-4为多个拉法尔喷嘴或渐缩喷嘴，分一层或多层布置，多层情况下各层之间分顺列、错列两种布置方式，并且每层有独立的布风环1-3以利颗粒破碎和负荷调节控制。
具体实施方式九：参见图1、图2和图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧方法的区别在于，旋转二次风喷管1-6的个数范围为2个至8个，水蒸气喷嘴1-7的个数范围为4个至16。
本实施方式，所述的流化床1的旋转二次风喷管1-6为多个，优选地，为2个至8个，布置于破碎气化区1-11b上部，在同一水平面上，至少一层周向均匀切圆式布置，用于气固两相流旋转；由旋转二次风喷管1-6引入的二次风为空气、水蒸汽、再循环烟气、惰性气体的一种或多种，优选地，为空气。
具体实施方式十：参见图1、图2和图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧方法的区别在于，所述的加料装置1-1通过Q个下倾加料管1-2与流化床1连通，且Q个下倾加料管1-2沿流化床1的周向均匀分布。
本实施方式，加料管1-2的配置分两种：集中方式与分级方式，集中方式为，在密相区1-11单独设置至少1个下倾加料管1-2；分级方式为，在密相区1-11和稀相区1-13均分别设置至少1个下倾加料管1-2，实施物料分级。
密相区1-11又分为三部分，分别为：一层或多层流化气流喷嘴1-4所对应的流化燃烧区1-11a、一层或多层破碎气流喷嘴1-5所对应的破碎气化区1-11b、旋转二次风喷管1-6和下倾加料管1-2所对应的传输循环区。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一所述的一种劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧方法的区别在于，所述的稀相区1-13，优选为，顶端密封的圆形直筒结构，稀相区1-13的高度为H3，且D3/H3的比值范围为0.005至0.99。
本实施方式中，经过旋风分离区1-12加速、旋转、离心力分选后的流态化气固两相流进入稀相区后，继续热解、气化，旋转不断减弱并充分发展，由于离心力及气固滑移，在稀相区形成以半焦、焦炭颗粒为主体的外漩涡，稀相区1-13的作用是快速输运、辅助煤颗粒、半焦、焦炭颗粒热解、气化、分选、延长停留时间。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一所述的一种劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧方法的区别在于，百叶窗1-14为一级直板或弯板圆筒形百叶窗，由多个长方体直板或弯板与垂直来流方向成15°至35°锐角互不遮蔽组合而成，该圆筒形百叶窗同心内置于稀相区1-13最顶端；百叶窗1-14作用是辅助控制粗煤气中的颗粒粒度。
Claims (10)
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所述的一种劣质煤高效低NOx分段耦合燃烧方法，其特征在于，
步骤一中，流化气流喷嘴(1-4)射入流化风的布风方式为：沿流化床(1)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(1-4)射流交叉；
步骤一中，破碎气流喷嘴(1-5)射入破碎风的布风方式为：同一层中的所有破碎气流喷嘴(1-5)的射流方向均为垂直指向中心锥体(1-8)的对称轴，且同一层中的相对的两个破碎气流喷嘴(1-5)的射流相互对撞。
步骤一中，流化气流喷嘴(1-4)和破碎气流喷嘴(1-5)的出口气流的马赫数Ma小于或等于2.5。
4.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(1-7)，且多个水蒸气喷嘴(1-7)沿稀相区(1-13)的周向下倾均匀分布。
5.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，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(1-8)作用下，在密相区(1-11)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(1-12)，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(1-13)，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(1-14)辅助控制颗粒粒度，最终，通过粗煤气出口(1-15)输出气固两相流，所述的气固两相流为粗煤气。
6.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，密相区(1-11)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(1-13)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(1-12)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。
7.根据权利要求6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，所述的中心锥体(1-8)的锥角θ的最大值为颗粒堆积角的2倍，中心锥体(1-8)的高度为B，密相区(1-11)的高度为H1，且B≤H1。
8.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(1-3)，且每层流化气流喷嘴(1-4)配置一个独立的布风环(1-3)，每层破碎气流喷嘴(1-5)配置一个独立的布风环(1-3)。
9.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，旋转二次风喷管(1-6)的个数范围为2个至8个，水蒸气喷嘴(1-7)的个数范围为4个至16。
10.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，所述的加料装置(1-1)通过Q个下倾加料管(1-2)与流化床(1)连通，且Q个下倾加料管(1-2)沿流化床(1)的周向均匀分布。
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