CN1080357A - 充分燃烧的组合发电厂 - Google Patents

Abstract

一种充分燃烧的组合发电厂，其中燃气轮机排气 被注入到其燃料是粉煤的锅炉内来补偿热量，粉煤被 空气馈送，以便注入到锅炉里，燃气轮机的排气以旋 流形式被提供在注入到锅炉里的粉煤的四周。

Description

本发明涉及到一种充分燃烧的组合发电厂，尤其是一种能减少产生的氧化氮量的充分燃烧的组合发电厂。

近年来，由于这些电厂能带来高效，所以各种各样的组合电厂已引起人们的关注，在这类电厂中，一台汽轮机和一台使用汽轮机排气产生蒸汽的锅炉组合使用。

充分燃烧的组合电厂是这样一种组合电厂，它由一汽轮机和一台锅炉组成，在锅炉中汽轮机所排的气被用做为燃烧空气的一部分。作为这种情况下的锅炉，其经济优越性在于锅炉的粉煤燃烧炉，在此利用了低价的粉煤做为燃料。作为这样的充分燃烧的组合电厂的配置，公开在日本专利未审查公开文献NO51-111501中。在这个公知的例子中，磨煤机内的粉煤被从汽轮机中来的排气送进锅炉，从汽轮机来的排气的一部分以与输送粉煤的上述路径不同的路径被引入该锅炉，给燃烧提供排气。

此外，人们迫切希望新建的热电厂是一个高效并且尽可能地减少氧化氮的产生或生成量的电厂。这种要求或需要也必须在前述的充分燃烧的组合发电厂的情况中才能充分满足。实际上，在充分燃烧的组合发电厂的情况下，经济上的优点是使用粉煤做为锅炉的燃料。但是，由于与天然气和重油相比较，煤包含较多的有机的含氮物质，随着锅炉内的燃烧，产生或生成大量的氧化氮，从而带来问题。在公知的充分燃烧的组合发电厂中，没有做这方面的考虑，而且减少氧化氮的产生数量也是不可能的。

此外，尽管没有一台锅炉用在充分燃烧的组合发电厂中，但作为用在热电厂中的普通锅炉上的限制产生氧化氮的技术，一种所谓的三级燃烧系统是有效的，它被公开在“锅炉研究”杂志上，第4页到第11页，1988年10月期上的“粉煤燃烧型锅炉的低NOx燃烧技术”一文之中。三级燃烧系统是这样的一个系统，其中用于粉煤燃烧的空气被分成三部分，它们被导入锅炉的燃烧室内。第一燃烧空气是用来把磨煤机中的粉煤送到粉煤锅炉的原始空气，第二燃烧空气是通过涡动从粉煤燃烧室的外围吹来的空气的二次空气;从而导致空气流入粉煤燃烧室，而第三燃烧空气的区域空气，用来涡动从粉煤燃烧室的外周边来的空气，利用一旋流装置使外周边的空气流入粉煤燃烧室内。按照三级燃烧系统，一个高温还原部立即形成在燃烧器出口处的火陷的后面。包含在煤中的氮成份在该位置上气化和氧化，从而产生一氧化氮。接着，含在煤中的氮成份被存在于周边上的碳氢化合物和其他类似物减少，以致于产生气态的氮化合物。因此有可能减少氧化氮的生成量。

如上所述，人们迫切要求新设计的热电厂效率上是高的，并能尽可能地减少氧化氮的生成量。实际上，在充分燃烧的组合电厂中，因为做为燃料的煤同天然气和重油相比含有许多有机的含氮物质，随着在锅炉中的燃烧氧化氮的大量产生或生成已成为一课题或问题。为了解决这个问题，使用前述的三级燃烧系统是有效的。可是，如果把在对热电厂使用的一般锅炉中的这种三级燃烧系统技术引入充分燃烧的组合电厂的话，就不可能将氧化氮的生成量降低到一个令人满意的水平。

由于上述诸点，本发明的目的是提供一种充分燃烧的发电厂，它效率高，并能尽可能地减少氧化氮的生成量。

本发明提供了一个充分燃烧的组合电厂，在此燃气轮机排气被注入到其燃料为粉煤的锅炉里来起作用，在此粉煤被空气转送并注入到锅炉里，并且燃气轮机排气做为旋流被给到注入锅炉的粉煤的四周或周边。

按照本发明，一个高温还原火焰由粉煤和空气中的氧之间的燃烧来形成，并且该高温还原火焰的周边以低氧气浓度的气体覆盖，由此氧化氮的产生或生成被限制。

图1是一个视图，它表示根据本发明的一个充分燃烧的组合发电厂的整体的或总布置。

图2是表示根据本发明的锅炉部分的一个放大视图;

图3是用以描述一个三级燃烧系统的运行原理的视图;

图4是用以体现减少氧化氮生成的优点的视图;

图5是表示本发明另一实施例的视图。

图1表示根据本发明的充分燃烧组合电厂的一种整体或者叫总布置。粉煤作为燃料通过粉煤转送管道24被转送到锅炉19。加工粉煤使得粉煤30由磨煤机23进一步地磨碎。粉煤通过由鼓风机22产生的空气11烘干，并被转送，以便提供给锅炉风箱17。用来把粉煤转送给锅炉的空气一般被称之为“一次风”。

另一方面，燃料10和被压缩机G压缩的空气11被转送到燃气轮机12来驱动发电机13。排气穿过燃气轮机排气管道14，而一部分排气从燃气轮机排气风箱转送管道16被送到风箱17，剩余的排气从燃气轮机排气后风口馈送管道15馈入后风口18。

图2表示图1中图示的风箱17部分的详情的视图。一粉煤燃烧器26被布置在锅炉水冷壁32的一部分上。通过粉煤转送管道24输送的粉煤25和空气11从粉煤燃烧器26前端的环形固定机构射入锅炉并被燃烧。因为该燃烧是利用氧浓度为21%的空气来实现的，火焰35形成了以后要描述的高温还原火焰。反之，从燃气轮机排气风箱馈送管道16来的燃气轮机排气28被分成两部分，它们从粉煤燃烧器26的周边被导入锅炉19。二者之一是穿过旋流装置33和火焰约束环36的二次排气30。由于二次排气30的旋流形成在高温还原火焰35的外周边，来促进高温还原火焰35的形成。另一个是三次排气31，利用旋流装置34形成一很强的旋流，并被注入到锅炉19中，从而在形成在粉煤燃烧器26出口的高温还原火焰35的前面形成旋流。二次气30和三次气31被稳定形成，高温还原火焰35不发散，原因是与常规的热力锅炉使用空气（氧浓度为21%）的情况相比，含氧量少（排气的氧浓度是14到16%）。

在此，参考图3将描述由于三级燃烧从而减少氧化氮的操作原理。在图3中，横坐标表示距燃烧器的距离，而纵坐标表示不同成分的浓度。区域Ⅰ是紧接燃烧器的位置，并表示了这样一种趋势，即由于一次气的吹入，氧气O₂大量地存在，并随着位置远离燃烧器而减少。在该区域中，煤中的含氮物质和氧气O₂在高温环境中互相化合生成一氧化氮NO和碳氧化合物HC，一氧化氮NO和碳氢化合物HC呈现这样一种趋势，距燃烧器的距离增加得越多，它们就增加得越多。在远离燃烧器的Ⅱ区，一氧化氮NO被活性碳氢化合物HC以及诸如此类物质还原，并在高温燃料的过度火焰内产生余量或剩余，并通过一种含有氮的中间化合物NX来减少氮气。其结果，实现氧化氮的减少。

图4指出当利用蒸汽燃烧系统时，锅炉燃烧室高度方向上氧化氮减少的趋势。横坐标表示在锅炉燃烧室高度方向上的距离，而纵坐标表示氧化氮的浓度，特性曲线α是如现有技术所指出的一般热力锅炉的情况，氧浓度为21%的空气从一次气、二次气、三次气和后风进风口被提供。在这种情况下，在锅炉燃烧器的高度方向上距离越增加，氮气的浓度就越减少。然而，从后风进风口提供空气，由此氧化氮再次增加，并被排放或发散到大气中，因此，不可能充分展示三级燃烧的优点。

特性曲线b是本发明的一种情况，氧气浓度为21%的空气是由一次风提供的，然而从二次风、三次风和后风进风口提供其氧气浓度为14～16%的燃气轮机排气。为此同普通热力锅炉所使用的空气（氧气浓度为21%）比较起来，高温还原火焰35没有什么不同的，因为只是氧气浓度降低了（排气的氧气浓度为14～16%）。从而，稳定地形成了高温还原火焰35。特别是，由于燃气轮机排气自身是高压气流，二次风和三次风产生强旋流而可以不用特别加压方法。由于高温还原火焰35能被封闭，因此它能充分地表现还原作用。此外，由于燃气轮机排气围绕着高温还原火焰35和氧气浓度较低的周边，在此氧化氮的产生或形成能被抑制，况且，氧气浓度低的燃气轮机排气同样被提供给后风进风口，在此就可以抑制氧化氮的产生。

图5是本发明的另一个实施例，它采用一种集中燃烧系统，而不是三级燃烧系统，也就是说，两个燃烧器41和44通过风箱17被安装在锅炉水冷壁32部分的上部和下部。中间级的燃气轮机排气喷嘴46位于燃烧器41和44之间，低密度粉煤40和空气11从燃烧器41底部来提供，从而形成一微弱火焰42。从顶部燃烧器44提供高密度粉煤43和空气11形成强火焰45，氧气浓度低于空气的燃气轮机排气28从中间级燃气轮机排气喷嘴46吹入，做为锅炉燃烧气。此外，氧气浓度低于空气的燃气轮机排气28穿过风箱17的其他空间被输入锅炉。燃气轮机排气28被转送到比微弱火焰42低的部分和强火焰45的上面部分。由中间级燃气轮机喷嘴46提供的氧气浓度低于空气的燃气轮机排气28阻止具有高余量氧气浓度的底部弱火焰42走向上面强火焰45，从而使上部强火焰45成为长火焰。此外，由于强火焰45在低氧气浓度环境下燃烧，导致强火焰45可以缓慢燃烧，从而可以减少氧化氮的产生。

根据本发明，燃气轮机排气被充分燃烧的组合发电厂的锅炉二次燃烧器用作为二次和三次风或空气，借此，可实现在锅炉中减少氧化氮的生成。

Claims (5)

1、一种充分燃烧的组合发电厂，其中燃气轮机排气被转送到用粉煤作燃料的锅炉内来补偿热量，其中粉煤被空气送入，以便注入到锅炉中，燃气轮机排气以旋流的形式被转送到注入锅炉的粉煤的四周。

2、一种充分热烧的组合发电厂，它包括一个在其一部分上提供有一空间的锅炉，一个利用压缩空气为燃料的燃气轮机，一个燃烧室安装在所述锅炉的空间上，粉煤供给装置用于提供由空气转送到所述燃烧室的粉煤，以及排气供给装置用于将燃气轮机排气从所述燃烧器的周边转送到所述锅炉内。

3、一种燃烧方法，包括：通过粉煤和在空气中的氧气燃烧形成一高温还原火焰，并且在高温还原火焰的四周笼罩着低氧气浓度气体。

4、一种充分燃烧的组合发电厂，包括一个在其一部分上提供有一空间的锅炉，一个通过压缩空气使燃料燃烧的燃气轮机，第一和第二燃烧室分别安装在所述锅炉空间的上部和下部，第一粉煤供给装置用来通过空气将高密度粉煤转送和供给到所述第一上部燃烧室，第二粉煤供给装置用来通过空气将低浓度粉煤转送和供给到第二下部燃烧室，排气供给装置安装在所述锅炉空间上的第一和第二燃烧室之间，用于将燃气轮机排气转送到所述锅炉中。

5、一种充分燃烧的组合发电厂，它包括一个锅炉，该锅炉具有一个风箱，一个安装在所述风箱上面位置上的后段进风口，和一个安装在所述风箱上的燃烧室，粉煤供给装置用于将粉煤转送到所述锅炉的燃烧室，与输入的空气一起做为燃料，一个燃气轮机由压缩空气来燃烧燃料，以及排气供给装置用于从所述风箱和锅炉内的后段进风口提供燃气轮机排气。

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