CN115949936A - 一种喷水加氢的超低氮氨煤混烧气固相两相燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种喷水加氢的超低氮氨及煤气固相两相燃烧器，该燃烧器的中心设有圆柱形煤粉气流通道，围绕煤粉气流通道设有多级喷氨系统及多级雾化喷水系统；多级喷氨系统包括多级互不连通的喷氨装置，多级雾化喷水系统包括多级喷水装置，各级喷氨装置及各级喷水装置均环绕煤粉气流通道沿径向从内至外依次设置；每级喷氨装置设有多个沿煤粉气流通道周向分布的氨气输出口，氨气输出口与注氨管连通；每级喷水装置设有多个沿煤粉气流通道周向分布的雾状水输出口，雾状水输出口与供水管连通。本发明将氨/煤多级掺烧，可保证氨/煤持续稳定燃烧。同时设置多级雾化喷水系统，在氨/煤混合燃烧时提供H和OH自由基，减少燃烧产生的氮氧化物排放浓度。

Description

一种喷水加氢的超低氮氨煤混烧气固相两相燃烧器

技术领域

本发明涉及一种两相燃烧器，特别涉及一种喷水加氢的超低氮氨煤混烧气固相两相燃烧器。

背景技术

目前，燃煤电厂是中国最主要的电力来源，也是主要的二氧化碳排放源之一，减少燃煤电厂的碳排放是我国实现“双碳”目标的关键。掺烧低碳或零碳燃料是很有前景的燃煤电站碳减排技术，其不仅可以大幅度减少碳排放，还能充分利用存量电站现有设施，实现社会经济效益与生态环境效益的最大化。氢因其零碳特性受到关注，但氢储存运输难度大、成本高。与氢相比，氨体积能量密度高，方便储存运输，被认为是一种更具发展潜力的载氢低碳燃料。如以氨替代部分燃煤可实现燃煤发电的碳减排。但是氨燃料具有特殊的“高氮、难烧”特性，氨的可燃极限窄所以难烧，燃烧不充分可能会导致氨逃逸，并且氨中含有大量的氮原子，烧氨会引入大量燃料氮而带来高氮氧化物排放风险。因此现有研究亟需关注并这项技术中的氨燃烧的稳定性和氮氧化物的形成控制问题。现有燃烧器技术中多采用空气分级与燃料分级等方法减少煤燃烧时的氮氧化物排放，这种方法对于氨燃烧也适用。理论研究发现，氨存在两条反应路径，两条路径的选择取决于燃烧环境中的氧气浓度分布与烟气成分。富氧环境下，氨倾向与氧气反应生成氮氧化物，而乏氧时氨则倾向于将氮氧化物还原生成氮气。因此采用空气分级和燃料分级的技术都有利于掺氨燃烧初期生成乏氧区，抑制掺氨燃烧初期的氮氧化物生成。但是氨中的燃料氮含量巨大，经过分级燃烧后的氮氧化物排放量仍然很高，无法满足燃煤电厂实际使用需求。同时碳氢燃料和氨的燃料特性有很大差异，如层流火焰速度、着火极限、绝热火焰温度、不同相态着火特性等，原有的燃烧器设计不再适用于氨/煤掺烧，因此为了更好的在燃煤电厂实现氨/煤掺烧，针对氨/煤掺烧超低氮氧化物排放的气固两相燃烧器设计是非常有必要的。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种喷水加氢的超低氮氨煤混烧气固相两相燃烧器。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种喷水加氢的超低氮氨煤混烧气固相两相燃烧器，该燃烧器的中心设有圆柱形煤粉气流通道，围绕煤粉气流通道设有多级喷氨系统及多级雾化喷水系统；多级喷氨系统包括多级互不连通的喷氨装置，多级雾化喷水系统包括多级喷水装置，各级喷氨装置及各级喷水装置均环绕煤粉气流通道沿径向从内至外依次设置；每级喷氨装置设有多个沿煤粉气流通道周向分布的氨气输出口，氨气输出口与注氨管连通；每级喷水装置设有多个沿煤粉气流通道周向分布的雾状水输出口，雾状水输出口与供水管连通。

进一步地，雾状水输出口设有可拆卸喷嘴。

进一步地，氨气输出口设有可拆卸导流喷嘴，导流喷嘴的出口方向可调。

进一步地，氨气输出口与雾状水输出口沿煤粉气流通道径向交替设置。

进一步地，氨气输出口与雾状水输出口沿煤粉气流通道周向交替设置。

进一步地，氨气输出口与雾状水输出口沿煤粉气流通道，一部分径向交替，一部分周向交替设置。

进一步地，该燃烧器包括沿煤粉气流通道径向依次套接的多个圆筒；或者在圆筒的筒壁上开有若干个轴线与煤粉气流通道轴线平行的贯通孔，贯通孔的面向燃烧器输出侧的一端作为氨气输出口或雾状水输出口，另一端对应与注氨管或供水管相连通；或者将两相邻的圆筒端面封闭，形成双层圆筒，在双层圆筒的面向燃烧器输出侧的一端端面开通孔A，作为氨气输出口或雾状水输出口，在双层圆筒的另一端面开通孔B，使注氨管或供水管通过该通孔B，与氨气输出口或雾状水输出口连通。

进一步地，存在间隙的圆筒壁之间沿径向设有一级旋流叶片。

进一步地，存在间隙的相邻筒壁之间沿径向设有矩形板；矩形板，其径向两端分别与相应的圆筒壁相连，其上开有若干个轴线与煤粉气流通道轴线平行的贯通孔，贯通孔的面向燃烧器输出侧的一端为氨气输出口或雾状水输出口，另一端对应与注氨管或供水管相连通。

进一步地，该燃烧器还包括助燃装置，助燃装置包括助燃气管；燃烧器输出端设有双层喇叭管；双层喇叭管，其面向燃烧器输出侧的一端开口，另一端封闭，双层喇叭管的开口端直径均大于对应的封闭端直径；内侧喇叭管轴向长度小于外侧喇叭口管轴向长度，双层喇叭管的喇叭口角度相同，均为40°至60°；双层喇叭管的封闭端面开有通孔，双层喇叭管的通孔作为助燃气输出口、氨气输出口、雾状水输出口的一种或几种组合，对应与助燃气管或注氨管或供水管相连通。

进一步地，还设有环形保护盖，保护盖上设有孔，保护盖扣合在圆筒端面上，并覆盖雾状水输出口。

进一步地，多级喷水系统，包括一至三级喷水装置；每级喷水装置设有单独供水管与外部水源相连。

进一步地，多级喷氨系统，包括一至三级喷氨装置；每级喷氨装置设有单独注氨管与外部氨气源相连。

本发明具有的优点和积极效果是：本发明将氨/煤多级掺烧，可保证氨/煤持续稳定燃烧。同时，燃烧器上设置多级高压喷水雾装置，在氨/煤混合燃烧时添加水蒸气和氢气，提供H和OH自由基，改变氮氧化物的生成路径，影响中间体的生成，减少燃烧产生的氮氧化物排放浓度。实现高浓度掺氨稳定燃烧，减少氮氧化物排放。使用该喷水加氢的超低氮氨/煤气固相两相燃烧器于现有燃煤锅炉上，不仅可减少煤粉燃烧产生的二氧化碳还可以有效控制氮氧化物的生成，同时无需对锅炉受热面进行大幅改造。具体优点包括：

1.可以有效控制氨燃烧时产生的燃料型氮氧化物。以氨气和煤粉共同作为主要燃料，高比例掺氨燃烧可大幅降低二氧化碳排放，但是氮氧化物的排放却直线上升。本发明使用分级掺氨和空气分级手段可以使氨/煤燃烧初期处于乏氧环境，有效还原氮气，降低氮氧化物；

2.可以从机理层面控制氮氧化物生成，影响氮氧化物生成的化学反应。本发明在燃料分级和空气分级基础上增加可拆卸的微量喷水装置可以有效增加燃烧时环境中的自由基浓度，如OH、H和O自由基，进一步控制燃料型氮氧化物的生成，得到超低氮氧化物排放的效果；

3.可以实现高比例掺氨燃烧。高比例煤掺氨燃烧会改变燃料的层流火焰速度、绝热燃烧温度等燃烧特性，传统的燃烧组织方式会导致氨逃逸和超高的氮氧化物生成。本发明在多级投氨的基础上，增设了助燃气、双层渐扩出口和微量喷水装置，可以实现高比例掺氨燃烧，灵活调控燃料气体投入炉膛的位置，使氨气处于乏氧的还原区，减少燃料型氮氧化物的生成。

附图说明

图1为本发明的一种喷水加氢的超低氮氨煤混烧气固相两相燃烧器的分解图示意图。

图2为本发明的一种喷水加氢的超低氮氨煤混烧气固相两相燃烧器的主视图。

图3为本发明的一种喷水加氢的超低氮氨煤混烧气固相两相燃烧器的右剖视图。

图4为本发明的一种喷水加氢的超低氮氨煤混烧气固相两相燃烧器的后视图。

图5为本发明的一种喷水加氢的超低氮氨煤混烧气固相两相燃烧器的二级喷氨装置结构示意图。

图6为图5的I部放大图。

图中：1、一级喷氨装置；1-1、一级氨气输出口；1-2、一级注氨管；2-1、一级喷水装置；2-2、二级喷水装置；2-3、三级喷水装置；3-1、一级供水管；3-2、二级供水管；3-3、三级供水管；4-1、二级导流喷嘴；4-1-1、导流喷嘴的出口；4-2、二级氨气输出口；4-3、二级注氨管；6、一级风管；7、煤粉气流通道；8-1、一级旋流叶片；8-2、二级旋流叶片；9-1、内二级通风通道；9-2、外二级通风通道；10、双层喇叭管；11、三级喷氨装置；11-1、三级注氨管；11-2、三级氨气输出口；12、助燃气装置；12-1、助燃气管；12-2、助燃气输出口。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参见图1至图6，一种喷水加氢的超低氮氨煤混烧气固相两相燃烧器，该燃烧器的中心设有圆柱形煤粉气流通道7，围绕煤粉气流通道7设有多级喷氨系统及多级雾化喷水系统；多级喷氨系统包括多级互不连通的喷氨装置，多级雾化喷水系统包括多级喷水装置，各级喷氨装置及各级喷水装置均环绕煤粉气流通道7沿径向从内至外依次设置；每级喷氨装置设有多个沿煤粉气流通道7周向分布的氨气输出口，氨气输出口与注氨管连通；每级喷水装置设有多个沿煤粉气流通道7周向分布的雾状水输出口，雾状水输出口与供水管连通。

优选地，雾状水输出口可设有可拆卸喷嘴。可拆卸喷嘴可与雾状水输出口螺纹连接。

优选地，氨气输出口可设有可拆卸导流喷嘴，导流喷嘴的出口4-1-1方向可调。可拆卸导流喷嘴可与氨气输出口螺纹连接。可使导流喷嘴的出口轴线垂直于或倾斜于螺纹轴线，这样可以通过旋转导流喷嘴，使导流喷嘴的出口4-1-1方向旋转，从而调整导流喷嘴的出口4-1-1方向。还可以制作多种导流喷嘴，使各种导流喷嘴的出口轴线与螺纹轴线的夹角不同，比如制作三种30°、45°、60°不同角度导流喷嘴，对导流喷嘴进行更换也能实现调整导流喷嘴的出口4-1-1方向。

一是：喷嘴可以通过旋转螺纹，使导流喷嘴的出口轴线垂直于或倾斜于螺柱轴线，这样喷口方向旋转。二是：可以做三种不同角度喷嘴，如30°、45°、60°，随时更换。或者按照喷射策略实现多种喷射角度组合喷射，更好实现混合。

优选地，氨气输出口可与雾状水输出口沿煤粉气流通道7径向交替设置。

优选地，氨气输出口可与雾状水输出口沿煤粉气流通道7周向交替设置。

优选地，氨气输出口可与雾状水输出口沿煤粉气流通道7，一部分径向交替，一部分周向交替设置。

优选地，该燃烧器可包括沿煤粉气流通道7径向依次套接的多个圆筒；或者可在圆筒的筒壁上开有若干个轴线与煤粉气流通道7轴线平行的贯通孔，贯通孔的面向燃烧器输出侧的一端作为氨气输出口或雾状水输出口，另一端对应与注氨管或供水管相连通；或者可将两相邻的圆筒端面封闭，形成双层圆筒，在双层圆筒的面向燃烧器输出侧的一端端面开通孔A，作为氨气输出口或雾状水输出口，在双层圆筒的另一端面开通孔B，使注氨管或供水管通过该通孔B，与氨气输出口或雾状水输出口连通。贯通孔、开通孔A可在相应的端面均布。通孔B可与注氨管或供水管可拆卸插接。

优选地，存在间隙的相邻筒壁之间沿径向可设有矩形板；矩形板，其径向两端可分别与相应的圆筒壁相连，其上开有若干个轴线与煤粉气流通道7轴线平行的贯通孔，贯通孔的面向燃烧器输出侧的一端可为氨气输出口或雾状水输出口，另一端可对应与注氨管或供水管相连通。矩形板之间的孔隙可成为通风通道。

优选地，存在间隙的圆筒壁之间沿径向可设有一级旋流叶片8-1。两圆筒之间间隙可大于等于一级旋流叶片8-1宽度。一级旋流叶片8-1对应的风道为内二级通风通道9-1。

优选地，还可设有环形保护盖，保护盖上设有孔，保护盖可扣合在设有雾状水输出口的双层圆筒端面上。

优选地，该燃烧器还可包括助燃装置12，助燃装置12可包括助燃气管12-1；燃烧器输出端可设有双层喇叭管10；双层喇叭管10，其面向燃烧器输出侧的一端可开口，另一端可封闭，双层喇叭管10的开口端直径可大于对应的封闭端直径；内侧喇叭管轴向长度可小于外侧喇叭口管轴向长度，双层喇叭管10的喇叭口角度可相同，均可为40°至60°。双层喇叭管10的封闭端面开有通孔，双层喇叭管10的通孔作为助燃气输出口12-2、氨气输出口、雾状水输出口的一种或几种组合，对应与助燃气管12-1或注氨管或供水管相连通。双层喇叭管10的通孔既可作为助燃气输出口12-2、氨气输出口、雾状水输出口的其中一种，也可作为燃气输出口、氨气输出口、雾状水输出口任意组合。作为助燃气输出口12-2可对应与助燃气管12-1相连通，作为氨气输出口对应与注氨管相连通，作为雾状水输出口对应与供水管相连通。

优选地，在最外侧圆筒与双层喇叭管10的内侧喇叭管之间可设有二级旋流叶片8-2，二级旋流叶片8-2对应的风道为外二级通风通道9-2。

优选地，多级喷水系统，可包括一至三级喷水装置；每级喷水装置可设有单独供水管与外部水源相连。

优选地，多级喷氨系统，可包括一至三级喷氨装置；每级喷氨装置可设有单独注氨管与外部氨气源相连。

上述各级喷氨装置、氨气输出口；注氨管、各级喷水装置、供水管、可拆卸且出口可调方向的导流喷嘴、各级风管、一至二级旋流叶片、双层喇叭管、助燃气装置、助燃气管、助燃气输出口、可拆卸喷嘴等均可采用现有技术中的适用元器件及结构，或采用现有技术中的元器件及结构并采用常规技术手段构造。

下面以本发明的一个几个优选实施例来进一步说明本发明的结构及工作原理：

一种喷水加氢的超低氮氨煤混烧气固相两相燃烧器，该燃烧器的中心设有圆柱形煤粉气流通道，围绕煤粉气流通道设有多级喷氨系统及多级雾化喷水系统；多级喷氨系统包括多级互不连通的喷氨装置，多级雾化喷水系统包括多级雾化喷水系统，各级喷氨装置及各级喷水装置均环绕煤粉气流通道沿径向从内至外依次设置；每级喷氨装置设有多个沿煤粉气流通道周向分布的氨气输出口，氨气输出口与注氨管连通；每级喷水装置设有多个沿煤粉气流通道周向分布的雾状水输出口，雾状水输出口与供水管连通。

多级喷氨系统包括一级喷氨装置1、二级喷氨装置和三级喷氨装置11。多级雾化喷水系统为可拆卸结构，可实现微量喷水，分为三级喷水装置，包括一级喷水装置2-1、二级喷水装置2-2、三级喷水装置2-3。

多级喷氨系统包括一级喷氨装置1、二级喷氨装置和三级喷氨装置11。这三级喷氨装置互不相连接，可以按照燃烧策略分开调控，实现氨气分级喷射。

该燃烧器包括沿煤粉气流通道径向依次套接的多个圆筒；可在圆筒的筒壁上开有若干个轴线与煤粉气流通道轴线平行的贯通孔，贯通孔的面向燃烧器输出侧的一端作为氨气输出口或雾状水输出口，另一端对应与注氨管或供水管相连通；也可将两相邻的圆筒端面封闭，形成双层圆筒，在双层圆筒的面向燃烧器输出侧的一端端面开通孔A，作为氨气输出口或雾状水输出口，在双层圆筒的另一端面开通孔B，使注氨管或供水管通过该通孔B，与氨气输出口或雾状水输出口连通。

优选地，该燃烧器可包括依次套接的三个圆筒；分别为圆筒A、圆筒B、圆筒C。

其中一级喷氨装置1设置在圆筒A上，可在圆筒A的筒壁上开有若干个轴线与煤粉气流通道轴线平行的贯通孔，贯通孔的面向燃烧器输出侧的一端作为一级氨气输出口1-1，另一端对应与一级注氨管1-2相连通。一级氨气输出口1-1可均匀的布置在圆筒A的端面上，每个一级氨气输出口1-1后均连接一个一级注氨管1-2。一级氨气通过一级注氨管1-2，由一级氨气输出口1-1喷出与煤粉气流混合后投入炉膛。一级氨气输出口1-1可为一个渐缩的喷口，通过减小喷口截面增加出口压力，控制出口流速。可在圆筒A的筒壁上开有6-12个轴线与煤粉气流通道轴线平行的贯通孔。

圆筒A与圆筒B之间的两端用封板封闭，形成环形容腔，构成双层圆筒。一级喷水装置2-1可设置在圆筒圆筒A与圆筒B构成的双层圆筒上，在双层圆筒的面向燃烧器输出侧的一端端面开通孔A，作为一级雾状水输出口，在双层圆筒的另一端面开通孔B，使一级供水管3-1通过该通孔B，与双层圆筒的环形容腔连通，从而与一级雾状水输出口连通。通孔B可与供水管可拆卸插接。

圆筒B与圆筒C之间沿径向可设置5至9个矩形板，用来连接圆筒B与圆筒C，圆筒B与圆筒C之间沿径向还设有旋流叶片A，旋流叶片A可与矩形板交替设置。

二级喷水装置2-2可设置在矩形板上，矩形板，其上可开有若干个轴线与煤粉气流通道轴线平行的贯通孔，贯通孔的面向燃烧器输出侧的一端可为二级雾状水输出口，贯通孔之间可打通，贯通孔另一端对应与二级供水管3-2相连通。

二级喷氨装置及三级喷水装置2-3均设置在圆筒C上，可在圆筒C的筒壁上开有若干个轴线与煤粉气流通道轴线平行的贯通孔，一部分贯通孔的面向燃烧器输出侧的一端作为二级氨气输出口4-2，该部分贯通孔另一端对应与二级注氨管4-3连通；另一部分贯通孔的面向燃烧器输出侧的一端作为三级雾状水输出口，该部分贯通孔另一端对应与三级供水管3-3相连通。

二级喷氨装置包括五路通道，即使用五个贯通孔，均匀的布置在圆筒C端面上。二级喷氨装置包括二级导流喷嘴4-1、二级氨气输出口4-2和二级注氨管4-3。二级导流喷嘴4-1顶部为加厚实心设计，可以有效防止着火初期火焰温度过高损毁工件，提高使用寿命。导流喷嘴可拆卸，导流喷嘴的出口4-1-1方向可调角度，可以依据燃烧策略调整二级氨气进气角度，微量喷射，氨气可以充当还原剂在最乏氧的区域投入，还原燃烧前期生成的氮氧化物，以达到超低排放的目的。可将导流喷嘴做成转动定位型喷嘴。

该燃烧器还包括助燃装置，助燃装置包括助燃气管；燃烧器输出端设有双层喇叭管10；双层喇叭管10，其面向燃烧器输出侧的一端开口，另一端封闭，双层喇叭管10的开口端直径均大于对应的封闭端直径；内侧喇叭管轴向长度小于外侧喇叭口管轴向长度，双层喇叭管的喇叭口角度相同，均为45°；双层喇叭管10的封闭端面开有通孔，双层喇叭管10的通孔作为助燃气输出口、氨气输出口两种组合，对应与助燃气管或注氨管相连通。助燃气体可以是氢气或者甲烷，可以按照燃烧策略调控。如助燃气体为氢气，那么氢气可以提供更丰富的H自由基的浓度，提高氨的反应特性。

三级喷氨装置11设置在双层喇叭管10上，三级喷氨装置11设置在双层喇叭管10的端面封板上，包括三级注氨管11-1、三级喷氨口11-2。双层喇叭管10的一部分通孔作为三级喷氨口11-2，与三级注氨管11-1相连通，从三级喷氨口11-2喷出的氨气可以按照双层喇叭管10的流线注入炉膛，参与燃烧。

一级喷水装置2-1、二级喷水装置2-2和三级喷水装置2-3可均匀设置高压雾化喷嘴，该高压雾化喷嘴可采用现有技术的元件并采用常规技术手段构造，高压雾化喷嘴安装在雾状水输出口上，均匀的布置，交错排列，可在燃烧器出口位置实现均匀的微量喷射。

可拆卸的微量喷水装置分为三级喷射，三级喷射装置通过连接管件相互连接。其中一级喷水装置2-1由5根一级供水管3-1同时供水；二级喷水装置2-2分为五个部分，由5根二级供水管3-2分别供水，五个部分可以实现单独供水控制；三级喷水装置2-3分为五个部分，由5根三级供水管3-3分别供水，五个部分可以实现单独供水控制。以上单独供水管可以单独操控，以实现不同雾化喷水策略。

圆筒B与圆筒C之间沿径向还设有旋流叶片A，旋流叶片A可与矩形板交替设置。在圆筒C外壁还可设置旋流叶片B，将旋流叶片A命名为一级旋流叶片8-1，将旋流叶片B命名为二级旋流叶片8-2。

该燃烧器还设有环形保护盖，保护盖上设有孔，保护盖扣合在圆筒端面上，并覆盖雾状水输出口。保护盖设有插脚，圆筒A与圆筒B的筒壁凸出于端面封板，将保护盖插脚卡接在圆筒A与圆筒B的筒壁凸起处，使保护盖扣合在圆筒A与圆筒B之间的端面封板上，圆筒C的端面上设有环形凸起，将保护盖插脚卡接在圆筒C的端面环形凸起处，使保护盖扣合在圆筒C的端面上。

将该燃烧器分为两级，分别为一级燃烧器和二级燃烧器。

一级燃烧器包括一级喷氨装置1、多级雾化喷水系统、一级旋流叶片8-1、一级风管6、绝热盖板和煤粉气流通道7，一级风管6与煤粉气流通道7相对，使形成喷射煤粉气流。

一级燃烧器中心为煤粉气流通道7，煤粉气流通道7外侧环绕着一级喷氨装置1，外侧依次是多级雾化喷水系统和一级旋流叶片8-1。一级旋流叶片8-1的叶片角度为45°。氨气的着火温度较高，火焰极限窄，燃烧初期温度未达标燃烧可能会不充分。一级喷氨装置1喷组分布为圆环状，均匀布置一级氨气输出口1-1，可以实现燃烧时均匀输送氨气。一级喷氨装置1内侧为煤粉气流通道7，可加强氨气与煤粉气流的混合，改善氨燃烧特性，维持火焰稳定，使氨气燃烧更加充分，减少氨逃逸。

一级风可以通过煤粉气流通道7携带煤粉进入通道，形成以空气为主导的直流风，和外围的氨气充分混合后进入炉膛掺烧，用炉内高温烟气反向流动和燃料气体完全混合，保证燃烧入口温度高于燃料气体的着火温度，稳定着火并完全燃烧。

一级喷氨装置1外侧为可拆卸的多级雾化喷水系统的一级喷水装置2-1，一级喷水装置2-1的喷组圆环状分布，可以均匀的喷出水雾。一级喷射装置可以实现均匀喷水，与一级氨气、煤粉气流和一级风混合均匀。雾状水经过炉膛高温可以促进OH、O、H等自由基生成，增加燃烧初期自由基池浓度，控制燃烧进程。

一级氨气输出口1-1均匀的布置在一级喷水装置2-1内壁上，可实现煤粉、水雾、氨气和空气均匀混合，一同进入炉膛。减少由于锅炉中复杂流场带来的混合问题。

二级燃烧器包括可拆卸的多级雾化喷水系统、二级旋流叶片8-2和二级喷氨装置。二级旋流叶片8-2与煤粉气流通道同轴布置，呈圆周阵列，二级旋流叶片8-2与圆筒B外壁相连接，叶片的角度为45°。二级风通过二级旋流叶片8-2通入炉膛，形成以空气为主导的旋转气流，用炉内高温烟气反向流动和燃料气体完全混合。

二级喷氨装置与三级喷水装置2-3设置在同一个圆筒上，因此二级氨气喷射式可以与三级水雾均匀混合，提高二级氨的燃烧性能，为反应提供丰富的自由基，拓宽还原区间，减少前期未反应完全的氨，实现氨气和水雾更好的混合效果。

燃烧器出口包括三级喷氨装置11、双层喇叭管10和助燃气装置12。双层喇叭管10与煤粉气流通道同轴布置，双层喇叭管10的渐扩状出口与中心轴夹角为45°。双层喇叭管10的流线型出口保证了三级氨气喷射的流动轨迹可避开入炉时的富氧环境，使氨气入炉后处于乏氧环境，在火焰后方注入炉膛，与燃烧初期已经生成的NO发生还原反应，减少NO的生成。双层喇叭管10的外管后端连接有圆筒，圆筒与前端喇叭管焊接，作为燃烧器防风外罩，维持火焰稳定。

三级注氨管11-1与助燃气管12-1交替布置，两根喷氨管中间布置一根助燃管，助燃气可以有效提升氨的反应效率，减少未反应的氨。并且助燃气会提供丰富的自由基，提高氨燃烧性能，使得氨可以在更加乏氧的区域投入，并还原氮氧化物，拉长氮氧化物的还原区，实现超低氮氧化物排放。三级喷氨装置的双层喇叭管10为外长内短的构造，该喷口为可拆卸装置，通过外长内短的渐扩喷口可以拓宽氨气喷射角度的可调范围，保证氨气在最乏氧区域投入，最大程度降低氮氧化物的生成。

作为本发明优选的实施方案，一级喷氨装置、二级喷氨装置和三级喷氨装置实现了分级喷氨，一级喷氨装置和煤粉气流通道完成主要燃料共给，喷出大量氨气、煤粉与空气混合燃烧，由于氨中含有大量的N元素，所以燃烧初期会生成大量的氮氧化物。并且由于氨的绝热火焰温度低于煤炭，因此氨/煤掺混时的燃烧温度会低于纯煤粉燃烧，因此更高的氨掺混比例降低了燃烧初期的火焰温度，会降低热力型氮氧化物的生成。氨气燃烧可以生成氮氧化物，但是在局部乏氧的烟气氛围中，氨同时也可以还原氮氧化物。三级喷氨装置和助燃气装置12一同喷入，通过双层喇叭管10喷出，可以实现氨气流场的调节，使氨气喷入更加乏氧区域，还原燃烧初期已经生成的氮氧化物。同时助燃气体喷入，可以有效提高三级氨气的燃烧性能，拉长氨气可投区间，降低过于乏氧而未反应完全的氨气。

作为本发明优选的实施方案，一级喷氨装置、二级喷氨装置和三级喷氨装置实现了分级喷氨，可以实现不同喷氨策略。氨煤混合燃烧过程中，不同的氨煤掺混比例，会影响掺混燃料的燃烧反应特性。氨的着火温度高，火焰极限范围窄，与煤相比更加难以燃烧。因此，更高的混氨比例下，产生氨逃逸的可能性就会更大，氮氧化物的产量也会更高。通过不同的喷氨策略，即可有效匹配不同的混氨比例，实现低氨逃逸和更低的氮氧化物排放。

喷氨策略一(低混氨比例)：煤粉气流和一次氨气一同喷入，随后通过二级喷氨装置喷入剩余所需氨气，并在三级喷氨装置中喷出少量氨气作为还原剂，还原前期生成氮氧化物；喷氨策略二(中混氨比例)：煤粉气流和一次氨气一同喷入，随后通过二级喷氨装置喷入剩余所需氨气，并在三级喷氨装置中喷出部分氨气作为三级燃料，由于此时投入的氨气量进一步增加，投入至炉膛非常乏氧的环境中，且滞留时间也会大大缩短。因此可以在三级喷氨装置中，增加助燃气体，丰富燃烧时的自由基浓度，提升氨气的燃烧性能，减少氨逃逸；喷氨策略三(高混氨比例)：煤粉气流喷入，随后通过二级喷氨装置喷入大部分氨气，三级喷氨装置中投入剩余所需氨气，此时增加助燃气体增加氨的燃烧性能。同时在各级喷水，提高燃烧反应过程中自由基浓度，促进氮氧化物进一步降低。以上不同喷氨策略可以匹配不同氨煤掺混比例燃烧，减少氮氧化物排放与氨逃逸。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (13)

1.一种喷水加氢的超低氮氨煤混烧气固相两相燃烧器，其特征在于，该燃烧器的中心设有圆柱形煤粉气流通道，围绕煤粉气流通道设有多级喷氨系统及多级雾化喷水系统；多级喷氨系统包括多级互不连通的喷氨装置，多级雾化喷水系统包括多级喷水装置，各级喷氨装置及各级喷水装置均环绕煤粉气流通道沿径向从内至外依次设置；每级喷氨装置设有多个沿煤粉气流通道周向分布的氨气输出口，氨气输出口与注氨管连通；每级喷水装置设有多个沿煤粉气流通道周向分布的雾状水输出口，雾状水输出口与供水管连通。

2.根据权利要求1所述的喷水加氢的超低氮氨煤混烧气固相两相燃烧器，其特征在于，雾状水输出口设有可拆卸喷嘴。

3.根据权利要求1所述的喷水加氢的超低氮氨煤混烧气固相两相燃烧器，其特征在于，氨气输出口设有可拆卸导流喷嘴，导流喷嘴的出口方向可调。

4.根据权利要求1所述的喷水加氢的超低氮氨煤混烧气固相两相燃烧器，其特征在于，氨气输出口与雾状水输出口沿煤粉气流通道径向交替设置。

5.根据权利要求1所述的喷水加氢的超低氮氨煤混烧气固相两相燃烧器，其特征在于，氨气输出口与雾状水输出口沿煤粉气流通道周向交替设置。

6.根据权利要求1所述的喷水加氢的超低氮氨煤混烧气固相两相燃烧器，其特征在于，氨气输出口与雾状水输出口沿煤粉气流通道，一部分径向交替，一部分周向交替设置。

7.根据权利要求1所述的喷水加氢的超低氮氨煤混烧气固相两相燃烧器，其特征在于，该燃烧器包括沿煤粉气流通道径向依次套接的多个圆筒；或者在圆筒的筒壁上开有若干个轴线与煤粉气流通道轴线平行的贯通孔，贯通孔的面向燃烧器输出侧的一端作为氨气输出口或雾状水输出口，另一端对应与注氨管或供水管相连通；或者将两相邻的圆筒端面封闭，形成双层圆筒，在双层圆筒的面向燃烧器输出侧的一端端面开通孔A，作为氨气输出口或雾状水输出口，在双层圆筒的另一端面开通孔B，使注氨管或供水管通过该通孔B，与氨气输出口或雾状水输出口连通。

8.根据权利要求7所述的喷水加氢的超低氮氨煤混烧气固相两相燃烧器，其特征在于，存在间隙的圆筒壁之间沿径向设有一级旋流叶片。

9.根据权利要求7所述的喷水加氢的超低氮氨煤混烧气固相两相燃烧器，其特征在于，存在间隙的相邻筒壁之间沿径向设有矩形板；矩形板，其径向两端分别与相应的圆筒壁相连，其上开有若干个轴线与煤粉气流通道轴线平行的贯通孔，贯通孔的面向燃烧器输出侧的一端为氨气输出口或雾状水输出口，另一端对应与注氨管或供水管相连通。

10.根据权利要求7所述的喷水加氢的超低氮氨煤混烧气固相两相燃烧器，其特征在于，该燃烧器还包括助燃装置，助燃装置包括助燃气管；燃烧器输出端设有双层喇叭管；双层喇叭管，其面向燃烧器输出侧的一端开口，另一端封闭，双层喇叭管的开口端直径均大于对应的封闭端直径；内侧喇叭管轴向长度小于外侧喇叭口管轴向长度，双层喇叭管的喇叭口角度相同，均为40°至60°；双层喇叭管的封闭端面开有通孔，双层喇叭管的通孔作为助燃气输出口、氨气输出口、雾状水输出口的一种或几种组合，对应与助燃气管或注氨管或供水管相连通。

11.根据权利要求7所述的喷水加氢的超低氮氨煤混烧气固相两相燃烧器，其特征在于，还设有环形保护盖，保护盖上设有孔，保护盖扣合在圆筒端面上，并覆盖雾状水输出口。

12.根据权利要求1所述的喷水加氢的超低氮氨煤混烧气固相两相燃烧器，其特征在于，多级喷水系统，包括一至三级喷水装置；每级喷水装置设有单独供水管与外部水源相连。

13.根据权利要求1所述的喷水加氢的超低氮氨煤混烧气固相两相燃烧器，其特征在于，多级喷氨系统，包括一至三级喷氨装置；每级喷氨装置设有单独注氨管与外部氨气源相连。

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