[發明專利]一種煤粉富氧無焰燃燒方法及其系統

有效

• 申請號: 201310624080.3
• 申請日: 2013-11-28
• 公開（公告）號: CN103615713A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 張立麒;毛志慧;易寶軍;柳朝暉;朱海躍;潘聰;鄭楚光
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: F23C7/00
• 分類號: F23C7/00;F23L7/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明涉及燃煤鍋爐燃燒技術，具體是一種煤粉富氧無焰燃燒方法及其系統。本發明在實現CO₂減排的同時，能夠顯著降低NO_X生成，提高燃燒的穩定性和熱利用效率。

背景技術

富氧燃燒是一種循環燃燒技術，通過循環煙氣與純氧混合進入爐膛燃燒，使CO₂不斷富集(大于80％)以方便捕獲、埋存，達到CO₂減排的目的。在富氧燃燒過程中，由于系統漏風以及含氮煙氣的循環，煙氣中氮元素不斷的累積，使煙氣中NO_X排放濃度升高；同時，受CO₂大比熱容的影響，相比于常規空氣燃燒，容易出現爐內燃燒不穩定，排煙溫度過高等現象。

無焰燃燒是一種均勻溫和的容積燃燒，目前主要應用于燃氣或燃油裝置。無焰燃燒發生時，爐內無明顯火焰鋒面，溫度場均勻，降低了燃燒與傳熱過程的不可逆損失；無焰燃燒的峰值溫度比常規燃燒的低，但提高了爐內平均溫度，增加了平均傳熱、特別是輻射傳熱效率；同時由于無焰燃燒溫度場均勻無局部高溫區，且火焰峰值溫度相對較低，熱力NO_X的生成受到抑制。傳統上，無焰燃燒技術需要通過高溫預熱空氣來實現(通常高于1000℃)，相應設施及操作流程也較為復雜，使其難以應用于包括煤粉在內的固體燃料。

發明內容

本發明提供一種煤粉富氧無焰燃燒方法及其系統，目的在于能夠實現CO₂的富集捕獲，同時降低NO_X排放、改善燃燒穩定性和提高燃燒效率，是一種兼顧節能與CO₂減排、具有較高綜合效益的燃煤鍋爐系統。

本發明提供的一種煤粉富氧無焰燃燒方法，其特征在于：該方法將富氧燃燒產生的高溫、富含CO₂的煙氣與純氧混合后代替空氣作為助燃氣，再通過直流無焰燃燒器將助燃氣以高速射流的形式注入爐膛，使煤粉燃燒穩定后火焰峰面消失，呈現均勻的無焰燃燒；純氧由空氣分離裝置提供，循環煙氣與純氧在進入一次風道和二次風道前完成混合，再循環入爐膛。

作為上述技術方案的改進，一次風含氧量為10～25％；二次風含氧量為20～40％，三次風為純氧；進入爐膛的氧氣體積流量占進入爐膛總氣體體積流量的25％～35％，氧氣過量系數為1.00～1.15。

作為上述技術方案的進一步改進，煤粉采用無焰燃燒；一次風為直流，出口風速為10～25m／s；二次風為高速射流，出口風速為60～200m／s；煤粉由一次風攜帶，一二次風的比例為(5％～15％)：(95％～85％)。

本發明提供的實現上述煤粉富氧無焰燃燒方法的系統，包括爐膛本體及煙氣管路，其特征在于安裝有氧氣注入系統和直流無焰燃燒器。

所述氧氣注入系統連接一次風道、二次風道和三次風道，通過注氧點分別將純氧注入一次風道、二次風道和三次風道中；

所述直流無焰燃燒器安裝在所述爐膛本體內，與所述一次風道，二次風道以及三次風道相連；其中二次風道上安裝有增壓風機，二次風經加壓后，通過直流無焰燃燒器以高速射流的形式進入爐膛。

本發明在富氧燃燒富集CO₂的基礎上，通過無焰燃燒提高燃燒的穩定性和燃盡率，且爐膛溫度分布均勻、平均溫度高、峰值溫度低，輻射傳熱顯著增強，燃燒系統的熱利用效率可提高10～25％，NO_X生成可減少15～40％。將富氧燃燒產生的高溫煙氣，以高速射流的形式經直流無焰燃燒器注入爐膛，通過高速射流卷吸作用可實現爐膛內熱量和質量的快速、均勻混合，使煤粉燃燒穩定后火焰峰面消失，呈現均勻的無焰燃燒，絕熱火焰溫度較之傳統富氧燃燒降低150～300℃，使無焰燃燒技術能夠有效應用于煤粉燃燒，避免了傳統無焰燃燒的高溫預熱過程，減少了蓄熱器等換熱設施的投資以及能耗，簡化了系統運行流程。

附圖說明

圖1為富氧無焰燃燒系統結構示意圖；

圖1中，1直流無焰燃燒器，2增壓風機，3煙氣凈化器，4冷凝器，5空氣分離裝置，6循環風機，一次風道7、二次風道8、氧氣通道9、三次風道10；

圖2為直流無焰燃燒器示意圖，其中，(a)為主視圖，(b)為截面示意圖；

圖3為氧氣注入系統示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步說明。在此需要說明的是，對于這些實施方式的說明用于幫助理解本發明，但并不構成對本發明的限定。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。