專利名稱：旋流狀態(tài)下雙燃料多級混燒的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃燒設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種旋流狀態(tài)下雙燃料多級混燒降低燃煤煙氣NOx的方法及裝置。
背景技術(shù)：
NOx是大氣的重要污染物質(zhì)，它不但會形成具有嚴(yán)重腐蝕作用的酸雨，而且還能形成酸霧，嚴(yán)重影響人的身體健康，因而世界各國都制定了嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)代生活和工業(yè)生產(chǎn)中，燃煤是NOx的主要來源之一，部分標(biāo)準(zhǔn)已將煤粉鍋爐煙氣的NOx排放指標(biāo)限制為200mg/Nm3 以下。煤粉燃燒控制NOx的途徑主要有兩種，即:采用煙氣脫硝技術(shù)和低氮燃燒技術(shù)。煙氣脫硝技術(shù)盡管可將 NOx含量降低70%以上，能滿足環(huán)保要求，但技術(shù)成熟的煙氣脫硝系統(tǒng)龐大復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)用較高。而采用分級送風(fēng)、低NOx燃燒器技術(shù)、煙氣再循環(huán)等低氮燃燒技術(shù)盡管成本較低，但一般只能降低30%左右的NOx，無論是燃燒無煙煤、貧煤、煙煤和褐煤等哪種煤粉，其煙氣NOx含量都大大超過了日益嚴(yán)格的煙氣排放要求；
再燃技術(shù)的出現(xiàn)，為降低燃煤煙氣NOx排放提供了良好的前景，國內(nèi)外分別在大型煤粉鍋爐采用天然氣、生物質(zhì)燃料等再燃的方法，取得了降低70%左右NOx的效果?，F(xiàn)役的煤粉鍋爐再燃技術(shù)均是在立式煤粉鍋爐上實(shí)現(xiàn)的，實(shí)現(xiàn)途徑是在高于主燃燒區(qū)的燃盡區(qū)投放再燃燃料，還原煙氣中已生成的NOx ;在投放再燃燃料的位置以上，送入燃盡風(fēng)，使再燃燃料未燃盡產(chǎn)物及未燃盡煤粉充分燃燒。而采用旋流燃燒方式的工業(yè)煤粉鍋爐，尤其是中小型工業(yè)煤粉鍋爐，以及試圖通過旋流燃燒器本身性能改進(jìn)實(shí)現(xiàn)以降低煙氣NOx為目的的再燃技術(shù)未見文獻(xiàn)報道。我國現(xiàn)有工業(yè)鍋爐60萬臺左右，并以每年約8000臺的速度增長，年用煤量約6億噸，約占全國年用煤總量的20%。工業(yè)鍋爐每年的總能耗和污染排放均位居全國第二。我國的燃煤工業(yè)鍋爐中，20噸以下的中小型占大部分。將以層燃為主的燃煤工業(yè)鍋爐改造為煤粉爐是中小型工業(yè)鍋爐節(jié)能減排的選項(xiàng)之一。中小型煤粉鍋爐因其燃燒空間狹小、水冷度高等特點(diǎn)，適用煤種有較大的局限性，嚴(yán)重制約著中小型工業(yè)煤粉鍋爐技術(shù)的推廣應(yīng)用。而改善其煤種適應(yīng)能力的一般技術(shù)措施如提高空氣預(yù)熱溫度等又將引起煙氣NOx含量上升等問題。由于低NOx燃燒技術(shù)控制NOx生成的反應(yīng)條件與保證煤粉充分燃盡的技術(shù)條件相互矛盾，以及基于對燃煤工業(yè)鍋爐污染不易控制的傳統(tǒng)認(rèn)識，在燃煤工業(yè)鍋爐改造的政策制定時，選用燃?xì)忮仩t有比較強(qiáng)的傾向。由于燃?xì)鈨r格相對較高，資源分布不廣泛，尤其是遠(yuǎn)離大中城市及產(chǎn)生燃?xì)夤I(yè)企業(yè)的區(qū)域，選用燃?xì)忮仩t不但運(yùn)行費(fèi)用高，甚至是不可行的。而采用以煤粉燃燒為主，小比例混燒中高熱值燃?xì)饣騼?yōu)質(zhì)固體燃料(如低灰分高熱值褐煤、煙煤等)，將可同時實(shí)現(xiàn)降低運(yùn)行成本、資源利用因地制宜、擴(kuò)展煤種適應(yīng)能力、控制燃煤煙氣NOx達(dá)標(biāo)等一系列目標(biāo)，推動中小型工業(yè)煤粉鍋爐燃燒技術(shù)的進(jìn)步
發(fā)明內(nèi)容
為解決中小型工業(yè)煤粉鍋爐煤種適應(yīng)性不強(qiáng)、火焰穩(wěn)定性差、煤粉燃盡效果不理想、煙氣NOx含量偏高的問題，本發(fā)明提供了一種旋流狀態(tài)下主燃料煤粉與優(yōu)質(zhì)輔助燃料混燒的方法和裝置。本發(fā)明的第一個目的在于提出一種旋流狀態(tài)下雙燃料多級混燒的燃燒裝置，其特征在于，所述燃燒裝置由內(nèi)向外依次為輔助燃料中心輸送管(5)、中心風(fēng)通道￠)、一次風(fēng)通道(7)、二次風(fēng)通道；其中一次風(fēng)通道(7)用于傳輸攜帶主燃料的一次風(fēng)；
所述燃燒裝置包括第一級輔助燃料噴孔和第二級輔助燃料噴孔；
所述第一級輔助燃料噴孔位于所述輔助燃料中心輸送管(5)出口端的中心噴嘴(4)上，為中心噴嘴(4)的側(cè)向噴孔，用于將輔助燃料形成第一級輔助燃料射流噴出；
所述第二級輔助燃料噴孔位于所述中心噴嘴(4)上，為中心噴嘴(4)的中心噴孔；或者位于二次風(fēng)通道中設(shè)置的外圍噴嘴(10)上；或者同時位于所述中心噴嘴和所述外圍噴嘴
(10)上，所述第二級輔助燃料噴孔用于將輔助燃料形成第二級輔助燃料高速股流噴出。優(yōu)選地，所述第一級輔助燃料射流與中心噴嘴(4)軸線成a角，a的范圍為50 80。。優(yōu)選地，所述二次風(fēng)通道由內(nèi)向外依次為內(nèi)二次風(fēng)通道(8)和外二次風(fēng)通道(9)，所述中心風(fēng)通道出)的中心風(fēng)為直流，所述一次風(fēng)通道中的一次風(fēng)粉為直流或弱旋流，所述內(nèi)二次風(fēng)道中的內(nèi)二次風(fēng)為強(qiáng)旋流，所述外二次風(fēng)道中的外二次風(fēng)為直流或弱旋流。優(yōu)選地，所述主燃料為煤粉，所述輔助燃料為天然氣、焦?fàn)t煤氣、石油液化氣、發(fā)生爐煤氣、烷類和CO類氣體燃料、煙煤或褐煤。優(yōu)選地，所述中心風(fēng)通 道￠)的中心風(fēng)、所述一次風(fēng)通道中的一次風(fēng)、所述二次風(fēng)道中的二次風(fēng)分別占導(dǎo)入風(fēng)量的 2 5%、8 30%、65 90% ;其中內(nèi)二次風(fēng)和外二次風(fēng)各自占二次風(fēng)的比例為:45 65%和55 35% ；
所述中心風(fēng)通道出)的中心風(fēng)、所述一次風(fēng)通道中的一次風(fēng)、所述二次風(fēng)道中的二次風(fēng)風(fēng)速分別為5 15m/s、13 20m/s、2(T35m/s ;其中，內(nèi)二次風(fēng)速為2(T30m/s、外二次風(fēng)速為23 35m/s。優(yōu)選地,一次風(fēng)通道中一次風(fēng)的煤粉輸送比為0.7 1.5kg/kg。優(yōu)選地，第一級輔助燃料的熱值相當(dāng)于燃燒器燃料總發(fā)熱量的1(Γ15%，第二級輔助燃料的熱值相當(dāng)于燃燒器燃料總發(fā)熱量的1(Γ25%。優(yōu)選地，一次風(fēng)風(fēng)溫彡2500C，二次風(fēng)風(fēng)溫彡3500C。優(yōu)選地，當(dāng)使用固體燃料作為輔助燃料時，第一級輔助燃料的熱值相當(dāng)于燃燒器燃料總發(fā)熱量的1(Γ15%，第一級輔助燃料射流流速為l(Tl6m/s ;第二級輔助燃料的熱值相當(dāng)于燃燒器燃料總發(fā)熱量的1(Γ15% ;第二級輔助燃料高速股流流速為25 35m/s ;輔助燃料使用從一次風(fēng)氣源分流出的空氣或使用煙氣作為載氣，輸送混合比為1.(TlOkg/kg ；
當(dāng)使用氣體燃料作為輔助燃料時，第一級氣體燃料的熱值相當(dāng)于燃燒器燃料總發(fā)熱量的2 10%，第一級輔助燃料射流流速為15 20m/s ;第二級氣體燃料的熱值相當(dāng)于燃燒器燃料總發(fā)熱量的1(Γ25% ;第二級輔助燃料高速股流流速為35 50m/s。本發(fā)明另一目的在于提出一種利用上述燃燒裝置進(jìn)行雙燃料多級混燒的方法，其特征在于所述方法的步驟為:
步驟一:將輔助燃料分為兩級，在旋流燃燒裝置前端的一次燃燒區(qū)中心區(qū)域引入第一級輔助燃料；
步驟二:將第二級同種輔助燃料以高速流股的方式穿過一次燃燒區(qū)，送入一次燃燒區(qū)尾部和二次燃燒區(qū)的中間區(qū)域；
步驟三:利用外二次風(fēng)中殘余的氧氣繼續(xù)燃燒未燃盡的第二級輔助燃料燃燒產(chǎn)物及未燃盡的主燃料，使主燃料及第二級輔助燃料充分燃盡。與其它煤粉旋流燃燒方法及裝置比較，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
1.所述方法及燃燒裝置，采用空氣分級及較高一次風(fēng)粉濃度輸送(輸送混合比為
0.7 1.5kg/kg)的低NOx燃燒技術(shù),在抑制NOx生成的同時,為煤粉的著火創(chuàng)造良好的條件。2.在依據(jù)所述方法設(shè)計的旋流燃燒器前端的一次燃燒區(qū)(煤粉揮發(fā)分的分解及燃燒區(qū)域)，引入占燃燒器燃料總發(fā)熱量2 10%的第一級氣體輔助燃料或1(Γ15%的第一級優(yōu)質(zhì)固體輔助燃料，提升一次燃燒區(qū)起始段的煙氣溫度，改善煤粉的點(diǎn)火及燃燒條件，提高煤粉火焰的穩(wěn)定性；將占燃燒器燃料總發(fā)熱量1(Γ25%的第二級氣體輔助燃料或1(Γ15%的二級優(yōu)質(zhì)固體輔助燃料以高速流股方式送入一次燃燒區(qū)尾部和二次燃燒區(qū)(焦炭中的殘?zhí)咳紵齾^(qū)域)的中間部位，形成一定容積的還原區(qū)，還原一次燃燒區(qū)中生成的NOx。3.所述方法及燃燒裝置，采用較高比例外二次直流或弱旋流風(fēng)的策略，根據(jù)煤粉的性質(zhì)和爐膛的型式(即立式、臥式)，外二次風(fēng)所占二次風(fēng)總量的比例選取范圍為35 55%。較高比例直流或弱旋流外二次風(fēng)包裹還原性氣氛的中心燃燒區(qū)域，使得爐膛水冷壁面始終處于氧化性氣氛下，可防止壁面結(jié)渣和高溫腐蝕。4.所述方法及燃燒器，第二級輔助燃料在一次燃燒區(qū)尾部及二次燃燒區(qū)前端區(qū)域的燃燒，有利于高溫火焰在長度方向上的延伸；而第二級輔助燃料高速流股的牽引及較高比例外二次直流或弱旋流·風(fēng)的約束，使得煤粉火焰沿燃燒器軸線方向得以進(jìn)一步擴(kuò)展，爐膛內(nèi)的高溫區(qū)分布更合理，改善了爐膛熱量傳輸條件，有利于提高鍋爐熱效率。5.本發(fā)明的方法及裝置以中小型工業(yè)煤粉鍋爐為主要實(shí)施對象，適用于新設(shè)計的工業(yè)煤粉鍋爐和現(xiàn)役燃煤工業(yè)鍋爐的改造。本方法適用于燃用國內(nèi)絕大多數(shù)地區(qū)的動力煙煤和褐煤，輔助燃料消耗量少、容易獲得，相對于現(xiàn)有的工業(yè)煤粉鍋爐，需要增加的設(shè)備投資很少，運(yùn)行成本低，煤粉燃盡率可達(dá)97%以上，煙氣NOx排放濃度降低60%以上。


圖1為具體實(shí)施例一中第二級輔助燃料高速流股布置在中心的原理示意圖。圖2為具體實(shí)施例一中第二級輔助燃料高速流股布置在中心的燃燒器噴口截面示意圖。圖3為具體實(shí)施例二中第二級輔助燃料高速流股布置在外環(huán)的原理示意圖。圖4為具體實(shí)施例二中第二級輔助燃料高速流股布置在外環(huán)的燃燒器噴口示意圖。圖5為具體實(shí)施例三中第二級輔助燃料高速流股同時布置在中心及外環(huán)的原理示意圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。以下參照附圖對本發(fā)明實(shí)施例中的燃燒器進(jìn)行描述。具體實(shí)施實(shí)例一
參照圖1、2，本發(fā)明方法的旋流燃燒器由內(nèi)向外分別布置有輔助燃料中心輸送管(5)、中心風(fēng)通道￠)、一次風(fēng)通道(7)、內(nèi)二次風(fēng)通道(8)和外二次風(fēng)通道(9)。輔助燃料中心輸送管(5)將所用的輔助燃料導(dǎo)向燃燒器前端的中心噴嘴(4)，中心風(fēng)通道(6)用來將來自二次風(fēng)主管道的2%左右的助燃風(fēng)導(dǎo)向燃燒器前端的中心噴口，一次風(fēng)通道(7)將攜帶煤粉的一次風(fēng)導(dǎo)向燃燒器前端的一次風(fēng)噴口，內(nèi)外二次風(fēng)通道(8)和(9)將二次風(fēng)導(dǎo)向燃燒器前端的二次風(fēng)噴口。中心風(fēng)為直流，一次風(fēng)粉為直流或弱旋流，內(nèi)二次風(fēng)為強(qiáng)旋流，外二次風(fēng)為直流或弱旋流。輔助燃料中心輸送管出口端裝設(shè)有具有兩層雙向(側(cè)向及前向)噴射功能的中心噴嘴(4)，中心噴嘴(4)具有前向噴射的中心噴孔和側(cè)向噴射的側(cè)向噴孔，中心噴嘴(4)側(cè)向噴出的輔助燃料流為第一級輔助燃料射流(3)，第一級輔助燃料射流(3)在燃燒器中心風(fēng)通道的噴口前以環(huán)狀或多流股方式沿與中心噴嘴(4)軸線成a角的方向向外噴射，a的范圍為5(Γ80°。使用中高熱值燃?xì)庾鳛檩o助燃料時，外向輔助燃料噴射流速為15 20m/s，而使用優(yōu)質(zhì)固體燃料作為輔助燃料時，外向輔助燃料噴射流速為l(Tl6m/s。由于輔助燃料可燃性能好，易著火，在燃燒器前端的中心部位一定區(qū)域內(nèi)形成高溫低氧中心火炬(2)，改善一次風(fēng)粉通道噴射流出的煤粉的著火條件，強(qiáng)化煤粉火焰的穩(wěn)定性，并能抑制燃燒器火焰初期階段的NOx生成。中心噴嘴(4)前向噴出的輔助燃料流為第二級輔助燃料流股(11)，第二級輔助燃料流股(11)中的輔助燃料與第一級輔助燃料射流(3)中的成分相同，由噴嘴中心沿軸線向燃燒器火焰深處噴射，采用氣體燃料作為輔助燃料時，第二級輔助燃料噴射速度取值范圍為35 50m/s ;采用優(yōu)質(zhì)固體燃料作為輔助燃料時，噴射速度取值范圍為25 35m/s。中心輔助燃料高速流股在燃燒器火焰中心快速向前運(yùn)動時，流股外側(cè)與燃燒器回流區(qū)的高溫?zé)煔饨佑|，高速流股外側(cè)燃料被點(diǎn)燃，形成一個條狀長火炬，可進(jìn)一步穩(wěn)定煤粉火焰；而中心流股的絕大部分輔助燃料在抵達(dá)一次燃燒區(qū)尾部及二次燃燒區(qū)時，因動能衰減及環(huán)境氣流的影響，很快與中心部位的煙氣交融混合、分解、燃燒，在一次燃燒區(qū)尾部及二次燃燒區(qū)起始段中間的一定區(qū)域內(nèi)，形成NOx還原區(qū)(I)，不斷還原這一區(qū)域煙氣中的NOx，維持二次燃燒區(qū)煙氣溫度能較長行程地保持較高的溫度狀態(tài)。因中心高速流股牽引、第二級輔助燃料在二次燃燒區(qū)燃燒對煙氣溫度的保持和提升，延展了爐膛的高溫區(qū)，溫度分布更趨合理，有利于提聞鍋爐的熱效率。本實(shí)施實(shí)例的輔助燃料噴射方式，適用于以CO為主要可燃物的氣體燃料和優(yōu)質(zhì)固體燃料(如:高揮發(fā)分、高熱值及低灰分的煙煤、褐煤，優(yōu)質(zhì)生物質(zhì)燃料等)。第一級及第二級優(yōu)質(zhì)固體輔助燃料的供應(yīng)量范圍各為燃燒器燃料總熱值的1(Γ15% ;第一級及第二級氣體燃料的供應(yīng)量范圍分別為燃燒器燃料總熱值的2 10%和1(Γ25%。具體實(shí)施實(shí)例二
參照圖3，所述方法及燃燒器的輔助燃料噴嘴分別設(shè)置在燃燒器中心及外二次風(fēng)通道出口處。噴射第一級輔助燃料的噴孔位于中心噴嘴(4)上，噴射第二級輔助燃料的噴孔位于外環(huán)噴嘴(10)。本實(shí)施實(shí)例與 具體實(shí)施實(shí)例一的區(qū)別為:在外二次風(fēng)通道出口處設(shè)置一定數(shù)量的噴射輔助燃料的外環(huán)噴嘴(10)，外環(huán)噴嘴(10)呈圓環(huán)分布，如圖4所示，它們提供第二級輔助燃料高速流股(12)，以形成NOx還原區(qū)(I)為主要目的，同時可拉伸燃燒器火焰，擴(kuò)展?fàn)t膛高溫區(qū)間，改善熱交換條件。中心噴嘴(4)只設(shè)側(cè)向噴孔提供第一級輔助燃料射流(3)，以形成中心火炬(2)為主要目的，強(qiáng)化煤粉火焰穩(wěn)定性；同時協(xié)助控制燃燒器火焰起始段中心區(qū)域氣氛的氧化性，抑制NOx的生成。本實(shí)施實(shí)例的輔助燃料供應(yīng)方式適用于氣體輔助燃料，尤其是以甲烷(CH4)以外的其它烷類物質(zhì)為主要成分的氣體燃料(如液化石油氣等)和以甲烷為主要成分，其它烷類物質(zhì)含量較高的氣體燃料(如天然氣等)效果更好。第一級和第二級氣體輔助燃料成分相同，供應(yīng)量范圍分別為燃燒器燃料總熱值的2 10%和1(Γ20%。具體實(shí)施實(shí)例三
參照圖5，所述燃燒器的輔助燃料噴嘴分別設(shè)置在燃燒器中心及外二次風(fēng)通道出口處并呈環(huán)形分布。本實(shí)施實(shí)例與具體實(shí)施實(shí)例一的不同之處在于:第二級輔助燃料除由中心噴嘴(4)的中心噴孔提供的高速流股(11)之外，在外二次風(fēng)通道出口處也呈環(huán)形布置一些輔助燃料的外環(huán)噴嘴(10)，通過外環(huán)噴嘴(10)上的噴孔提供外環(huán)第二級輔助燃料高速流股(12)。與具體實(shí)施實(shí)例二的不同之處在于:中心噴嘴不僅設(shè)置有側(cè)向噴口還設(shè)置有中心噴孔，提供第二級輔助燃料中心高速流股(11)。中心高速流股(11)及外環(huán)高速流股(12)在向燃燒器火焰深處噴射過程中，高速流股(11)和(12)外表面的第二級輔助燃料燃燒形成內(nèi)、外分布的條形長火炬，既使在負(fù)荷較低、煤粉氣流呈現(xiàn)一般波動的情況下，也能保證煤粉火焰獲得良好的穩(wěn)定效果。本實(shí)施實(shí)例適用于以氣體燃料為輔助燃料的情況，如:焦?fàn)t煤氣、發(fā)生爐煤氣、天然氣、液化石油氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣及化工等行業(yè)生產(chǎn)的可燃?xì)飧碑a(chǎn)品。第一級和第二級氣體輔助燃料的成分相同，供應(yīng)量范圍分別為燃燒器燃料總熱值的2 10%和1(Γ25%，外環(huán)高速流股(12)提供的輔助燃料為第二級輔助燃料量的65 85%。利用以上實(shí)施例中的燃燒裝置實(shí)現(xiàn)旋流狀態(tài)下雙燃料多級混燒降低燃煤煙氣NOx的方法包括以下步驟為:
步驟一:將所用的一種中高熱值氣態(tài)或優(yōu)質(zhì)固態(tài)輔助燃料分為兩級，在旋流燃燒器前端的一次燃燒區(qū)中心區(qū)域引入第一級輔助燃料，改善主燃料煤粉的著火和燃燒條件，穩(wěn)定火焰，同時控制一次燃燒區(qū)氣氛，抑制NOx的生成。其中，輔助燃料為中高熱值氣體燃料和優(yōu)質(zhì)固體燃料，氣體燃料包括天然氣、焦?fàn)t煤氣、石油液化氣、發(fā)生爐煤氣以及冶金、化工等企業(yè)生產(chǎn)過程的中高熱值燃?xì)飧碑a(chǎn)品；優(yōu)質(zhì)固體燃料包含高反應(yīng)活性的低灰分、高熱值、高揮發(fā)份的煙煤和褐煤、生物質(zhì)燃料等。步驟二:將與第一級輔助燃料成分相同的第二級輔助燃料以高速流股的方式穿過一次燃燒區(qū)，送入一次燃燒區(qū)尾部和二次燃燒區(qū)的中間區(qū)域，在該區(qū)域形成較強(qiáng)的還原性氣氛，利用第二級輔助燃料中已有和受熱裂解生成的CH1、HCN、C0、NHi等基團(tuán)，還原一次燃燒區(qū)內(nèi)生成的NOx ;第二級輔助燃料的燃燒及其高速流股對一次燃燒區(qū)煤粉火焰的牽引，使煤粉火焰沿軸線方向延伸，擴(kuò)展了高溫區(qū)間，改善了爐膛換熱條件，有利于提高鍋爐熱效率。

第二級輔助燃料高速流股可由燃燒器中心噴嘴提供，或者是由外二次風(fēng)通道內(nèi)設(shè)置的外環(huán)噴嘴提供，或者是由中心噴嘴和二次風(fēng)通道內(nèi)設(shè)置的外環(huán)噴嘴共同提供。
步驟三:在第二級輔助燃料的燃燒、還原作用區(qū)域之后，較高比例的直流或弱旋流外二次風(fēng)中殘余的氧氣繼續(xù)燃燒未燃盡的第二級輔助燃料燃燒產(chǎn)物及未燃盡的煤粉，使煤粉及二級輔助燃料充分燃盡。燃燒過程中，燃燒器采取分級送風(fēng)方式，由內(nèi)而外分別為:中心風(fēng)、含主燃料煤粉的一次風(fēng)(其中，一次風(fēng)的煤粉輸送比為0.7^1.5kg/kg)、二次風(fēng)(又分為內(nèi)、外二次風(fēng))。根據(jù)主燃料煤粉及輔助燃料的特性差異，中心風(fēng)比例選取范圍為2飛％，為直流，風(fēng)速為5^15m/s ;一次風(fēng)比例選取范圍為8 30%，為直流或弱旋流，風(fēng)速為13 20m/s ;二次風(fēng)比例為65 90% ;內(nèi)、外二次風(fēng)各自占二次風(fēng)的比例為:45 65%和55 35%，其中，內(nèi)二次風(fēng)為強(qiáng)旋流，風(fēng)速為2(T30m/s，外二次風(fēng)為直流或弱旋流，風(fēng)速為23 35m/s。為了實(shí)施方便，中心風(fēng)可以來自于二次風(fēng)氣源，一次風(fēng)可以來自于二次風(fēng)氣源，也可為獨(dú)立的一次風(fēng)氣源；一次風(fēng)風(fēng)溫彡250°C，二次風(fēng)風(fēng)溫彡350°C。

當(dāng)使用優(yōu)質(zhì)固體燃料作為輔助燃料時，第一級輔助燃料的熱值相當(dāng)于燃燒器燃料總發(fā)熱量的1(Γ15%，第一級輔助燃料射流流速為l(Tl6m/s ;第二級輔助燃料的熱值相當(dāng)于燃燒器燃料總發(fā)熱量的1(Γ15% ;第二級輔助燃料高速流股流速為25 35m/s。固體輔助燃料的輸送可以使用從一次風(fēng)氣源分流出的空氣或使用煙氣作為載氣，輸送混合比為1.0 10kg/kg。當(dāng)使用中高熱值氣體燃料作為輔助燃料時，第一級氣體燃料的熱值相當(dāng)于燃燒器燃料總發(fā)熱量的2 10%，燃料射流流速為15 20m/s ;第二級氣體燃料的熱值相當(dāng)于燃燒器燃料總發(fā)熱量的1(Γ25% ;燃料高速流股流速為35 50m/s。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“ 一個實(shí)施例”、“ 一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個或多個實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
權(quán)利要求
1.一種旋流狀態(tài)下雙燃料多級混燒的燃燒裝置，其特征在于，所述燃燒裝置由內(nèi)向外依次為輔助燃料中心輸送管(5)、中心風(fēng)通道￠)、一次風(fēng)通道(7)、二次風(fēng)通道；其中一次風(fēng)通道(7)用于傳輸攜帶主燃料的一次風(fēng)； 所述燃燒裝置包括第一級輔助燃料噴孔和第二級輔助燃料噴孔； 所述第一級輔助燃料噴孔位于所述輔助燃料中心輸送管(5)出口端的中心噴嘴(4)上，為中心噴嘴(4)的側(cè)向噴孔，用于將輔助燃料形成第一級輔助燃料射流噴出； 所述第二級輔助燃料噴孔位于所述中心噴嘴(4)上，為中心噴嘴(4)的中心噴孔；或者位于二次風(fēng)通道中設(shè)置的外圍噴嘴(10)上；或者同時位于所述中心噴嘴和所述外圍噴嘴(10)上，所述第二級輔助燃料噴孔用于將輔助燃料形成第二級輔助燃料高速股流噴出。
2.如權(quán)利要求I所述的燃燒裝置，其特征在于所述第一級輔助燃料射流與中心噴嘴(4)軸線成a角，a的范圍為5(Γ80°。
3.如權(quán)利要求I所述的燃燒裝置，其特征在于所述二次風(fēng)通道由內(nèi)向外依次為內(nèi)二次風(fēng)通道(8)和外二次風(fēng)通道(9)，所述中心風(fēng)通道￠)的中心風(fēng)為直流，所述一次風(fēng)通道中的一次風(fēng)粉為直流或弱旋流，所述內(nèi)二次風(fēng)道中的內(nèi)二次風(fēng)為強(qiáng)旋流，所述外二次風(fēng)道中的外二次風(fēng)為直流或弱旋流。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的燃燒裝置，其特征在于所述主燃料為煤粉，所述輔助燃料為天然氣、焦?fàn)t煤氣、石油液化氣、發(fā)生爐煤氣、烷類和CO類氣體燃料、煙煤或褐煤。
5.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的燃燒裝置，其特征在于所述中心風(fēng)通道￠)的中心風(fēng)、所述一次風(fēng)通道中的一次風(fēng)、所述二次風(fēng)道中的二次風(fēng)分別占導(dǎo)入風(fēng)量的疒5%、8 30%、65 90% ;其中內(nèi)二次風(fēng)和外二次風(fēng)各自占二次風(fēng)的比例為45 65%和55 35% ； 所述中心風(fēng)通道出)的中心風(fēng)、所述一次風(fēng)通道中的一次風(fēng)、所述二次風(fēng)道中的二次風(fēng)風(fēng)速分別為5 15m/s、13 20m/s、2(T35m/s ;其中，內(nèi)二次風(fēng)速為2(T30m/s、外二次風(fēng)速為23 35m/s。
6.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的燃燒裝置，其特征在于一次風(fēng)通道中一次風(fēng)的煤粉輸送比為O. 7 I. 5kg/kg。
7.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的燃燒裝置，其特征在于第一級輔助燃料的熱值相當(dāng)于燃燒器燃料總發(fā)熱量的1(Γ15%，第二級輔助燃料的熱值相當(dāng)于燃燒器燃料總發(fā)熱量的10 25%。
8.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的燃燒裝置，其特征在于一次風(fēng)風(fēng)溫<250°C，二次風(fēng)風(fēng)溫≤350°C。
9.如權(quán)利要求I所述的燃燒裝置，其特征在于當(dāng)使用固體燃料作為輔助燃料時，第一級輔助燃料的熱值相當(dāng)于燃燒器燃料總發(fā)熱量的1(Γ15%，第一級輔助燃料射流流速為l(Tl6m/S ;第二級輔助燃料的熱值相當(dāng)于燃燒器燃料總發(fā)熱量的1(Γ15%;第二級輔助燃料高速股流流速為25 35m/s ;輔助燃料使用從一次風(fēng)氣源分流出的空氣或使用煙氣作為載氣，輸送混合比為I. (TlOkg/kg ； 當(dāng)使用氣體燃料作為輔助燃料時，第一級氣體燃料的熱值相當(dāng)于燃燒器燃料總發(fā)熱量的2 10%，第一級輔助燃料射流流速為15 20m/s ;第二級氣體燃料的熱值相當(dāng)于燃燒器燃料總發(fā)熱量的1(Γ25% ;第二級輔助燃料高速股流流速為35 50m/s。
10.一種利用如權(quán)利要求1-9任一燃燒裝置進(jìn)行雙燃料多級混燒的方法，其特征在于所述方法的步驟為 步驟一將輔助燃料分為兩級，在旋流燃燒裝置前端的一次燃燒區(qū)中心區(qū)域引入第一級輔助燃料 ； 步驟二 將第二級同種輔助燃料以高速流股的方式穿過一次燃燒區(qū)，送入一次燃燒區(qū)尾部和二次燃燒區(qū)的中間區(qū)域； 步驟三利用外二次風(fēng)中殘余的氧氣繼續(xù)燃燒未燃盡的第二級輔助燃料燃燒產(chǎn)物及未燃盡的主燃料，使主燃料及第二級輔助燃料充分燃盡。
全文摘要
本發(fā)明提出一種旋流狀態(tài)下雙燃料多級混燒的方法及裝置，在分級供風(fēng)旋流燃燒基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)輔助燃料、煤粉多級混燒，降低煙氣中NOx在向燃燒器輸送煤粉的同時，將輔助燃料按比例分為兩級，第一級輔助燃料引入燃燒器前端，與較濃相的煤粉混燒，達(dá)到助燃、穩(wěn)定煤粉火焰作用；第二級輔助燃料以高速小流股方式送入一次燃燒區(qū)末端，在一次燃燒區(qū)末端和二次燃燒區(qū)與高溫?zé)煔饣旌?、燃燒，還原一次燃燒區(qū)中生成的NOx；并與分級送入的助燃風(fēng)的比例調(diào)節(jié)相配合，保證煤粉與輔助燃料的充分燃燒。本方法既可用于煤粉旋流燃燒器改造以滿足混燒的需要，不影響燃燒器的結(jié)構(gòu)和性能，改造成本低；也可用于新型混燒旋流燃燒器的設(shè)計，需要時還可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立燃燒煤粉。
文檔編號F23C7/00GK103256590SQ20131018789
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月20日
發(fā)明者張宗旺, 秦雪剛, 董博旭, 侯星慧 申請人:北京科技大學(xué)