1.一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒方法,該方法采用一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置實現(xiàn),所述該劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置包括N個流化床(1)和一個煤粉爐(2),N個流化床(1)的粗煤氣輸出管(1-15)均與煤粉爐(2)的粗煤氣燃燒器(2-4)連通,N為大于或等于1的整數(shù),
所述的流化床(1)包括三個反應(yīng)區(qū),從下至上依次為密相區(qū)(1-11)、旋風(fēng)分離區(qū)(1-12)和稀相區(qū)(1-13),
流化床(1)底部設(shè)有中心錐體(1-8),頂部設(shè)有百葉窗(1-14),且中心錐體(1-8)和百葉窗(1-14)均位于流化床(1)內(nèi);
流化床(1)外部側(cè)壁上設(shè)置至少一層流化氣流噴嘴(1-4)、至少一層破碎氣流噴嘴(1-5)、旋轉(zhuǎn)二次風(fēng)噴管(1-6)和加料裝置(1-1),且所述的至少一層流化氣流噴嘴(1-4)、至少一層破碎氣流噴嘴(1-5)、旋轉(zhuǎn)二次風(fēng)噴管(1-6)和加料裝置(1-1)均位于流化床(1)的密相區(qū)(1-11),
加料裝置(1-1)用于將粒度為10mm以下的顆粒送入流化床(1)內(nèi),
每層破碎氣流噴嘴(1-5)均位于流化氣流噴嘴(1-4)的上部,
旋轉(zhuǎn)二次風(fēng)噴管(1-6)位于破碎氣流噴嘴(1-5)的上部,
加料裝置(1-1)位于旋轉(zhuǎn)二次風(fēng)噴管(1-6)的上部;
煤粉爐(2)的爐膛(2-1)為水平截面呈矩形或圓形的直筒結(jié)構(gòu),
煤粉爐(2)的底部設(shè)有冷灰斗(2-7),所述冷灰斗(2-7)為水平截面呈矩形或圓形的錐筒結(jié)構(gòu),
煤粉爐(2)的粗煤氣燃燒器(2-4)由至少一個粗煤氣噴口(2-5a)和至少一個一級配風(fēng)噴口(2-5b)組合而成,且粗煤氣燃燒器(2-4)位于爐膛(2-1)的下部;煤粉爐(2)的側(cè)壁上還設(shè)有二級配風(fēng)噴口(2-6),且二級配風(fēng)噴口(2-6)位于粗煤氣燃燒器(2-4)的上方;
其特征在于,燃燒方法包括如下步驟:
步驟一:引燃流化床(1),在壓力小于或等于3MPa,溫度范圍為500℃至980℃條件下,通過加料裝置(1-1)向流化床(1)內(nèi)送入粒度在10mm以下的煤與生物質(zhì)顆粒和石灰石顆粒中的一種或多種,同時通過流化氣流噴嘴(1-4)射入流化風(fēng),破碎氣流噴嘴(1-5)射入破碎風(fēng),在流化風(fēng)、破碎風(fēng)、中心錐體(1-8)及百葉窗(1-14)的作用下,對粒度在10mm以下的煤與生物質(zhì)顆粒和石灰石顆粒中的一種或多種在流化床(1)內(nèi)進行還原性氣氛下富燃料絕熱燃燒和顆粒分選,從而形成粗煤氣;
步驟二:將粗煤氣通過粗煤氣燃燒器(2-4)引入到煤粉爐(2)內(nèi),在還原性氣氛富燃料燃燒區(qū)(2-2)利用一級配風(fēng)噴口(2-5b)射入空氣進行1100℃還原性氣氛下富燃料燃燒及換熱,然后,在氧化性氣氛貧燃料燃盡區(qū)(2-3)利用二級配風(fēng)噴口(2-6)射入空氣進行1300℃氧化性氣氛下貧燃料燃盡、換熱、排煙及排灰渣,從而完成煤、生物質(zhì)及其混合物的分段耦合燃燒。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒方法,其特征在于,所述的粗煤氣燃燒器(2-4)所在的區(qū)域為還原性氣氛富燃料燃燒區(qū)(2-2),粗煤氣燃燒器(2-4)所在區(qū)域的以上區(qū)域為氧化性氣氛貧燃料燃盡區(qū)(2-3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒方法,其特征在于,
步驟一中,流化氣流噴嘴(1-4)射入流化風(fēng)的布風(fēng)方式為:沿流化床(1)的床底四周切向布置流化風(fēng),且同一層中的相鄰的兩個流化氣流噴嘴(1-4)射流交叉;
步驟一中,破碎氣流噴嘴(1-5)射入破碎風(fēng)的布風(fēng)方式為:同一層中的所有破碎氣流噴嘴(1-5)的射流方向均為垂直指向中心錐體(1-8)的對稱軸,且同一層中的相對的兩個破碎氣流噴嘴(1-5)的射流相互對撞。
步驟一中,流化氣流噴嘴(1-4)和破碎氣流噴嘴(1-5)的出口氣流的馬赫數(shù)Ma小于或等于2.5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒方法,其特征在于,所述的一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置還包括多個水蒸氣噴嘴(1-7),且多個水蒸氣噴嘴(1-7)沿稀相區(qū)(1-13)的周向下傾均勻分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒方法,其特征在于,對粒度在10mm以下的煤與生物質(zhì)顆粒和石灰石顆粒中的一種或多種在流化床(1)內(nèi)進行還原性氣氛下富燃料絕熱燃燒和顆粒分選,從而形成粗煤氣的具體過程為:
粒度在10mm以下的煤與生物質(zhì)顆粒和石灰石顆粒中的一種或多種,在流化風(fēng)、破碎風(fēng)、旋流二次風(fēng)及中心錐體(1-8)作用下,在密相區(qū)(1-11)內(nèi)旋轉(zhuǎn)流化、熱解、絕熱燃燒、破碎及氣化,形成內(nèi)漩渦及向下游運動的氣固兩相流;
然后,氣固兩相流進入旋風(fēng)分離區(qū)(1-12),進行加速、絕熱燃燒、旋風(fēng)分離及顆粒分選;
最后,氣固兩相流進入稀相區(qū)(1-13),進行絕熱燃燒,利用水蒸汽氣化控制溫度,氣固兩相流形成外漩渦,并通過百葉窗(1-14)輔助控制顆粒粒度,最終,通過粗煤氣出口(1-15)輸出氣固兩相流,所述的氣固兩相流為粗煤氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒方法,其特征在于,密相區(qū)(1-11)為底端密封的直筒結(jié)構(gòu),且其水平截面呈矩形或圓形,稀相區(qū)(1-13)為頂端密封的直筒結(jié)構(gòu),且其水平截面呈矩形或圓形,旋風(fēng)分離區(qū)(1-12)由下部直筒段和上部錐筒段兩部分構(gòu)成,且兩部分的水平截面均呈矩形或圓形。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒方法,其特征在于,所述的中心錐體(1-8)的錐角θ的最大值為顆粒堆積角的2倍,中心錐體(1-8)的高度為B,密相區(qū)(1-11)的高度為H1,且B≤H1。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒方法,其特征在于,所述的一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置還配置多個布風(fēng)環(huán)(1-3),且每層流化氣流噴嘴(1-4)配置一個獨立的布風(fēng)環(huán)(1-3),每層破碎氣流噴嘴(1-5)配置一個獨立的布風(fēng)環(huán)(1-3)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒方法,其特征在于,旋轉(zhuǎn)二次風(fēng)噴管(1-6)的個數(shù)范圍為2個至8個,水蒸氣噴嘴(1-7)的個數(shù)范圍為4個至16。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種劣質(zhì)煤高效低NOx分段耦合燃燒方法,其特征在于,所述的加料裝置(1-1)通過Q個下傾加料管(1-2)與流化床(1)連通,且Q個下傾加料管(1-2)沿流化床(1)的周向均勻分布。