專(zhuān)利名稱(chēng)：一種煤粉解耦燃燒器及其解耦燃燒方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤粉燃燒設(shè)備領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種煤粉解耦燃燒器及其解耦燃燒方法。
背景技術(shù)：
在煤粉燃燒的實(shí)際應(yīng)用中，隨著煤粉空氣混合物在燃燒階段的燃燒溫度和氧濃度的提高，煤粉更易快速、充分燃盡，煙氣中飛灰可燃物(未燃盡碳和CO)的含量降低；同時(shí)， 高溫富氧又會(huì)使燃燒過(guò)程中生成的NOx大幅提高；另一方面，煤粉空氣混合物在燃燒階段的燃燒溫度和氧濃度越低越有利于抑制氮氧化物NOx生成，但煤粉更不易燃盡。因而，解除煤粉燃燒的飛灰可燃物與NOx的耦合排放問(wèn)題是燃燒技術(shù)上長(zhǎng)期存在的技術(shù)難點(diǎn)。目前，已開(kāi)發(fā)的適用于煤粉燃燒鍋爐的低NOx燃燒技術(shù)主要有空氣分級(jí)燃燒技術(shù)、 燃料分級(jí)燃燒技術(shù)、煙氣再循環(huán)燃燒技術(shù)等。由于前述的耦合排放關(guān)系，這幾種技術(shù)往往只能側(cè)重一個(gè)方面問(wèn)題的解決，不僅不能徹底地解決問(wèn)題，同時(shí)還帶來(lái)許多其它問(wèn)題。例如宏觀(guān)空氣分級(jí)燃燒技術(shù)降低NOx的效率較低，同時(shí)還會(huì)使富氧燃燒的階段拖后，極難燃盡的焦炭和半焦推遲到低溫燃燒區(qū)去燃盡，致使飛灰可燃物的含量增高，而且爐膛中大范圍還原性氣氛也使得爐膛結(jié)焦和水冷壁的高溫腐蝕幾率大大增加；燃料分級(jí)燃燒技術(shù)只有在使用燃?xì)夂洼p油等以烴類(lèi)化合物為主的二次燃料時(shí)，才有較高的NOx還原效率和保持較高燃燒效率，但該方案使燃料成本、設(shè)備投資和維護(hù)費(fèi)用急劇增加，所以國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少。煙氣再循環(huán)燃燒技術(shù)降低NOx的效率較低、設(shè)備投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較高，同時(shí)也會(huì)增加煙氣中飛灰可燃物的含量，降低鍋爐效率，現(xiàn)在該方案很少采用。目前已開(kāi)發(fā)的煤粉低氮燃燒器多采用煤粉濃縮后燃燒的方式，一定程度上可降低 NOx的排放，但由于濃縮效率不高，濃縮后的濃煤粉氣流的A/C(空氣質(zhì)量與煤粉質(zhì)量的比值)多在0.8 1.3之間，特別是對(duì)于揮發(fā)分低于10% 20%的煤，該氣流煤粉燃燒時(shí)的空氣量依然高于或接近煤中揮發(fā)分燃燒所需的空氣量，揮發(fā)分與氧氣的氣相反應(yīng)速度較快， 因而該燃燒條件必然會(huì)使得煤中熱解出的氮大量與氧氣結(jié)合，轉(zhuǎn)化成N0X。已生成的NOx雖然可通過(guò)控制空氣的供給過(guò)程，使之利用半焦在還原性氣氛中燃燒來(lái)部分還原，但此多相反應(yīng)受氣固反應(yīng)速率限制，該階段以C、CO等為主的還原劑反應(yīng)活性較低，氣流進(jìn)入爐膛空間擴(kuò)大后，還原劑擴(kuò)散速度以及與NOx的接觸幾率極低，因而在爐膛內(nèi)還原反應(yīng)難以充分完成，降低NOx排放的效率較低。解耦燃燒技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)解除煤炭燃燒的飛灰可燃物與NOx的耦合排放關(guān)系，是同時(shí)降低飛灰可燃物和NOx排放的有效方法。其機(jī)理是將煤炭燃燒過(guò)程分為兩個(gè)階段，第一階段，煤炭在很高的還原性氣氛下發(fā)生熱解、氣化和煤氣燃燒，充分利用煤炭自身的熱解和氣化產(chǎn)物將燃料型NOx轉(zhuǎn)化為更為穩(wěn)定的隊(duì)；第二階段創(chuàng)造高溫富氧但不產(chǎn)生熱力型NOxW 環(huán)境，再確保煤炭的充分燃盡。由此可見(jiàn)，解耦燃燒抑制NOx排放的關(guān)鍵過(guò)程，在燃燒初期熱解氣化產(chǎn)生的揮發(fā)份氮的轉(zhuǎn)化過(guò)程，該過(guò)程主要在一次風(fēng)內(nèi)部、二次風(fēng)混合前的較小空間范圍進(jìn)行，一次風(fēng)與二次風(fēng)混合后即開(kāi)始燃盡階段，不需要前述的空氣分級(jí)燃燒產(chǎn)生的大范圍爐膛還原性氣氛。 該過(guò)程是屬于微觀(guān)上的分級(jí)燃燒，只是機(jī)理不同于前述的宏觀(guān)上的空氣分級(jí)燃燒，解耦燃燒的還原劑充分利用了熱解氣化產(chǎn)物，反應(yīng)活性更高。目前，人們已對(duì)解耦燃燒降低NOxW機(jī)理進(jìn)行了深入研究，并出現(xiàn)了適用于層狀解耦燃燒爐的一系列專(zhuān)利，如一種抑制氮氧化物的無(wú)煙燃煤方法及燃煤爐(中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利號(hào)ZL95102081. 1)、原煤的層狀解耦式燃燒方法及機(jī)械層狀解耦式燃燒爐(中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利號(hào)ZL01131238. 6)、解耦燃燒爐和解耦燃燒方法(中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)朲L 200810117937. 1)和一種預(yù)燃式機(jī)械爐排解耦燃燒爐及其燃燒方法(中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)朲L2010105^501.5)等。然而，在上述這些專(zhuān)利中，都只適合于層狀燃燒技術(shù)，僅適用于 100t/h以下的層狀解耦燃燒爐，難以實(shí)現(xiàn)煤粉燃燒的解耦燃燒爐大型化。專(zhuān)利“低氮氧化物排放煤粉解耦燃燒器及煤粉解耦燃燒方法”(中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?01110033811.8)發(fā)明了一種煤粉解耦燃燒器和煤粉解耦燃燒方法，其煤粉濃縮與穩(wěn)燃是一體化的結(jié)構(gòu)，濃、淡噴口也采用集中布置，該燃燒器結(jié)構(gòu)煤粉濃淡分離性能不可調(diào)節(jié)，另外需要鍋爐燃燒器安裝空間有固定的尺寸空間，不適于多噴口分散布置的爐體結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種煤粉解耦燃燒器。本發(fā)明的再一目的在于提供了一種煤粉解耦燃燒方法。根據(jù)本發(fā)明的煤粉解耦燃燒器，所述解耦燃燒器包括沿氣流方向依次連接的一次風(fēng)管12、慣性分離器11、氣流導(dǎo)管和噴口，所述氣流導(dǎo)管分成濃側(cè)氣流導(dǎo)管7和淡側(cè)氣流導(dǎo)管8兩個(gè)，其中，淡側(cè)氣流導(dǎo)管8 與三級(jí)噴口 1連通，濃側(cè)氣流導(dǎo)管7與一級(jí)噴口 3相連；濃側(cè)氣流導(dǎo)管7上與一級(jí)噴口 3之間的管路上引出與之連通的二級(jí)噴口導(dǎo)管6，該二級(jí)噴口導(dǎo)管(6)與二級(jí)噴口 2連通；所述一級(jí)噴口 3呈漸擴(kuò)噴口，并且在一級(jí)噴口 3的前端內(nèi)部上下兩側(cè)相對(duì)設(shè)置一對(duì)集粉穩(wěn)焰器4，所述集粉穩(wěn)焰器4沿氣流方向的橫截面的面積逐漸變大，所形成的氣流通道橫截面的面積沿氣流方向逐漸變小，改變集粉穩(wěn)焰器4的橫截面形狀以改變氣流橫截面形狀和增加氣流的周界。所述集粉穩(wěn)焰器4的橫截面為三角形、梯形或波浪形。所述慣性分離器11與氣流導(dǎo)管連接處設(shè)有可繞分流導(dǎo)板轉(zhuǎn)軸10轉(zhuǎn)動(dòng)的分流導(dǎo)板 9，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)分流導(dǎo)板9的轉(zhuǎn)角改變慣性分離器11內(nèi)后部通流截面的形狀和大小。此外本發(fā)明還提供了一種煤粉解耦燃燒方法，所述方法包括以下步驟1) 一次風(fēng)風(fēng)粉混合物由一次風(fēng)管12進(jìn)入慣性分離器11，50 90%的煤粉隨 30% 60%的空氣流動(dòng)到慣性分離器11的外側(cè)，進(jìn)入濃側(cè)氣流導(dǎo)管7，得到較濃煤粉氣流， 剩余部分煤粉隨空氣流動(dòng)到慣性分離器11的內(nèi)側(cè)，進(jìn)入淡側(cè)氣流導(dǎo)管8，通過(guò)三級(jí)噴口 1進(jìn)入爐膛，實(shí)現(xiàn)風(fēng)粉混合物第一級(jí)的濃淡分離；2)進(jìn)入濃側(cè)氣流導(dǎo)管7的煤粉氣流在進(jìn)入一級(jí)噴口 3時(shí)，集粉穩(wěn)焰器4流通截面積逐漸減小，受擠壓作用，該氣流中40% 90%的空氣攜帶該氣流中10 50%的煤粉進(jìn)入與之連通的二級(jí)噴口導(dǎo)管6內(nèi)，經(jīng)二級(jí)噴口 2進(jìn)入爐膛，該氣流中其余空氣和煤粉形成高速、超濃煤粉氣流，進(jìn)入一級(jí)噴口 3，實(shí)現(xiàn)風(fēng)粉混合物第二級(jí)的濃淡分離；
3)進(jìn)入一級(jí)噴口 3流經(jīng)集粉穩(wěn)焰器4后的高速、超濃煤粉氣流，在集粉穩(wěn)焰器4的后端形成回流區(qū)，在超濃煤粉氣流的雙側(cè)形成對(duì)爐膛高溫?zé)煔獾纳淞骶砦?，使超濃煤粉氣流在?qiáng)還原性氣氛下發(fā)生燃燒放熱反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)煤粉的快速熱解氣化，以降低NOx的生成；4)步驟幻中的超濃粉氣流燃燒熱解氣化后進(jìn)入爐膛內(nèi)，與二級(jí)噴口 2、三級(jí)噴口 1噴出的淡粉氣流依次混合，在燃燒熱和高溫回流熱煙氣的作用下，快速進(jìn)行剩余煤粉的熱解氣化，使煤中揮發(fā)份充分析出并在還原性氣氛下燃燒，以降低NOx的生成；5)上述未燃燒完全的氣流混合物在爐膛與二次風(fēng)混合燃盡，實(shí)現(xiàn)解耦燃燒。所述步驟1)中進(jìn)入濃側(cè)氣流導(dǎo)管7內(nèi)被濃縮的一次風(fēng)風(fēng)粉混合物的空氣質(zhì)量與煤粉質(zhì)量的比值由1. 0 3. 0減小到0. 6 1. 8 ；所述步驟2、中進(jìn)入一級(jí)噴口 3的一次風(fēng)風(fēng)粉混合物的空氣質(zhì)量與煤粉質(zhì)量的比值進(jìn)一步減小到0.3 1.2。本發(fā)明提供的煤粉解耦燃燒器，如圖1所示，其由多個(gè)燃燒器噴口和通過(guò)導(dǎo)管連通于所述燃燒器噴口的慣性分離器組成；沿由前向后的氣流方向依次是慣性分離器、導(dǎo)管和燃燒器噴口。所述的多個(gè)燃燒器噴口分別為三級(jí)噴口 1、二級(jí)噴口 2和一級(jí)噴口 3 ；所述的三級(jí)噴口 1通過(guò)淡側(cè)氣流導(dǎo)管8與慣性分離器11后端的內(nèi)側(cè)相連通；所述的二級(jí)噴口 2通過(guò)二級(jí)噴口導(dǎo)管6與濃側(cè)氣流導(dǎo)管7內(nèi)側(cè)相連通；所述的一級(jí)噴口 3通過(guò)濃側(cè)氣流導(dǎo)管7與慣性分離器11后端的外側(cè)相連通。所述的慣性分離器11前端與一次風(fēng)管12相連通。所述的慣性分離器11內(nèi)靠近后端的部位設(shè)有轉(zhuǎn)角可調(diào)分流導(dǎo)板9和分流導(dǎo)板轉(zhuǎn)軸10，分流導(dǎo)板轉(zhuǎn)軸10連接在轉(zhuǎn)角可調(diào)分流導(dǎo)板9的前端，轉(zhuǎn)角可調(diào)分流導(dǎo)板9可圍繞分流導(dǎo)板轉(zhuǎn)軸10旋轉(zhuǎn)，從而改變慣性分離器11內(nèi)后部通流截面的形狀和大小。所述的一級(jí)噴口 3為漸擴(kuò)噴口，前端截面小，后端截面大。一級(jí)噴口 3內(nèi)設(shè)有一對(duì)集粉穩(wěn)焰器4 ；兩個(gè)集粉穩(wěn)焰器4分別貼緊所述一級(jí)噴口 3之內(nèi)的上、下兩側(cè)，集粉穩(wěn)焰器4 前端都靠近濃側(cè)氣流導(dǎo)管7，而集粉穩(wěn)焰器4的后端與一級(jí)噴口 3的后端保持一定距離。所述集粉穩(wěn)焰器4之間留有空間，與一級(jí)噴口 3外殼合圍成氣流通道。所述集粉穩(wěn)焰器4為橫截面沿氣流方向逐漸增大，使得集粉穩(wěn)焰器4之間的氣流通道流通截面積逐漸減小；所述集粉穩(wěn)焰器4相對(duì)一側(cè)的后端可為變截面結(jié)構(gòu)，以改變氣流截面形狀和增加氣流的周界。本發(fā)明提供的煤粉解耦燃燒方法，其步驟為一次風(fēng)風(fēng)粉混合物由一次風(fēng)管12進(jìn)入慣性分離器11，由于煤粉和空氣的密度不同，少部分煤粉隨空氣流動(dòng)到慣性分離器11的內(nèi)側(cè)，并進(jìn)入淡側(cè)氣流導(dǎo)管8，大部分煤粉隨空氣流動(dòng)到慣性分離器11的外側(cè)，并進(jìn)入濃側(cè)氣流導(dǎo)管7從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)粉混合物第一級(jí)的濃淡分離，濃側(cè)氣流導(dǎo)管7內(nèi)被濃縮的一次風(fēng)風(fēng)粉混合物的空氣質(zhì)量與煤粉質(zhì)量的比值由原來(lái)的1. 0 3. 0減小到0. 6 1. 8，煤粉濃度增高。進(jìn)入淡側(cè)氣流導(dǎo)管8的風(fēng)粉混合物，最后通過(guò)三級(jí)噴口 1進(jìn)入爐膛燃燒。由于集粉穩(wěn)焰器4流通截面積逐漸減小，受擠壓作用，進(jìn)入濃側(cè)氣流導(dǎo)管7的風(fēng)粉混合物中一部分空氣進(jìn)入了二級(jí)噴口導(dǎo)管6內(nèi)；由于慣性作用，濃側(cè)氣流導(dǎo)管7的風(fēng)粉混合物中大部分煤粉隨氣流進(jìn)入一級(jí)噴口 3內(nèi)，被集粉穩(wěn)焰器4收集起來(lái)進(jìn)入爐膛，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)粉混合物第二級(jí)的濃淡分離，一級(jí)噴口 3內(nèi)集粉穩(wěn)焰器4之間被濃縮的一次風(fēng)風(fēng)粉混合物
5的空氣質(zhì)量與煤粉質(zhì)量的比值進(jìn)一步減小到0. 3 1. 2，煤粉濃度極高。進(jìn)入了二級(jí)噴口導(dǎo)管6內(nèi)的風(fēng)粉混合物中，最終經(jīng)二級(jí)噴口 2進(jìn)入爐膛燃燒。由于集粉穩(wěn)焰器4之間的超濃煤粉氣流的射流卷吸作用，集粉穩(wěn)焰器4的后端形成回流區(qū)，爐膛內(nèi)的高溫?zé)煔饣亓鞯揭患?jí)噴口 3內(nèi)卷吸入集粉穩(wěn)焰器4之間的超濃煤粉氣流。由于超濃煤粉氣流的著火熱很小，截面積很薄，且該超濃煤粉氣流上下兩側(cè)都受到混合加熱，因而很容易被加熱透徹，迅速加熱到著火溫度，在強(qiáng)還原性氣氛下發(fā)生燃燒放熱反應(yīng)，從而可實(shí)現(xiàn)煤粉的快速熱解氣化。超濃粉氣流、低濃度濃粉氣流與淡粉氣流分開(kāi)相繼布置，超濃粉氣流靠近爐膛高溫區(qū)，在向火側(cè)，淡粉氣流在背火側(cè)。不僅溫度場(chǎng)和濃度場(chǎng)分布合理，而且也加大了一次風(fēng)卷吸高溫?zé)煔獾谋砻娣e，即有利于燃燒器穩(wěn)燃，由濃到淡相繼燃燒也有利于降低NOx的生成；隨著該超濃粉氣流在爐膛內(nèi)流動(dòng)，該超濃粉氣流相繼與前述二級(jí)噴口 2噴出的低濃度濃粉氣流、三級(jí)噴口 1噴出的淡粉氣流及時(shí)混合，在燃燒熱和高溫回流熱煙氣的作用下，混入氣流被相繼加熱到著火溫度，快速進(jìn)行剩余煤粉的熱解氣化，使煤中揮發(fā)份充分析出并燃燒；未燃盡的半焦在爐膛內(nèi)與相鄰二次風(fēng)及時(shí)混合繼續(xù)燃燒，充足的氧與煤粉半焦及時(shí)在高溫區(qū)混合可確保其充分燃盡；這樣通過(guò)逐級(jí)著火，氧氣逐級(jí)供給的方式，完成先在低溫還原性氣氛下燃燒再在高溫氧化性氣氛下燃盡的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)同時(shí)降低NOx和可燃物排放的解耦燃燒。本發(fā)明提供的煤粉解耦燃燒器及燃燒方法的突出特點(diǎn)1、通過(guò)慣性分離器和集粉穩(wěn)焰器的兩級(jí)或更多分級(jí)的濃淡分離，可達(dá)到或超過(guò)旋風(fēng)分離器的煤粉濃縮效率；可將一次風(fēng)管進(jìn)入爐膛前的最后一個(gè)彎頭改為慣性分離器，從而減小系統(tǒng)設(shè)備壓降；2、燃燒器噴口設(shè)計(jì)將卷吸熱煙氣回流的空間從爐膛燃燒器延伸至燃燒器噴口內(nèi)， 一方面是為了延長(zhǎng)解耦燃燒初期的還原性氣氛下燃燒的時(shí)間，增加一次風(fēng)風(fēng)粉混合物氣流與爐膛內(nèi)二次風(fēng)混合的間隔，以降低NOx的生成；另一方面，一次風(fēng)的卷吸空間增大和提前， 可增強(qiáng)爐膛內(nèi)高溫?zé)釤煔獾幕亓鬟\(yùn)動(dòng)，保持燃燒區(qū)附近較高的溫度水平，有利于解耦燃燒的快速進(jìn)行，快速的解耦燃燒反過(guò)來(lái)又可提高燃燒區(qū)附近的溫度，形成良性循環(huán)。解耦燃燒初期是在很高的煤粉濃度(A/C在0. 2 1. 0)下進(jìn)行的，對(duì)于無(wú)煙煤等低揮發(fā)分煤，濃粉濃度越高越好，即有利于穩(wěn)燃，也有利于抑制NOx的生成；對(duì)于高揮發(fā)分的煙煤等，穩(wěn)燃和抑制NOx的生成較容易，但初始解耦燃燒容易過(guò)于強(qiáng)烈，煤粉濃度高可控制燃燒初期氧化劑的含量低于揮發(fā)分燃燒反應(yīng)的化學(xué)當(dāng)量比，而且燃燒的氧化放熱反應(yīng)同時(shí)也伴隨著熱解和氣化過(guò)程的吸熱反應(yīng)，氣流溫度并不很高，因而這有利于避免燃燒器噴口的燒損和結(jié)焦。3、兩個(gè)集粉穩(wěn)焰器相對(duì)布置，形成超濃縮煤粉氣流上下兩側(cè)卷吸加熱，加熱速度和深度成倍提高；兩個(gè)集粉穩(wěn)焰器相對(duì)一側(cè)相距最近的部位可設(shè)計(jì)為氣流厚度漸變的階梯式變截面結(jié)構(gòu)，增加了濃縮煤粉氣流上下兩側(cè)的卷吸表面積，大大增加了卷吸能力；氣流厚度最薄部位卷吸回流空間最大，熱煙氣回流量最大；同時(shí)，該部位煤粉空氣混合氣流的行程最長(zhǎng)，空氣被排擠的最多，因而煤粉濃度最大；由于通道阻力和流程長(zhǎng)短不同，再加上流體流過(guò)漸縮噴管的效應(yīng)，燃燒器集粉穩(wěn)焰器之間的該超濃粉氣流的流速大于淡粉氣流，濃粉氣流單位煤粉氣流量的卷吸攜帶能力更高；由于大部分煤粉沖刷到集粉穩(wěn)焰器，絕對(duì)速度降低，形成與空氣流的較大滑移速度，可顯著提高二者的傳熱傳質(zhì)能力；相對(duì)布置的兩個(gè)集粉穩(wěn)焰器的厚薄漸變的階梯式變截面結(jié)構(gòu)使?jié)饷悍蹥饬髁髁?、煤粉濃縮率、平均流速、煤粉相對(duì)滑移速度、卷吸回流空間和向兩側(cè)氣流傳熱傳質(zhì)速度也呈階梯式分布，達(dá)到厚度最薄的煤粉氣流空氣質(zhì)量流量最小、煤粉濃度最高、平均流速最高、煤粉滑移速度最大、卷吸回流空間最大和向兩側(cè)氣流傳熱傳質(zhì)速度最慢。由于厚度最薄的煤粉氣流的著火溫度最低、 著火熱最小、火焰?zhèn)鞑ニ俣茸羁?，而卷吸熱煙氣的加熱能力最?qiáng)，散熱最慢，因而該超濃粉氣流的厚度最薄的部分可很容易被加熱到著火溫度，最先穩(wěn)定著火燃燒，隨后在燃燒熱和高溫回流熱煙氣的作用下，周?chē)悍蹥饬鞅幌嗬^加熱到著火溫度，實(shí)現(xiàn)逐級(jí)著火。4、采用高濃度煤粉氣流上下側(cè)同時(shí)卷吸高溫?zé)煔獾姆绞?，可使煤粉氣流快速著火燃燒，煤粉氣流燃燒后的反?yīng)熱進(jìn)一步劇烈加熱氣流，可使?jié)鈿饬鳒囟燃彼偕叩?00 1200°C高溫，煤粉發(fā)生快速熱解、氣化，揮發(fā)分氮比例大幅提高，氧濃度迅速降低。熱解氣化出的揮發(fā)分的燃燒反應(yīng)，絕大多數(shù)是快速的氣相反應(yīng)，可使?jié)夥蹥饬髋c淡粉氣流混合前完成大部分已析出揮發(fā)分在貧氧環(huán)境下的燃燒。由于煤熱解氣化后的揮發(fā)分中NH3、NCH、 CfflHn(碳?xì)浠衔?、CO的強(qiáng)還原性，該階段揮發(fā)分氮氧化生成的NOx大部分已轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的N2。濃粉氣流的揮發(fā)分燃燒后，與淡粉氣流逐步混合，煤粉中焦炭相繼燃燒，對(duì)氧氣的消耗增大，致使淡粉氣流與濃粉氣流混合后燃燒仍處于貧氧環(huán)境下，直至與二次風(fēng)混合后，貧氧燃燒的條件才有所變化。但由于大部分揮發(fā)分已燃燒完，而焦炭氮析出時(shí)首先穿過(guò)碳粒表面還原性氣氛層，同時(shí)受焦炭的催化還原作用，因而焦炭氮轉(zhuǎn)化為NOx的比率很低。燃燒器燃燒較早地完成隊(duì)的轉(zhuǎn)化后，可及時(shí)補(bǔ)充二次風(fēng)，讓煤粉及早發(fā)生高溫富氧反應(yīng)，延長(zhǎng)在爐膛充分燃燒的時(shí)間，從而充分燃盡，降低煙氣中飛灰可燃物、CO的含量。由上所述，該燃燒方式解除了煤粉燃燒的飛灰可燃物、CO與NOxW耦合排放問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了二者排放同時(shí)降低的解耦燃燒。5、超濃粉氣流、低濃度濃粉氣流與淡粉氣流分開(kāi)相繼布置，超濃粉氣流靠近爐膛高溫區(qū)，不僅溫度場(chǎng)和濃度場(chǎng)分布合理，而且也加大了一次風(fēng)卷吸高溫?zé)煔獾谋砻娣e，即有利于燃燒器穩(wěn)燃，由濃到淡相繼燃燒也有利于降低NOx的生成；在背火側(cè)通過(guò)淡粉氣流將濃粉氣流與爐墻隔離，可降低水冷壁附近的還原性氣氛，有利于減小爐膛水冷壁高溫腐蝕和結(jié)焦的發(fā)生。6、該燃燒器適應(yīng)性強(qiáng)。通過(guò)改變慣性分離器中的轉(zhuǎn)角可調(diào)分流導(dǎo)板與氣流方向的夾角，改變慣性分離器內(nèi)濃淡兩側(cè)通流截面的形狀和大小，從而調(diào)整濃淡兩側(cè)煤粉氣流的煤粉濃度和流量，改變?nèi)紵匦砸赃m應(yīng)不同燃燒煤種和工況。改變集粉穩(wěn)焰器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、 尺寸和相對(duì)間距，也可改變煤粉氣流濃度、流速等設(shè)計(jì)參數(shù)，以適應(yīng)不同設(shè)計(jì)的鍋爐和煤質(zhì)特性。7、本發(fā)明的燃燒器濃淡噴口的布置靈活性較高，能適宜各種鍋爐爐膛結(jié)構(gòu)和燃燒類(lèi)型。


圖1本發(fā)明的煤粉解耦燃燒器的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)識(shí)1、三級(jí)噴口2、二級(jí)噴口3、一級(jí)噴口
4、集粉穩(wěn)焰器 6、二級(jí)噴口導(dǎo)管 7、濃側(cè)氣流導(dǎo)管8、淡側(cè)氣流導(dǎo)管 9、分流導(dǎo)板10、分流導(dǎo)板轉(zhuǎn)軸11、慣性分離器 12、一次風(fēng)管
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的煤粉解耦燃燒器和解耦燃燒方法進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。本發(fā)明提供的煤粉解耦燃燒器，如圖1所示，其由多個(gè)燃燒器噴口和通過(guò)導(dǎo)管連通于所述燃燒器噴口的慣性分離器組成；沿由前向后的氣流方向依次是慣性分離器、導(dǎo)管和燃燒器噴口。所述的多個(gè)燃燒器噴口分別為三級(jí)噴口 1、二級(jí)噴口 2和一級(jí)噴口 3 ；所述的三級(jí)噴口 1通過(guò)淡側(cè)氣流導(dǎo)管8與慣性分離器11后端的內(nèi)側(cè)相連通；所述的二級(jí)噴口 2通過(guò)二級(jí)噴口導(dǎo)管6與濃側(cè)氣流導(dǎo)管7內(nèi)側(cè)相連通；所述的一級(jí)噴口 3通過(guò)濃側(cè)氣流導(dǎo)管7與慣性分離器11后端的外側(cè)相連通。所述的慣性分離器11前端與一次風(fēng)管12相連通。所述的慣性分離器11內(nèi)靠近后端的部位設(shè)有轉(zhuǎn)角可調(diào)分流導(dǎo)板9和分流導(dǎo)板轉(zhuǎn)軸10，分流導(dǎo)板轉(zhuǎn)軸10連接在轉(zhuǎn)角可調(diào)分流導(dǎo)板9的前端，轉(zhuǎn)角可調(diào)分流導(dǎo)板9可圍繞分流導(dǎo)板轉(zhuǎn)軸10旋轉(zhuǎn)，從而改變慣性分離器11內(nèi)后部通流截面的形狀和大小。所述的一級(jí)噴口 3為漸擴(kuò)噴口，前端截面小，后端截面大。一級(jí)噴口 3內(nèi)設(shè)有一對(duì)集粉穩(wěn)焰器4 ；兩個(gè)集粉穩(wěn)焰器4分別貼緊所述一級(jí)噴口 3之內(nèi)的上、下兩側(cè)，集粉穩(wěn)焰器4 前端都靠近濃側(cè)氣流導(dǎo)管7，而集粉穩(wěn)焰器4的后端與一級(jí)噴口 3的后端保持一定距離。所述集粉穩(wěn)焰器4之間留有空間，與一級(jí)噴口 3外殼合圍成氣流通道。所述集粉穩(wěn)焰器4為橫截面沿氣流方向逐漸增大，使得集粉穩(wěn)焰器4之間的氣流通道流通截面積逐漸減??；所述集粉穩(wěn)焰器4相對(duì)一側(cè)的后端可為變截面結(jié)構(gòu)，以改變氣流截面形狀和增加氣流的周界。本發(fā)明提供的煤粉解耦燃燒方法，其步驟為一次風(fēng)風(fēng)粉混合物由一次風(fēng)管12進(jìn)入慣性分離器11，由于煤粉和空氣的密度不同，少部分煤粉隨空氣流動(dòng)到慣性分離器11的內(nèi)側(cè)，并進(jìn)入淡側(cè)氣流導(dǎo)管8，大部分煤粉隨空氣流動(dòng)到慣性分離器11的外側(cè)，并進(jìn)入濃側(cè)氣流導(dǎo)管7從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)粉混合物第一級(jí)的濃淡分離，濃側(cè)氣流導(dǎo)管7內(nèi)被濃縮的一次風(fēng)風(fēng)粉混合物的空氣質(zhì)量與煤粉質(zhì)量的比值由原來(lái)的1. 0 3. 0減小到0. 6 1. 8，煤粉濃度增高。進(jìn)入淡側(cè)氣流導(dǎo)管8的風(fēng)粉混合物，最后通過(guò)三級(jí)噴口 1進(jìn)入爐膛燃燒。由于集粉穩(wěn)焰器4流通截面積逐漸減小，受擠壓作用，進(jìn)入濃側(cè)氣流導(dǎo)管7的風(fēng)粉混合物中一部分空氣進(jìn)入了二級(jí)噴口導(dǎo)管6內(nèi)；由于慣性作用，濃側(cè)氣流導(dǎo)管7的風(fēng)粉混合物中大部分煤粉隨氣流進(jìn)入一級(jí)噴口 3內(nèi)，被集粉穩(wěn)焰器4收集起來(lái)進(jìn)入爐膛，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)粉混合物第二級(jí)的濃淡分離，一級(jí)噴口 3內(nèi)集粉穩(wěn)焰器4之間被濃縮的一次風(fēng)風(fēng)粉混合物的空氣質(zhì)量與煤粉質(zhì)量的比值進(jìn)一步減小到0. 3 1. 2，煤粉濃度極高。進(jìn)入了二級(jí)噴口導(dǎo)管6內(nèi)的風(fēng)粉混合物中，最終經(jīng)二級(jí)噴口 2進(jìn)入爐膛燃燒。由于集粉穩(wěn)焰器4之間的超濃煤粉氣流的射流卷吸作用，集粉穩(wěn)焰器4的后端形成回流區(qū)，爐膛內(nèi)的高溫?zé)煔饣亓鞯揭患?jí)噴口 3內(nèi)卷吸入集粉穩(wěn)焰器4之間的超濃煤粉氣流。由于超濃煤粉氣流的著火熱很小，截面積很薄，且該超濃煤粉氣流上下兩側(cè)都受到混合加熱，因而很容易被加熱透徹，迅速加熱到著火溫度，在強(qiáng)還原性氣氛下發(fā)生燃燒放熱反應(yīng)，從而可實(shí)現(xiàn)煤粉的快速熱解氣化。超濃粉氣流、低濃度濃粉氣流與淡粉氣流分開(kāi)相繼布置，超濃粉氣流靠近爐膛高溫區(qū)，在向火側(cè)，淡粉氣流在背火側(cè)。不僅溫度場(chǎng)和濃度場(chǎng)分布合理，而且也加大了一次風(fēng)卷吸高溫?zé)煔獾谋砻娣e，即有利于燃燒器穩(wěn)燃，由濃到淡相繼燃燒也有利于降低NOx的生成；隨著該超濃粉氣流在爐膛內(nèi)流動(dòng)，該超濃粉氣流相繼與前述二級(jí)噴口 2噴出的低濃度濃粉氣流、三級(jí)噴口 1噴出的淡粉氣流及時(shí)混合，在燃燒熱和高溫回流熱煙氣的作用下，混入氣流被相繼加熱到著火溫度，快速進(jìn)行剩余煤粉的熱解氣化，使煤中揮發(fā)份充分析出并燃燒；未燃盡的半焦在爐膛內(nèi)與相鄰二次風(fēng)及時(shí)混合繼續(xù)燃燒，充足的氧與煤粉半焦及時(shí)在高溫區(qū)混合可確保其充分燃盡；這樣通過(guò)逐級(jí)著火，氧氣逐級(jí)供給的方式，完成先在低溫還原性氣氛下燃燒再在高溫氧化性氣氛下燃盡的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)同時(shí)降低NOx和可燃物排放的解耦燃燒。
權(quán)利要求
1.一種煤粉解耦燃燒器，所述解耦燃燒器包括沿氣流方向依次連接的一次風(fēng)管(12)、 慣性分離器(11)、氣流導(dǎo)管和噴口，其特征在于，所述氣流導(dǎo)管分成濃側(cè)氣流導(dǎo)管(7)和淡側(cè)氣流導(dǎo)管(8)兩個(gè)，其中，淡側(cè)氣流導(dǎo)管 (8)與三級(jí)噴口(1)連通，濃側(cè)氣流導(dǎo)管(7)與一級(jí)噴口( 相連；濃側(cè)氣流導(dǎo)管(7)上與一級(jí)噴口 C3)之間的管路上引出與之連通的二級(jí)噴口導(dǎo)管(6)，該二級(jí)噴口導(dǎo)管(6)與二級(jí)噴口(2)連通；所述一級(jí)噴口( 呈漸擴(kuò)噴口，并且在一級(jí)噴口( 的前端內(nèi)部上下兩側(cè)相對(duì)設(shè)置一對(duì)集粉穩(wěn)焰器G)，所述集粉穩(wěn)焰器(4)沿氣流方向的橫截面的面積逐漸變大，所形成的氣流通道橫截面的面積沿氣流方向逐漸變小，通過(guò)改變集粉穩(wěn)焰器的橫截面形狀以改變氣流橫截面形狀和增加氣流的周界。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤粉解耦燃燒器，其特征在于，所述慣性分離器(11)與氣流導(dǎo)管連接處設(shè)有可繞分流導(dǎo)板轉(zhuǎn)軸(10)轉(zhuǎn)動(dòng)的分流導(dǎo)板(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤粉解耦燃燒器，其特征在于，所述集粉穩(wěn)焰器(4)的橫截面為三角形、梯形或波浪形。
4.一種基于權(quán)利要求1所述煤粉解耦燃燒器的煤粉解耦燃燒方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟1)一次風(fēng)風(fēng)粉混合物由一次風(fēng)管(1 進(jìn)入慣性分離器(11)，50 90%的煤粉隨 30% 60%的空氣流動(dòng)到慣性分離器(11)的外側(cè)，進(jìn)入濃側(cè)氣流導(dǎo)管(7)，得到較濃煤粉氣流，剩余部分煤粉隨空氣流動(dòng)到慣性分離器(11)的內(nèi)側(cè)，進(jìn)入淡側(cè)氣流導(dǎo)管(8)，通過(guò)三級(jí)噴口(1)進(jìn)入爐膛，實(shí)現(xiàn)風(fēng)粉混合物第一級(jí)的濃淡分離；2)進(jìn)入濃側(cè)氣流導(dǎo)管(7)的煤粉氣流在進(jìn)入一級(jí)噴口( 時(shí)，集粉穩(wěn)焰器(4)流通截面積逐漸減小，受擠壓作用，該氣流中40% 90%的空氣攜帶該氣流中10 50%的煤粉進(jìn)入與之連通的二級(jí)噴口導(dǎo)管(6)內(nèi)，經(jīng)二級(jí)噴口( 進(jìn)入爐膛，該氣流中其余空氣和煤粉形成高速、超濃煤粉氣流，進(jìn)入一級(jí)噴口(3)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)粉混合物第二級(jí)的濃淡分離；3)進(jìn)入一級(jí)噴口( 流經(jīng)集粉穩(wěn)焰器(4)后的高速、超濃煤粉氣流，在集粉穩(wěn)焰器(4) 的后端形成回流區(qū)，在超濃煤粉氣流的雙側(cè)形成對(duì)爐膛高溫?zé)煔獾纳淞骶砦?，使超濃煤粉氣流在?qiáng)還原性氣氛下發(fā)生燃燒放熱反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)煤粉的快速熱解氣化，以降低NOx的生成；4)步驟幻中的超濃粉氣流燃燒熱解氣化后進(jìn)入爐膛內(nèi)，與二級(jí)噴口O)、三級(jí)噴口(1) 噴出的淡粉氣流依次混合，在燃燒熱和高溫回流熱煙氣的作用下，快速進(jìn)行剩余煤粉的熱解氣化，使煤中揮發(fā)份充分析出并在還原性氣氛下燃燒，以降低NOx的生成；5)上述未燃燒完全的氣流混合物在爐膛與二次風(fēng)混合燃盡，實(shí)現(xiàn)解耦燃燒。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煤粉解耦燃燒方法，其特征在于，所述步驟1)中進(jìn)入濃側(cè)氣流導(dǎo)管(7)的高速、超濃煤粉的空氣質(zhì)量與煤粉質(zhì)量的比值為 0. 6 1. 8 ；所述步驟幻中進(jìn)入一級(jí)噴口(；3)的高速、超濃煤粉的空氣質(zhì)量與煤粉質(zhì)量的比值為 0. 3 1. 2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種煤粉解耦燃燒器及其解耦燃燒方法。所述解耦燃燒器包括沿氣流方向依次連接的一次風(fēng)管(12)、慣性分離器(11)、氣流導(dǎo)管和噴口，所述氣流導(dǎo)管分成濃側(cè)氣流導(dǎo)管(7)和淡側(cè)氣流導(dǎo)管(8)兩個(gè)，淡側(cè)氣流導(dǎo)管(8)與三級(jí)噴口(1)連通，濃側(cè)氣流導(dǎo)管(7)與一級(jí)噴口(3)相連；濃側(cè)氣流導(dǎo)管(7)上與一級(jí)噴口(3)之間的管路上引出與之連通的二級(jí)噴口導(dǎo)管(6)，該二級(jí)噴口導(dǎo)管(6)與二級(jí)噴口(2)連通；所述一級(jí)噴口(3)呈漸擴(kuò)噴口，并且在一級(jí)噴口(3)的前端內(nèi)部上下兩側(cè)相對(duì)設(shè)置一對(duì)集粉穩(wěn)焰器(4)，所述集粉穩(wěn)焰器(4)沿氣流方向橫截面面積逐漸變大，氣流通道橫截面的面積沿氣流方向變小，實(shí)現(xiàn)了解耦燃燒。
文檔編號(hào)F23D1/00GK102297425SQ201110175439
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月27日
發(fā)明者何京東, 李靜海, 許光文, 郝江平, 高士秋 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所