[发明专利]一种煤粉富氧无焰燃烧方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及燃煤锅炉燃烧技术，具体是一种煤粉富氧无焰燃烧方法及其系统。本发明在实现CO₂减排的同时，能够显著降低NO_X生成，提高燃烧的稳定性和热利用效率。

背景技术

富氧燃烧是一种循环燃烧技术，通过循环烟气与纯氧混合进入炉膛燃烧，使CO₂不断富集(大于80％)以方便捕获、埋存，达到CO₂减排的目的。在富氧燃烧过程中，由于系统漏风以及含氮烟气的循环，烟气中氮元素不断的累积，使烟气中NO_X排放浓度升高；同时，受CO₂大比热容的影响，相比于常规空气燃烧，容易出现炉内燃烧不稳定，排烟温度过高等现象。

无焰燃烧是一种均匀温和的容积燃烧，目前主要应用于燃气或燃油装置。无焰燃烧发生时，炉内无明显火焰锋面，温度场均匀，降低了燃烧与传热过程的不可逆损失；无焰燃烧的峰值温度比常规燃烧的低，但提高了炉内平均温度，增加了平均传热、特别是辐射传热效率；同时由于无焰燃烧温度场均匀无局部高温区，且火焰峰值温度相对较低，热力NO_X的生成受到抑制。传统上，无焰燃烧技术需要通过高温预热空气来实现(通常高于1000℃)，相应设施及操作流程也较为复杂，使其难以应用于包括煤粉在内的固体燃料。

发明内容

本发明提供一种煤粉富氧无焰燃烧方法及其系统，目的在于能够实现CO₂的富集捕获，同时降低NO_X排放、改善燃烧稳定性和提高燃烧效率，是一种兼顾节能与CO₂减排、具有较高综合效益的燃煤锅炉系统。

本发明提供的一种煤粉富氧无焰燃烧方法，其特征在于：该方法将富氧燃烧产生的高温、富含CO₂的烟气与纯氧混合后代替空气作为助燃气，再通过直流无焰燃烧器将助燃气以高速射流的形式注入炉膛，使煤粉燃烧稳定后火焰峰面消失，呈现均匀的无焰燃烧；纯氧由空气分离装置提供，循环烟气与纯氧在进入一次风道和二次风道前完成混合，再循环入炉膛。

作为上述技术方案的改进，一次风含氧量为10～25％；二次风含氧量为20～40％，三次风为纯氧；进入炉膛的氧气体积流量占进入炉膛总气体体积流量的25％～35％，氧气过量系数为1.00～1.15。

作为上述技术方案的进一步改进，煤粉采用无焰燃烧；一次风为直流，出口风速为10～25m／s；二次风为高速射流，出口风速为60～200m／s；煤粉由一次风携带，一二次风的比例为(5％～15％)：(95％～85％)。

本发明提供的实现上述煤粉富氧无焰燃烧方法的系统，包括炉膛本体及烟气管路，其特征在于安装有氧气注入系统和直流无焰燃烧器。

所述氧气注入系统连接一次风道、二次风道和三次风道，通过注氧点分别将纯氧注入一次风道、二次风道和三次风道中；

所述直流无焰燃烧器安装在所述炉膛本体内，与所述一次风道，二次风道以及三次风道相连；其中二次风道上安装有增压风机，二次风经加压后，通过直流无焰燃烧器以高速射流的形式进入炉膛。

本发明在富氧燃烧富集CO₂的基础上，通过无焰燃烧提高燃烧的稳定性和燃尽率，且炉膛温度分布均匀、平均温度高、峰值温度低，辐射传热显著增强，燃烧系统的热利用效率可提高10～25％，NO_X生成可减少15～40％。将富氧燃烧产生的高温烟气，以高速射流的形式经直流无焰燃烧器注入炉膛，通过高速射流卷吸作用可实现炉膛内热量和质量的快速、均匀混合，使煤粉燃烧稳定后火焰峰面消失，呈现均匀的无焰燃烧，绝热火焰温度较之传统富氧燃烧降低150～300℃，使无焰燃烧技术能够有效应用于煤粉燃烧，避免了传统无焰燃烧的高温预热过程，减少了蓄热器等换热设施的投资以及能耗，简化了系统运行流程。

附图说明

图1为富氧无焰燃烧系统结构示意图；

图1中，1直流无焰燃烧器，2增压风机，3烟气净化器，4冷凝器，5空气分离装置，6循环风机，一次风道7、二次风道8、氧气通道9、三次风道10；

图2为直流无焰燃烧器示意图，其中，(a)为主视图，(b)为截面示意图；

图3为氧气注入系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。