[发明专利]一种燃用高温荒煤气的旋流燃烧器

说明书

一种燃用高温荒煤气的旋流燃烧器，属于高效洁净煤燃烧技术领域。解决了针对现有技术中低NOx燃烧器并不适用于荒煤气的高效低NOx旋流燃烧及现有技术中由于不存在一种高效低NOx荒煤气旋流燃烧器，使其无法为分段耦合煤粉燃烧技术配置荒煤气旋流燃烧器的问题。本发明主要包括中心管、内周界风通道、荒煤气通道和外周界风通道、水冷盘管冷却系统和扩散小火焰发生器；基于荒煤气扩散小火焰、弱旋流涡外边界层内着火稳燃、富燃料燃烧、空气分级、水冷和空冷综合冷却技术，实现荒煤气的燃烧；本发明具有绝对着火稳燃、抑制燃料型和热力型NOx发生、高效、防结渣及高温腐蚀、负荷响应优良、冷却可靠的特点，适用于广泛煤种的分段耦合煤粉燃烧。

技术领域

本发明属于高效洁净煤燃烧技术领域。

背景技术

随着中国GDP的不断增长，能源需求也不断增长。现中国一次能源构成中，煤炭比例仍达70％以上，预计到2030年，中国煤炭占一次能源消费总量的比重仍超过50％，消费量将达45亿吨左右。中国发电及供热平均综合利用效率仅为40％左右，比发达国家低10个百分点，燃煤排放的NOx占75％。中国已探明的可开采煤炭储量中，劣质煤达50﹪左右，仅无烟煤和贫煤的比例就接近30﹪，而褐煤提质或低温热解生产的大量焦炭也亟需新型燃烧、气化技术以清洁、高效地利用；煤直接燃烧发电的火电占中国发电总量70％以上，煤炭提供了火电燃料的80％，其中，绝大部分火电厂燃用劣质煤；此外，中国动力用煤的煤质不稳定，常常达不到设计用煤标准。中国火电近期目标：平均供电标准煤耗降到315克/千瓦时，S02排放浓度控制在50mg/Nm3，NOX排放浓度控制在100mg/Nm3，这也是我国新型燃煤技术研发的内在动力。

尽管国内外研发了各种各样的燃煤技术，表现在难燃的低挥发分无烟煤、贫煤、焦炭等燃料燃烧上，由于同时实现高效洁净的理化条件往往相互制约，因此，研发同时实现着火稳燃、高效、低NOx、防结渣及高温腐蚀、负荷响应快、低负荷性能优良的煤燃烧技术依然面临挑战。

针对难燃的低挥发分无烟煤、贫煤、焦炭等燃料燃烧，现有技术提供了一种分段耦合煤粉燃烧装置及方法，基于煤燃烧热化学转化不同阶段针对性地实施热解、燃烧、破碎、气化、脱硫、颗粒分选、碳转化、燃尽的理论设计，并利用炉内新结构实施各阶段质量、动量、能量有效耦合的结构设计，将优选的双涡快速流化床的低温热解段和煤粉炉的高温碳转化段结合起来，通过各段的独立控制，打破高效洁净煤燃烧理化条件的相互制约，发挥各段优势并克服各段劣势，从而能够同时实现煤、特别是难燃的劣质煤的着火稳燃、高效、低NOx、防结渣及高温腐蚀、负荷响应快、低负荷性能优良的煤粉燃烧，并拓展了燃烧设备的煤种适应性。但是分段耦合煤粉燃烧技术中，必须为高温碳转化段实施碳转化、燃尽的煤粉炉配置高性能荒煤气旋流/直流燃烧器以有效耦合燃烧低温段双涡快速流化床产生的荒煤气，才能现实地实施一种分段耦合煤粉燃烧，实现广泛煤种的高效洁净煤粉燃烧。

具体地，一种分段耦合煤粉燃烧过程分两段实施，在小于980℃低温段，利用优选的双涡快速流化床，将粒径小于10mm的煤、特别是难燃煤颗粒，通过离心流化，独立地实施干燥、热解、燃烧、破碎、气化、脱硫、颗粒分选，将燃料重整为荒煤气，所以，所述的荒煤气是在低温段由优选的双涡快速流化床产生的、压力小于3MPa、温度为500℃至980℃、可燃气中仅含带颗粒粒径小于70μm的半焦、焦炭颗粒的气固两相流；而在大于980℃高温段，利用煤粉炉中需要配置一种旋流/直流荒煤气燃烧器，使荒煤气在煤粉炉中独立地实施高效洁净燃烧，从而才能最终实现一种分段耦合煤粉燃烧过程中能够同时实现广泛煤种特别是难燃煤的着火稳燃、高效、低NOx、防结渣及高温腐蚀、负荷响应快、低负荷性能优良的煤粉燃烧。

但是，在现有技术中没有为分段耦合煤粉燃烧技术中配备相应的荒煤气旋流燃烧器，以实现高温碳转化段高效低NOx旋流燃烧；且现有技术中，虽然公开了微注入弱旋低NOx高效氢旋流燃烧器和绝对着火稳燃大空气过量系数低NOx油旋流燃烧器，但是它们均不适用于所述荒煤气燃烧，还公开了一种燃烧煤粉旋流燃烧器，能有效抑制燃料型NOx发生，但抑制热力型NOx发生技术不完善；因此，由于燃料不同、燃烧目的不同，现有低NOx旋流燃烧器并不适用于荒煤气的高效低NOx旋流燃烧。