富氧燃烧装置的制造方法
富氧燃烧装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于燃煤锅炉领域，更具体地，涉及一种煤粉低NOx富氧燃烧装置。
【背景技术】
[0002]煤炭是我国的主要能源，占一次能源消耗的65?70%，通过燃煤锅炉燃烧发电占总发电量的75%。煤炭的燃烧会产生大量的温室气体CO2和氮氧化物NOx，给我国带来了很大的环境问题，因此开发具有0)2捕集和低NOx排放功能的燃烧技术十分必要。
[0003]富氧燃烧是目前燃煤锅炉发电技术中极具发展前景的规模化ccy咸排技术之一。该技术用纯氧和循环烟气代替空气作为氧化剂进入炉膛燃烧，烟气中的CO2浓度可达到80%以上。但是，由于烟气的大量循环和系统漏风等，烟气中氮元素不断的累积，使得富氧燃烧的烟气中的NOx排放浓度升高，达到了空气燃烧的3-6倍。
[0004]要有效脱除富氧燃烧烟气中的NOx，需要添加SCR等脱硝设备，增加运行成本。现有的富氧燃烧装置一般为旋流燃烧器，存在着火不稳定，火焰长度不易控制，燃烧不均匀，喷嘴的前端出现异常高温、NOx排放量较大等问题；而常规的空气燃烧低NOx燃烧器又无法适用于富氧燃烧技术。
[0005]另外，煤粉加入炉膛燃烧时，由于不同煤种挥发份含量不同导致其在炉膛的主燃区的位置不同，使得一般的燃烧器难以对不同的煤种均达到较好的燃烧效果，从而使锅炉的燃烧受限于固定的煤种，降低了锅炉的适用性。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种煤粉低NOx富氧燃烧装置，通过高速射流卷吸烟气使氧气稀释到较低的浓度，同时通过加入水蒸气降低炉内温度峰值使炉内的温度场分布均匀，解决目前电力行业富氧燃烧装置设备复杂、燃烧效率较低、NOx排放较高、0)2捕集成本过高等问题。
[0007]为实现上述目的，按照本发明，提供了一种煤粉低NOx富氧燃烧装置，包括炉膛、氧气罐、氧化剂喷嘴、中心喷嘴、蒸气喷嘴和蒸气发生器，其特征在于:
[0008]所述中心喷嘴安装在炉膛的一侧，其出口伸入炉膛内，其进口连接一次风管道并且一次风管道的另一端作为煤粉入口 ；所述一次风管道的侧壁通过一次蒸气进气管道与蒸气管道连接，所述蒸气管道的另一端与蒸气发生器的出口连接，以使蒸气进入一次风管道内后携带煤粉进入炉膛；
[0009]所述氧化剂喷嘴安装在炉膛上与中心喷嘴相同的一侧，所述氧化剂喷嘴的数量为多个且这些氧化剂喷嘴周向均匀布置在炉膛的此侧；所述氧化剂喷嘴的出口伸入炉膛内，其进口连接二次风管道，所述二次风管道的另一端通过二次蒸气进气管道与所述的蒸气管道连接，所述二次风管道的侧壁通过氧气进气管与氧气罐连接，以使氧气与蒸气在二次风管道内混合后进入炉膛；
[0010]所述蒸气喷嘴安装在炉膛上与中心喷嘴相同的一侧，所述蒸气喷嘴的数量为多个且这些蒸气喷嘴周向均匀布置在炉膛的此侧；所述的蒸气喷嘴的出口伸入炉膛内，其进口通过三次蒸气进气管道与所述的蒸气管道连接。
[0011]优选地，所述的多个蒸气喷嘴关于中心喷嘴中心对称分布，所述的多个氧化剂喷嘴关于中心喷嘴中心对称分布，并且任一蒸气喷嘴到中心喷嘴的距离小于任一氧化剂喷嘴到中心喷嘴的距离。
[0012]优选地，所述蒸气喷嘴为回转体结构，其可拆卸安装在炉膛上，其内腔作为蒸气通道并且该蒸气通道为一段直的圆通孔。
[0013]优选地，所述蒸气喷嘴伸入炉膛的一端设置有圆柱部，所述圆柱部的侧壁上设置有一组以上的侧喷口，每组侧喷口包括多个侧喷口且每组的这些侧喷口周向均匀布置在圆柱部的侧壁上。
[0014]优选地，所述蒸气喷嘴伸入炉膛的一端设置有圆台部；沿着远离三次蒸气进气管道的方向，所述圆台部的横截面积逐渐减小；所述圆台部的侧壁上设置有一组以上的斜侧喷口，每组斜侧喷口包括多个斜侧喷口且每组的这些斜侧喷口周向均匀布置在圆台部的侧壁上。
[0015]优选地，每组斜侧喷口中任意两个相邻斜侧喷口的中心线夹角的取值范围为60 ?120。。
[0016]优选地，所述蒸气喷嘴伸入炉膛的一端设置有圆台部，圆台部靠近三次蒸气进气管道的一端与圆柱部远离三次蒸气进气管道的一端相连；沿着远离三次蒸气进气管道的方向，所述圆台部的横截面积逐渐减小；所述圆台部的侧壁上设置有一组以上的斜侧喷口，每组斜侧喷口包括多个斜侧喷口且每组的这些斜侧喷口周向均匀布置在圆台部的侧壁上。
[0017]总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果:
[0018]I)本发明将水蒸气加入炉膛内，与氧气一起作为氧化剂，将炉内氧稀释到较低的浓度，相比较于富氧燃烧，低氧稀释下的燃烧反应速率较低并含有较高浓度的水蒸气，由于水蒸气的辐射系数要远高于CO2，具有很高的辐射和换热能力，从而使炉膛温度场分布更加均匀，温度峰值更低，并大幅提高了燃烧室内的换热效率。
[0019]2)本发明能减少烟气循环设备大大降低了发电的运行成本，消除烟气循环中氮不断积累的因素也将减少NOx的排放；燃烧后的烟气仅需冷却后将水蒸气冷凝，即可使0)2浓度在90%以上，大大简化了 CO2捕集的过程，减少了设备，节约了成本；
[0020]3)本发明将水蒸气分别通过处于炉膛同侧但不同位置的中心喷嘴、蒸气喷嘴和氧化剂喷嘴进入炉膛，从而使水蒸气在炉膛内的分布更加均匀；另外，蒸气喷嘴设置在中心喷嘴和氧化剂喷嘴两者之间的特殊结构有利于水蒸气在不同燃烧区域进行反应。通常情况下，蒸气喷嘴喷出的蒸气速度较低，氧化剂喷嘴速度较高，而此特殊结构有利于蒸气喷嘴喷出的蒸气在燃烧的主燃区和碳进行气化反应，一方面气化反应吸热降低了主燃区的温度从而降低NOx的生成，另一方面气化反应生成的还原性气体可还原NOx。
[0021]4)本发明的蒸气喷嘴可拆卸安装在炉膛上，可根据不同煤种，不同工况下更换不同的蒸汽喷嘴已达到较好的燃烧效果。
【附图说明】
[0022]图1为本发明低NOx富氧燃烧装置的结构示意图。
[0023]图2为本发明燃烧器喷嘴的位置布置示意图。
[0024]图3为本发明蒸气喷嘴的结构示意图。
[0025]在图中，1-炉膛，2-煤粉入口，3-蒸气发生器，4-氧气罐，5-氧气进气管，6_ —次蒸气进气管道，7- 二次蒸气进气管道，8-三次蒸气进气管道，9- 一次风管道，10- 二次风管道，11-中心喷嘴，12-蒸气喷嘴，13-氧化剂喷嘴，14-圆柱部，15-侧喷口，16-圆台部，17-斜侧喷口，18-蒸气管。
【具体实施方式】
[0026]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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。
[0027]如图1?图3所示，一种煤粉低NOx富氧燃烧装置，包括炉膛1、氧气罐4、氧化剂喷嘴13、中心喷嘴11、蒸气喷嘴12和蒸气发生器3，所述中心喷嘴11安装在炉膛I的一侧，其出口伸入炉膛I内，其进口连接一次风管道9并且一次风管道9的另一端作为煤粉入口2 ;所述一次风管道9的侧壁通过一次蒸气进气管道6与蒸气管18连接，所述蒸气管18的另一端蒸气发生器3的出口连接，以使蒸气进入一次风管道9内后携带煤粉进入炉膛I ;一次风管道9远离炉膛I的一端为煤粉入口 2。
[0028]所述氧化剂喷嘴13安装在炉膛I上与中心喷嘴11相同的一侧，所述氧化剂喷嘴13的数量为多个且这些氧化剂喷嘴13周向均匀布置在炉膛I的此侧；所述氧化剂喷嘴13的出口伸入炉膛I内，其进口连接二次风管道10，所述二次风管道10的另一端通过二次蒸气进气管道7与所述的蒸气管道18连接，所述二次风管道10的侧壁通过氧气进气管5与氧气罐4连接，以使氧气与蒸气在二次风管道10内混合后进入炉膛I ;本发明名称中的“富氧”即指从氧气进气管5中进入的氧气占氧化剂的体积分数大于21%，富氧燃烧装置的使用目前比较普遍，在此不详述。
[0029]所述蒸气喷嘴12安装在炉膛I上与中心喷嘴11相同的一侧，所述蒸气喷嘴12的数量为多个且这些蒸气喷嘴12周向均匀布置在炉膛I的此侧；所述的蒸气喷嘴12的出口伸入炉膛I内，其进口通过三次蒸气进气管道8与所述的蒸气管道18连接。
[0030]进一步，所述的多个蒸气喷嘴12关于中心喷嘴11中心对称分布，所述的多个氧化剂喷嘴13关于中心喷嘴11中心对称分布，并且任一蒸气喷嘴12到中心喷嘴11的距离小于任一氧化剂喷嘴13到中心喷嘴11的距离。作为更进一步优选，所述蒸气喷嘴12为回转体结构，其可拆卸安装在炉膛I上，其内腔作为蒸气通道并且该蒸气通道为一段直的圆通孔。本发明将水蒸气分别通过处于炉膛I同侧但不同位置的中心喷嘴11、蒸气喷嘴12和氧化剂喷嘴13进入炉膛，从而使水蒸气在炉膛I内的分布更加均匀；另外，蒸气喷嘴12设置在中心喷嘴12和氧化剂喷嘴13两者之间的特殊结构有利于水蒸气在不同燃烧区域进行反应。通常情况下，蒸气喷嘴12喷出的蒸气速度较低，氧化剂喷嘴13速度较高，而此特殊结构有利于蒸气喷嘴12喷出的蒸气在燃烧的主燃区和碳进行气化反应，一方面气化反应吸热降低了主燃区的温度从而降低NOx的生成，另一方面气化反应生成的还原性气体可还原NOx。
[0031]进一步，所述蒸气喷嘴12伸入炉膛I的一端设置有圆柱部14，所述圆柱部14的侧壁上设置有一组以上的侧喷口 15，每组侧喷口 15包括多个侧喷口 15且每组的这些侧喷口 15周向均匀布置在圆柱部14的侧壁上。采用侧喷口 15，能使蒸气在炉膛I内的分布更 加均匀，有利于的降低炉膛I内的温度并使其内温度场分布更加均匀，从而降低了 NOx的生成，提高了燃烧效率。
[0032]优选地，所述蒸气喷嘴12伸入炉膛I的一端设置有圆台部16 ;沿着远离三次蒸气进气管道8的方向，所述圆台部16的横截面积逐渐减小；所述圆台部16的侧壁上设置有一组以上的斜侧喷口 17，每组斜侧喷口 17包括多个斜侧喷口 17且每组的这些斜侧喷口 17周向均匀布置在圆台部16的侧壁上。采用圆台部16，及在圆台部16上加上斜侧喷口 17，斜侧喷口 17有利于蒸气喷嘴喷出的蒸气在燃烧的主燃区和碳进行气化反应，一方面气化反应吸热降低了主燃区的温度，另一方面气化反应生成的还原性气体可还原NOx，这两方面都进一步降低了 NOx的生成。作为更进一步的优选，每个斜侧喷口 17的中心线与水平线的夹角的取值范围为60?120°，这样可以根据采用的煤粉的种类导致的主燃区的位置不同，使水蒸气射流进入煤粉的主燃区并与煤粉发生气化反应。蒸气喷嘴12上设置有螺纹，以用于连接三次蒸气进气管道8。
[0033]作为另一种优选，蒸气喷嘴12上又可以设置圆柱部14，也可以设置圆台部16 ;所述蒸气喷嘴12伸入炉膛I的一端设置有圆台部16，圆台部16靠近三次蒸气进气管道8的一端与圆柱部14远离三次蒸气进气管道8的一端相连；沿着远离三次蒸气进气管道8的方向，所述圆台部16的横截面积逐渐减小；所述圆台部16的侧壁上设置有一组以上的斜侧喷口 17，每组斜侧喷口 17包括多个斜侧喷口 17且每组的这些斜侧喷口 17周向均匀布置在圆台部16的侧壁上。
[0034]如图2所示，蒸气喷嘴12对称地分布在中心喷嘴11的四周，其个数优选为4个；氧化剂喷嘴13亦均匀对称地分布在中心喷嘴11的四周，其个数也优选为4个。蒸气喷嘴12分布在中心喷嘴11和氧化剂喷嘴13之间。
[0035]为使煤粉在低氧浓度下燃烧，水蒸气会加热到过热状态后喷出，温度为150?200°C，速度达到20m/s以上；氧气一般也会加热到一个较高的温度并以较大的速度射出。氧气加热到1300°C以上，速度达到60m/s以上，由于氧气和水蒸气形成的高速的气流加强了对烟气的卷吸作用，循环烟气会降低局部氧气浓度和增加反应物的温度。烟气的循环使反应区域扩大以及低氧浓度使整体反应速率的降低，使得炉膛I内的温度场更加均匀。回流烟气形成的还原区和炉膛I内的峰值温度的降低，这些都抑制了 NOx的生成。本发明名称中的低NOx即指炉膛I中NOx的浓度较低。
[0036]作为一种选择，煤粉在炉膛I内低氧浓度下燃烧时，蒸气喷嘴12的构造可以只有一个直的圆通孔，不设置圆柱部14和圆台部16。凭借着氧化剂喷嘴13射流与中心喷嘴11射流比较大的速度差，氧气和蒸气可以迅速并且均匀与炉内烟气混合。卷吸的烟气在回流的过程中会与蒸气喷嘴12的蒸气射流进行混合，形成了一个较大的还原区，同时降低了烟气的温度，有利于NOx的还原。
[0037]作为第二种选择，煤粉在炉膛I内低氧浓度下燃烧时，蒸气喷嘴12的结构相对于上述的选择，可选择加上有圆柱部14，圆柱部14上设置侧喷口 15，但是不设置圆台部16。蒸气射流一部分由直的圆通孔进入炉膛1，剩下一部分则由圆柱部14外围的侧喷口 15进入炉膛I。由于侧喷口 15的口径比较小，故通过外围圆形喷口的蒸气射流的速度较大，与周围的气体进行较为强烈的掺混作用。相比较于第一种只有圆通孔的蒸气喷嘴12，含有侧喷口 15的蒸气喷嘴12中的蒸气会更快、更广泛地与炉膛I内的气体相混合，从而进一步扩大了还原区并使炉内温度场的分布更加均匀，更好地抑制了 NOx的生成。
[0038]作为第三种选择，煤粉在低氧浓度下燃烧时，蒸气喷嘴12的结构可选择在第二种选择的基础上加上圆台部16，圆台部16上设置斜侧喷口 17。圆台部16上的任意两相邻斜侧喷口 17中心线的夹角可为60?120°。蒸气射流一部分由圆通孔进入炉膛1，剩下一部分则由侧喷口 15和斜侧喷口 17进入炉膛I。相比较于没有圆台部16的蒸气喷嘴12，含有斜侧喷口 17的蒸气喷嘴12中的蒸气射流可以以一定的角度与中心喷嘴11的一次风射流在主燃区相混合。由于不同煤种在炉膛I的主燃区的位置不同，对于挥发份含量较高的褐煤，其主燃区距离喷嘴的位置较近，可以选择任意两斜侧喷口 17的中心线夹角取值范围在90?120°的蒸气喷嘴12 ;对于挥发份含量较低的烟煤，其主燃区距离喷嘴的位置较远，可以选择斜侧喷口 17的中心线夹角为60?90°的蒸气喷嘴12。一方面，蒸气射流进入煤粉的主燃区并与煤粉发生气化反应，气化反应是吸热反应，可以使其温度更均匀并降低其峰值温度；另一反面，煤粉主燃区的燃烧会产生NOx气体，而水蒸气与煤粉发生气化反应生成的HCN、順3等还原性物质可以还原NOx。上述的这两方面都有利于抑制NOx的生成。
[0039]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种煤粉低NOx富氧燃烧装置，包括炉膛⑴、氧气罐⑷、氧化剂喷嘴(13)、中心喷嘴(11)、蒸气喷嘴(12)和蒸气发生器(3)，其特征在于: 所述中心喷嘴(11)安装在炉膛⑴的一侧，其出口伸入炉膛⑴内，其进口连接一次风管道(9)并且一次风管道(9)的另一端作为煤粉入口(2);所述一次风管道(9)的侧壁通过一次蒸气进气管道(6)与蒸气管道(18)连接，所述蒸气管道(18)的另一端与蒸气发生器⑶的出口连接，以使蒸气进入一次风管道(9)内后携带煤粉进入炉膛⑴； 所述氧化剂喷嘴(13)安装在炉膛(I)上与中心喷嘴(11)相同的一侧，所述氧化剂喷嘴(13)的数量为多个且这些氧化剂喷嘴(13)周向均匀布置在炉膛(I)的此侧；所述氧化剂喷嘴(13)的出口伸入炉膛(I)内，其进口连接二次风管道(10)，所述二次风管道(10)的另一端通过二次蒸气进气管道(7)与所述的蒸气管道(18)连接，所述二次风管道(10)的侧壁通过氧气进气管(5)与氧气罐(4)连接，以使氧气与蒸气在二次风管道(10)内混合后进入炉膛(I); 所述蒸气喷嘴(12)安装在炉膛(I)上与中心喷嘴(11)相同的一侧，所述蒸气喷嘴(12)的数量为多个且这些蒸气喷嘴(12)周向均匀布置在炉膛(I)的此侧；所述的蒸气喷嘴(12)的出口伸入炉膛(I)内，其进口通过三次蒸气进气管道(8)与所述的蒸气管道(18)连接。2.根据权利要求1所述的一种煤粉低NOx富氧燃烧装置，其特征在于:所述的多个蒸气喷嘴(12)关于中心喷嘴(11)中心对称分布，所述的多个氧化剂喷嘴(13)关于中心喷嘴(11)中心对称分布，并且任一蒸气喷嘴(12)到中心喷嘴(11)的距离小于任一氧化剂喷嘴(13)到中心喷嘴(11)的距离。3.根据权利要求1所述的一种煤粉低NOx富氧燃烧装置，其特征在于:所述蒸气喷嘴(12)为回转体结构，其可拆卸安装在炉膛(I)上，其内腔作为蒸气通道并且该蒸气通道为一段直的圆通孔。4.根据权利要求3所述的一种煤粉低NOx富氧燃烧装置，其特征在于:所述蒸气喷嘴(12)伸入炉膛(I)的一端设置有圆柱部(14)，所述圆柱部(14)的侧壁上设置有一组以上的侧喷口(15)，每组侧喷口(15)包括多个侧喷口(15)且每组的这些侧喷口(15)周向均匀布置在圆柱部(14)的侧壁上。5.根据权利要求3所述的一种煤粉低NOx富氧燃烧装置，其特征在于:所述蒸气喷嘴(12)伸入炉膛(I)的一端设置有圆台部(16);沿着远离三次蒸气进气管道(8)的方向，所述圆台部(16)的横截面积逐渐减小；所述圆台部(16)的侧壁上设置有一组以上的斜侧喷口(17)，每组斜侧喷口(17)包括多个斜侧喷口(17)且每组的这些斜侧喷口(17)周向均匀布置在圆台部(16)的侧壁上。6.根据权利要求5所述的一种煤粉低NOx富氧燃烧装置，其特征在于:每组斜侧喷口(17)中任意两个相邻斜侧喷口(17)的中心线夹角的取值范围为60?120°。7.根据权利要求5所述的一种煤粉低NOx富氧燃烧装置，其特征在于:所述蒸气喷嘴(12)伸入炉膛⑴的一端设置有圆台部(16)，圆台部(16)靠近三次蒸气进气管道⑶的一端与圆柱部(14)远离三次蒸气进气管道(8)的一端相连；沿着远离三次蒸气进气管道(8)的方向，所述圆台部(16)的横截面积逐渐减小；所述圆台部(16)的侧壁上设置有一组以上的斜侧喷口(17)，每组斜侧喷口(17)包括多个斜侧喷口(17)且每组的这些斜侧喷口 (17)周向均匀布置在圆台部(16)的侧壁上。
【专利摘要】本发明公开了一种煤粉低NOx富氧燃烧装置，包括炉膛、氧气罐、氧化剂喷嘴、中心喷嘴、蒸气喷嘴和蒸气发生器，中心喷嘴安装在炉膛的一侧；一次风管道的侧壁通过一次蒸气进气管道与蒸气发生器的出口连接；氧化剂喷嘴安装在炉膛上与中心喷嘴相同的一侧；氧化剂喷嘴的出口伸入炉膛内，其进口连接二次风管道，二次风管道通过二次蒸气进气管道与所述的一次蒸气进气管道连接，二次风管道的侧壁通过氧气进气管与氧气罐连接；蒸气喷嘴安装在炉膛上与中心喷嘴相同的一侧。本发明加入水蒸气降低炉内温度峰值，并使炉膛内的温度场分布更均匀，减少了烟气循环设备，消除了烟气循环中氮不断积累的因素，以降低NOx的排放，提高燃烧效率，节约成本。
【IPC分类】F23L7/00
【公开号】CN104896501
【申请号】CN201510307031
【发明人】张立麒, 祝鑫阳, 毛志慧, 易宝军, 周栋, 吴勇富, 刘文倩, 郑楚光
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月5日
【技术领域】
[0001]本发明属于燃煤锅炉领域，更具体地，涉及一种煤粉低NOx富氧燃烧装置。
【背景技术】
[0002]煤炭是我国的主要能源，占一次能源消耗的65?70%，通过燃煤锅炉燃烧发电占总发电量的75%。煤炭的燃烧会产生大量的温室气体CO2和氮氧化物NOx，给我国带来了很大的环境问题，因此开发具有0)2捕集和低NOx排放功能的燃烧技术十分必要。
[0003]富氧燃烧是目前燃煤锅炉发电技术中极具发展前景的规模化ccy咸排技术之一。该技术用纯氧和循环烟气代替空气作为氧化剂进入炉膛燃烧，烟气中的CO2浓度可达到80%以上。但是，由于烟气的大量循环和系统漏风等，烟气中氮元素不断的累积，使得富氧燃烧的烟气中的NOx排放浓度升高，达到了空气燃烧的3-6倍。
[0004]要有效脱除富氧燃烧烟气中的NOx，需要添加SCR等脱硝设备，增加运行成本。现有的富氧燃烧装置一般为旋流燃烧器，存在着火不稳定，火焰长度不易控制，燃烧不均匀，喷嘴的前端出现异常高温、NOx排放量较大等问题；而常规的空气燃烧低NOx燃烧器又无法适用于富氧燃烧技术。
[0005]另外，煤粉加入炉膛燃烧时，由于不同煤种挥发份含量不同导致其在炉膛的主燃区的位置不同，使得一般的燃烧器难以对不同的煤种均达到较好的燃烧效果，从而使锅炉的燃烧受限于固定的煤种，降低了锅炉的适用性。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种煤粉低NOx富氧燃烧装置，通过高速射流卷吸烟气使氧气稀释到较低的浓度，同时通过加入水蒸气降低炉内温度峰值使炉内的温度场分布均匀，解决目前电力行业富氧燃烧装置设备复杂、燃烧效率较低、NOx排放较高、0)2捕集成本过高等问题。
[0007]为实现上述目的，按照本发明，提供了一种煤粉低NOx富氧燃烧装置，包括炉膛、氧气罐、氧化剂喷嘴、中心喷嘴、蒸气喷嘴和蒸气发生器，其特征在于:
[0008]所述中心喷嘴安装在炉膛的一侧，其出口伸入炉膛内，其进口连接一次风管道并且一次风管道的另一端作为煤粉入口 ；所述一次风管道的侧壁通过一次蒸气进气管道与蒸气管道连接，所述蒸气管道的另一端与蒸气发生器的出口连接，以使蒸气进入一次风管道内后携带煤粉进入炉膛；
[0009]所述氧化剂喷嘴安装在炉膛上与中心喷嘴相同的一侧，所述氧化剂喷嘴的数量为多个且这些氧化剂喷嘴周向均匀布置在炉膛的此侧；所述氧化剂喷嘴的出口伸入炉膛内，其进口连接二次风管道，所述二次风管道的另一端通过二次蒸气进气管道与所述的蒸气管道连接，所述二次风管道的侧壁通过氧气进气管与氧气罐连接，以使氧气与蒸气在二次风管道内混合后进入炉膛；
[0010]所述蒸气喷嘴安装在炉膛上与中心喷嘴相同的一侧，所述蒸气喷嘴的数量为多个且这些蒸气喷嘴周向均匀布置在炉膛的此侧；所述的蒸气喷嘴的出口伸入炉膛内，其进口通过三次蒸气进气管道与所述的蒸气管道连接。
[0011]优选地，所述的多个蒸气喷嘴关于中心喷嘴中心对称分布，所述的多个氧化剂喷嘴关于中心喷嘴中心对称分布，并且任一蒸气喷嘴到中心喷嘴的距离小于任一氧化剂喷嘴到中心喷嘴的距离。
[0012]优选地，所述蒸气喷嘴为回转体结构，其可拆卸安装在炉膛上，其内腔作为蒸气通道并且该蒸气通道为一段直的圆通孔。
[0013]优选地，所述蒸气喷嘴伸入炉膛的一端设置有圆柱部，所述圆柱部的侧壁上设置有一组以上的侧喷口，每组侧喷口包括多个侧喷口且每组的这些侧喷口周向均匀布置在圆柱部的侧壁上。
[0014]优选地，所述蒸气喷嘴伸入炉膛的一端设置有圆台部；沿着远离三次蒸气进气管道的方向，所述圆台部的横截面积逐渐减小；所述圆台部的侧壁上设置有一组以上的斜侧喷口，每组斜侧喷口包括多个斜侧喷口且每组的这些斜侧喷口周向均匀布置在圆台部的侧壁上。
[0015]优选地，每组斜侧喷口中任意两个相邻斜侧喷口的中心线夹角的取值范围为60 ?120。。
[0016]优选地，所述蒸气喷嘴伸入炉膛的一端设置有圆台部，圆台部靠近三次蒸气进气管道的一端与圆柱部远离三次蒸气进气管道的一端相连；沿着远离三次蒸气进气管道的方向，所述圆台部的横截面积逐渐减小；所述圆台部的侧壁上设置有一组以上的斜侧喷口，每组斜侧喷口包括多个斜侧喷口且每组的这些斜侧喷口周向均匀布置在圆台部的侧壁上。
[0017]总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果:
[0018]I)本发明将水蒸气加入炉膛内，与氧气一起作为氧化剂，将炉内氧稀释到较低的浓度，相比较于富氧燃烧，低氧稀释下的燃烧反应速率较低并含有较高浓度的水蒸气，由于水蒸气的辐射系数要远高于CO2，具有很高的辐射和换热能力，从而使炉膛温度场分布更加均匀，温度峰值更低，并大幅提高了燃烧室内的换热效率。
[0019]2)本发明能减少烟气循环设备大大降低了发电的运行成本，消除烟气循环中氮不断积累的因素也将减少NOx的排放；燃烧后的烟气仅需冷却后将水蒸气冷凝，即可使0)2浓度在90%以上，大大简化了 CO2捕集的过程，减少了设备，节约了成本；
[0020]3)本发明将水蒸气分别通过处于炉膛同侧但不同位置的中心喷嘴、蒸气喷嘴和氧化剂喷嘴进入炉膛，从而使水蒸气在炉膛内的分布更加均匀；另外，蒸气喷嘴设置在中心喷嘴和氧化剂喷嘴两者之间的特殊结构有利于水蒸气在不同燃烧区域进行反应。通常情况下，蒸气喷嘴喷出的蒸气速度较低，氧化剂喷嘴速度较高，而此特殊结构有利于蒸气喷嘴喷出的蒸气在燃烧的主燃区和碳进行气化反应，一方面气化反应吸热降低了主燃区的温度从而降低NOx的生成，另一方面气化反应生成的还原性气体可还原NOx。
[0021]4)本发明的蒸气喷嘴可拆卸安装在炉膛上，可根据不同煤种，不同工况下更换不同的蒸汽喷嘴已达到较好的燃烧效果。
【附图说明】
[0022]图1为本发明低NOx富氧燃烧装置的结构示意图。
[0023]图2为本发明燃烧器喷嘴的位置布置示意图。
[0024]图3为本发明蒸气喷嘴的结构示意图。
[0025]在图中，1-炉膛，2-煤粉入口，3-蒸气发生器，4-氧气罐，5-氧气进气管，6_ —次蒸气进气管道，7- 二次蒸气进气管道，8-三次蒸气进气管道，9- 一次风管道，10- 二次风管道，11-中心喷嘴，12-蒸气喷嘴，13-氧化剂喷嘴，14-圆柱部，15-侧喷口，16-圆台部，17-斜侧喷口，18-蒸气管。
【具体实施方式】
[0026]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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。
[0027]如图1?图3所示，一种煤粉低NOx富氧燃烧装置，包括炉膛1、氧气罐4、氧化剂喷嘴13、中心喷嘴11、蒸气喷嘴12和蒸气发生器3，所述中心喷嘴11安装在炉膛I的一侧，其出口伸入炉膛I内，其进口连接一次风管道9并且一次风管道9的另一端作为煤粉入口2 ;所述一次风管道9的侧壁通过一次蒸气进气管道6与蒸气管18连接，所述蒸气管18的另一端蒸气发生器3的出口连接，以使蒸气进入一次风管道9内后携带煤粉进入炉膛I ;一次风管道9远离炉膛I的一端为煤粉入口 2。
[0028]所述氧化剂喷嘴13安装在炉膛I上与中心喷嘴11相同的一侧，所述氧化剂喷嘴13的数量为多个且这些氧化剂喷嘴13周向均匀布置在炉膛I的此侧；所述氧化剂喷嘴13的出口伸入炉膛I内，其进口连接二次风管道10，所述二次风管道10的另一端通过二次蒸气进气管道7与所述的蒸气管道18连接，所述二次风管道10的侧壁通过氧气进气管5与氧气罐4连接，以使氧气与蒸气在二次风管道10内混合后进入炉膛I ;本发明名称中的“富氧”即指从氧气进气管5中进入的氧气占氧化剂的体积分数大于21%，富氧燃烧装置的使用目前比较普遍，在此不详述。
[0029]所述蒸气喷嘴12安装在炉膛I上与中心喷嘴11相同的一侧，所述蒸气喷嘴12的数量为多个且这些蒸气喷嘴12周向均匀布置在炉膛I的此侧；所述的蒸气喷嘴12的出口伸入炉膛I内，其进口通过三次蒸气进气管道8与所述的蒸气管道18连接。
[0030]进一步，所述的多个蒸气喷嘴12关于中心喷嘴11中心对称分布，所述的多个氧化剂喷嘴13关于中心喷嘴11中心对称分布，并且任一蒸气喷嘴12到中心喷嘴11的距离小于任一氧化剂喷嘴13到中心喷嘴11的距离。作为更进一步优选，所述蒸气喷嘴12为回转体结构，其可拆卸安装在炉膛I上，其内腔作为蒸气通道并且该蒸气通道为一段直的圆通孔。本发明将水蒸气分别通过处于炉膛I同侧但不同位置的中心喷嘴11、蒸气喷嘴12和氧化剂喷嘴13进入炉膛，从而使水蒸气在炉膛I内的分布更加均匀；另外，蒸气喷嘴12设置在中心喷嘴12和氧化剂喷嘴13两者之间的特殊结构有利于水蒸气在不同燃烧区域进行反应。通常情况下，蒸气喷嘴12喷出的蒸气速度较低，氧化剂喷嘴13速度较高，而此特殊结构有利于蒸气喷嘴12喷出的蒸气在燃烧的主燃区和碳进行气化反应，一方面气化反应吸热降低了主燃区的温度从而降低NOx的生成，另一方面气化反应生成的还原性气体可还原NOx。
[0031]进一步，所述蒸气喷嘴12伸入炉膛I的一端设置有圆柱部14，所述圆柱部14的侧壁上设置有一组以上的侧喷口 15，每组侧喷口 15包括多个侧喷口 15且每组的这些侧喷口 15周向均匀布置在圆柱部14的侧壁上。采用侧喷口 15，能使蒸气在炉膛I内的分布更 加均匀，有利于的降低炉膛I内的温度并使其内温度场分布更加均匀，从而降低了 NOx的生成，提高了燃烧效率。
[0032]优选地，所述蒸气喷嘴12伸入炉膛I的一端设置有圆台部16 ;沿着远离三次蒸气进气管道8的方向，所述圆台部16的横截面积逐渐减小；所述圆台部16的侧壁上设置有一组以上的斜侧喷口 17，每组斜侧喷口 17包括多个斜侧喷口 17且每组的这些斜侧喷口 17周向均匀布置在圆台部16的侧壁上。采用圆台部16，及在圆台部16上加上斜侧喷口 17，斜侧喷口 17有利于蒸气喷嘴喷出的蒸气在燃烧的主燃区和碳进行气化反应，一方面气化反应吸热降低了主燃区的温度，另一方面气化反应生成的还原性气体可还原NOx，这两方面都进一步降低了 NOx的生成。作为更进一步的优选，每个斜侧喷口 17的中心线与水平线的夹角的取值范围为60?120°，这样可以根据采用的煤粉的种类导致的主燃区的位置不同，使水蒸气射流进入煤粉的主燃区并与煤粉发生气化反应。蒸气喷嘴12上设置有螺纹，以用于连接三次蒸气进气管道8。
[0033]作为另一种优选，蒸气喷嘴12上又可以设置圆柱部14，也可以设置圆台部16 ;所述蒸气喷嘴12伸入炉膛I的一端设置有圆台部16，圆台部16靠近三次蒸气进气管道8的一端与圆柱部14远离三次蒸气进气管道8的一端相连；沿着远离三次蒸气进气管道8的方向，所述圆台部16的横截面积逐渐减小；所述圆台部16的侧壁上设置有一组以上的斜侧喷口 17，每组斜侧喷口 17包括多个斜侧喷口 17且每组的这些斜侧喷口 17周向均匀布置在圆台部16的侧壁上。
[0034]如图2所示，蒸气喷嘴12对称地分布在中心喷嘴11的四周，其个数优选为4个；氧化剂喷嘴13亦均匀对称地分布在中心喷嘴11的四周，其个数也优选为4个。蒸气喷嘴12分布在中心喷嘴11和氧化剂喷嘴13之间。
[0035]为使煤粉在低氧浓度下燃烧，水蒸气会加热到过热状态后喷出，温度为150?200°C，速度达到20m/s以上；氧气一般也会加热到一个较高的温度并以较大的速度射出。氧气加热到1300°C以上，速度达到60m/s以上，由于氧气和水蒸气形成的高速的气流加强了对烟气的卷吸作用，循环烟气会降低局部氧气浓度和增加反应物的温度。烟气的循环使反应区域扩大以及低氧浓度使整体反应速率的降低，使得炉膛I内的温度场更加均匀。回流烟气形成的还原区和炉膛I内的峰值温度的降低，这些都抑制了 NOx的生成。本发明名称中的低NOx即指炉膛I中NOx的浓度较低。
[0036]作为一种选择，煤粉在炉膛I内低氧浓度下燃烧时，蒸气喷嘴12的构造可以只有一个直的圆通孔，不设置圆柱部14和圆台部16。凭借着氧化剂喷嘴13射流与中心喷嘴11射流比较大的速度差，氧气和蒸气可以迅速并且均匀与炉内烟气混合。卷吸的烟气在回流的过程中会与蒸气喷嘴12的蒸气射流进行混合，形成了一个较大的还原区，同时降低了烟气的温度，有利于NOx的还原。
[0037]作为第二种选择，煤粉在炉膛I内低氧浓度下燃烧时，蒸气喷嘴12的结构相对于上述的选择，可选择加上有圆柱部14，圆柱部14上设置侧喷口 15，但是不设置圆台部16。蒸气射流一部分由直的圆通孔进入炉膛1，剩下一部分则由圆柱部14外围的侧喷口 15进入炉膛I。由于侧喷口 15的口径比较小，故通过外围圆形喷口的蒸气射流的速度较大，与周围的气体进行较为强烈的掺混作用。相比较于第一种只有圆通孔的蒸气喷嘴12，含有侧喷口 15的蒸气喷嘴12中的蒸气会更快、更广泛地与炉膛I内的气体相混合，从而进一步扩大了还原区并使炉内温度场的分布更加均匀，更好地抑制了 NOx的生成。
[0038]作为第三种选择，煤粉在低氧浓度下燃烧时，蒸气喷嘴12的结构可选择在第二种选择的基础上加上圆台部16，圆台部16上设置斜侧喷口 17。圆台部16上的任意两相邻斜侧喷口 17中心线的夹角可为60?120°。蒸气射流一部分由圆通孔进入炉膛1，剩下一部分则由侧喷口 15和斜侧喷口 17进入炉膛I。相比较于没有圆台部16的蒸气喷嘴12，含有斜侧喷口 17的蒸气喷嘴12中的蒸气射流可以以一定的角度与中心喷嘴11的一次风射流在主燃区相混合。由于不同煤种在炉膛I的主燃区的位置不同，对于挥发份含量较高的褐煤，其主燃区距离喷嘴的位置较近，可以选择任意两斜侧喷口 17的中心线夹角取值范围在90?120°的蒸气喷嘴12 ;对于挥发份含量较低的烟煤，其主燃区距离喷嘴的位置较远，可以选择斜侧喷口 17的中心线夹角为60?90°的蒸气喷嘴12。一方面，蒸气射流进入煤粉的主燃区并与煤粉发生气化反应，气化反应是吸热反应，可以使其温度更均匀并降低其峰值温度；另一反面，煤粉主燃区的燃烧会产生NOx气体，而水蒸气与煤粉发生气化反应生成的HCN、順3等还原性物质可以还原NOx。上述的这两方面都有利于抑制NOx的生成。
[0039]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种煤粉低NOx富氧燃烧装置，包括炉膛⑴、氧气罐⑷、氧化剂喷嘴(13)、中心喷嘴(11)、蒸气喷嘴(12)和蒸气发生器(3)，其特征在于: 所述中心喷嘴(11)安装在炉膛⑴的一侧，其出口伸入炉膛⑴内，其进口连接一次风管道(9)并且一次风管道(9)的另一端作为煤粉入口(2);所述一次风管道(9)的侧壁通过一次蒸气进气管道(6)与蒸气管道(18)连接，所述蒸气管道(18)的另一端与蒸气发生器⑶的出口连接，以使蒸气进入一次风管道(9)内后携带煤粉进入炉膛⑴； 所述氧化剂喷嘴(13)安装在炉膛(I)上与中心喷嘴(11)相同的一侧，所述氧化剂喷嘴(13)的数量为多个且这些氧化剂喷嘴(13)周向均匀布置在炉膛(I)的此侧；所述氧化剂喷嘴(13)的出口伸入炉膛(I)内，其进口连接二次风管道(10)，所述二次风管道(10)的另一端通过二次蒸气进气管道(7)与所述的蒸气管道(18)连接，所述二次风管道(10)的侧壁通过氧气进气管(5)与氧气罐(4)连接，以使氧气与蒸气在二次风管道(10)内混合后进入炉膛(I); 所述蒸气喷嘴(12)安装在炉膛(I)上与中心喷嘴(11)相同的一侧，所述蒸气喷嘴(12)的数量为多个且这些蒸气喷嘴(12)周向均匀布置在炉膛(I)的此侧；所述的蒸气喷嘴(12)的出口伸入炉膛(I)内，其进口通过三次蒸气进气管道(8)与所述的蒸气管道(18)连接。2.根据权利要求1所述的一种煤粉低NOx富氧燃烧装置，其特征在于:所述的多个蒸气喷嘴(12)关于中心喷嘴(11)中心对称分布，所述的多个氧化剂喷嘴(13)关于中心喷嘴(11)中心对称分布，并且任一蒸气喷嘴(12)到中心喷嘴(11)的距离小于任一氧化剂喷嘴(13)到中心喷嘴(11)的距离。3.根据权利要求1所述的一种煤粉低NOx富氧燃烧装置，其特征在于:所述蒸气喷嘴(12)为回转体结构，其可拆卸安装在炉膛(I)上，其内腔作为蒸气通道并且该蒸气通道为一段直的圆通孔。4.根据权利要求3所述的一种煤粉低NOx富氧燃烧装置，其特征在于:所述蒸气喷嘴(12)伸入炉膛(I)的一端设置有圆柱部(14)，所述圆柱部(14)的侧壁上设置有一组以上的侧喷口(15)，每组侧喷口(15)包括多个侧喷口(15)且每组的这些侧喷口(15)周向均匀布置在圆柱部(14)的侧壁上。5.根据权利要求3所述的一种煤粉低NOx富氧燃烧装置，其特征在于:所述蒸气喷嘴(12)伸入炉膛(I)的一端设置有圆台部(16);沿着远离三次蒸气进气管道(8)的方向，所述圆台部(16)的横截面积逐渐减小；所述圆台部(16)的侧壁上设置有一组以上的斜侧喷口(17)，每组斜侧喷口(17)包括多个斜侧喷口(17)且每组的这些斜侧喷口(17)周向均匀布置在圆台部(16)的侧壁上。6.根据权利要求5所述的一种煤粉低NOx富氧燃烧装置，其特征在于:每组斜侧喷口(17)中任意两个相邻斜侧喷口(17)的中心线夹角的取值范围为60?120°。7.根据权利要求5所述的一种煤粉低NOx富氧燃烧装置，其特征在于:所述蒸气喷嘴(12)伸入炉膛⑴的一端设置有圆台部(16)，圆台部(16)靠近三次蒸气进气管道⑶的一端与圆柱部(14)远离三次蒸气进气管道(8)的一端相连；沿着远离三次蒸气进气管道(8)的方向，所述圆台部(16)的横截面积逐渐减小；所述圆台部(16)的侧壁上设置有一组以上的斜侧喷口(17)，每组斜侧喷口(17)包括多个斜侧喷口(17)且每组的这些斜侧喷口 (17)周向均匀布置在圆台部(16)的侧壁上。
【专利摘要】本发明公开了一种煤粉低NOx富氧燃烧装置，包括炉膛、氧气罐、氧化剂喷嘴、中心喷嘴、蒸气喷嘴和蒸气发生器，中心喷嘴安装在炉膛的一侧；一次风管道的侧壁通过一次蒸气进气管道与蒸气发生器的出口连接；氧化剂喷嘴安装在炉膛上与中心喷嘴相同的一侧；氧化剂喷嘴的出口伸入炉膛内，其进口连接二次风管道，二次风管道通过二次蒸气进气管道与所述的一次蒸气进气管道连接，二次风管道的侧壁通过氧气进气管与氧气罐连接；蒸气喷嘴安装在炉膛上与中心喷嘴相同的一侧。本发明加入水蒸气降低炉内温度峰值，并使炉膛内的温度场分布更均匀，减少了烟气循环设备，消除了烟气循环中氮不断积累的因素，以降低NOx的排放，提高燃烧效率，节约成本。
【IPC分类】F23L7/00
【公开号】CN104896501
【申请号】CN201510307031
【发明人】张立麒, 祝鑫阳, 毛志慧, 易宝军, 周栋, 吴勇富, 刘文倩, 郑楚光
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月5日
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