燃氧耦合燃烧和再循环系统技术方案

本发明专利技术涉及燃氧耦合燃烧和再循环系统。提供一种用于燃氧炉的燃烧系统。燃烧系统包括能够安装在燃氧炉上且具有至少一个主要燃烧位置的至少一个风箱。至少一个一次入口定位在至少一个主要燃烧位置，用于将燃料和第一氧化剂运送到燃氧炉中。至少一个二次入口定位在至少一个主要燃烧位置，用于将第二氧化剂运送到燃氧炉中。至少一个二次入口与至少一个一次入口有角地偏移。

【技术实现步骤摘要】
燃氧耦合燃烧和再循环系统政府权利本专利技术是在美国合同No.DE-NT0005290下利用政府支持完成的。美国政府对本专利技术保留某些权利。
本公开大体涉及燃氧耦合燃烧和再循环系统，并且更特别地，涉及切向燃烧式燃氧和再循环系统，其中，选择性地提高氧浓度。
技术介绍
蒸汽发生器，特别是那些煤燃型蒸汽发生器，可产生有害排放。目前的努力集中在氧燃烧(例如，燃氧)上，该氧燃烧将氧喷射到管道中，该管道将烟道气输送到燃料供应系统(例如，碎煤机系统)和/或蒸汽发生器中。可从空气分离单元供应氧。由于消除了空气燃烧时出现的固有氮，故氧燃烧导致可更高效地封存的基本纯的二氧化碳产物气体。大多数燃氧蒸汽发生器利用重要的烟道气再循环来缓和炉温度。高速率的气体再循环增加相当高的成本、复杂性，并且提高对辅助功率的需要。典型地，在进入蒸汽发生器之前，来自空气分离单元的氧与形成氧化剂流的再循环烟道气流混合。为了匹配空气燃烧热性能，要求近似28%的总体氧浓度。由于空气和再循环烟道气之间的气体密度和热容量的差异，故该总体氧化剂的氧浓度高于典型空气。可对氧化剂流中的氧浓度施行一些限制。例如，可使将粉碎燃料输送到蒸汽发生器的一次氧化剂流局限于空气的大约21%的氧含量，以避免关于燃料过早燃烧的问题。而且，大大高于21%的氧含量可要求用较昂贵的、适于氧含量较高的较高级别的材料制造管道和其它构件。对于氧化剂典型地经受的温度200-900℉，管道和构件的限制为23.5%。
技术实现思路
根据本文示出的方面，提供一种用于燃氧炉的燃烧系统。燃烧系统包括能够安装在燃氧炉上且具有至少一个主要燃烧位置的至少一个风箱。至少一个一次入口定位在至少一个主要燃烧位置，用于将燃料和第一氧化剂运送到燃氧炉中。至少一个二次入口定位在至少一个主要燃烧位置，用于将第二氧化剂运送到燃氧炉中。至少一个二次入口与至少一个一次入口有角地偏移。根据本文示出的另外的方面，提供一种燃氧系统，其具有限定至少一个壁的切向燃烧燃氧炉。燃料源将燃料运送到燃氧炉，并且氧化剂源产生第一氧化剂流。一次气体再循环流从烟道气提取，其富含从第一氧化剂流提取的氧，并且作为第一富氧流传送到燃氧炉。二次气体再循环流从烟道气提取，其富含从第一氧化剂流提取的氧，并且作为第二富氧流传送到燃氧炉。提供一种用于燃氧炉的燃烧系统。燃烧系统包括能够安装在燃氧炉上且具有至少一个主要燃烧位置的至少一个风箱。至少一个一次入口定位在至少一个主要燃烧位置，用于将燃料和第一氧化剂运送到燃氧炉中。至少一个二次入口定位在至少一个主要燃烧位置，用于将第二氧化剂运送到燃氧炉中。至少一个二次入口与至少一个一次入口有角地偏移。以下面的图且在详细描述中举例说明上面描述的特征和其它特征。附图说明现在参照附图，附图是示例性实施例，并且其中，用相同方式对相同元件编号：图1是根据本专利技术的燃氧耦合燃烧和再循环系统的一个实施例的示意图。图2是根据本专利技术的燃氧耦合燃烧和再循环系统的另一个实施例的示意图。图3是用于在图1和图2的燃氧耦合燃烧和再循环系统中使用的切向燃烧式燃烧系统的侧视图。图4是图3的切向燃烧式燃烧系统的俯视图。图5是与喷燃器区分级有关的NOx排放的图形表示。图6A提供计算流体动力建模的结果，其显示在根据本专利技术的喷射策略进行优化之前的基准燃氧的炉壁CO浓度。图6B提供计算流体动力建模的结果，其显示在根据本专利技术的喷射策略进行优化时的基准燃氧的炉壁CO浓度图7提供分别使用图6A和6B中显示的相同基准和喷射策略而获得的所得测量结果。具体实施方式参照图1，燃氧耦合燃烧和再循环系统大体由附图标记10表示，在下文中被称为燃氧系统10，并且包括燃氧炉12，燃氧炉12具有切向燃烧系统，诸如切向燃烧锅炉40。电功率产生系统的一个实施例包括燃氧系统10，燃氧系统10具有蒸汽发生部分，该蒸汽发生部分包括切向燃烧锅炉40。燃氧系统10包括燃料源15和燃料16(诸如例如粉煤)，燃料16从燃料源15传送到锅炉40。诸如空气分离单元50的氧化剂源从进入空气流52提取氧，或者直接从大气提取氧，并且排出氮流54。第一氧化剂流18传送来自空气分离单元50的氧，并且将氧传送到锅炉40中。虽然第一氧化剂流18显示和描述为从空气分离单元50传送到锅炉40中，但本专利技术在该方面不受限制，这是因为第一氧化剂流18可由任何氧源提供，而不偏离本专利技术的较宽泛方面。燃料16在锅炉40中与第一氧化剂流18的燃烧产生烟道气20的流出流。烟道气20的组分典型地包括CO2、水蒸气和少量O2、N2，以及诸如SOx、NOx和CO的污染物。烟道气20从锅炉40传送通过第一热交换单元60，并且随后传送通过一个或更多个烟道气处理单元。这样的烟道气处理单元可包括(但不限于)空气质量控制系统(“AQCS”)70的一个或更多个单元，用于控制烟道气20、烟道气冷却器或第二热交换单元80和气体处理单元90的颗粒和/或从烟道气20、烟道气冷却器或第二热交换单元80和气体处理单元90移除颗粒。在图1中显示的实施例中，燃氧系统10的AQCS单元包括颗粒控制单元72和硫控制单元74。在传送通过AQCS单元之后，烟道气20在第二热交换单元80中冷却。从第二热交换单元80排出的烟道气20传送到气体处理单元90，主要是为了进行碳捕捉和存储，使得阻止CO2排放流92释放到大气中。从烟道气20移除水和其它成分和颗粒产生适于封存或其它用途的基本纯的CO2流。从排出自第二热交换单元80的烟道气20提取再循环烟道气26，并且再循环烟道气26分成一次气体再循环流28和二次气体再循环流30。一次气体再循环流28和二次气体再循环流30在第一热交换单元60中被接收自锅炉40且传送通过锅炉40的烟道气20加热。一次气体再循环流28从第一热交换单元60传送，富含从第一氧化剂流18提取的氧，以形成第一富氧流29，并且引入到燃料源15中，并且作为燃料16和一次氧化剂的混合物传送到锅炉40。二次气体再循环流30从第一热交换单元60传送，富含从第一氧化剂流18提取的氧，以形成第二富氧流32，并且作为二次氧化剂或第二氧化剂流传送到锅炉40。因此，在燃氧系统10中，典型的燃烧空气(即，第一氧化剂流18)被富氧流29和32(即，富氧气体再循环流28和30)取代。燃烧产物包括CO2含量高的烟道气流出流，其可被更简单地处理用于封存或高纯度产物。燃料需要一定量的氧加上一些量的多余氧，以确保完全燃烧。添加到富氧流32的氧量基于在锅炉40中燃烧的燃料16的量。燃烧燃料16与第一氧化剂流18将产生比实际锅炉材料高得多的火焰温度。用从第一氧化剂流18提取的氧来补充CO2含量高的二次气体再循环流30，并且提供富氧流32，用于燃烧锅炉40中的燃料16，从而缓和炉温度。如果需要额外的氧来燃烧燃料16，则第一氧化剂流18的一部分还可传送到锅炉40。可使一次气体再循环流28选择性地富含氧，该氧从第一氧化剂流18抽出，并且在一个或更多个适当的喷射位置处(诸如例如图1中显示的位置A和C)，经由第二氧流33A和/或第三氧流33C，喷射到一次气体再循环流28中。可从第一氧化剂流18抽出添加到富氧流32的补充氧，并且在一个或更多个适当的喷射位置处(诸如例如图1中显示的位置B和D)，经由第四氧流34B和/或第五氧流34D，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃氧炉的燃烧系统，所述燃烧系统包括：能够安装在所述燃氧炉上的至少一个风箱；所述至少一个风箱包括至少一个主要燃烧位置；定位在所述至少一个主要燃烧位置的至少一个一次入口，其用于将燃料和第一氧化剂运送到所述燃氧炉中；以及定位在所述至少一个主要燃烧位置的至少一个二次入口，其用于将第二氧化剂运送到所述燃氧炉中，所述至少一个二次入口与所述至少一个一次入口有角地偏移。

【技术特征摘要】
2013.01.28 US 13/7515911.一种用于燃氧炉的燃烧系统，所述燃烧系统包括：具有多个壁和拐角的燃氧炉，所述壁设置在所述拐角之间；多个风箱，每个所述风箱能够在所述燃氧炉的拐角处安装在所述燃氧炉上，每个所述风箱限定一主要燃烧位置；定位在每个所述风箱的至少一个一次入口，其用于以与具有第一直径的第一圆相切的方式将燃料和第一氧化剂运送到所述燃氧炉中；以及定位在每个所述主要燃烧位置的至少一个二次入口，其用于以与具有第二直径的第二圆相切的方式将第二氧化剂运送到所述燃氧炉中，其中所述第二直径大于所述第一直径；和设置在位于所述燃氧炉的其中两个拐角之间的大约中间位置处的中壁端口中的至少一个中间入口，其用于将第三氧化剂运送到所述燃氧炉中；其中，所述第三氧化剂以与具有第三直径的第三圆相切的方式被注入到所述燃氧炉中，所述第三直径大于所述第二直径。2.根据权利要求1所述的燃烧系统，其特征在于，进一步包括：定位在至少一个所述主要燃烧位置下游的至少一个燃烬位置；以及定位在所述燃烬位置的至少一个第三入口，其用于将第三氧化剂运送到所述燃氧炉中。3.根据权利要求1所述的燃烧系统，其特征在于，所述至少一个中间入口相对于所述一次入口沿侧向偏移。4.根据权利要求1所述的燃烧系统，其特征在于，所述至少一个一次入口定位成与所述至少一个二次入口沿对角相对。5.根据权利要求1所述的燃烧系统，其特征在于，所述至少一个一次入口和所述至少一个二次入口是拐角入口。6.根据权利要求1所述的燃烧系统，其特征在于：所述至少一个一次入口中的各个限定第一圆的第一切线，其中所述第一圆是内圆；并且所述至少一个二次入口中的各个限定第二圆的第二切线，所述第二圆大于所述第一圆。7.根据权利要求6所述的燃烧系统，其特征在于，所述第一圆和所述第二圆是同心的。8.根据权利要求3所述的燃烧系统，其特征在于：所述至少一个一次入口中的各个限定第一圆的第一切线，其中所述第一圆是内圆；所述至少一个二次入口中的各个限定第二圆的第二切线，所述第二圆大于所述第一圆；并且所述至少一个中间入口中的各个限定第三圆的第三切线，所述第三圆大于所述第二圆，其中所述第三圆是外圆。9.根据权利要求8所述的燃烧系统，其特征在于，所述第一圆、所述第二圆和所述第三圆是同心的。10.根据权利要求1所述的燃烧系统，其特征在于，所述至少一个一次入口和所述至少一个二次入口构造成使所述燃氧炉的总炉壁区域的一部分减少为小于所述总炉壁区域的1.5%，所述燃氧炉在所述总炉壁区域的该部分附近具有大于6%摩尔分数的高一氧化碳浓度的区域。11.一种燃氧系统，包括：切向燃烧燃氧炉，包括设置在所述切向燃烧燃氧炉的拐角之间的至少一个壁；用于将燃料运送到所述燃氧炉的燃料源；用于产生第一氧化剂流的氧化剂源；从烟道气提取的一次气体再循环流，其富含从所述第一氧化剂流提取的氧，并且作为第一富氧流被传送到所述燃氧炉；从所述烟道气提取的二次气体再循环流，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：JR肯尼，Y陈，A勒瓦索伊尔，PJ查普曼，
申请(专利权)人：阿尔斯通技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH