一种无焰分级富氧低NOx燃烧方法及系统技术方案

本发明专利技术属于煤粉燃烧与排放性能控制领域，并具体公开了一种无焰分级富氧低NOx燃烧方法及系统。所述方法为：将参与循环的烟气分为三路，分别通过一次风管道、二次风管道和三次风管道将其携带的预设质量的燃料通入炉膛内燃烧，一次风管道、二次风管道的出气口位于主燃烧区，三次风管道的出气口位于再燃烧区，控制各次风中氧气的注入量以及质量流量，以控制主燃烧区和再燃烧区的过氧系数范围和流动特性，实现燃料分级富氧燃烧模式、燃料‑氧双向分级富氧燃烧模式和无焰富氧燃烧模式。所述系统包括锅炉、烟气预处理模块、烟囱、一次风管道、二次风管道和三次风管道。本发明专利技术可达到稳定高效的低NO

A method and system of flameless staged oxygen enriched low NOx combustion

【技术实现步骤摘要】
一种无焰分级富氧低NOx燃烧方法及系统
本专利技术属于煤粉燃烧与排放性能控制领域，更具体地，涉及一种无焰分级富氧低NOx燃烧方法及系统。
技术介绍
大气中CO2含量增加已经引起较为严重的全球变暖、风暴、干旱、海平面上升和极端天气频发等现象。为此，各国在减少温室气体排放上达成一致，制定了CO2的减排计划，要于2050年实现温室气体排放量减少一半。但中国现阶段的能源结构以及化石能源资源储量决定，短期内依然需要大量使用煤炭进行火力发电，面临着CO2减排的巨大压力和责任。碳捕集利用与埋存技术(CarbonCaptureUtilizationandStorage，CCUS被认为是深度降低化石能源利用中碳排放的唯一途径，是煤炭的“未来”。富氧燃烧技术采用高纯氧气与大比例的循环烟气的混合气作为氧化剂，燃烧烟气中富集的CO2体积浓度通常可达80％以上，对该烟气通过简单的除尘，净化，冷凝压缩等处理过程，即可获得95％以上的高纯度CO2，满足大规模管道输送或封存利用要求。该技术应用于现有煤粉火力发电机组具有适应性好、成本低等优点，是目前最具有优势的碳捕集技术之一。富氧燃烧的氧化剂中CO2浓度高，取代了N2，快速型和热力型NOx相应降低，高CO2氛围促进CO生成，营造还原性氛围，从而促使排放NOx减少。基于NOx的产生机理，一些低NOx燃烧技术(如分级燃烧技术、无焰燃烧技术等)能对其进行燃烧改善和排放抑制，从而减少NOx生成。分级燃烧技术主要分为空气分级和燃料分级技术。空气分级将氧化剂气体分批送入燃烧室，降低了一次燃烧区的氧浓度，从而降低该区域火焰峰值温度，减少热力型NOx生成。在炉膛下游一定距离，通常布置有三次风喷口(OFA)，用于保证一次燃烧区域的未燃尽燃料和产生的碳氢化合物等中间体完全燃烧，实现NOx的总体减排。燃料分级则是将燃料分批送入炉膛，大部分燃料作为一次燃料在主燃烧区域完成燃烧，二次燃料从一次燃料的下游喷入并形成富燃料氛围的再燃区，此区域产生的还原性物质如NH3、HCN和碳氢化合物等可还原一次燃烧区产生的NOx，从而降低50％的NOx或更低，最后送入三次风使其完全燃烧。无焰燃烧技术是低氧稀释条件下的一种温和燃烧模式，其氧化剂量大于理论空气量并且与燃料充分混合，燃烧速度快，火焰透明。由于其较高的燃烧效率和较均匀的温度场，很大程度上降低了高温区峰值温度，从而减少了热力型NOx的生成，同时也能促进燃料的充分燃烧。富氧燃烧的氧化剂中CO2浓度高，取代了N2，快速型和热力型NOx相应降低，高CO2氛围促进CO生成，营造还原性氛围，从而促使排放NOx减少。基于NOx的产生机理，一些低NOx燃烧技术(如分级燃烧技术、无焰燃烧技术等能对其进行燃烧改善和排放抑制，从而减少NOx生成。分级燃烧技术主要分为空气分级和燃料分级技术。空气分级将氧化剂气体分批送入燃烧室，降低了一次燃烧区的氧浓度，从而降低该区域火焰峰值温度，减少热力型NOx生成。在炉膛下游一定距离，通常布置有三次风喷口(OFA，用于保证一次燃烧区域的未燃尽燃料和产生的碳氢化合物等中间体完全燃烧，实现NOx的总体减排。燃料分级则是将燃料分批送入炉膛，大部分燃料作为一次燃料在主燃烧区域完成燃烧，二次燃料从一次燃料的下游喷入并形成富燃料氛围的再燃区，此区域产生的还原性物质如NH3、HCN和碳氢化合物等可还原一次燃烧区产生的NOx，从而降低50％的NOx或更低，最后送入三次风使其完全燃烧。无焰燃烧技术是低氧稀释条件下的一种温和燃烧模式，其氧化剂量大于理论空气量并且与燃料充分混合，燃烧速度快，火焰透明。由于其较高的燃烧效率和较均匀的温度场，很大程度上降低了高温区峰值温度，从而减少了热力型NOx的生成，同时也能促进燃料的充分燃烧。申请号为201510442294.8的中国专利公开了一种通过分级燃烧技术增强NOx还原的低NOx燃烧方法以及系统，但其NOx的排放量仅能低于320mg/m3。申请号为201010034027.4的中国专利提出“一种燃用劣质煤的富氧燃烧装置”，其采用富氧燃烧的方式以解决劣质煤的点火与稳定燃烧问题，虽然提高了火焰燃烧温度，但也生成了大量污染物，富氧燃烧在排放方面的优势并未得到较好体现。申请号为201620060866.6的中国专利所提出的富氧燃烧系统在高温循环烟气中注入纯氧，然后再次注入炉膛参与燃烧，其循环烟气的高温可以促进富氧燃烧的稳定性和热效率，但该专利并未阐述其NOx减排优势。申请号为201610041452.3的中国专利公开了一种富氧燃烧系统，通过炉膛出口和磨煤机进口之间的管路上设置烟气冷却装置冷凝烟气中的水蒸气，降低烟气中水分对炉膛和锅炉系统的管束的损害，但其并未突出体现对富氧燃烧排放方面创新与优化。传统燃烧方式会产生大量的氮氧化物原始排放，不能满足排放标准。现有燃烧系统已能成熟运行传统燃烧工况，但其在运行过程无法做到低NOx排放，同时完成大规模的二氧化碳的捕集工作，提升大型机组的环保经济性和减缓温室效应。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种无焰分级富氧低NOx燃烧方法及系统，其中结合富氧燃烧自身的特征及其烟气进行分级利用工艺特点，相应的在烟气循环的基础上将烟气进行分级以实现无焰分级富氧燃烧，降低NOx排放，同时其运行过程中在燃烧排烟富集大量CO2，从而实现低成本的CO2收集和碳捕集。无焰分级富氧燃烧将循环的烟气进行分级，以一定的循环烟气风率分配一次风、二次风和三次风，分别注入相应的量的氧气进行混合形成氧化剂气流，并通过参数调节来控制其分级程度，改善煤粉的着火特性，促进煤粉再燃，并能达到稳定高效的低NOx排放。本专利技术可达到稳定高效的低NOx排放，并能改善煤粉的着火特性，促进煤粉再燃。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提出了一种无焰分级富氧低NOx燃烧方法，将参与循环的烟气按预设比例分为三路，分别通过一次风管道、二次风管道以及三次风管道将其携带的预设质量的燃料通入炉膛内进行燃烧，其中，所述一次风管道、二次风管道的出气口位于炉膛的主燃烧区，所述三次风管道的出气口位于炉膛的再燃烧区，参与循环的烟气为产生的总烟气的0.71～0.75，通过一次风管道的循环的烟气和纯氧混合形成一次风，通过二次风管道的循环的烟气和纯氧混合形成二次风，通过三次风管道的循环的烟气和纯氧混合形成三次风，通过分别控制一次风、二次风以及三次风中氧气的注入量以及质量流量，以控制主燃烧区和再燃烧区的过氧系数范围和流动特性，实现炉膛内的燃料分级富氧燃烧模式、燃料-氧双向分级富氧燃烧模式以及无焰富氧燃烧模式。作为进一步优选的，在燃料分级富氧燃烧模式下，所述一次风中参与循环的烟气为总循环烟气的0.17～0.20，所述二次风中参与循环的烟气为总循环烟气的0.62～0.66，剩余的循环烟气均通入三次风管道；所述主燃区与再燃区的燃料质量流量的比例为9:1。作为进一步优选的，所述一次风在注入氧气后，一次风管道中氧气占一次风与氧气体积之和的21％，一次风携带燃料进入炉膛；在所述二次风注入氧气后，二次风管道中氧气占二次风与氧气体积之和的30％～3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无焰分级富氧低NOx燃烧方法，其特征在于，将参与循环的烟气按预设比例分为三路，分别通过一次风管道、二次风管道以及三次风管道将其携带的预设质量的燃料通入炉膛内进行燃烧，其中，所述一次风管道、二次风管道的出气口位于炉膛的主燃烧区，所述三次风管道的出气口位于炉膛的再燃烧区，参与循环的烟气为产生的总烟气的0.71～0.75，通过一次风管道的循环的烟气和纯氧混合形成一次风，通过二次风管道的循环的烟气和纯氧混合形成二次风，通过三次风管道的循环的烟气和纯氧混合形成三次风，通过分别控制一次风、二次风以及三次风中氧气的注入量以及质量流量，以控制主燃烧区和再燃烧区的过氧系数范围和流动特性，实现炉膛内的燃料分级富氧燃烧模式、燃料-氧双向分级富氧燃烧模式以及无焰富氧燃烧模式。/n

【技术特征摘要】
1.一种无焰分级富氧低NOx燃烧方法，其特征在于，将参与循环的烟气按预设比例分为三路，分别通过一次风管道、二次风管道以及三次风管道将其携带的预设质量的燃料通入炉膛内进行燃烧，其中，所述一次风管道、二次风管道的出气口位于炉膛的主燃烧区，所述三次风管道的出气口位于炉膛的再燃烧区，参与循环的烟气为产生的总烟气的0.71～0.75，通过一次风管道的循环的烟气和纯氧混合形成一次风，通过二次风管道的循环的烟气和纯氧混合形成二次风，通过三次风管道的循环的烟气和纯氧混合形成三次风，通过分别控制一次风、二次风以及三次风中氧气的注入量以及质量流量，以控制主燃烧区和再燃烧区的过氧系数范围和流动特性，实现炉膛内的燃料分级富氧燃烧模式、燃料-氧双向分级富氧燃烧模式以及无焰富氧燃烧模式。


2.根据权利要求1所述的一种无焰分级富氧低NOx燃烧方法，其特征在于，在燃料分级富氧燃烧模式下，所述一次风中参与循环的烟气为总循环烟气的0.17～0.20，所述二次风中参与循环的烟气为总循环烟气的0.62～0.66，剩余的循环烟气均通入三次风管道；所述主燃区与再燃区的燃料质量流量的比例为9:1。


3.根据权利要求2所述的一种无焰分级富氧低NOx燃烧方法，其特征在于，所述一次风在注入氧气后，一次风管道中氧气占一次风与氧气体积之和的21％，一次风携带燃料进入炉膛；在所述二次风注入氧气后，二次风管道中氧气占二次风与氧气体积之和的30％～36％，三次风管道中不注入氧气，同时，取部分注入氧气后的二次风作为主燃烧区的中心冷却风通入炉膛中，以保护炉膛中的燃烧器；所述主燃区过氧系数范围为1.22～1.34；
所述一次风的质量流率范围为0.18～0.20，二次风的质量流率范围为0.62～0.66，三次风的质量流率范围为0.16～0.18。


4.根据权利要求1所述的一种无焰分级富氧低NOx燃烧方法，其特征在于，在燃料-氧双向分级富氧燃烧模式下，所述一次风中参与循环的烟气为总循环烟气的0.18～0.22，所述二次风中参与循环的烟气为总循环烟气的0.55～0.62，剩余的循环烟气均通入三次风管道；所述主燃区与再燃区的燃料质量流量的比例为9:1。


5.根据权利要求4所述的一种无焰分级富氧低NOx燃烧方法，其特征在于，所述一次风在注入氧气后，一次风管道中氧气等于一次风与氧气体积之和的21％，并携带燃料进入炉膛；在所述二次风注入氧气后，二次风管道中氧气占二次风与氧气体积之和的26％～34％，所述三次风在携带燃料进入炉膛之前需要注入氧气，其以预混方式进行注入，由于其需携带燃料，故预混注氧之后的氧气体积分数不超过21％；所述主燃区过氧系数范围为0.9～1.1；所述一次风的质量流率范围为0.17～0.20，二次风的质量流率范围为0.54～0.62，三次风的质量流率范围为0.19～0.25。


6.根据权利要求1所述的一种无焰分级富氧低NOx燃烧方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：张泰，郭腾，郭军军，李鹏飞，柳朝晖，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42