专利名称：用于使旋风燃烧室里的氮氧化物(NOx)排放物降至最少的系统和方法
用于使旋风燃烧室里的氮氧化物(N0x)排放物降至最少的
系统和方法本发明是按照由美国能源部授予的No. DE-FC26-05NT42301合同在美国政府资助 下完成的。美国政府对本发明保有某些权利。
本发明的领域和背景 本发明总地涉及装备有例如排渣式Cycl0neTM(旋风)燃烧室的燃烧系统，这种旋 风燃烧室构造成能够在分阶段燃烧运行过程中通过选择性地应用氧气使氮氧化物(NOx) 的形成降到最少，本发明还涉及本发明的能够降低氮氧化物(NOx)排放物的燃烧系统的操 作方法。 旋风锅炉属于最有效的商业运行烧煤系统之列，在美国，当今其占烧煤锅炉生产 量的约8%。顾名思义，旋风燃烧室典型地利用旋风的流动特性以高速( 200+mph)工作。 图l表示出旋风炉膛锅炉的基本布置。来自加煤器的被粉碎的煤(粒度小于美国4号筛) 和初级空气(PA)在燃烧器15内在旋风燃烧室的前心处旋转。在某些应用场合中，将第三 级空气(TA)导入燃烧器15的这个中心以控制火焰在旋风燃烧室里的位置。随着煤/空气 混合物进入旋风筒，它遭遇来自被加热的(> 500° F)次级空气5的高速涡流。粉煤颗粒 在悬浮中燃烧并随同热的气体流出中央再进入喉锥18。由于离心作用，大的颗粒被甩向旋 风筒的内壁，在那里它们被捕获在熔化的炉渣层内并在其中燃烧。熔化的矿物质(炉灰) 从位于旋风燃烧室再进入喉锥18下方的旋风燃烧室炉渣排出口 16流出，而流进锅炉的初 级炉膛，并从炉膛的炉渣排出口 19经由一段短的垂向溜槽落入装满水的水槽20，如图l所 示。大约70-85%的煤灰作为炉渣离开旋风燃烧室。旋风炉膛和锅炉由于激烈的燃料/空 气混合而产生很高的NOx排放物。由商业旋风燃烧发电厂产生的未经控制的NOx排放物典 型地处于1.0-1.7磅N0x/百万Btu(英国热量单位)范围内。 必须审慎地选择用于旋风燃烧的煤，以确保熔化的炉灰能够流动并稳定 地从炉膛排出。对于烧烟煤和亚烟煤，一般建议分别采用炉渣粘度系数或125。值为 2450° F(1616° K)和2300。 F(1533° K)的旋风燃料。T25。表示炉渣能够在250泊的粘 度下流动的温度。有时，炉渣可能凝固在旋风燃烧室或炉膛内而需要进行特殊的操作或机 械干预，以便达到可接受的排渣状态。旋风燃烧室的耐火材料衬里必须能够维持高的燃烧 温度和恰当的传热性能。
分级供给空气 化石燃料在空气中的燃烧会由于燃料中的氮含量的氧化和/或燃烧空气中的大 气氮的氧化而产生NOx (NO+N02)。分级供给空气是一种商业上采用的用于降低NOx的方法， 其中通过使总的燃烧空气的一部分改变方向并将其经由过度燃烧空气(OFA) 口再导入下 游而使主燃烧区以富燃料(亚化学计量配比)工作。典型的旋风燃烧化学计量配比范围是 从0. 9到1. 0并补加0FA，于是总化学计量配比被提高到1. 10到1. 25。在旋风燃烧装置里 进行的空气分级供给燃烧产生的N0x —般比空气不分级供给空气的燃烧低40-70%。
燃烧的化学计量或称化学计量配比(SR)是定义为实际的氧化剂对燃料质量之比 除以化学计量的(理论上的)氧化剂对燃料质量之比，表达如下
4(氧化剂/燃料) 实际的
SR=
(氧化剂/燃料) 化学计量的 对于已知的燃料，化学计量的氧化剂对燃料质量之比可从氧化剂和燃料的化学成
份直接计算。实际的氧化剂对燃料质量之比可从所希望的运行状态来计算。基于这一定义，
化学计量的贫燃料的以及富燃料的运行分别对应于SR = 1. 0、 SR > 1. 0、以及SR < 1. 0。化学计量的运行对应于理论的运行状态，在这一状态，氧化剂正好足以将燃料完全氧化。在实际的燃烧中，燃料/氧化剂混合不完好导致需要过量的氧化剂水平来烧尽可燃物。可将过量的氧化剂直接添加到燃烧区或通过在燃烧区下游的炉膛开孔喷入。
烟气再循环 导入富燃料、亚化学计量配比的燃烧区的烟气再循环(FGR)会破坏再循环气流中的N0x含量并将其转变成N2，从而降低烟道里的净N0x排放量。但是，流进旋风炉膛的FGR也可能会抑制燃烧反应而使温度降低到熔化煤灰的推荐数值以下。
燃料补烧 燃料补烧是另一项已被证明为有效的商业技术，其中，把某种补充燃料(例如天然气、燃料油、或粉煤)和空气在一般贫燃料(化学计量配比SR^ 1.0)的主火焰区以上的一个高度处加入，使之形成一个局部缺氧的补烧区(SR< 1. 0)。在这一补烧区，补充的燃料产生烃基团、氨、以及氰化物，它们与流过来的主燃烧区高度处的产物发生反应而把N0x转变成N"通过位于补烧区上方的0FA 口导入追加空气，借以用1. 10到1. 25的总化学计量配比来烧尽可燃物。已经证明，在烧煤锅炉中，用30 %的燃料补烧可使N0x降低达70 % 。
遗憾的是，单独采用分级供给空气方法或燃料补烧方法都不能把烧煤装置中的NOx排放物降低到足以符合环保要求的水平。虽然可以采用后燃烧烟气处理(即SCR和SNCR)过程来达到所希望的排放物目标，但是，去除N0x所需费用将大大增加。
因此，需要有一种没有上述缺点并能够通过包括氧气在旋风燃烧室内的部分应用和/或燃料补烧的更成本有效的途径来实现炉膛内的N0x的最大降低的系统和方法。
发明内容
本发明揭示了用于使由含碳燃料的燃烧产生的氮氧化物(N0x)排放物降至最少的系统和方法。 就本发明而言，术语'空气'应该有其通常的意义，是一种含有约21%的氧和约78%的氮的气体。相应地，一般技术人员都能理解，术语'氧'和'空气'，在名称、成分、或与本发明的方法和系统相关的用途上，不是同义词。至于气体流，权利要求书中所用的术语'氧气流'应是指含有至少85%的氧且最好是至少90%的氧的气体流。 本发明的一个优选的系统包括有燃烧区的锅炉；布置在燃烧区的下部的排渣式旋风燃烧室；用于把含碳燃料和氧气流喷入燃烧室的喷射器，氧气流提供通过再循环烟气、空气、和氧气流而流入锅炉的总氧量的约2_15%，其中，燃料和氧化剂在燃烧室里以小于1. 0的燃烧化学计量配比进行燃烧而产生燃烧产物；以及用于向燃烧区的上部供给过度燃烧空气的过度燃烧空气口，以使过度燃烧空气在燃烧区的上部附近与燃烧室产生的燃烧产 物接触而将总化学计量配比增大到1.0以上，从而基本上完成燃烧过程并减少燃烧产物中 的含氮物质成为氮氧化物的氧化。 本发明的一个优选的方法包括以下步骤提供有燃烧区的锅炉；提供在燃烧区的 下部的燃烧室；把含碳的燃料和氧气流导入燃烧室，所述氧气流提供通过再循环烟气、空气 和氧气流而流入锅炉的氧气总量的约2-15% ;把过度燃烧空气导入燃烧区的上部；以小于 1. 0的燃烧化学计量配比燃烧燃料和氧化剂而产生燃烧产物；以及使过度燃烧空气与燃烧 产物在燃烧区的上部附近接触而将总化学计量配比增大到1.0以上，从而基本上完成燃烧 过程并减少燃烧产物中的含氮物质成为氮氧化物的氧化。 作为一个选项，可通过旋风燃烧室的次级空气进口，且优选的是用多孔氧气喷管 来供给氧气，以及可通过布置在至少一个高度上的多个过度燃烧空气口供给过度燃烧空 气。优选的是，在多个过度燃烧空气口之间等量地分配过度燃烧空气，但在替换的实施例 中，可以在多个过度燃烧空气口之间不等量地分配过度燃烧空气。 本发明所特有的各新颖特点将特别指出于权利要求书中，该权利要求书附后并构 成本公开文本的一部分。为使本发明更容易理解，下面将通过优选实施例参照
本 发明在应用上的优点和采用本发明能够达到的具体目的。
各附图中， 图1表示出一个有炉渣清出系统的旋风炉膛；
图2表示出本发明的旋风炉膛结构； 图3a是示出用于分级的亚化学计量配比运行的旋风炉膛的造成富氧结构的前视 图； 图3b是示出用于分级的亚化学计量配比运行的旋风炉膛的造成富氧的结构的前 视图； 图4A、4B和4C分别表示本发明的深度分级的、富氧的旋风炉膛结构，其中图4A没 有补烧，而图4B和4C有补烧；以及 图5表示出针对匹玆堡#8煤以0. 80的化学计量配比在旋风炉膛内燃烧计算的温 度(° K)和02克分子分数的旋风中平面轮廓标绘图(左边的标绘图(A) :100%燃烧率，没 有富氧；中间的标绘图(B) :70%燃烧率，没有富氧；以及右边的标绘图(C) :70%燃烧率， 加10%富氧)。 图6是旋风燃烧室的化学计量配比对由使空气有5%富氧(圆圈)和10%的富氧 (三角形)引起的煤火焰温度升高的影响的一种图解表示，其中，混合的次级空气和氧气流 中02的百分体积浓度标注在每个标绘点附近。
具体实施例方式
除别的方面外，本发明涉及一种对装备有烧煤的旋风燃烧室的锅炉装置通过在分 级燃烧运行中选择性地应用氧气而使之NOx排放物降至最少的方法。在一个实施例中，用 氧气替代进入旋风燃烧室的氧化剂/空气流的一部分，以便通过降低存在于氧化剂/空气中的氮气和其它惰性气体的稀释作用，而形成一个热的亚化学计量配比的燃烧区。优选的 是，使旋风燃烧室的富氧状况相当于通过空气、再循环烟气和氧气流进入锅炉的总氧气流 量的2-15%。这允许旋风燃烧室以较低的化学计量配比运行，同时又能维持炉渣的顺畅排 出所需要的高燃烧温度。以低的化学计量配比进行的高温燃烧可加速燃料高温裂解，增强 NOx还原先质的产生，并改善焦炭烧尽情况。 参照各附图，图2表示出本发明的包括一个总地以标号IO标示的旋风炉膛的系统 1，而旋风炉膛有一个带有大致圆柱形旋风筒的旋风燃烧室2。旋风筒包括初级空气管道4、 次级空气管道5和第三级空气管道6。优选的是用次级空气流5供给氧气。
在一种优选的喷射氧气方法中，用一个多孔正割喷管喷射器喷射氧气。喷管优选 地安装在旋风燃烧室的次级空气管道内，将喷管的各喷射孔定位成允许喷射的氧气与在次 级空气管道内流动的任何气流并行流动并进入旋风筒。喷管可以是任何结构型式的，最好 是用圆柱形结构的，其中喷射器的长度横跨次级空气管道的整个或大部分宽度。喷管一般 是设计成在一个中等高度处穿过次级空气管道的一个壁，并固定于对面的那个壁，以保持 住喷射器横跨次级空气管道的高度。或者，在那些采用刚性喷射器结构的实施例中，可以不 必固定到对面的壁上。 本发明的喷射器一般包括沿着喷射器长度的多个喷孔。这些喷孔的形状和尺寸可 以改变，以便一个大的形状可能只需要一单个大喷孔来建立最佳氧气流，而一个较小的形 状可能需要多个喷孔来建立最佳氧气流。各喷孔优选的是圆形的，沿着喷射器的长度等间 距布置。或者，(各)喷孔可以不是沿着喷射器长度等间距或规则地布置，并可以是任何非 圆形状的，诸如但不限于椭圆形的、矩形的、三角形的以及这些形状的任何组合形状的。
优选的是，本发明的喷射器是充分地定位在次级空气管道内，能够使通过喷管喷 射的氧气流先与在次级空气管道内流动的气体质量充分混合而后混合的气流才被导入旋 风筒。充分的混合有利于旋风筒内的温度均匀分布，增强旋风发挥作用的能力，以及以低于 1. 0乃至约0. 5的燃烧化学计量配比熔化炉灰。 图3A和3B表示出用一个多孔(图示为5个孔)氧气喷管13来造成富氧状况， 喷管13是安装在次级空气管道5进入旋风炉膛2的进口附近。再看图2，为了进一步降低 NOx，分级供给的或过度燃烧空气被通过布置在至少一个高度处的过度燃烧空气(0FA) 口3 导入而把总化学计量配比提高到1.0以上。分级供给空气的多层级(level)添加对于降低 N0x比单层级添加更有效，因为在主燃烧区上方逐渐添加0FA可降低烟气流中的含氮类物 质(例如HCN、NH3、以及炭化氮)被氧化成N0x的可能性。尽管在各不同级的OFA 口之间等 量地分配总的分级供给空气是可取的，但最佳性能可能需要以OFA的不等量分布来达到。
可通过在锅炉的炉膛出口 9的下游从热对流通过段抽取少量烟气7并使其经由旋 风燃烧区和各0FA 口之间的炉壁穿孔再循环入锅炉来更多地降低NOx。或者，可让烟气再 循环(FGR)8流过一组装有旋转叶片的小燃烧器11 (用于燃料和氧化剂混合物12的可选燃 烧)来达到所希望的流动和混合形态。在任何情况中，预期FGR流量都不超过从锅炉流出 的烟气总量的25%。典型的旋风炉膛化学计量配比将是从0.5到1.0。在用补烧燃烧器烧 煤的情况中，可从给煤速率、输送的空气流量、以及再循环的烟气流量和成分来确定补烧燃 烧器的化学计量配比。在一个实施例中，各补烧燃烧器可包括一个氧气喷射器，诸如一个在 中心线上的氧气喷管13。不管有无补烧，在导入OFA之前进入锅炉的所有燃料和气体流的混合化学计量配比，为了 N0x的最大降低，都应是约0. 5到约1. 0。在追加过度燃烧空气流 的情况中，为了烧尽诸如焦炭、烃化合物和CO之类的可燃物，应将总燃烧化学计量配比提 高到1. 10或更高。 可能的应用场合包括布置成单壁、相对壁、一层级、或多层级的旋风炉膛和其它排 渣式燃烧室。图4表示出三个被富氧化的旋风炉膛结构。图4A表示锅炉布置有两层级的 0FA 口。图4B描绘出增加的补烧燃烧器并有FGR流。图4C包括设在补烧燃烧器里的沿着中 心线的氧气喷管。旋风炉膛、补烧燃烧器、0FA 口和它们之间的间距的实际数目和尺寸都可 根据发电厂的规模、燃料的类型、锅炉的设计、以及其它运行因素来改变。燃料油、天然气、 农业产生的燃料、石油焦化物等等都可作为替代燃料用适当的燃料处理/输送系统供给。
本发明具有下列已经证实的优点 对于旋风燃烧室，将燃烧化学计量配比的可运行下限降低到0. 6或更低；
在深度地分级的旋风炉膛运行状态下需氧量为最少；
与常规的分级燃烧或补烧运行相比，N0x排放量更低； 锅炉的动力输出调节(turndown)比较高(能够在非常低的燃烧率下运行且炉渣 排出状况良好)；以及 炉渣排出状况明显改善，同时可使在运行中为从炉膛清除固化的炉渣而需要采取 的机械干预和改变为最少。 下面将通过例子对本发明做进一步说明，但不应认为本发明仅限于这些例子。进 行的计算机建模仿真和中间规模的试验已经证实了上述优点。
例子I 曾针对有和没有氧气喷射的部分负荷(70燃烧率)运行，以及针对不补充氧气的 基准全负荷(100%燃烧率)鼓风运行，进行了煤在分级供给空气的旋风炉膛内的燃烧的计 算机仿真。通过计算机建模，仿真了两种把氧气喷射入旋风燃烧室的方法。 一种方法采用 一个沿着中心线的单孔喷管，而另一种方法是把一个多孔正割喷射器装在次级空气管道到 旋风筒的进口处。在次级空气到旋风筒的进口处的氧气喷射，与沿着旋风燃烧器中心线安 装一个单孔氧气喷管的布置方式相比，证明为有更大的充分排渣潜力。图5给出了在部分 负荷和全负荷运行下多孔氧气喷射情况的预测与不进行富养化时的结果的比较。在不进行 富养化的情况下，以70%燃烧率(中上图)运行的旋风炉膛，与以100%燃烧率运行(左上 图)相比，是较冷的。在70%燃烧率下用多孔喷管造成旋风炉膛内富氧，与不进行富养化并 以100%燃烧率运行的情况(左上图)相比，有类似的温度分布形态(右上图)。图5的下 面各图中的预测氧气分布形态表明，通过不同的空气流或多孔喷管进入旋风炉膛的氧气被 在亚化学计量配比煤燃烧状态下迅速消耗。
例子II 运用NASA(美国宇航局)的用于计算复杂化学平衡成分和应用的计算机程 序 (NASA Computer Program for Caculation of Complex ChemicalEquilibri咖 Composition and Applications)(由McBride， B. J.禾口 Gordon, S.开发，NASA Reference Publication 1311，1996年6月)，对美国东部出产的一种高挥发性烟煤用空气和富氧空气 的预混合燃烧，针对O. 6到1. 0范围内的化学计量配比，计算了绝热火焰温度。假定将相当 于进入锅炉的总氧量(包括纯氧和各空气流中的氧)的5%和10%的纯氧喷入旋风燃烧
8室，使燃料燃烧并产生烟气，按干的情况计算，锅炉出口处残余氧为3. 2%。由于给煤速率和 进入旋风燃烧室的氧流量被保持于一个固定的富氧程度不变，所以，是通过改变进入旋风 燃烧室和过度燃烧空气口的空气流来改变旋风燃烧室内的化学计量配比。
图6表示出由旋风燃烧室内空气的富氧引起的火焰温度升高的变化情况。随着燃 烧的化学计量配比从理论状态的1. 0降低到富氧状态的0. 6，两条曲线表现出温度差增大 的总趋势。但130。 K(234° F)的最大温差是出现在0.6的富氧化学计量配比并有10%富 氧量处，这时进入旋风燃烧室的空气量为最少。在这一实施例中，纯粹形式的氧仅添加到次 级空气流中，计算了在选择的化学计量配比下混合的次级空气和氧气流中的氧浓度并标绘 在图上。在10%的富氧程度上，在1. 0到0. 6的旋风燃烧室化学计量配比范围内，混合的氧 气和次级空气流产生了 23.6%到26.7%的体积浓度。对于在同样化学计量配比范围内的 5%富氧情况，氧的体积浓度从22. 2%变化到23. 6%。在没有富氧的情况下，次级空气流中 氧的体积浓度是21%，这对化学计量配比的空气量而言是典型的。
例子III 在一个装有旋风燃烧室的中间试验规模的设施上以5百万Btu/hr (英国热量单位 /小时)的热功率进行了概念验证试验。氧气喷管是独立地安装在旋风燃烧室和补烧燃烧 器内，用于进行评价。吹进旋风燃烧室的纯氧气流量在通过空气、再循环烟气流和氧气流进 入锅炉的总当量氧气的0到10%之间改变。在一系列试验中，在旋风燃烧室和补烧燃烧器 内燃烧出产于美国东部的高挥发性匹玆堡#8烟煤煤粉。以0. 7的旋风燃烧室化学计量配 比，用两层级的OFA 口和1. 17的总化学计量配比，用空气和21X的FGR补烧10%的煤，以 及用图3所示的5孔氧气喷管造成旋风燃烧室内7%富氧，结果达到了最好的性能NOx为 112ppmv(0. 146磅/百万Btu) ， CO为59卯mv，并能从初级炉膛底部很好地排渣。在不进行 煤补烧或FGR、以及对以0. 7化学计量配比运行的旋风炉膛不给氧气流的情况下，用两个层 级OFA 口 ，产生了 158卯mv的N0x (0. 226磅/百万Btu)和48卯mv的C0。在只用下面那一 层级的OFA 口时，产生了 222卯mv的NOx(O. 311磅/百万Btu)和45卯mv的C0。在1. 17燃 烧化学计量配比下，不分级的N0x和CO排放物量级分别是870卯mv (1. 23磅/百万Btu)和 46卯mv。可维持良好排渣的最小燃烧化学计量配比被延伸到0. 6，同时有2. 4%的富氧。
在不同系列的试验中，在有两层级OFA 口的旋风炉膛里烧美国波德河流域布莱克 桑德(Powder River Basin Black Thrunder)的亚烟煤，但不采用煤补烧或FGR。在1. 18 的总燃烧化学计量配比下，在旋风炉膛被分级供给而接近于0. 7的化学计量配比以及通过 多孔喷管喷入旋风炉膛的纯氧气流量相当于进入炉膛的氧化剂总量的5X时，平均N0x浓 度是95卯mv (0. 1261b/百万Btu (磅/百万英国热量单位))，以及平均CO浓度是17ppmv。 在没有纯氧气流喷入旋风炉膛的情况下，可维持连续排渣的最低化学计量配比是0. 7。在 这一条件和1. 17的总燃烧化学计量配比下，N0x浓度是108ppmv(0. 1481b/百万Btu)，以及 CO的水平是24卯mv。不分级的NOx和CO排放物量级分别是759卯mv (1. 04磅/百万Btu) 和27ppmv。 5%相当量级的富氧把旋风炉膛的化学计量配比下限延伸到0. 6，同时能保持良 好排渣。在0. 6的旋风炉膛化学计量配比、5%富氧和1. 11的锅炉总化学计量配比下，NOx 和CO排放物量级分别是96卯mv (0. 120磅/百万Btu)和66卯mv。 美国专利No.6，910，432 B2讨论了这样的几个实施例，其中，在不同的点把氧气导 入次级空气流内或与之邻近处，用于在旋风筒的局部区域造成选择性的富氧。与这样的已
9有技术不同，本发明中，用一个设计独特的多排出孔氧气喷管促进氧气与次级空气流的均 匀扩散和混合，以及升高旋风燃烧室内壁附近的火焰温度，同时在亚化学计量配比条件下 达到良好排渣和低的NOx排放物。也试验了可促生局部富氧区域的具有非均匀扩散和混合 形态的其它氧气喷管，但它们都证明为在减少NOx排放物方面不那么有效。
权利要求
一种用于使氮氧化物排放物降至最少的方法，包括下列步骤提供有燃烧区的锅炉；提供在所述燃烧区的下部的燃烧室；把含碳的燃料、空气流、以及氧气流导入所述燃烧室，其中所述氧气流提供流入所述锅炉的氧气总量的约2％到约15％；通过在所述燃烧室里以小于约1.0的化学计量配比燃烧所述含碳燃料而产生燃烧产物；减少所述燃烧产物中的含氮物质成为氮氧化物的氧化；设置过度燃烧空气口并将过度燃烧空气流经由所述过度燃烧空气口导入所述燃烧区的上部；以及使所述过度燃烧空气流与所述燃烧产物在所述燃烧区的所述上部接触，并以大于1.0的化学计量配比在基本上完成燃烧过程并产生烟气。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃烧室是排渣式旋风燃烧室。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，包括通过所述燃烧室的次级空气进口导入所述氧气流。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，包括用多孔正割氧气喷射器把所述氧气流导入所述燃烧室。
5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述氧气喷射器横跨所述次级空气进口宽度的大部分延伸。
6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过度燃烧空气流通过布置在至少一个高度上的多个过度燃烧空气口来供给。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述过度燃烧空气流在所述多个过度燃烧空气口之间等量地分配。
8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述过度燃烧空气流在所述多个过度燃烧空气口之间非等量地分配。
9. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括引导取自所述锅炉的对流通过段的一部分烟气穿过布置在所述燃烧室和所述多个过度燃烧空气口之间的多个锅炉壁穿孔。
10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，从所述锅炉流出的烟气的不到约25%被再循环并被引导穿过所述锅炉壁通孔。
11. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述燃烧室和所述过度燃烧空气口之间设置燃烧器，燃烧补充的含碳燃料和补充的氧化剂气体，产生烃基团物质，并使这些烃基团物质与所述燃烧产物中的氮氧化物发生反应而生成氮。
12. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述补充的氧化剂气体包括引导自所述锅炉的对流通过段的所述烟气。
13. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述补充的氧化剂气体是构成流进所述锅炉的氧气总量的约0%到约5%的第二氧气流并以约为1. 0或较小的补烧化学计量配比与所述补充的燃料进行燃烧。
14. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述总化学计量配比是在约1. 10和约`1. 25之间。
15. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃烧室的化学计量配比是在约0. 5和 约l.O之间。
16. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃烧室的化学计量配比是低于约0. 6。
17. —种用于使氮氧化物排放物降至最少的系统，包括 有燃烧区的锅炉；在所述燃烧区的下部的排渣式旋风燃烧室；用于把含碳燃料和氧气流供给入所述燃烧室的喷射器，其中，所述氧气流提供流入所 述锅炉的氧气总量的约2%到约15%。通过以低于约1. 0的燃烧化学计量配比在所述燃烧室里燃烧所述含碳燃料产生的燃 烧产物，在所述燃烧室上的次级空气进口 ，所述次级空气进口包括横跨其大部分延伸的多孔正 割氧气喷射器；以及多个过度燃烧空气口 ，用于将过度燃烧空气供给到所述燃烧区的上部，其中，过度燃烧 空气的添加将所述燃烧区的所述上部内的总化学计量配比增大到1.0以上，产生烟气并在 基本上完成燃烧过程，并且减少所述燃烧产物中的含氮物质成为氮氧化物的氧化；
18. 如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述过度燃烧空气在所述多个过度燃烧 空气口之间非等量地分配。
19. 如权利要求17所述的系统，其特征在于，还包括把取自所述锅炉的对流通过段的 一部分烟气引导穿过布置在所述燃烧室和所述各过度燃烧空气口之间的多个壁穿孔的旁 通管道，其中，从所述锅炉流出的烟气总量的不到25%被再循环并被引导穿过所述壁穿孔。
20. 如权利要求17所述的系统，其特征在于，还包括布置在所述燃烧室和所述各过度 燃烧空气口之间的一组燃烧器，用于燃烧补充的含碳燃料和补充的氧化剂气体，生成烃基 团物质，并使所述烃基团物质与所述燃烧产物中的氮氧化物发生反应而生成氮。
21. 如权利要求17所述的系统，其特征在于，在所述各过度燃烧空气口的上游所述化 学计量配比是在约0. 5和约1. 0之间，而在所述各过度燃烧空气口的下游所述化学计量配 比是在约1. 10和约1. 25之间。
22. 如权利要求17所述的系统，其特征在于，在所述各过度燃烧空气口的上游所述化 学计量配比是约0.6。
全文摘要
一种燃烧系统，其装备有一个或多个烧含碳燃料的燃烧室(例如能够排渣式旋风燃烧室)并被构造成能够在分级燃烧运行中将氮氧化物(NOx)的形成降到最低，其措施是，选择性地导入氧气穿过至少一个燃烧室，通过降低存在于氧化剂/空气中的氮气和其它惰性气体的稀释作用，来形成热的亚化学计量配比燃烧区。还揭示了本发明的能够降低NOx排放物的燃烧系统的操作方法。
文档编号F23J15/00GK101784839SQ200880019162
公开日2010年7月21日 申请日期2008年6月5日 优先权日2007年6月5日
发明者A·N·赛瑞, G·J·马林戈, H·萨弗, R·K·瓦拉伽尼 申请人:巴布科克和威尔科克斯能量产生集团公司;乔治克劳德研究开发的液化气集团