专利名称：低氮氧化物排放煤粉解耦燃烧器及煤粉解耦燃烧方法
技术领域：
本发明属于煤粉燃烧设备领域，特别涉及一种低氮氧化物排放的热解气化煤粉解耦燃烧器及煤粉解耦燃烧方法。
背景技术：
在煤粉燃烧的实际应用中，随着煤粉空气混合物在燃烧阶段的燃烧温度和氧浓度的提高，烟气中飞灰可燃物(未燃尽碳和CO)的含量降低，煤粉更易快速、充分燃尽；同时， 高温富氧又会使燃烧过程中生成的NOx大幅提高；另一方面，煤粉空气混合物在燃烧阶段的燃烧温度和氧浓度越低越有利于抑制氮氧化物NOx生成，但煤粉更不易燃尽。因而，解除煤粉燃烧的飞灰可燃物与NOx的耦合排放问题是燃烧技术上长期存在的技术难点。目前，已开发的适用于煤粉燃烧锅炉的低NOx燃烧技术主要有空气分级燃烧技术、 燃料分级燃烧技术、烟气再循环燃烧技术等。由于前述的耦合排放关系，这几种技术往往只能侧重一个方面问题的解决，不仅不能彻底地解决问题，同时还带来许多其它问题。例如空气分级燃烧技术降低NOx的效率较低，同时还会使富氧燃烧的阶段拖后，致使飞灰可燃物的含量增高，而且炉膛中大范围还原性气氛也使得炉膛结焦和水冷壁的高温腐蚀几率大大增加；燃料分级燃烧技术只有在使用燃气和轻油等以烃类化合物为主的二次燃料时，才有较高的NOx还原效率和保持较高燃烧效率，但该方案使燃料成本、设备投资和维护费用急剧增力口，所以国内应用较少。烟气再循环燃烧技术降低NOx的效率较低、设备投资和运行维护费用较高，同时也会增加烟气中飞灰可燃物的含量，降低锅炉效率，现在该方案很少采用。目前已开发的煤粉低氮燃烧器多采用煤粉浓缩后燃烧的方式，一定程度上可降低 NOx的排放，但由于浓缩效率不高，浓缩后的浓煤粉气流的A/C(空气质量与煤粉质量的比值)多在0. 8 I. 3之间，特别是对于挥发分低于10% 20%的煤，该气流煤粉燃烧时的空气量依然高于或接近煤中挥发分燃烧所需的空气量，挥发分与氧气的气相反应速度较快， 因而该燃烧条件必然会使得煤中热解出的氮大量与氧气结合，转化成N0X。已生成的NOx虽然可通过控制空气的供给过程，使之利用半焦在还原性气氛中燃烧来部分还原，但此多相反应受气固反应速率限制，该阶段以C、CO等为主的还原剂反应活性较低，气流进入炉膛空间扩大后，还原剂扩散速度以及与NOx的接触几率极低，因而在炉膛内还原反应难以充分完成，降低NOx排放的效率较低。解耦燃烧技术可以实现解除煤炭燃烧的飞灰可燃物与NOx的耦合排放关系，是同时降低飞灰可燃物和NOx排放的有效方法。其机理是将煤炭燃烧过程分为两个阶段，第一阶段，煤炭在很高的还原性气氛下发生热解、气化和煤气燃烧，利用煤炭自身的热解和气化产物将燃料型NOx转化为更为稳定的N2 ;第二阶段创造高温富氧但不产生热力型NOx的环境，再确保煤炭的充分燃尽；该阶段降低NOx主要是利用半焦自身燃烧的特性。由此可见，解耦燃烧抑制NOx排放的关键过程，在燃烧初期热解气化产生的挥发份氮的转化过程，该过程主要在一次风内部、二次风混合前的较小空间范围进行，一次风与二次风混合后即开始燃尽阶段，不需要前述的空气分级燃烧产生的大范围炉膛还原性气氛。该过程也相当于微观上的分级燃烧，只是机理不同于前述的宏观上的空气分级燃烧，解耦燃烧的还原剂更多的是热解气化产物，反应活性更高目前，人们已对解耦燃烧降低NOx的机理进行了深入研究，并出现了适用于层状解耦燃烧炉的一系列专利，如一种抑制氮氧化物的无烟燃煤方法及燃煤炉(中国发明专利号ZL95102081. I)、实现煤炭清洁燃烧的多面立体燃烧炉及其燃烧方法(中国发明专利号ZL200410098603. 6)等。然而，在上述这些专利中，都只适合于层状燃烧技术，仅适用于20吨/h以下的中小型解耦燃烧炉，难以实现煤粉燃烧的解耦燃烧炉大型化。
发明内容
因此，本发明的目的是克服现有技术的缺陷，从而提供一种可用于煤粉解耦燃烧的方法。本发明的另一目的是提供一种煤粉解耦燃烧器。本发明提供的低氮氧化物排放的煤粉解耦燃烧器，如图I至图7所示，其由燃烧器主体和连通于所述燃烧器主体前端口的燃烧器喷口组成；所述的燃烧器喷口由喷口外壳体I、二级变截面管6、一级变截面管7、左侧边风围板8、右侧边风围板11、内左筋板9、内右筋板10、上集粉分流稳焰器2和下集粉分流稳焰器3组成；所述二级变截面管6和所述一级变截面管7依次紧固地连接于所述喷口外壳体I前端口；沿由前向后的气流方向，所述一级变截面管7和二级变截面管6均为截面形状连续变化的变截面管；所述二级变截面管6的左右两侧面相对地向外倾斜；所述一级变截面管7的左右两侧面相对地向内倾斜，所述一级变截面管7的上下两侧面相对地向外倾斜；所述一级变截面管7与所述二级变截面管6相连接处截面尺寸相同并紧固连接；所述左侧边风围板8和所述右侧边风围板11分别位于所述喷口外壳体I之外的左右两侧；所述左侧边风围板8与所述喷口外壳体I左侧面外侧相连并围成前后贯通的左侧边风道fl ;所述右侧边风围板11与所述喷口外壳体I右侧面外侧相连并围成前后贯通的右侧边风道f2 ；所述左外侧通道f I之内与右外侧通道f 2之内分别设有垂向放置的左侧边风调节挡板4和右侧边风调节挡板5 ；所述左内筋板9和所述右内筋板10分别位于所述喷口外壳体I之内的左右两侧；所述左内筋板9与所述喷口外壳体I左侧面内侧相连并围成前后贯通的左淡粉通道gl ;所述右内筋板10与所述喷口外壳体I右侧面内侧相连并围成前后贯通的右淡粉通道g2 ;所述左内筋板9后端和右内筋板10后端均位于所述嗔口外壳体I后端面之如方；所述的上集粉分流稳焰器2和所述的下集粉分流稳焰器3分别位于所述喷口外壳体I之内的上下两侧及所述左内筋板9与右内筋板10之间；所述上集粉分流稳焰器2为横截面由上至下逐渐缩小的台阶状结构；所述下集粉分流稳焰器3为横截面由下至上逐渐缩小的台阶状结构，两台阶状结构的小截面顶面相对并留有空间；所述上集粉分流稳焰器2上端两侧分别与所述左内筋板9上端及右内筋板10上端固定相连；所述下集粉分流稳焰器3下端两侧分别与所述左内筋板9下端及右内筋板10下端固定相连；所述上集粉分流稳焰器2前端和所述下集粉分流稳焰器3前端分别延伸至所述二级变截面管6与一级变截面管7交界处；所述上集粉分流稳焰器2上侧面与所述喷口外壳体I上侧面内侧、所述喷口外壳体I左侧面内侧上端侧面及右侧面内侧上端侧面合围成前后贯通的上淡粉通道al ;所述下集粉分流稳焰器2下侧面与所述喷口外壳体I下侧面内侧、左侧面内侧下端侧面及右侧面内侧下端侧面合围成前后贯通的下淡粉通道a2 ;所述上集粉分流稳焰器2后端和下集粉分流稳焰器3后端均与所述左内筋板9后端面和右内筋板10后端面齐平；台阶状结构的所述上集粉分流稳焰器2和台阶状结构的所述下集粉分流稳焰器3 之间留有中间空间；该中间空间位于一级变截面管7内的部分为一级分流区e ;该中间空间位于二级变截面管6内的部分为前集粉室bl ;该中间空间的其余部分为后集粉室b2 ;集粉室b2左侧由左内筋板9与左淡粉通道gl隔开，集粉室b2右侧由右内筋板10与右淡粉通道 g2隔开；所述二级变截面管6、所述上集粉分流稳焰器2左侧面与下集粉分流稳焰器3左侧面围成的空间为左二级分流区hi ;所述二级变截面管6、所述上集粉分流稳焰器2右侧面与下集粉分流稳焰器3右侧面围成的空间为右二级分流区h2 ;左二级分流区hi上面和右二级分流区h2上面均与上淡粉通道al相连通，左二级分流区hi下面和右二级分流区h2下面均与下淡粉通道a2相连通；左二级分流区hi左右内侧和右二级分流区h2左右内侧分别与集粉室bl相连通；左二级分流区hi后面与左淡粉通道gl相连通，右二级分流区h2后面与右淡粉通道g2相连通；所述喷口外壳体I后部围成空间内的上集粉分流稳焰器2后端的空间为上烟气回流区Cl ;所述喷口外壳体I后部围成空间内的下集粉分流稳焰器3后端的空间为下烟气回流区c2 ;所述上烟气回流区Cl和所述下烟气回流区c2之间的空间为浓粉气流区d ;所述喷口外壳体I后部围成空间内的其它空间为上淡粉通道al、下淡粉通道a2、左淡粉通道gl和右淡粉通道g2的淡粉流出的淡粉气流区；所述上烟气回流区Cl和下烟气回流区c2前部以及浓粉气流区d的左侧由左内筋板9与左淡粉通道gl隔开，右侧由右内筋板10与右淡粉通道g2隔开。上烟气回流区Cl前部的上侧通过上集粉分流稳焰器2与上淡粉通道al相隔开；下烟气回流区c2前部的下侧通过下集粉分流稳焰器3与下淡粉通道a2相隔开。本发明提供的低氮氧化物排放的煤粉解耦燃烧方法，其为一次风风粉混合物首先进入解耦燃烧器喷口的一级分流区e，在一级变截面管7 侧壁横向逐渐收缩，上下则逐渐放大的空间中，受一级变截面管7侧壁的导向作用一部分一次风风粉混合物向上下流动，分别进入上淡粉通道al和下淡粉通道a2 ;由于煤粉的密度比空气大，惯性作用使煤粉大部分进入集粉室bl，只有少部分煤粉被上下流动的气流带到上淡粉通道al和下淡粉通道a2，并由此进入解耦燃烧器的炉膛，从而实现风粉混合物第一级的浓淡分离，被浓缩的一次风风粉混合物的空气质量与煤粉质量的比值由原来的I. 0 3. 0减小到0. 6 I. 8，煤粉浓度增高；该被浓缩的风粉混合物进入前集粉室bl后，由于受到集粉分流稳焰器2和3之间空间的挤压影响，一部分空气向两侧流动，分别进入左淡粉通道gl和右淡粉通道g2，由于煤粉的惯性作用使其大部分进入后集粉室b2，只有少部分被左右流动的气流带到左淡粉通道gl和右淡粉通道g2，并由此进入解耦燃烧器的炉膛，从而实现风粉混合物的第二级的浓淡分离，被浓缩的风粉混合物的的空气质量与煤粉质量的比值进一步减小到0. 3 I. 2 ;
在上集粉分流稳焰器2和下集粉分流稳焰器3的阶梯式凸沿作用下，进入后集粉室b2的浓缩煤粉气流的中部由于空间更狭小，中部的一部分空气向两侧流动，使得气流中部的煤粉浓度进一步增高；由于从后集粉室b2流向炉膛的浓粉气流的上下边的卷吸作用，使得炉膛内的高温烟气 不断向燃烧器喷口方向流动，并从上烟气回流区Cl和下烟气回流区C2卷吸入浓粉气流区d，使得混合气流的温度快速升高，迅速着火，实现煤粉的快速热解气化；随着该浓粉气流向燃烧器炉膛内流动，该浓粉气流与前述淡粉气流区的淡粉气流及时混合，在燃烧热和高温回流热烟气的作用下，侧部混入气流被相继加热到着火温度，快速进行剩余煤粉的热解气化，使煤中挥发份充分析出并燃烧；未燃尽的半焦在解耦燃烧器的炉膛内与相邻二次风及时混合继续燃烧，充足的氧与煤粉半焦及时在高温区混合可确保其充分燃尽；这样通过由内到外逐级着火，氧气逐级供给的方式，完成先在低温还原性气氛下燃烧再在高温氧化性气氛下燃尽的过程，实现同时降低NOx和可燃物排放的解耦燃烧。本发明提供的低氮氧化物排放的煤粉解耦燃烧器及燃烧方法的突出特点I、通过集粉分流稳焰器和变截面管的组合作用，利用了气流动静压能量的转换，使一次风风粉混合气流中的煤粉流和空气流自然分流成浓粉气流和淡粉气流；由于浓淡分离从气流的外周全范围进行，不仅分离周界长，也可使气流转向角度小，以减小紊流和涡流，通过两级或多级串联分离的形式，可达到或超过旋风分离器的煤粉浓缩效率，而设备压降和磨损则远小于旋风分离器；2、燃烧器喷口设计将卷吸热烟气回流的空间从炉膛燃烧器延伸至燃烧器喷口内，一方面是为了延长解耦燃烧初期的还原性气氛下燃烧的时间，增加一次风风粉混合物气流与炉膛内二次风混合的间隔，以降低NOx的生成；另一方面，一次风的卷吸空间增大和提前，可增强炉膛内高温热烟气的回流运动，保持燃烧区附近较高的温度水平，有利于解耦燃烧的快速进行，快速的解耦燃烧反过来又可提高燃烧区附近的温度，形成良性循环。解耦燃烧初期是在很高的煤粉浓度(A/C在0. 2 I. 0)下进行的，对于无烟煤等低挥发分煤，浓粉浓度越高越好，即有利于稳燃，也有利于抑制NOx的生成；对于高挥发分的烟煤等，稳燃和抑制NOx的生成较容易，但初始解耦燃烧容易过于强烈，煤粉浓度高可控制燃烧初期氧化剂的含量低于挥发分燃烧反应的化学当量比，而且燃烧的氧化放热反应同时也伴随着热解和气化过程的吸热反应，气流温度并不很高，因而这有利于避免燃烧器喷口的烧损和结焦。3、两个集粉分流稳焰器相对布置，形成浓缩煤粉气流上下两侧卷吸加热，加热速度和深度成倍提高；两个集粉分流稳焰器相对一侧相距最近的部位设计为中间间距小、两边间距大的阶梯式凸沿，增加了浓缩煤粉气流上下两侧的卷吸表面积，大大增加了卷吸能力；中间部位卷吸回流空间最大，使浓粉气流中间部分单位煤粉气流量的热烟气回流量最大；同时，中间部位煤粉空气混合气流的行程最长，空气被排挤的最多，因而煤粉浓度最大，相应地两侧煤粉浓度最小；由于通道阻力和流程长短不同，再加上流体流过渐缩喷管的效应，燃烧器浓粉气流的流速大于淡粉气流，浓粉气流单位煤粉气流量的卷吸携带能力更高，而浓粉气流中间部位煤粉气流的流速最高，卷吸携带能力也最高；由于大部分煤粉冲刷到集粉分流稳焰器，绝对速度降低，形成与空气流的较大滑移速度，可显著提高二者的传热传质能力；相对布置的两个集粉分流稳焰器的阶梯式凸沿使浓煤粉气流流量、煤粉浓缩率、平均流速、煤粉相对滑移速度、卷吸回流空间和向两侧气流传热传质速度也呈阶梯式分布，达到中部煤粉气流空气质量流量最小、煤粉浓度最高、平均流速最高、煤粉滑移速度最大、卷吸回流空间最大和向两侧气流传热传质速度最慢。由于中部煤粉气流的着火温度最低、着火热最小、火焰传播速度最快，而卷吸热烟气的加热能力最强，散热最慢，因而浓粉气流的中间部分可很容易被加热到着火温度，最先稳定着火燃烧，随后在燃烧热和高温回流热烟气的作用下，周围淡粉气流被相继加热到着火温度，由内到外逐级着火。4、从中部到外围，煤粉气流的浓度形成由浓变淡的一定的分布范围，可增强燃烧器结构对煤种的适应性；由中心点燃煤粉，再使火焰逐步向外侧延伸，随着燃烧的增强，焦炭开始燃烧，氧量才相应逐渐增大，这种燃烧方式，不仅对降低NOx有利，还可使外侧着火点远离燃烧器，避免燃烧器的烧损和燃烧器内结焦。5、采用高浓度煤粉气流上下侧同时卷吸高温烟气的方式，可使煤粉气流快速着火燃烧，煤粉气流燃烧后的反应热进一步剧烈加热气流，可使浓气流温度急速升高到700 1200°C高温，煤粉发生快速热解、气化，挥发分氮比例大幅提高，氧浓度迅速降低。热解气化出的挥发分的燃烧反应，绝大多数是快速的气相反应，可使浓粉气流与淡粉气流混合前完成大部分已析出挥发分在贫氧环境下的燃烧。由于煤热解气化后的挥发分中NH3、NCH、 CfflHn(碳氢化合物)、CO的强还原性，该阶段挥发分氮氧化生成的NOx大部分已转化成稳定的N2。浓粉气流的挥发分燃烧后，与淡粉气流逐步混合，煤粉中焦炭相继燃烧，对氧气的消耗增大，致使淡粉气流与浓粉气流混合后燃烧仍处于贫氧环境下，直至与二次风混合后，贫氧燃烧的条件才有所变化。但由于大部分挥发分已燃烧完，而焦炭氮析出时首先穿过碳粒表面还原性气氛层，同时受焦炭的催化还原作用，因而焦炭氮转化为NOx的比率很低。燃烧器燃烧较早地完成N2的转化后，可及时补充二次风，让煤粉及早发生高温富氧反应，延长在炉膛充分燃烧的时间，从而充分燃尽，降低烟气中飞灰可燃物、CO的含量。由上所述，该燃烧方式解除了煤粉燃烧的飞灰可燃物、CO与耦合排放问题，实现了二者排放同时降低的解耦燃烧。6、浓粉气流在中间，淡粉气流包围在外一周，不仅加大了一次风卷吸高温烟气的表面积，有利于燃烧器稳燃、降低NOx的生成，又可形成燃烧器外壳的壁面膜式冷却，避免燃烧器烧损和燃烧器结焦，同时还又有利于防止煤粉离析脱离气流，而增大灰渣含碳量；在背火侧通过淡粉气流将浓粉气流与炉墙隔离，可降低水冷壁附近的还原性气氛，有利于减小炉膛水冷壁高温腐蚀和结焦的发生。7、该燃烧器适应性强。通过改变集粉分流稳焰器的设计结构、尺寸和相对间距，可改变煤粉气流浓度、流速等设计参数，以适应不同设计的锅炉和煤质特性。通过调节在燃烧器向火侧(面向炉膛中心的高温一侧)的侧边风调节挡板5来调节侧边风量，可根据煤质和锅炉负荷等燃烧条件的变化，调节炉膛在燃烧器附近的环境温度，避免发生燃烧不稳定或燃烧器烧损，始终保持燃烧器处于最佳燃烧状态；调节侧边风调节挡板5还可调节炉膛在燃烧器附近的烟气含氧量，从而调节与卷吸热烟气混合后的浓粉气流的A/C比，挥发分高的煤易点燃，解耦燃烧初期的热解气化过程的耗氧量也高，因而可增大侧边风量，反之亦然。通过调节在燃烧器背火侧(面向炉膛水冷壁的低温一侧)的侧边风调节挡板4来调节侧边风量，可适应煤质的变化，调节降低水冷壁附近的还原性气氛，减小炉膛水冷壁高温腐蚀和结焦的发生。侧边风风道fl和侧边风风道f2的供风可来自锅炉燃烧系统的二次风，两个挡板也可安装在该二次风专用风道上，实行统一控制；侧边风的供风也可来自一次风经过浓淡分离后的淡粉管道，以降低燃烧器喷口的平均含氧量、降低侧边风风温(较小的风量即可保护燃烧器壁不超温)和避免二次风的扰动，有利于难燃煤的燃烧。侧边风挡板的开度可根据集粉分流焰稳器靠回流区侧的壁温值进行自动控制。集粉分流稳焰器靠回流区侧的壁温可反映回流区温度的高低，回流区温度的高低可反映燃烧器的环境温度，因而设定一个使燃烧达到最佳状态(该状态可使燃烧器环境温度最适宜， 即可实现最佳的解耦燃烧效果，又可避免燃烧器的烧损或结焦)的合理的温度给定值，与实际测量的集粉分流稳焰器靠回流区侧的壁温值比较，其偏差值经过控制器处理，输出调节侧边风挡板开度的指令，以调节侧边风量，从而控制燃烧器附近环境温度始终在理想的范围。8、本发明的燃烧器，设备结构紧凑，集粉分流稳焰器既起到煤粉浓缩的作用，也起到稳定燃烧的作用，煤粉浓缩和稳燃一体化设计可降低制造和安装成本。
图I为本发明低氮氧化物排放的煤粉解耦燃烧器中燃烧器喷口的结构示意图； 图2为打开燃烧器喷口上侧板的燃烧器喷口的结构示意图；图3为打开燃烧器喷口右侧板的燃烧器喷口的结构示意图；图4为打开燃烧器喷口上侧板和右侧板的燃烧器喷口的结构示意图；图5为图I的主视图；图6为图I的俯视图；图7为图I的左视图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例进一步描述本发明图I为本发明低氮氧化物排放的煤粉解耦燃烧器中燃烧器喷口的结构示意图；图 2为打开燃烧器喷口上侧板的燃烧器喷口的结构示意图；图3为打开燃烧器喷口右侧板的燃烧器喷口的结构示意图；图4为打开燃烧器喷口上侧板和右侧板的燃烧器喷口的结构示意图；图5为图I的主视图；图6为图I的俯视图；图7为图I的左视图。由图可知，本发明的低氮氧化物排放的煤粉解耦燃烧器，其由燃烧器主体和连通于所述燃烧器主体前端口的燃烧器喷口组成；所述的燃烧器喷口由喷口外壳体I、二级变截面管6、一级变截面管7、左侧边风围板8、右侧边风围板11、内左筋板9、内右筋板10、上集粉分流稳焰器2和下集粉分流稳焰器 3组成；所述二级变截面管6和所述一级变截面管7依次紧固地连接于所述喷口外壳体I 前端口；沿由前向后的气流方向，所述一级变截面管7和二级变截面管6均为截面形状连续变化的变截面管；所述二级变截面管6的左右两侧面相对地向外倾斜；所述一级变截面管 7的左右两侧面相对地向内倾斜，所述一级变截面管7的上下两侧面相对地向外倾斜；所述一级变截面管7与所述二级变截面管6相连接处截面尺寸相同并紧固连接；所述左侧边风围板8和所述右侧边风围板11分别位于所述喷口外壳体I之外的左右两侧；所述左侧边风围板8与所述喷口外壳体I左侧面外侧相连并围成前后贯通的左侧边风道fl ;所述右侧边风围板11与所述喷口外壳体I右侧面外侧相连并围成前后贯通的右侧边风道f2 ；
所述左外侧通道f I之内与右外侧通道f 2之内分别设有垂向放置的左侧边风调节挡板4和右侧边风调节挡板5 ；所述左内筋板9和所述右内筋板10分别位于所述喷口外壳体I之内的左右两侧；所述左内筋板9与所述喷口外壳体I左侧面内侧相连并围成前后贯通的左淡粉通道gl ;所述右内筋板10与所述喷口外壳体I右侧面内侧相连并围成前后贯通的右淡粉通道g2 ;所述左内筋板9后端和右内筋板10后端均位于所述嗔口外壳体I后端面之如方；所述的上集粉分流稳焰器2和所述的下集粉分流稳焰器3分别位于所述喷口外壳体I之内的上下两侧及所述左内筋板9与右内筋板10之间；所述上集粉分流稳焰器2为横截面由上至下逐渐缩小的台阶状结构；所述下集粉分流稳焰器3为横截面由下至上逐渐缩小的台阶状结构，两台阶状结构的小截面顶面相对并留有空间；所述上集粉分流稳焰器2上端两侧分别与所述左内筋板9上端及右内筋板10上端固定相连；所述下集粉分流稳焰器3下端两侧分别与所述左内筋板9下端及右内筋板10下端固定相连；所述上集粉分流稳焰器2前端和所述下集粉分流稳焰器3前端分别延伸至所述二级变截面管6与一级变截面管7交界处；所述上集粉分流稳焰器2上侧面与所述喷口外壳体I上侧面内侧、所述喷口外壳体I左侧面内侧上端侧面及右侧面内侧上端侧面合围成前后贯通的上淡粉通道al ;所述下集粉分流稳焰器2下侧面与所述喷口外壳体I下侧面内侧、左侧面内侧下端侧面及右侧面内侧下端侧面合围成前后贯通的下淡粉通道a2 ;所述上集粉分流稳焰器2后端和下集粉分流稳焰器3后端均与所述左内筋板9后端面和右内筋板10后端面齐平；台阶状结构的所述上集粉分流稳焰器2和台阶状结构的所述下集粉分流稳焰器3之间留有中间空间；该中间空间位于一级变截面管7内的部分为一级分流区e ;该中间空间位于二级变截面管6内的部分为前集粉室bl ;该中间空间的其余部分为后集粉室b2 ;集粉室b2左侧由左内筋板9与左淡粉通道gl隔开，集粉室b2右侧由右内筋板10与右淡粉通道g2隔开；所述二级变截面管6、所述上集粉分流稳焰器2左侧面与下集粉分流稳焰器3左侧面围成的空间为左二级分流区hi ;所述二级变截面管6、所述上集粉分流稳焰器2右侧面与下集粉分流稳焰器3右侧面围成的空间为右二级分流区h2 ;左二级分流区hi上面和右二级分流区h2上面均与上淡粉通道al相连通，左二级分流区hi下面和右二级分流区h2下面均与下淡粉通道a2相连通；左二级分流区hi左右内侧和右二级分流区h2左右内侧分别与集粉室bl相连通；左二级分流区hi后面与左淡粉通道gl相连通，右二级分流区h2后面与右淡粉通道g2相连通；所述喷口外壳体I后部围成空间内的上集粉分流稳焰器2后端的空间为上烟气回流区Cl ;所述喷口外壳体I后部围成空间内的下集粉分流稳焰器3后端的空间为下烟气回流区c2 ;所述上烟气回流区Cl和所述下烟气回流区c2之间的空间为浓粉气流区d ;所述喷口外壳体I后部围成空间内的其它空间为上淡粉通道al、下淡粉通道a2、左淡粉通道gl和右淡粉通道g2的淡粉流出的淡粉气流区；所述上烟气回流区Cl和下烟气回流区c2前部以及浓粉气流区d的左侧由左内筋板9与左淡粉通道gl隔开，右侧由右内筋板10与右淡粉通道g2隔开。上烟气回流区Cl前部的上侧通过上集粉分流稳焰器2与上淡粉通道al相隔开；下烟气回流区c2前部的下侧通过下集粉分流稳焰器3与下淡粉通道a2相隔开。 本发明的低氮氧化物排放的煤粉解耦燃烧为一次风风粉混合物首先进入解耦燃烧器喷口的一级分流区e，在一级变截 面管7侧壁横向逐渐收缩，上下则逐渐放大的空间中，受一级变截面管7侧壁的导向作用一部分一次风风粉混合物向上下流动，分别进入上淡粉通道al和下淡粉通道a2 ;由于煤粉的密度比空气大，惯性作用使煤粉大部分进入集粉室bl，只有少部分煤粉被上下流动的气流带到上淡粉通道al和下淡粉通道a2，并由此进入解耦燃烧器的炉膛，从而实现风粉混合物第一级的浓淡分离，被浓缩的一次风风粉混合物的空气质量与煤粉质量的比值由原来的I. O 3. O减小到0. 6 I. 8，煤粉浓度增高；该被浓缩的风粉混合物进入前集粉室bl后，由于受到集粉分流稳焰器2和3之间空间的挤压影响，一部分空气向两侧流动，分别进入左淡粉通道gl和右淡粉通道g2，由于煤粉的惯性作用使其大部分进入后集粉室b2，只有少部分被左右流动的气流带到左淡粉通道gl和右淡粉通道g2，并由此进入解耦燃烧器的炉膛，从而实现风粉混合物的第二级的浓淡分离，被浓缩的风粉混合物的的空气质量与煤粉质量的比值进一步减小到0. 3 I. 2 ;在上集粉分流稳焰器2和下集粉分流稳焰器3的阶梯式凸沿作用下，进入后集粉室b2的浓缩煤粉气流的中部由于空间更狭小，中部的一部分空气向两侧流动，使得气流中部的煤粉浓度进一步增高；由于从后集粉室b2流向炉膛的浓粉气流的上下边的卷吸作用， 使得炉膛内的高温烟气不断向燃烧器喷口方向流动，并从上烟气回流区Cl和下烟气回流区c2卷吸入浓粉气流区d，使得混合气流的温度快速升高，迅速着火，实现煤粉的快速热解气化；随着该浓粉气流向燃烧器炉膛内流动，该浓粉气流与前述淡粉气流区的淡粉气流及时混合，在燃烧热和高温回流热烟气的作用下，侧部混入气流被相继加热到着火温度，快速进行剩余煤粉的热解气化，使煤中挥发份充分析出并燃烧；未燃尽的半焦在解耦燃烧器的炉膛内与相邻二次风及时混合继续燃烧，充足的氧与煤粉半焦及时在高温区混合可确保其充分燃尽；这样通过由内到外逐级着火，氧气逐级供给的方式，完成先在低温还原性气氛下燃烧再在高温氧化性气氛下燃尽的过程，实现同时降低NOx和可燃物排放的解耦燃烧。
权利要求
1.ー种低氮氧化物排放的煤粉解耦燃烧器，其由燃烧器主体和连通于所述燃烧器主体前端ロ的燃烧器喷ロ组成； 所述的燃烧器喷ロ由喷口外壳体(I)、ニ级变截面管出)、一级变截面管(7)、左侧边风围板(8)、右侧边风围板(11)、内左筋板(9)、内右筋板(10)、上集粉分流稳焰器(2)和下集粉分流稳焰器(3)组成； 所述ニ级变截面管(6)和所述ー级变截面管(7)依次紧固地连接于所述喷口外壳体(I)前端ロ ；沿由前向后的气流方向，所述ー级变截面管(7)和ニ级变截面管(6)均为截面形状连续变化的变截面管；所述ニ级变截面管出)的左右两侧面相对地向外傾斜；所述ー级变截面管(7)的左右两侧面相对地向内倾斜，所述ー级变截面管(7)的上下两侧面相对地向外傾斜；所述ー级变截面管(7)与所述ニ级变截面管(6)相连接处截面尺寸相同并紧固连接；所述左侧边风围板⑶和所述右侧边风围板(11)分别位于所述喷口外壳体⑴之外的左右两侧；所述左侧边风围板(8)与所述喷口外壳体(I)左侧面外侧相连并围成前后贯通的左侧边风道(fl);所述右侧边风围板(11)与所述喷口外壳体(I)右侧面外侧相连并围成前后贯通的右侧边风道(f2)； 所述左外侧通道(fl)之内与右外侧通道(f2)之内分别设有垂向放置的左侧边风调节挡板(4)和右侧边风调节挡板(5)； 所述左内筋板(9)和所述右内筋板(10)分别位于所述喷口外壳体⑴之内的左右两侧；所述左内筋板(9)与所述喷口外壳体⑴左侧面内侧相连并围成前后贯通的左淡粉通道(gl);所述右内筋板(10)与所述喷口外壳体(I)右侧面内侧相连并围成前后贯通的右淡粉通道(g2);所述左内筋板(9)后端和右内筋板(10)后端均位于所述喷口外壳体(I)后端面之前方； 所述的上集粉分流稳焰器(2)和所述的下集粉分流稳焰器(3)分别位于所述喷口外壳体(I)之内的上下两侧及所述左内筋板(9)与右内筋板(10)之间；所述上集粉分流稳焰器2为横截面由上至下逐渐缩小的台阶状结构；所述下集粉分流稳焰器(3)为横截面由下至上逐渐缩小的台阶状结构，两台阶状结构的小截面顶面相对并留有空间； 所述上集粉分流稳焰器(2)上端两侧分别与所述左内筋板(9)上端及右内筋板(10)上端固定相连；所述下集粉分流稳焰器(3)下端两侧分别与所述左内筋板(9)下端及右内筋板(10)下端固定相连；所述上集粉分流稳焰器(2)前端和所述下集粉分流稳焰器(3)前端分别延伸至所述ニ级变截面管出)与一级变截面管(7)交界处； 所述上集粉分流稳焰器⑵上侧面与所述喷口外壳体⑴上侧面内侧、所述喷口外壳体(I)左侧面内侧上端侧面及右侧面内侧上端侧面合围成前后贯通的上淡粉通道(al);所述下集粉分流稳焰器(2)下侧面与所述喷口外壳体(I)下侧面内侧、左侧面内侧下端侧面及右侧面内侧下端侧面合围成前后贯通的下淡粉通道(a2);所述上集粉分流稳焰器(2)后端和下集粉分流稳焰器(3)后端均与所述左内筋板(9)后端面和右内筋板(10)后端面齐平; 台阶状结构的所述上集粉分流稳焰器(2)和台阶状结构的所述下集粉分流稳焰器(3)之间留有中间空间；该中间空间位于一级变截面管(7)内的部分为ー级分流区(e);该中间空间位于ニ级变截面管(6)内的部分为前集粉室(bl);该中间空间的其余部分为后集粉室(b2);集粉室(b2)左侧由左内筋板(9)与左淡粉通道(gl)隔开，集粉室(b2)右侧由右内筋板(10)与右淡粉通道(g2)隔开；所述ニ级变截面管(6)、所述上集粉分流稳焰器(2)左侧面与下集粉分流稳焰器(3)左侧面围成的空间为左ニ级分流区(hi);所述ニ级变截面管(6)、所述上集粉分流稳焰器(2)右侧面与下集粉分流稳焰器(3)右侧面围成的空间为右二级分流区(h2);左ニ级分流区(hi)上面和右二级分流区(h2)上面均与上淡粉通道(al)相连通，左ニ级分流区(hi)下面和右二级分流区(h2)下面均与下淡粉通道(a2)相连通；左ニ级分流区(hi)右内侧和右二级分流区(h2)左内侧分别与集粉室(bl)相连通；左ニ级分流区(hi)后面与左淡粉通道(gl)相连通，右二级分流区(h2)后面与右淡粉通道(g2)相连通； 所述喷口外壳体(I)后部围成空间内的上集粉分流稳焰器(2)后端的空间为上烟气回 流区(Cl);所述喷口外壳体(I)后部围成空间内的下集粉分流稳焰器(3)后端的空间为下烟气回流区(c2);所述上烟气回流区(Cl)和所述下烟气回流区(c2)之间的空间为浓粉气 流区(d);所述喷口外壳体(I)后部围成空间内的其它空间为上淡粉通道(al)、下淡粉通道(a2)、左淡粉通道(gl)和右淡粉通道(g2)的淡粉流出的淡粉气流区；所述上烟气回流区(Cl)和下烟气回流区(c2)前部以及浓粉气流区(d)的左侧由左内筋板(9)与左淡粉通道(gl)隔开，右侧由右内筋板(10)与右淡粉通道(g2)隔开。上烟气回流区(Cl)前部的上侧通过上集粉分流稳焰器(2)与上淡粉通道(al)相隔开；下烟气回流区(c2)前部的下侧通过下集粉分流稳焰器(3)与下淡粉通道(a2)相隔开。
2.ー种低氮氧化物排放的煤粉解耦燃烧方法，其低氮氧化物排放的煤粉解耦燃烧器由燃烧器主体和连通于所述燃烧器主体前端ロ的燃烧器喷ロ组成； 所述的燃烧器喷ロ由喷口外壳体(I)、ニ级变截面管出)、一级变截面管(7)、左侧边风围板(8)、右侧边风围板(11)、内左筋板(9)、内右筋板(10)、上集粉分流稳焰器(2)和下集粉分流稳焰器(3)组成； 所述ニ级变截面管(6)和所述ー级变截面管(7)依次紧固地连接于所述喷口外壳体(I)前端ロ ；沿由前向后的气流方向，所述ー级变截面管(7)和ニ级变截面管(6)均为截面形状连续变化的变截面管；所述ニ级变截面管出)的左右两侧面相对地向外傾斜；所述ー级变截面管(7)的左右两侧面相对地向内倾斜，所述ー级变截面管(7)的上下两侧面相对地向外傾斜；所述ー级变截面管(7)与所述ニ级变截面管(6)相连接处截面尺寸相同并紧固连接；所述左侧边风围板⑶和所述右侧边风围板(11)分别位于所述喷口外壳体⑴之外的左右两侧；所述左侧边风围板(8)与所述喷口外壳体(I)左侧面外侧相连并围成前后贯通的左侧边风道(fl);所述右侧边风围板(11)与所述喷口外壳体(I)右侧面外侧相连并围成前后贯通的右侧边风道(f2)； 所述左外侧通道(fl)之内与右外侧通道(f2)之内分别设有垂向放置的左侧边风调节挡板(4)和右侧边风调节挡板(5)； 所述左内筋板(9)和所述右内筋板(10)分别位于所述喷口外壳体⑴之内的左右两侧；所述左内筋板(9)与所述喷口外壳体⑴左侧面内侧相连并围成前后贯通的左淡粉通道(gl);所述右内筋板(10)与所述喷口外壳体(I)右侧面内侧相连并围成前后贯通的右淡粉通道(g2);所述左内筋板(9)后端和右内筋板(10)后端均位于所述喷口外壳体(I)后端面之前方； 所述的上集粉分流稳焰器(2)和所述的下集粉分流稳焰器(3)分别位于所述喷口外壳体(I)之内的上下两侧及所述左内筋板(9)与右内筋板(10)之间；所述上集粉分流稳焰器2为横截面由上至下逐渐缩小的台阶状结构；所述下集粉分流稳焰器(3)为横截面由下至上逐渐缩小的台阶状结构，两台阶状结构的小截面顶面相对并留有空间； 所述上集粉分流稳焰器(2)上端两侧分别与所述左内筋板(9)上端及右内筋板(10)上端固定相连；所述下集粉分流稳焰器(3)下端两侧分别与所述左内筋板(9)下端及右内筋板(10)下端固定相连；所述上集粉分流稳焰器(2)前端和所述下集粉分流稳焰器(3)前端分别延伸至所述ニ级变截面管出)与一级变截面管(7)交界处； 所述上集粉分流稳焰器⑵上侧面与所述喷口外壳体⑴上侧面内侧、所述喷口外壳体(I)左侧面内侧上端侧面及右侧面内侧上端侧面合围成前后贯通的上淡粉通道(al);所述下集粉分流稳焰器(2)下侧面与所述喷口外壳体(I)下侧面内侧、左侧面内侧下端侧面及右侧面内侧下端侧面合围成前后贯通的下淡粉通道(a2);所述上集粉分流稳焰器(2)后端和下集粉分流稳焰器03后端均与所述左内筋板(90后端面和右内筋板(10)后端面齐平; 台阶状结构的所述上集粉分流稳焰器(2)和台阶状结构的所述下集粉分流稳焰器(3)之间留有中间空间；该中间空间位于一级变截面管(7)内的部分为ー级分流区(e);该中间空间位于ニ级变截面管(6)内的部分为前集粉室(bl);该中间空间的其余部分为后集粉室(b2);集粉室(b2)左侧由左内筋板(9)与左淡粉通道(gl)隔开，集粉室(b2)右侧由右内筋板(10)与右淡粉通道(g2)隔开；所述ニ级变截面管(6)、所述上集粉分流稳焰器(2)左侧面与下集粉分流稳焰器(3)左侧面围成的空间为左ニ级分流区(hi);所述ニ级变截面管(6)、所述上集粉分流稳焰器(2)右侧面与下集粉分流稳焰器(3)右侧面围成的空间为右二级分流区(h2);左ニ级分流区(hi)上面和右二级分流区(h2)上面均与上淡粉通道(al)相连通，左ニ级分流区(hi)下面和右二级分流区(h2)下面均与下淡粉通道(a2)相连通；左ニ级分流区(hi)左右内侧和右二级分流区(h2)左右内侧分别与集粉室(bl)相连通；左ニ级分流区(hi)后面与左淡粉通道(gl)相连通，右二级分流区(h2)后面与右淡粉通道(g2)相连通； 所述喷口外壳体(I)后部围成空间内的上集粉分流稳焰器(2)后端的空间为上烟气回流区(Cl);所述喷口外壳体(I)后部围成空间内的下集粉分流稳焰器(3)后端的空间为下烟气回流区(c2);所述上烟气回流区(Cl)和所述下烟气回流区(c2)之间的空间为浓粉气流区(d);所述喷口外壳体(I)后部围成空间内的其它空间为上淡粉通道(al)、下淡粉通道(a2)、左淡粉通道(gl)和右淡粉通道(g2)的淡粉流出的淡粉气流区；所述上烟气回流区(Cl)和下烟气回流区(c2)前部以及浓粉气流区(d)的左侧由左内筋板(9)与左淡粉通道(gl)隔开，右侧由右内筋板(10)与右淡粉通道(g2)隔开。上烟气回流区(Cl)前部的上侧通过上集粉分流稳焰器(2)与上淡粉通道(al)相隔开；下烟气回流区(c2)前部的下侧通过下集粉分流稳焰器(3)与下淡粉通道(a2)相隔开； 其低氮氧化物排放的煤粉解耦燃烧方法为 一次风风粉混合物首先进入解耦燃烧器喷ロ的ー级分流区(e)，在一级变截面管(7)侧壁横向逐渐收缩，上下则逐渐放大的空间中，受ー级变截面管(7)侧壁的导向作用一部分一次风风粉混合物向上下流动，分别进入上淡粉通道(al)和下淡粉通道(a2);由于煤粉的密度比空气大，惯性作用使煤粉大部分进入集粉室(bl)，只有少部分煤粉被上下流动的气流带到上淡粉通道(al)和下淡粉通道(a2)，并由此进入的炉膛，从而实现风粉混合物第一级的浓淡分离，被浓缩的一次风风粉混合物的空气质量与煤粉质量的比值由原来的I.O 3. O减小到O. 6 I. 8，煤粉浓度增高； 该被浓缩的风粉混合物进入前集粉室(bl)后，由于受到上集粉分流稳焰器(2)和下集粉分流稳焰器(3)之间空间的挤压影响，一部分空气向两侧流动，分别进入左淡粉通道(gl)和右淡粉通道(g2)，由于煤粉的惯性作用使其大部分进入后集粉室(b2)，只有少部分被左右流动的气流带到左淡粉通道(gl)和右淡粉通道(g2)，并由此进入解耦燃烧器的炉膛，从而实现风粉混合物的第二级的浓淡分离，被浓缩的风粉混合物的空气质量与煤粉质量的比值进一步减小到O. 3 I. 2 ; 在上集粉分流稳焰器(2)和下集粉分流稳焰器(3)的阶梯式凸沿作用下，进入后集粉室(b2)的浓缩煤粉气流的中部由于空间更狭小，中部的一部分空气向两侧流动，使得气流中部的煤粉浓度进一步增高；由于从后集粉室(b2)流向燃烧器炉膛的浓粉气流的上下边的卷吸作用，使得炉膛内的高温烟气不断向燃烧器喷口方向流动，并从上烟气回流区(Cl)和下烟气回流区(c2)卷吸入浓粉气流区(d)，使得混合气流的温度快速升高，迅速着火，实现煤粉的快速热解气化； 随着该浓粉气流向炉膛内流动，该浓粉气流与前述淡粉气流区的淡粉气流及时混合，在燃烧热和高温回流热烟气的作用下，侧部混入气流被相继加热到着火温度，快速进行剩余煤粉的热解气化，使煤中挥发份充分析出并燃烧； 未燃尽的半焦在炉膛内与相邻二次风及时混合继续燃烧，充足的氧与煤粉半焦及时在高温区混合可确保其充分燃尽；这样通过由内到外逐级着火，氧气逐级供给的方式，完成先在还原性气氛下燃烧再在高温氧化性气氛下燃尽的过程，实现同时降低NOx和可燃物排放的解耦燃烧。
全文摘要
本发明涉及一种低氮氧化物排放的煤粉解耦燃烧器及燃烧方法，其通过两个阶段进行a)第一阶段，首先将煤粉和空气的混合气流在本发明的煤粉解耦燃烧器中分离为浓、淡两部分，浓粉气流首先着火，随后进入炉膛与淡粉气流混合燃烧。该阶段的煤粉在还原性气氛下发生热解、气化和煤气燃烧，挥发份充分析出，利用热解和气化产物将燃料型NOx转化为更为稳定的N2；b)第二阶段，上述混合气流在炉膛内与二次风混合，在富氧和不足以产生热力型NOx的高温条件下，使第一阶段产生的煤粉半焦充分燃尽；可实现煤粉浓缩、稳燃和低氮氧化物排放的一体化设计，设备结构紧凑，煤粉浓缩效果好，稳燃能力强，抑制NOx生成的潜力大。
文档编号F23D1/00GK102620291SQ20111003381
公开日2012年8月1日 申请日期2011年1月31日 优先权日2011年1月31日
发明者李静海, 蔡连国, 许光文, 郝江平, 高士秋 申请人:中国科学院过程工程研究所, 北京圆能工业技术有限公司, 山西三合盛工业技术有限公司