專利名稱：用于混合多種固體燃料的燃燒器系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固體燃料燃燒器系統(tǒng)，尤其是涉及一種燃燒或共燒多種固體燃料的燃燒器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
一種共燒的方法是利用生物質(zhì)燃料—一種可再生資源來(lái)降低發(fā)電成本。這種方法就是將生物質(zhì)燃料(例如，木屑)作為第二燃料與煤粉(第一燃料)在燃煤鍋爐中共燒。有利的是，生物質(zhì)燃料燃燒釋放的CO2被認(rèn)為對(duì)環(huán)境是無(wú)害的。此外，燃燒生物質(zhì)燃料能減少SO2的排放，原因是其含硫量比煤的低。最后，由于生物質(zhì)燃料的低含氮量，再加上燃燒初期生物質(zhì)燃料揮發(fā)分的有益影響，使得還能減少NOx的排放。
生物質(zhì)燃料與煤粉共燒可能降低NOx的排放基于多個(gè)機(jī)理。首先，生物質(zhì)燃料的含氮量比煤粉低，使得更少的NOx由燃料氮形成。第二，與煤粉相比，生物質(zhì)燃料在更低的火焰溫度下就能析出揮發(fā)分。一旦析出，這些揮發(fā)分就能隨即與氧氣反應(yīng)，從而抑制了煤粉析出的燃料氮的氧化。最后，這些揮發(fā)分也能促使減少火焰中的NO向元素氮的轉(zhuǎn)變。
令人遺憾的是，在燃煤鍋爐中，利用生物質(zhì)燃料作為有利減少NOx排放的方法受到了限制。這些限制起因于生物質(zhì)燃料與煤粉的共燒技術(shù)。
一種技術(shù)是將生物質(zhì)燃料和煤粉分別噴入燃燒區(qū)。例如，往往將一根置于燃燒器中心且被煤粉包圍的管子用于通過(guò)運(yùn)載空氣噴射生物質(zhì)燃料。一個(gè)分流器剛好置于燃燒器的出口處，以迫使生物質(zhì)燃料流徑向噴出，從而在該區(qū)域產(chǎn)生一循環(huán)區(qū)。這樣，生物質(zhì)燃料和煤粉就在燃料噴射器外部的燃燒區(qū)域中混合。然而，這種共燒的方法并不完全有效，沒(méi)有提供最有效的方法來(lái)利用生物質(zhì)燃料揮發(fā)分能減少NOx排放的這一特點(diǎn)。特別是，由于煤粉是分開(kāi)噴射，在火焰中心生物質(zhì)燃料析出的揮發(fā)分可能不能消耗氧氣，也不能有效地減少煤粉形成的NO。
另一種共燒技術(shù)就是在進(jìn)入燃燒器的煤粉分配管之前，將生物質(zhì)燃料和煤在磨煤機(jī)中一起磨制。也就是說(shuō)，生物質(zhì)燃料在磨煤機(jī)中與第一燃料混合。然而，受到磨煤機(jī)性能的影響，這種噴射技術(shù)嚴(yán)重限制了生物質(zhì)燃料共燒的水平。一般，僅僅大約5％的生物質(zhì)燃料(重量比)能與煤在磨煤機(jī)中一起磨制，才能不對(duì)磨煤機(jī)性能造成嚴(yán)重破壞。
因此，盡管生物質(zhì)燃料與煤粉在墻式燃燒器中共燒能有利減少NOx，但利用現(xiàn)有技術(shù)似乎不能最大水平地減少NOx。
還應(yīng)當(dāng)注意，迄今為止，大多數(shù)生物質(zhì)燃料在墻式鍋爐中的共燒是在湍流燃燒器上實(shí)施的，而該燃燒器并不是為低NOx運(yùn)行設(shè)計(jì)的。這些燃燒器需要精確地控制火焰中心的化學(xué)計(jì)量，以實(shí)現(xiàn)低NOx排放。然而，生物質(zhì)燃料通常有比煤粉更高的含氧量，并且當(dāng)通過(guò)空氣送入燃燒器時(shí)會(huì)導(dǎo)致火焰中心的化學(xué)計(jì)量提高，以及增加NOx的形成，這樣就使得生物質(zhì)燃料的高揮發(fā)分量對(duì)NOx的有益減少效果不起作用。
此外，迄今為止沒(méi)有現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，涉及在現(xiàn)有低NOx燃燒器上共燒生物質(zhì)燃料和煤粉。然而，現(xiàn)有低NOx燃燒器的預(yù)示計(jì)算機(jī)模擬顯示，在實(shí)際尺寸的低NOx燃燒器上共燒例如木屑和煤時(shí)，NOx實(shí)際上可能增加。從而，現(xiàn)有低NOx燃燒器的應(yīng)用在抑制了生物質(zhì)燃料高氧含量對(duì)形成NOx的影響的同時(shí)，并沒(méi)有使其高揮發(fā)分含量對(duì)減少NOx所起的有益效果發(fā)揮最佳。
鑒于上面所述，有必要改進(jìn)現(xiàn)有共燒方案，以利用生物質(zhì)燃料最有效地減少NOx。
然而，除了生物質(zhì)燃料，其他第二燃料也能用于共燒燃燒器中。石油焦是一種高熱值的煉油廠廢棄物，并且相對(duì)作為蒸汽鍋爐燃料的煤，其價(jià)格低很多。與煤不同，石油焦的揮發(fā)分含量很低，這就使得在不是專門(mén)為其設(shè)計(jì)的鍋爐中石油焦難于著火和燃盡。一般，石油焦在碾磨機(jī)中和煤一起磨制，再通過(guò)輸煤管送入燃燒器。石油焦與煤混燒的質(zhì)量百分比通常限制在大約20％，因?yàn)楦叩谋壤龑⒂捎谑徒沟膿]發(fā)分含量低而出現(xiàn)火焰穩(wěn)定性的問(wèn)題。這種限制部分歸因于一個(gè)事實(shí)，即石油焦難磨，當(dāng)它和煤混合并且在專為煤設(shè)計(jì)的碾磨機(jī)中磨制時(shí)，通常不能得到十分細(xì)的粒徑分布。粗的石油焦不僅引起火焰穩(wěn)定性問(wèn)題，而且導(dǎo)致飛灰中的未燃碳(UBC)含量高。理論上，將石油焦與高揮發(fā)分、高反應(yīng)性的煤，例如次煙煤或者褐煤共燒應(yīng)該比與低反應(yīng)性的煙煤共燒有更好的火焰穩(wěn)定性。遺憾的是，這些煤一般也難磨，這樣就經(jīng)常限制與它們?cè)谀肽C(jī)中共磨的石油焦的百分比。
另外，2000年8月15日公布的Bronicki等人發(fā)明的美國(guó)專利6,101,959描述，使用混合器來(lái)混合熱值比第一燃料高的第二燃料，而不是將石油焦與第一燃料在碾磨機(jī)中共磨。然而，在該專利中并沒(méi)有描述混合器的結(jié)構(gòu)或者它對(duì)火焰穩(wěn)定性的影響，也沒(méi)有描述關(guān)于石油焦的未燃碳問(wèn)題。
因此，盡管石油焦能在墻式燃燒器中與煤共燒，但是還沒(méi)有研究出一種能夠在維持最低NOx排放量的同時(shí)提高火焰穩(wěn)定性和最少化飛灰未燃碳的石油焦共燒方法。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一燃燒器組件包括一用于在噴入燃燒區(qū)之前混合第一固體燃料和第二固體燃料的一個(gè)混合元件。特別，該燃燒器組件包括一用于接收第一固體燃料的第一入口，一用于接收第二固體燃料的第二入口，一與第一入口和第二入口連接、用于混合第一固體燃料和第二固體燃料以得到混合固體燃料的混合室，以及一用于提供混合固體燃料到燃燒室的噴嘴。
在一說(shuō)明性實(shí)施例中，一共燒燃燒器系統(tǒng)包括一具有渦卷型(scroll-type)燃料噴射器的燃燒器組件。該渦卷型燃料噴射器包括一用于接收第一固體燃料的第一固體燃料端口或進(jìn)口，一用于接收第二固體燃料的第二固體燃料端口或進(jìn)口，一外套管和一擴(kuò)散器元件。第一固體燃料和第二固體燃料切向進(jìn)入燃料噴射器，當(dāng)然第二燃料也可以沿軸向進(jìn)入，然后在外套管中混合。擴(kuò)散器元件置于外套管中，用于在噴入燃燒區(qū)前進(jìn)一步加強(qiáng)第一固體燃料與第二固體燃料在燃料噴射器中的混合。
在另一實(shí)施例中，一共燒燃燒器系統(tǒng)包括一具有彎管型燃料噴射器的燃燒器組件。該彎管型燃料噴射器包括一用于接收第一固體燃料的第一固體燃料端口或進(jìn)口，一用于接收第二固體燃料的第二固體燃料端口或進(jìn)口，一套管，和一葉輪或其他擴(kuò)散裝置。第一固體燃料和第二固體燃料沿軸向進(jìn)入燃料噴射器，并且在套管中混合。葉輪置于接有第二入口的燃料噴射器的套管中，以進(jìn)一步加強(qiáng)在噴入燃燒區(qū)前第一固體燃料與第二固體燃料在燃料噴射器中的混合。
在包括用于混合第一固體燃料和第二固體燃料的燃料噴射器的共燒燃燒器系統(tǒng)的說(shuō)明性應(yīng)用中，第一固體燃料是煤粉，第二固體燃料是高揮發(fā)分燃料，例如生物質(zhì)燃料。
在另一包括用于混合第一固體燃料和第一固體燃料的燃料噴射器的共燒燃燒器系統(tǒng)的說(shuō)明性應(yīng)用中，第一固體燃料是低揮發(fā)分燃料，例如石油焦，第二固體燃料是高揮發(fā)分燃料，例如生物質(zhì)燃料。
在另一包括用于混合第一固體燃料和第一固體燃料的燃料噴射器的共燒燃燒器系統(tǒng)的說(shuō)明性應(yīng)用中，第一固體燃料是煤粉，第二固體燃料是低揮發(fā)分燃料，例如石油焦。
通過(guò)下面的附圖簡(jiǎn)要描述、詳細(xì)的說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)，將對(duì)本發(fā)明有更好的理解。
附圖簡(jiǎn)要描述
圖1是根據(jù)本發(fā)明原理的共燒燃燒器系統(tǒng)的框圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明原理的燃燒器組件的截面圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明原理的另一燃燒器組件的截面圖。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式除了本發(fā)明構(gòu)思，共燒燃燒器系統(tǒng)的設(shè)備和方法是常見(jiàn)的，在這里不作進(jìn)一步描述。例如，除了本發(fā)明構(gòu)思，燃料噴射器是用于將燃料和運(yùn)載氣體噴入燃燒區(qū)的燃燒設(shè)備的一部分。同樣，在不同的圖中相同的標(biāo)記代表相似的元件。
根據(jù)本發(fā)明原理的說(shuō)明性共燒燃燒器系統(tǒng)如圖1所示。共燒燃燒器系統(tǒng)10包括磨煤機(jī)(燃料制備裝置)50，若干供料管103-1至103-N(第一供料管)和107(代表第二供料管)，燃料噴射器100和標(biāo)記60所示的帶有燃燒區(qū)65的鍋爐(下文為鍋爐60)。第一燃料，例如煤，和運(yùn)輸介質(zhì)(或運(yùn)載氣體)(例如，空氣)供入以磨煤機(jī)50為代表的燃料制備裝置，在那里煤被磨碎并由運(yùn)載氣體通過(guò)供料管103-1至103-N分配到若干燃燒器中。在此，第一燃料是一種為整個(gè)燃燒過(guò)程提供50％以上總?cè)剂蠠彷斎氲娜剂?。也可以使用其他的第一燃料，例如石油焦或煤和石油焦的混合物。第二燃?下文將進(jìn)一步描述)也是用燃料制備裝置制成粉末(為簡(jiǎn)單起見(jiàn)沒(méi)有圖示)，并且由運(yùn)載氣體通過(guò)以第一供料管107為代表的若干供料管分配到燃燒器中(同樣，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)其他的第二供料管沒(méi)有圖示)。
根據(jù)本發(fā)明原理的代表性燃燒器組件是圖1所示的燃料噴射器100。如下所述，燃料噴射器100接收通過(guò)供料管107供給的第二燃料和通過(guò)供料管103-1供給的第一燃料，并且通過(guò)混合第一和第二燃料來(lái)得到燃料混合物供給鍋爐60的燃燒區(qū)65。根據(jù)本發(fā)明的一方面，在兩種或更多燃料進(jìn)入鍋爐燃燒區(qū)之前燃料噴射器100將其充分地混合。作為說(shuō)明，燃料噴射器100是蒸汽鍋爐的低NOx燃燒器中的一個(gè)組件。燃料噴射器100是用于噴射燃料和傳輸介質(zhì)(例如，空氣)進(jìn)入燃燒區(qū)的低NOx燃燒器的一部分；在燃料噴射器100的周?chē)且挥糜诠┙o二次空氣的通風(fēng)裝置(未圖示)，其中二次空氣有助于穩(wěn)定火焰和完成燃燒。燃料噴射器100緊接燃燒區(qū)65。
參看圖2，給出了燃料噴射器100的更詳細(xì)圖示。作為說(shuō)明，燃料噴射器100是一渦卷型噴射器。燃料噴射器100將第一和第二固體燃料噴入圖1中鍋爐60的燃燒區(qū)65。供料管103-1和107分別將第一固體燃料和第二固體燃料沿切向供入燃料噴射器100的第一和第二端口，或入口?？晒┻x擇地，第一固體燃料和/或第二固體燃料也可沿軸向進(jìn)入燃料噴射器。燃料噴射器100的該第一進(jìn)口是第一燃料渦管(scroll)102。第一燃料粉末流在渦管102中沿切向，而后被渦管和過(guò)渡段中的分配器轉(zhuǎn)變?yōu)檠剌S向噴出過(guò)渡段104。(除了本發(fā)明構(gòu)思，位于渦卷型噴射器的渦管和過(guò)渡段中的分配器在本領(lǐng)域是公知的，在此不作描述。)接著第一燃料粉末以優(yōu)選為每秒50至100英寸的速度進(jìn)入燃料噴射器外套管105。第一燃料在燃料噴射器中流入外套管105的運(yùn)動(dòng)如圖2中虛線1所示。
燃料噴射器100的第二進(jìn)口是位于燃料噴射器100末端的第二燃料渦管106。渦管106設(shè)計(jì)成能提供優(yōu)選為每秒80至150英寸的切向速度和優(yōu)選為每秒20至40英寸的軸向速度。
第二燃料從第二供料管107供入渦管106，并且從包圍燃料噴射器100內(nèi)套管109的環(huán)形通道108噴出渦管106。內(nèi)套管109中可以放置燃燒點(diǎn)火器(未圖示)。隨后第二燃料進(jìn)入燃料噴射器100的外套管105。第二燃料在燃料噴射器100中流入外套管105的運(yùn)動(dòng)如圖2中虛線2所示。在環(huán)形通道的出口可設(shè)置擴(kuò)散器111，以引導(dǎo)第二燃料向外流入已流出過(guò)渡段104的第一燃料。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的一方面，第一燃料和第二燃料在燃料噴射器100的一空腔，例如外套管105內(nèi)充分地混合。接著經(jīng)過(guò)充分混合的第一和第二燃料沿著燃燒器端部217(或噴嘴)的圓周近似均等或者均勻分布地噴出該端部。參看圖2，端部110安裝在燃燒器組件的遠(yuǎn)端，位于混合室即外套管105的下游。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，第一固體燃料和第二固體燃料在燃燒器組件的燃料噴射器中的充分混合為鍋爐燃燒室的燃燒提供了更均勻的混合固體燃料。如下所述，這可以進(jìn)一步減少NOx的排放。另外，這也進(jìn)一步使得每一種固體燃料可以使用單獨(dú)的制備裝置，這樣每個(gè)制備裝置能有特定的配置以更有效地磨制特定的固體燃料。更進(jìn)一步，混合固體燃料中的第一固體燃料和第二固體燃料的量還可以通過(guò)來(lái)自各自制備裝置的供料管簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)。
圖2所示為燃料噴射器的一個(gè)應(yīng)用，其中，第二燃料是一種高揮發(fā)分資源燃料，例如生物質(zhì)燃料(如木屑或類(lèi)似物)或者衍生廢料燃料(RDF)，與第一燃料相比它能在更低的溫度下析出揮發(fā)分的。第一燃料用作說(shuō)明的是煤粉，可供選擇地，第一燃料也可以是粉狀石油焦或煤和石油焦的混合物。當(dāng)燃料混合物噴出燃燒器噴嘴時(shí)，更具反應(yīng)性的第二燃料將作為氧氣消耗劑，在燃燒初期提供一還原區(qū)，并且在燃燒初期能通過(guò)使第二燃料析出的揮發(fā)分的作用最大化和使它們隨后的相互作用最佳化，來(lái)促進(jìn)NOx的減少。除了與氧氣反應(yīng)，這些揮發(fā)分也能將煤形成的NOx還原成氮元素。
在這一應(yīng)用中，用于輸送資源燃料到燃燒器的運(yùn)載氣體是空氣。然而，也可以使用循環(huán)煙氣或者混有空氣的循環(huán)煙氣，所以該介質(zhì)的含氧量比空氣的低。這種煙氣的重復(fù)利用也稱為“煙氣再循環(huán)”(FGR)。在圖1中，生物質(zhì)燃料通過(guò)從燃料制備裝置(未圖示)引出的供料管107輸送，其運(yùn)載氣體包括空氣或從鍋爐空氣加熱器(未圖示)后循環(huán)來(lái)的煙氣，或者包括煙氣和空氣的混合物。
在燃料制備裝置中，資源燃料被磨碎或者切碎，然后在輸送之前篩去大顆粒。運(yùn)載氣體的量在每磅資源燃料0.5至2磅的范圍內(nèi)。為了克服輸送資源燃料到燃燒噴射器和資源供應(yīng)渦管產(chǎn)生的壓降，作為說(shuō)明優(yōu)選將增壓風(fēng)機(jī)(未示出)用于空氣或者煙氣。用于輸送的空氣來(lái)自于燃料制備裝置中的風(fēng)機(jī)和預(yù)熱空氣。
本發(fā)明的一方面提供了一種控制火焰中心的化學(xué)計(jì)量的機(jī)理，這對(duì)減少NOx是很關(guān)鍵的。可以通過(guò)調(diào)節(jié)輸送介質(zhì)中空氣的量來(lái)控制火焰中心的化學(xué)計(jì)量，其中該化學(xué)計(jì)量取決于第二燃料的含氧量。在實(shí)際中，對(duì)于燃燒100％典型煙煤的低NOx燃燒器，當(dāng)每磅煤用2磅的空氣輸送時(shí)，中心的化學(xué)計(jì)量將接近21％的理論值。如果每磅木屑用1磅的空氣輸送到燃料噴射器100，則共燒30％(重量比)生物質(zhì)燃料(例如木屑)和70％煙煤的燃燒器將產(chǎn)生32％的更高中心化學(xué)計(jì)量。如果每磅木屑用0.75磅的煙氣和0.25磅的空氣輸送，該中心化學(xué)計(jì)量就能維持在大約21％。傳輸氣體中煙氣與空氣的具體比率則取決于資源燃料的氧含量和每磅資源燃料所需的傳輸氣體磅數(shù)，以及期望的NOx排出量。在許多應(yīng)用中僅僅將空氣作為運(yùn)載氣體。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，也可以通過(guò)控制資源燃料的傳輸氣體溫度，在第二燃料進(jìn)入燃燒區(qū)之前對(duì)其部分干燥。這樣就使得第二燃料在燃燒區(qū)提前析出揮發(fā)分，從而更有效地減少NOx。資源燃料，例如生物質(zhì)燃料，按來(lái)樣計(jì)算其濕度可達(dá)50％。試驗(yàn)表明，當(dāng)加熱到200華氏度(oF)時(shí)這些燃料將失去大部分水分。使用煙氣和預(yù)熱空氣能夠?qū)⑦M(jìn)入燃料噴射器100的生物質(zhì)燃料溫度控制在150oF至200oF的范圍內(nèi)，而該煙氣和預(yù)熱空氣的溫度則通過(guò)從燃料制備裝置風(fēng)機(jī)來(lái)的冷空氣調(diào)節(jié)。在進(jìn)入燃料噴射器之前對(duì)生物質(zhì)燃料進(jìn)行的部分干燥將促進(jìn)生物質(zhì)燃料進(jìn)入燃燒區(qū)后的揮發(fā)分析出。
試驗(yàn)進(jìn)一步表明，當(dāng)受熱時(shí)，生物質(zhì)燃料中的一些揮發(fā)分將與水分同時(shí)析出。因此，根據(jù)本發(fā)明，也可以通過(guò)預(yù)熱的方式使得揮發(fā)分與水分一起從生物質(zhì)燃料中析出。與在鍋爐的燃燒區(qū)中析出揮發(fā)分相比，在進(jìn)入燃燒區(qū)之前揮發(fā)分就從生物質(zhì)燃料中析出將增強(qiáng)它們減少NOx的效果。
給出一個(gè)部分干燥第二燃料即生物質(zhì)燃料的例子，其中生物質(zhì)燃料通過(guò)0.75磅的循環(huán)煙氣和0.25磅的空氣輸送到燃料噴射器。200oF的預(yù)熱空氣和280oF的煙氣混合得到260oF的傳輸氣體。隨著生物質(zhì)燃料的溫度為70oF，進(jìn)入燃料噴射器100的生物質(zhì)/傳輸氣體的溫度將接近150oF，這將為生物質(zhì)燃料提供有效的干燥。當(dāng)然所需要的確切溫度和干燥程度取決于生物質(zhì)燃料的種類(lèi)和其水分含量。該溫度可以通過(guò)改變用于傳輸氣體的調(diào)溫空氣的量來(lái)控制。進(jìn)入燃料噴射器的資源燃料的溫度必須維持在其點(diǎn)火溫度以下，并且取決于該特殊燃料的反應(yīng)性。使用熱空氣或者混有空氣的煙氣輸送生物質(zhì)燃料到燃燒器，與此同時(shí)脫去部分揮發(fā)分，將進(jìn)一步提高該燃料的燃燒性能。
可供選擇地，或除上述外，生物質(zhì)燃料在送入燃燒器系統(tǒng)之前被干燥，即預(yù)干燥，使得水分排入大氣，提高了該燃料燃燒時(shí)的熱值，即使得鍋爐效率損失最小化。例如，使用混有調(diào)溫空氣的FGR來(lái)調(diào)節(jié)干燥溫度將在不脫去揮發(fā)分的情況下排出水分。
圖1所示共燒燃燒器系統(tǒng)的另一應(yīng)用是，第二燃料是低揮發(fā)分、難燃的燃料，例如石油焦。這種燃料也很難磨，這就使其比煤甚至更難點(diǎn)火和燃燒。第一燃料是高揮發(fā)分、高反應(yīng)性的燃料，例如褐煤或次煙煤形成的煤粉。在這一應(yīng)用中，石油焦單獨(dú)在一特制的設(shè)備中磨制，以生產(chǎn)出提高火焰穩(wěn)定性所需的粉末，并且提高石油焦的燃盡性能。石油焦從制備裝置，例如球磨機(jī)(圖1中未示出)通過(guò)空氣輸送，其中該球磨機(jī)專門(mén)為難磨的燃料設(shè)計(jì)。一般，每磅石油焦粉末需要大約1.2至1.5磅的傳輸空氣(一次空氣)。為了維持好的火焰穩(wěn)定性，石油焦必須磨到99.5％的物料能通過(guò)50目篩的程度。
在這一應(yīng)用中的第一燃料是高揮發(fā)分、高反應(yīng)性的低級(jí)煤，例如次煙煤或褐煤。如上面所提，燃料噴射器100能給第一和第二燃料提供充分的混合。因而，能夠維持好的火焰穩(wěn)定性。與以往的共燒方法相比，與煤共燒的石油焦的百分比能因此而提高。此外，這也減少了飛灰中的UBC。
在包括用于混合第一固體燃料和第二固體燃料的燃料噴射器的共燒燃燒器系統(tǒng)的另一應(yīng)用中，第一固體燃料是低揮發(fā)分燃料，例如石油焦，第二固體燃料是高揮發(fā)分燃料，例如生物質(zhì)燃料。
參看圖3，所示為根據(jù)本發(fā)明原理的另一說(shuō)明性實(shí)施例。燃料噴射器200也可以用于圖1所示的共燒燃燒器系統(tǒng)10和任一上面描述的應(yīng)用中。燃料噴射器200是一彎管型燃料噴射器。第一燃料(例如，粉媒)由一次空氣從磨煤機(jī)通過(guò)供料管203供入燃料噴射器200的第一端口或進(jìn)口。在這一例子中，燃料噴射器200的第一進(jìn)口是彎管212。燃料分配器213用于使第一燃料流出彎管時(shí)沿軸向流動(dòng)。第一燃料隨后進(jìn)入套管216。第一燃料在燃料噴射器200中流入套管216的運(yùn)動(dòng)如圖3中虛線1所示。
第二燃料沿軸向進(jìn)入燃料噴射器200的第二端口或進(jìn)口。該第二進(jìn)口為位于燃料噴射器200末端的供料管214。第二燃料供應(yīng)管214的尺寸優(yōu)選為使第二燃料以每秒50至100英寸的速度由供料管214流入套管216。第二燃料在燃料噴射器200中流入套管216的運(yùn)動(dòng)如圖3中虛線2所示。套管216是燃料噴射器200的混合室。當(dāng)?shù)诙剂虾偷谝蝗剂线M(jìn)入燃料噴射器200的套管216時(shí)，葉輪，或其他擴(kuò)散裝置，215用于為它們提供充分的混合。葉輪215位于連接有第二燃料供應(yīng)管215的套管219中。接著，經(jīng)過(guò)充分混合的燃料沿著燃燒器端部217(或噴嘴)的圓周均勻分布地噴出該端部。作為葉輪215的代替，也可以將一擴(kuò)散器置于周?chē)敲悍哿鞯牡诙剂蠂娚涔?14中，為這兩種燃料提供充分的混合。
在第二燃料是高揮發(fā)分資源燃料的應(yīng)用中，優(yōu)選為第二燃料從燃料制備裝置由從鍋爐空氣加熱器后循環(huán)來(lái)的煙氣或者煙氣和空氣的混合氣輸送?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)輸送介質(zhì)中空氣的量來(lái)控制火焰中心的化學(xué)計(jì)量，其中該化學(xué)計(jì)量取決于第二燃料的含氧量、每磅資源燃料使用的傳輸氣體磅數(shù)和期望的NOx水平。如上面對(duì)圖2的實(shí)施例的討論，為了在第二燃料進(jìn)入燃燒區(qū)之前對(duì)其部分干燥，傳輸介質(zhì)的溫度可以控制在150oF至200oF的范圍內(nèi)。在第二燃料是石油焦的應(yīng)用中，石油焦從制備裝置，例如球磨機(jī)通過(guò)空氣輸送，其中該球磨機(jī)專門(mén)設(shè)計(jì)成把難磨的燃料磨到99.5％能通過(guò)50目篩的粒徑分布。
如上所述，本發(fā)明構(gòu)思提供了一種在兩種或更多種固體燃料噴入鍋爐燃燒室之前將其混合的方法和裝置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一鍋爐系統(tǒng)包括一帶有混合設(shè)備的燃燒器組件，其中該混合設(shè)備在第一燃料和第二燃料噴入鍋爐燃燒室之前將其充分混合成新的均勻燃料流。這樣的系統(tǒng)允許有更高百分比的第二燃料與煤共燒，以維持火焰穩(wěn)定性和減少NOx的形成。這是非常有利的，因?yàn)樗沟迷灰暈閺U料的低燃燒性的廉價(jià)燃料(例如石油焦)能夠與高燃燒性的燃料，例如木屑共燒。此外，煤粉和木屑，或其他生物質(zhì)燃料也能混合。在這一實(shí)施例中，用于本系統(tǒng)的煤量可以與引入系統(tǒng)的生物質(zhì)燃料量成比例的減少。的確，生物質(zhì)燃料比煤便宜，使用這種方法和裝置不僅保護(hù)環(huán)境，而且經(jīng)濟(jì)合算。并且，隨著NOx的有效減少，引入鍋爐系統(tǒng)的第二生物質(zhì)燃料的量可以增加。也就是說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，高揮發(fā)分的第二燃料與第一燃料在進(jìn)入燃燒區(qū)之前的充分混合促進(jìn)了NOx析出量的減少。
盡管已結(jié)合特定的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但應(yīng)該理解這些實(shí)施例僅僅說(shuō)明本發(fā)明的原理和應(yīng)用。例如，本發(fā)明構(gòu)思應(yīng)用于任何燃燒過(guò)程使用的燃燒器，并且對(duì)鍋爐燃燒使用的不同類(lèi)型燃料噴射器也是適用的。同樣，盡管在文中用渦卷型和彎管型燃料噴射器對(duì)本發(fā)明構(gòu)思進(jìn)行了描述，但不要求體現(xiàn)本發(fā)明原理的燃料噴射器僅僅是這一種或那一種。此外，盡管在文中描述了一種第一燃料和一種第二燃料，但本發(fā)明構(gòu)思也適用于兩種粉末的混合物。因此，應(yīng)該理解對(duì)說(shuō)明性實(shí)施例可以進(jìn)行多種改變，并且其他的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也不脫離本發(fā)明的附加權(quán)利要求書(shū)的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種燃燒器組件，包括一第一進(jìn)口，用于接收第一固體燃料；一第二進(jìn)口，用于接收第二固體燃料；一位于第一和第二進(jìn)口下游的混合室，用于混合第一固體燃料和第二固體燃料，從而得到混合固體燃料；和一位于所述混合室下游、在所述燃燒器組件遠(yuǎn)端的噴嘴，用于向燃燒室提供混合固體燃料。
2.如權(quán)利要求1所述的燃燒器組件，其特征在于所述混合室進(jìn)一步包括一混合元件，該元件用于充分混合第一固體燃料和第二固體燃料以提供非常均勻的混合固體燃料。
3.如權(quán)利要求2所述的燃燒器組件，其特征在于所述混合元件是一擴(kuò)散元件。
4.如權(quán)利要求2所述的燃燒器組件，其特征在于所述混合元件是一葉輪。
5.如權(quán)利要求1所述的燃燒器組件，其特征在于所述混合室是一燃料噴射器的一部分。
6.如權(quán)利要求5所述的燃燒器組件，其特征在于所述燃料噴射器是渦卷型燃料噴射器。
7.如權(quán)利要求5所述的燃燒器組件，其特征在于所述燃料噴射器是彎管型燃料噴射器。
8.如權(quán)利要求5所述的燃燒器組件，其特征在于所述燃料噴射器包括用于充分混合第一固體燃料和第二固體燃料的葉輪。
9.如權(quán)利要求5所述的燃燒器組件，其特征在于所述燃料噴射器包括用于將第一固體燃料與第二固體燃料充分混合的擴(kuò)散元件。
10.如權(quán)利要求1所述的燃燒器組件，其特征在于所述第一固體燃料是煤粉。
11.如權(quán)利要求1所述的燃燒器組件，其特征在于所述第一固體燃料是石油焦。
12.如權(quán)利要求1所述的燃燒器組件，其特征在于所述第二固體燃料是生物質(zhì)燃料。
13.如權(quán)利要求12所述的燃燒器組件，其特征在于所述生物質(zhì)燃料被預(yù)先干燥。
14.如權(quán)利要求1所述的燃燒器組件，其特征在于所述第二固體燃料是石油焦。
15.一種用于爐子的燃料噴射器，該燃料噴射器包括一第一進(jìn)口，用于接收第一固體燃料；一第二進(jìn)口，用于接收第二固體燃料；至少一個(gè)與第一進(jìn)口或第二進(jìn)口連接的長(zhǎng)形套管；一與所述至少一個(gè)長(zhǎng)形套管連接的混合室，用于將第一固體燃料與第二固體燃料混合；和一位于燃料噴射器遠(yuǎn)端的噴嘴，用于向燃燒室提供經(jīng)混合的第一固體燃料和第二固體燃料。
16.如權(quán)利要求15所述的燃料噴射器，其特征在于第一進(jìn)口和第二進(jìn)口中的至少一個(gè)是渦卷型進(jìn)口。
17.如權(quán)利要求15所述的燃料噴射器，其特征在于第一進(jìn)口和第二進(jìn)口中的至少一個(gè)是彎管型進(jìn)口。
18.如權(quán)利要求15所述的燃料噴射器，其特征在于所述混合室包括一用于混合第一固體燃料和第二固體燃料的混合元件。
19.如權(quán)利要求18所述的燃料噴射器，其特征在于所述混合元件是一擴(kuò)散元件。
20.如權(quán)利要求18所述的燃料噴射器，其特征在于所述混合元件是一葉輪。
21.如權(quán)利要求15所述的燃料噴射器，其特征在于所述第一固體燃料是煤粉。
22.如權(quán)利要求15所述的燃料噴射器，其特征在于所述第一固體燃料是石油焦。
23.如權(quán)利要求15所述的燃料噴射器，其特征在于所述第二固體燃料是生物質(zhì)燃料。
24.如權(quán)利要求23所述的燃料噴射器，其特征在于所述生物質(zhì)燃料被預(yù)先干燥。
25.如權(quán)利要求15所述的燃料噴射器，其特征在于所述第二固體燃料是石油焦。
26.一種共燒燃燒器系統(tǒng)，它包括一爐子；至少一根第一供料管，用于提供第一固體燃料；至少一根第二供料管，用于提供第二固體燃料；至少一個(gè)與所述爐子相鄰的燃燒器組件，用于混合第一固體燃料和第二固體燃料，并為所述爐子提供混合燃料用于燃燒。
27.如權(quán)利要求26所述的共燒燃燒器系統(tǒng)，其特征在于所述燃燒器組件包括一用于混合第一固體燃料和第二固體燃料的燃料噴射器。
28.如權(quán)利要求27所述的共燒燃燒器系統(tǒng)，其特征在于所述燃料噴射器是一渦卷型燃料噴射器。
29.如權(quán)利要求27所述的共燒燃燒器系統(tǒng)，其特征在于所述燃料噴射器是一彎管型燃料噴射器。
30.如權(quán)利要求26所述的共燒燃燒器系統(tǒng)，其特征在于所述燃料噴射器包括一用于混合第一固體燃料和第二固體燃料的混合元件。
31.如權(quán)利要求30所述的共燒燃燒器系統(tǒng)，其特征在于所述混合元件是一擴(kuò)散元件。
32.如權(quán)利要求30所述的共燒燃燒器系統(tǒng)，其特征在于所述混合元件是一葉輪。
33.如權(quán)利要求26所述的共燒燃燒器系統(tǒng)，其特征在于所述第一固體燃料是煤粉。
34.如權(quán)利要求26所述的共燒燃燒器系統(tǒng)，其特征在于所述第一固體燃料是石油焦。
35.如權(quán)利要求26所述的共燒燃燒器系統(tǒng)，其特征在于所述第二固體燃料是生物質(zhì)燃料。
36.如權(quán)利要求35所述的共燒燃燒器系統(tǒng)，其特征在于所述生物質(zhì)燃料被預(yù)先干燥。
37.如權(quán)利要求26所述的共燒燃燒器系統(tǒng)，其特征在于所述第二固體燃料是石油焦。
38.一種燃燒多種固體燃料的方法，該方法包括供應(yīng)第一固體燃料到燃燒器組件；供應(yīng)第二固體燃料到燃燒器組件；在燃燒器組件中混合第一固體燃料和第二固體燃料，直到得到均勻的混合燃料；將所述混合燃料供給一爐子；和在爐子中燃燒所述混合燃料。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于所述混合步驟將第一固體燃料和第二固體燃料充分混合在一起。
40.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于所述混合步驟包括使用燃料噴射器將第一固體燃料和第二固體燃料混合在一起的步驟。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于所述燃料噴射器是一渦卷型燃料噴射器。
42.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于所述燃料噴射器是一彎管型燃料噴射器。
43.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于所述第一固體燃料是煤粉。
44.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于所述第一固體燃料是石油焦。
45.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于所述第二固體燃料是生物質(zhì)燃料。
46.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于所述供應(yīng)第二固體燃料的步驟包括預(yù)先干燥生物質(zhì)燃料的步驟。
47.如權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于所述預(yù)先干燥生物質(zhì)燃料的步驟發(fā)生在其傳輸?shù)饺紵鹘M件之前。
48.如權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于所述預(yù)先干燥生物質(zhì)燃料的步驟包括使用煙氣再循環(huán)的步驟。
49.如權(quán)利要求46所述的方法，其特征在于所述預(yù)先干燥生物質(zhì)燃料的步驟包括使用混有調(diào)溫空氣的煙氣再循環(huán)的步驟。
50.如權(quán)利要求38所述的方法，其特征在于所述第二固體燃料是石油焦。
全文摘要
一種燃燒器組件，用于在鍋爐燃燒區(qū)(65)中共燒第一固體燃料和第二固體燃料。該裝置包括用于在第一固體燃料和第二固體燃料燃料噴入鍋爐(60)燃燒區(qū)(65)之前將其混合的燃料噴射器(100)。第一固體燃料可以是煤粉、石油焦粉末，或者類(lèi)似物，而第二固體燃料可以是生物質(zhì)燃料或衍生廢料燃料。
文檔編號(hào)F23C1/00GK1742180SQ200480002599
公開(kāi)日2006年3月1日 申請(qǐng)日期2004年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月22日
發(fā)明者喬爾·瓦茨基, R·E·考恩 申請(qǐng)人:喬爾·瓦茨基