燃氧耦合燃燒和再循環系統技術方案

本發明專利技術涉及燃氧耦合燃燒和再循環系統。提供一種用于燃氧爐的燃燒系統。燃燒系統包括能夠安裝在燃氧爐上且具有至少一個主要燃燒位置的至少一個風箱。至少一個一次入口定位在至少一個主要燃燒位置，用于將燃料和第一氧化劑運送到燃氧爐中。至少一個二次入口定位在至少一個主要燃燒位置，用于將第二氧化劑運送到燃氧爐中。至少一個二次入口與至少一個一次入口有角地偏移。

【技術實現步驟摘要】
燃氧耦合燃燒和再循環系統政府權利本專利技術是在美國合同No.DE-NT0005290下利用政府支持完成的。美國政府對本專利技術保留某些權利。
本公開大體涉及燃氧耦合燃燒和再循環系統，并且更特別地，涉及切向燃燒式燃氧和再循環系統，其中，選擇性地提高氧濃度。
技術介紹
蒸汽發生器，特別是那些煤燃型蒸汽發生器，可產生有害排放。目前的努力集中在氧燃燒(例如，燃氧)上，該氧燃燒將氧噴射到管道中，該管道將煙道氣輸送到燃料供應系統(例如，碎煤機系統)和/或蒸汽發生器中。可從空氣分離單元供應氧。由于消除了空氣燃燒時出現的固有氮，故氧燃燒導致可更高效地封存的基本純的二氧化碳產物氣體。大多數燃氧蒸汽發生器利用重要的煙道氣再循環來緩和爐溫度。高速率的氣體再循環增加相當高的成本、復雜性，并且提高對輔助功率的需要。典型地，在進入蒸汽發生器之前，來自空氣分離單元的氧與形成氧化劑流的再循環煙道氣流混合。為了匹配空氣燃燒熱性能，要求近似28%的總體氧濃度。由于空氣和再循環煙道氣之間的氣體密度和熱容量的差異，故該總體氧化劑的氧濃度高于典型空氣?？蓪ρ趸瘎┝髦械难鯘舛仁┬幸恍┫拗啤＠?，可使將粉碎燃料輸送到蒸汽發生器的一次氧化劑流局限于空氣的大約21%的氧含量，以避免關于燃料過早燃燒的問題。而且，大大高于21%的氧含量可要求用較昂貴的、適于氧含量較高的較高級別的材料制造管道和其它構件。對于氧化劑典型地經受的溫度200-900℉，管道和構件的限制為23.5%。
技術實現思路
根據本文示出的方面，提供一種用于燃氧爐的燃燒系統。燃燒系統包括能夠安裝在燃氧爐上且具有至少一個主要燃燒位置的至少一個風箱。至少一個一次入口定位在至少一個主要燃燒位置，用于將燃料和第一氧化劑運送到燃氧爐中。至少一個二次入口定位在至少一個主要燃燒位置，用于將第二氧化劑運送到燃氧爐中。至少一個二次入口與至少一個一次入口有角地偏移。根據本文示出的另外的方面，提供一種燃氧系統，其具有限定至少一個壁的切向燃燒燃氧爐。燃料源將燃料運送到燃氧爐，并且氧化劑源產生第一氧化劑流。一次氣體再循環流從煙道氣提取，其富含從第一氧化劑流提取的氧，并且作為第一富氧流傳送到燃氧爐。二次氣體再循環流從煙道氣提取，其富含從第一氧化劑流提取的氧，并且作為第二富氧流傳送到燃氧爐。提供一種用于燃氧爐的燃燒系統。燃燒系統包括能夠安裝在燃氧爐上且具有至少一個主要燃燒位置的至少一個風箱。至少一個一次入口定位在至少一個主要燃燒位置，用于將燃料和第一氧化劑運送到燃氧爐中。至少一個二次入口定位在至少一個主要燃燒位置，用于將第二氧化劑運送到燃氧爐中。至少一個二次入口與至少一個一次入口有角地偏移。以下面的圖且在詳細描述中舉例說明上面描述的特征和其它特征。附圖說明現在參照附圖，附圖是示例性實施例，并且其中，用相同方式對相同元件編號：圖1是根據本專利技術的燃氧耦合燃燒和再循環系統的一個實施例的示意圖。圖2是根據本專利技術的燃氧耦合燃燒和再循環系統的另一個實施例的示意圖。圖3是用于在圖1和圖2的燃氧耦合燃燒和再循環系統中使用的切向燃燒式燃燒系統的側視圖。圖4是圖3的切向燃燒式燃燒系統的俯視圖。圖5是與噴燃器區分級有關的NOx排放的圖形表示。圖6A提供計算流體動力建模的結果，其顯示在根據本專利技術的噴射策略進行優化之前的基準燃氧的爐壁CO濃度。圖6B提供計算流體動力建模的結果，其顯示在根據本專利技術的噴射策略進行優化時的基準燃氧的爐壁CO濃度圖7提供分別使用圖6A和6B中顯示的相同基準和噴射策略而獲得的所得測量結果。具體實施方式參照圖1，燃氧耦合燃燒和再循環系統大體由附圖標記10表示，在下文中被稱為燃氧系統10，并且包括燃氧爐12，燃氧爐12具有切向燃燒系統，諸如切向燃燒鍋爐40。電功率產生系統的一個實施例包括燃氧系統10，燃氧系統10具有蒸汽發生部分，該蒸汽發生部分包括切向燃燒鍋爐40。燃氧系統10包括燃料源15和燃料16(諸如例如粉煤)，燃料16從燃料源15傳送到鍋爐40。諸如空氣分離單元50的氧化劑源從進入空氣流52提取氧，或者直接從大氣提取氧，并且排出氮流54。第一氧化劑流18傳送來自空氣分離單元50的氧，并且將氧傳送到鍋爐40中。雖然第一氧化劑流18顯示和描述為從空氣分離單元50傳送到鍋爐40中，但本專利技術在該方面不受限制，這是因為第一氧化劑流18可由任何氧源提供，而不偏離本專利技術的較寬泛方面。燃料16在鍋爐40中與第一氧化劑流18的燃燒產生煙道氣20的流出流。煙道氣20的組分典型地包括CO2、水蒸氣和少量O2、N2，以及諸如SOx、NOx和CO的污染物。煙道氣20從鍋爐40傳送通過第一熱交換單元60，并且隨后傳送通過一個或更多個煙道氣處理單元。這樣的煙道氣處理單元可包括(但不限于)空氣質量控制系統(“AQCS”)70的一個或更多個單元，用于控制煙道氣20、煙道氣冷卻器或第二熱交換單元80和氣體處理單元90的顆粒和/或從煙道氣20、煙道氣冷卻器或第二熱交換單元80和氣體處理單元90移除顆粒。在圖1中顯示的實施例中，燃氧系統10的AQCS單元包括顆?？刂茊卧?2和硫控制單元74。在傳送通過AQCS單元之后，煙道氣20在第二熱交換單元80中冷卻。從第二熱交換單元80排出的煙道氣20傳送到氣體處理單元90，主要是為了進行碳捕捉和存儲，使得阻止CO2排放流92釋放到大氣中。從煙道氣20移除水和其它成分和顆粒產生適于封存或其它用途的基本純的CO2流。從排出自第二熱交換單元80的煙道氣20提取再循環煙道氣26，并且再循環煙道氣26分成一次氣體再循環流28和二次氣體再循環流30。一次氣體再循環流28和二次氣體再循環流30在第一熱交換單元60中被接收自鍋爐40且傳送通過鍋爐40的煙道氣20加熱。一次氣體再循環流28從第一熱交換單元60傳送，富含從第一氧化劑流18提取的氧，以形成第一富氧流29，并且引入到燃料源15中，并且作為燃料16和一次氧化劑的混合物傳送到鍋爐40。二次氣體再循環流30從第一熱交換單元60傳送，富含從第一氧化劑流18提取的氧，以形成第二富氧流32，并且作為二次氧化劑或第二氧化劑流傳送到鍋爐40。因此，在燃氧系統10中，典型的燃燒空氣(即，第一氧化劑流18)被富氧流29和32(即，富氧氣體再循環流28和30)取代。燃燒產物包括CO2含量高的煙道氣流出流，其可被更簡單地處理用于封存或高純度產物。燃料需要一定量的氧加上一些量的多余氧，以確保完全燃燒。添加到富氧流32的氧量基于在鍋爐40中燃燒的燃料16的量。燃燒燃料16與第一氧化劑流18將產生比實際鍋爐材料高得多的火焰溫度。用從第一氧化劑流18提取的氧來補充CO2含量高的二次氣體再循環流30，并且提供富氧流32，用于燃燒鍋爐40中的燃料16，從而緩和爐溫度。如果需要額外的氧來燃燒燃料16，則第一氧化劑流18的一部分還可傳送到鍋爐40?？墒挂淮螝怏w再循環流28選擇性地富含氧，該氧從第一氧化劑流18抽出，并且在一個或更多個適當的噴射位置處(諸如例如圖1中顯示的位置A和C)，經由第二氧流33A和/或第三氧流33C，噴射到一次氣體再循環流28中?？蓮牡谝谎趸瘎┝?8抽出添加到富氧流32的補充氧，并且在一個或更多個適當的噴射位置處(諸如例如圖1中顯示的位置B和D)，經由第四氧流34B和/或第五氧流34D，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于燃氧爐的燃燒系統，所述燃燒系統包括：能夠安裝在所述燃氧爐上的至少一個風箱；所述至少一個風箱包括至少一個主要燃燒位置；定位在所述至少一個主要燃燒位置的至少一個一次入口，其用于將燃料和第一氧化劑運送到所述燃氧爐中；以及定位在所述至少一個主要燃燒位置的至少一個二次入口，其用于將第二氧化劑運送到所述燃氧爐中，所述至少一個二次入口與所述至少一個一次入口有角地偏移。

【技術特征摘要】
2013.01.28 US 13/7515911.一種用于燃氧爐的燃燒系統，所述燃燒系統包括：具有多個壁和拐角的燃氧爐，所述壁設置在所述拐角之間；多個風箱，每個所述風箱能夠在所述燃氧爐的拐角處安裝在所述燃氧爐上，每個所述風箱限定一主要燃燒位置；定位在每個所述風箱的至少一個一次入口，其用于以與具有第一直徑的第一圓相切的方式將燃料和第一氧化劑運送到所述燃氧爐中；以及定位在每個所述主要燃燒位置的至少一個二次入口，其用于以與具有第二直徑的第二圓相切的方式將第二氧化劑運送到所述燃氧爐中，其中所述第二直徑大于所述第一直徑；和設置在位于所述燃氧爐的其中兩個拐角之間的大約中間位置處的中壁端口中的至少一個中間入口，其用于將第三氧化劑運送到所述燃氧爐中；其中，所述第三氧化劑以與具有第三直徑的第三圓相切的方式被注入到所述燃氧爐中，所述第三直徑大于所述第二直徑。2.根據權利要求1所述的燃燒系統，其特征在于，進一步包括：定位在至少一個所述主要燃燒位置下游的至少一個燃燼位置；以及定位在所述燃燼位置的至少一個第三入口，其用于將第三氧化劑運送到所述燃氧爐中。3.根據權利要求1所述的燃燒系統，其特征在于，所述至少一個中間入口相對于所述一次入口沿側向偏移。4.根據權利要求1所述的燃燒系統，其特征在于，所述至少一個一次入口定位成與所述至少一個二次入口沿對角相對。5.根據權利要求1所述的燃燒系統，其特征在于，所述至少一個一次入口和所述至少一個二次入口是拐角入口。6.根據權利要求1所述的燃燒系統，其特征在于：所述至少一個一次入口中的各個限定第一圓的第一切線，其中所述第一圓是內圓；并且所述至少一個二次入口中的各個限定第二圓的第二切線，所述第二圓大于所述第一圓。7.根據權利要求6所述的燃燒系統，其特征在于，所述第一圓和所述第二圓是同心的。8.根據權利要求3所述的燃燒系統，其特征在于：所述至少一個一次入口中的各個限定第一圓的第一切線，其中所述第一圓是內圓；所述至少一個二次入口中的各個限定第二圓的第二切線，所述第二圓大于所述第一圓；并且所述至少一個中間入口中的各個限定第三圓的第三切線，所述第三圓大于所述第二圓，其中所述第三圓是外圓。9.根據權利要求8所述的燃燒系統，其特征在于，所述第一圓、所述第二圓和所述第三圓是同心的。10.根據權利要求1所述的燃燒系統，其特征在于，所述至少一個一次入口和所述至少一個二次入口構造成使所述燃氧爐的總爐壁區域的一部分減少為小于所述總爐壁區域的1.5%，所述燃氧爐在所述總爐壁區域的該部分附近具有大于6%摩爾分數的高一氧化碳濃度的區域。11.一種燃氧系統，包括：切向燃燒燃氧爐，包括設置在所述切向燃燒燃氧爐的拐角之間的至少一個壁；用于將燃料運送到所述燃氧爐的燃料源；用于產生第一氧化劑流的氧化劑源；從煙道氣提取的一次氣體再循環流，其富含從所述第一氧化劑流提取的氧，并且作為第一富氧流被傳送到所述燃氧爐；從所述煙道氣提取的二次氣體再循環流，其...

【專利技術屬性】
技術研發人員：JR肯尼，Y陳，A勒瓦索伊爾，PJ查普曼，
申請(專利權)人：阿爾斯通技術有限公司，
類型：發明
國別省市：瑞士;CH