[发明专利]燃氧耦合燃烧和再循环系统

说明书

政府权利

本发明是在美国合同No. DE-NT0005290下利用政府支持完成的。美国政府对本发明保留某些权利。

技术领域

本公开大体涉及燃氧耦合燃烧和再循环系统，并且更特别地，涉及切向燃烧式燃氧和再循环系统，其中，选择性地提高氧浓度。

背景技术

蒸汽发生器，特别是那些煤燃型蒸汽发生器，可产生有害排放。目前的努力集中在氧燃烧(例如，燃氧)上，该氧燃烧将氧喷射到管道中，该管道将烟道气输送到燃料供应系统(例如，碎煤机系统)和/或蒸汽发生器中。可从空气分离单元供应氧。由于消除了空气燃烧时出现的固有氮，故氧燃烧导致可更高效地封存的基本纯的二氧化碳产物气体。大多数燃氧蒸汽发生器利用重要的烟道气再循环来缓和炉温度。高速率的气体再循环增加相当高的成本、复杂性，并且提高对辅助功率的需要。

典型地，在进入蒸汽发生器之前，来自空气分离单元的氧与形成氧化剂流的再循环烟道气流混合。为了匹配空气燃烧热性能，要求近似28%的总体氧浓度。由于空气和再循环烟道气之间的气体密度和热容量的差异，故该总体氧化剂的氧浓度高于典型空气。可对氧化剂流中的氧浓度施行一些限制。例如，可使将粉碎燃料输送到蒸汽发生器的一次氧化剂流局限于空气的大约21%的氧含量，以避免关于燃料过早燃烧的问题。而且，大大高于21%的氧含量可要求用较昂贵的、适于氧含量较高的较高级别的材料制造管道和其它构件。对于氧化剂典型地经受的温度200-900℉，管道和构件的限制为23.5%。

发明内容

根据本文示出的方面，提供一种用于燃氧炉的燃烧系统。燃烧系统包括能够安装在燃氧炉上且具有至少一个主要燃烧位置的至少一个风箱。至少一个一次入口定位在至少一个主要燃烧位置，用于将燃料和第一氧化剂运送到燃氧炉中。至少一个二次入口定位在至少一个主要燃烧位置，用于将第二氧化剂运送到燃氧炉中。至少一个二次入口与至少一个一次入口有角地偏移。

根据本文示出的另外的方面，提供一种燃氧系统，其具有限定至少一个壁的切向燃烧燃氧炉。燃料源将燃料运送到燃氧炉，并且氧化剂源产生第一氧化剂流。一次气体再循环流从烟道气提取，其富含从第一氧化剂流提取的氧，并且作为第一富氧流传送到燃氧炉。二次气体再循环流从烟道气提取，其富含从第一氧化剂流提取的氧，并且作为第二富氧流传送到燃氧炉。提供一种用于燃氧炉的燃烧系统。燃烧系统包括能够安装在燃氧炉上且具有至少一个主要燃烧位置的至少一个风箱。至少一个一次入口定位在至少一个主要燃烧位置，用于将燃料和第一氧化剂运送到燃氧炉中。至少一个二次入口定位在至少一个主要燃烧位置，用于将第二氧化剂运送到燃氧炉中。至少一个二次入口与至少一个一次入口有角地偏移。

以下面的图且在详细描述中举例说明上面描述的特征和其它特征。

附图说明

现在参照附图，附图是示例性实施例，并且其中，用相同方式对相同元件编号：

图1是根据本发明的燃氧耦合燃烧和再循环系统的一个实施例的示意图。

图2是根据本发明的燃氧耦合燃烧和再循环系统的另一个实施例的示意图。

图3是用于在图1和图2的燃氧耦合燃烧和再循环系统中使用的切向燃烧式燃烧系统的侧视图。

图4是图3的切向燃烧式燃烧系统的俯视图。

图5是与喷燃器区分级有关的NOx排放的图形表示。

图6A提供计算流体动力建模的结果，其显示在根据本发明的喷射策略进行优化之前的基准燃氧的炉壁CO浓度。

图6B提供计算流体动力建模的结果，其显示在根据本发明的喷射策略进行优化时的基准燃氧的炉壁CO浓度

图7提供分别使用图6A和6B中显示的相同基准和喷射策略而获得的所得测量结果。

具体实施方式

参照图1，燃氧耦合燃烧和再循环系统大体由附图标记10表示，在下文中被称为燃氧系统10，并且包括燃氧炉12，燃氧炉12具有切向燃烧系统，诸如切向燃烧锅炉40。电功率产生系统的一个实施例包括燃氧系统10，燃氧系统10具有蒸汽发生部分，该蒸汽发生部分包括切向燃烧锅炉40。