專利名稱：多級(jí)高效環(huán)保型燃?xì)廨啓C(jī)氣體燃料分級(jí)燃燒方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本

發(fā)明內(nèi)容
屬于動(dòng)力設(shè)備領(lǐng)域，涉及包括氣體燃料燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置，尤其是用于提高重型燃?xì)廨啓C(jī)電力發(fā)電效率和降低重型燃?xì)廨啓C(jī)電力發(fā)電污染物排放的裝置。具體地說，本發(fā)明涉及到這樣一種多級(jí)高效環(huán)保型燃?xì)廨啓C(jī)氣體燃料分級(jí)燃燒方法及系統(tǒng)，在這種燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)系統(tǒng)中，氧化劑(空氣、富氧空氣或氧氣)分級(jí)送入各級(jí)燃燒室，燃料氣逐級(jí)氧化或燃燒，分別進(jìn)入各級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)做功。從第一級(jí)至最后一級(jí)，可燃?xì)怏w濃度和壓力逐級(jí)減小。
背景技術(shù)：
一個(gè)最簡(jiǎn)單的燃?xì)廨啓C(jī)裝置包括一個(gè)壓縮機(jī)、一個(gè)燃燒室和一個(gè)渦輪。吸入的空氣經(jīng)過壓縮機(jī)的壓縮后與一燃料混合，這一混合物在燃燒室中燃燒，所生成的煙氣流入渦輪，由渦輪將煙氣中的部分能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
簡(jiǎn)單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的排氣溫度高達(dá)450℃～600℃，如果在燃?xì)廨啓C(jī)中加裝回?zé)崞?，利用這高溫排氣來加熱壓氣機(jī)出口的空氣，提高它進(jìn)入燃燒室的溫度，可以減少加入燃燒室中的燃料量，從而提高了熱效率，這就是回?zé)嵫h(huán)。由于回?zé)崞鞯捏w積和尺寸較大，設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用較高，隨著燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)技術(shù)的迅速發(fā)展，目前在大型燃?xì)廨啓C(jī)中實(shí)際應(yīng)用回?zé)嵫h(huán)并不多見。
在氣體壓縮過程中，氣體會(huì)升溫而導(dǎo)致壓縮機(jī)功耗增加。因此在壓縮過程中，把工質(zhì)引至冷卻器冷卻后，再回到壓氣機(jī)中繼續(xù)壓縮的中間冷卻、逐漸壓縮的過程，這稱為間冷循環(huán)。理論上，間冷次數(shù)無窮多時(shí)，壓縮過程就變?yōu)榈葴貕嚎s，壓縮耗功降至最低，循環(huán)比功增加最多。
在膨脹過程中間，把工質(zhì)引出至再熱燃燒室中加熱后，再回到燃?xì)馔钙街欣^續(xù)膨脹以完成膨脹過程，這稱為再熱循環(huán)。理論上，再熱次數(shù)無窮多時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)中的膨脹過程就變?yōu)榈葴嘏蛎洠蛎浌_(dá)到最大，循環(huán)比功增加最多。實(shí)際上，無窮多次間冷循環(huán)和無窮多次再熱循環(huán)是做不到的。
法律及環(huán)境方面的要求對(duì)發(fā)電裝置的氧化氮(NOx)排放量采取了嚴(yán)格的限制。通常，在燃?xì)廨啓C(jī)中，要求燃燒室有較低的燃燒溫度以降低氧化氮(NOx)排放量。先有技術(shù)采用相當(dāng)極端的措施來降低氧化氮的排放。例如，常規(guī)辦法是給燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)加入過量的空氣、水或水蒸氣以降低其中的反應(yīng)溫度。雖然這種方法至少在降低燃燒溫度方面是部分有效的，但過多的空氣、水或水蒸氣的使用增添了計(jì)量燃燒室合適供給量的復(fù)雜性和降低了燃燒效率，并且增加了可用能的損失，從而限制了整個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的發(fā)電效率提高。
另一種可能的方法是催化燃燒的辦法，使用一種催化劑以促使燃燒能在比常規(guī)可能情況更低的濃度下進(jìn)行。但是總的來說，催化劑是很昂貴的，并且依靠它們來得到有效的完全反應(yīng)的技術(shù)是很復(fù)雜的。再就是在余熱鍋爐中安裝選擇性催化還原反應(yīng)器來減少NOx的最終排放。
現(xiàn)有的燃?xì)廨啓C(jī)裝置一般都配有多級(jí)燃燒室，其上有多個(gè)可并行運(yùn)行的燃燒器級(jí)，這些燃燒器級(jí)根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)裝置的負(fù)載情況可以單個(gè)運(yùn)行或聯(lián)合運(yùn)行。中國專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)?00480028655.4)提及了一種采用在燃燒之前把氣態(tài)燃料和空氣精確地預(yù)混起來的方法，使燃燒在較低的溫度下進(jìn)行從而使氧化氮及一氧化碳的排放量降低。中國專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)?7120031.9)提出了一種具有順序燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)，屬于上面所述的一種常規(guī)的再熱循環(huán)，即在二級(jí)燃燒室中噴入燃料。但總體上看，上述諸技術(shù)的多級(jí)燃燒室內(nèi)的燃燒仍然是在貧燃料的條件下所進(jìn)行的，并未明確提出本發(fā)明所說的分級(jí)燃燒。
上述燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)和已有的再熱循環(huán)不足之處在于燃料(或者燃料與氧化劑一起)噴入再熱燃燒室中定壓下完全燃燒；其特點(diǎn)是燃料的燃燒是在氧化性氣氛甚至高過量氧的氧化性氣氛下進(jìn)行的，因此不得不靠降低燃燒溫度來減少NOx排放。而且由于燃燒的溫度降低，必然限制整個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)裝置效率的提高。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述背景技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種可以降低NOx排放并實(shí)現(xiàn)高效率發(fā)電的多級(jí)高效環(huán)保型燃?xì)廨啓C(jī)氣體燃料分級(jí)燃燒方法，并按該方法產(chǎn)生了多級(jí)燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)系統(tǒng)。
為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案一種多級(jí)高效環(huán)保型燃?xì)廨啓C(jī)氣體燃料分級(jí)燃燒方法，其特征在于，將燃料氣的完全燃燒分成若干級(jí)，即將所有的高壓燃料氣全部送入第一級(jí)燃燒室并依次通過后面各級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)和燃燒室，適合于各類高壓燃料氣的燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)，尤其適合高壓的氣化爐排出的高溫高壓可燃?xì)怏w的燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)，而對(duì)于溫度和壓力較低的其他氣體燃料可另外配置壓氣機(jī)和回?zé)崞鲗⑵渖郎厣龎?；在最后一?jí)之前的所有燃燒室內(nèi)分別送入一定量的氧化劑，控制燃燒室中的氣氛為還原性氣氛并使之達(dá)到某一特定的溫度，通?？蛇x擇為燃?xì)馔钙剿艹惺艿淖罡邷囟?，從而避免了NOx的生成，且有高的可用能利用效率；在末級(jí)燃燒室內(nèi)，補(bǔ)充入足夠的化學(xué)計(jì)量比的氧化劑完成全部的燃料氣燃燒并使之達(dá)到某一特定溫度值后送入末級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)做功。
所述的氧化劑為空氣、富氧空氣或氧氣，氧化劑和燃料氣量有控制的偏離化學(xué)當(dāng)量比，保證每一級(jí)燃燒室中燃料和氧化劑在還原性氣氛下進(jìn)行燃燒，即燃料氣逐級(jí)氧化或燃燒，每級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)只完成部分燃料氣的燃燒，然后進(jìn)入這一級(jí)的燃?xì)廨啓C(jī)做功，在末級(jí)燃燒室中，補(bǔ)充入足夠的化學(xué)計(jì)量比的氧化劑完成全部燃料氣的燃燒，進(jìn)入末級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)做功。
實(shí)現(xiàn)上述方法的多級(jí)高效環(huán)保型燃?xì)廨啓C(jī)氣體燃料分級(jí)燃燒系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括多級(jí)壓氣機(jī)，用于分級(jí)壓縮和分級(jí)供給氧化劑，一級(jí)壓氣機(jī)上有氧化劑進(jìn)口，壓氣機(jī)按相應(yīng)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒所需氧化劑的壓力和流量分成若干級(jí)，壓氣機(jī)各級(jí)之間設(shè)置間冷器，也可不設(shè)置間冷器；不同級(jí)的壓縮氣體根據(jù)壓力分別送入對(duì)應(yīng)的燃燒室內(nèi)，供給燃料氣的燃燒所需氧化劑，還可設(shè)置用排氣余熱加熱氧化劑回?zé)崞?，將燃?xì)廨啓C(jī)排氣的余熱回送到各級(jí)燃燒室；壓氣機(jī)可由燃?xì)馔钙津?qū)動(dòng)或者單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。
多級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)，它被來自該級(jí)的燃燒室的高溫高壓燃?xì)馑?qū)動(dòng)，用于帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，并可帶動(dòng)壓氣機(jī)工作；多級(jí)燃燒室，用于分級(jí)燃燒燃料氣，以便生成高溫燃?xì)?，它的第一?jí)燃燒室連接在末級(jí)壓氣機(jī)和第一級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)之間；其它級(jí)燃燒室設(shè)置在兩級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)之間，第一級(jí)燃燒室上有高壓燃?xì)膺M(jìn)口，前一級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)的排氣作為下一級(jí)燃燒室的燃料；空氣、富氧空氣或純氧由氧化劑進(jìn)口進(jìn)入一級(jí)壓氣機(jī)，被壓縮到一定的壓力后，一部分送入末級(jí)燃燒室供燃料氣的燃燒需要，其余部分經(jīng)過一級(jí)間冷器后進(jìn)入二級(jí)壓氣機(jī)進(jìn)一步壓縮到更高壓力，然后再分出一部分送入倒數(shù)第二級(jí)燃燒室供燃料氣燃燒所需，其余部分經(jīng)過二級(jí)間冷器后進(jìn)入三級(jí)壓氣機(jī)進(jìn)一步壓縮到更高壓力，經(jīng)過若干級(jí)后，直至進(jìn)入末級(jí)壓氣機(jī)進(jìn)一步壓縮后再送入一級(jí)燃燒室供燃料氣的燃燒；有一定溫度的高壓燃料氣由高壓燃?xì)膺M(jìn)口進(jìn)入一級(jí)燃燒室與末級(jí)壓縮機(jī)送來的氧化劑混合，部分燃燒后生成高溫高壓的氣體進(jìn)入一級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)膨脹做功，壓力和溫度降低到一定值后進(jìn)入二級(jí)燃燒室與倒數(shù)第二級(jí)壓氣機(jī)送來的補(bǔ)充氧化劑混合并部分燃燒，生成高溫和一定壓力的氣體進(jìn)入二級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)膨脹做功，經(jīng)過若干級(jí)后，直至氣體降溫降壓到一定值后排入末級(jí)燃燒室，與一級(jí)壓氣機(jī)送入的補(bǔ)充氣體完成燃燒進(jìn)入末級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)做功然后經(jīng)排氣出口排出。
另外，末級(jí)燃燒室和末級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)也可以由常規(guī)的燒氣體燃料的燃?xì)廨啓C(jī)或注汽燃?xì)廨啓C(jī)組成。如有特殊需要，末級(jí)燃燒室和末級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)可以不采用，而以前一級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)直接排氣，從而增大了該燃?xì)廨啓C(jī)氣體燃料的分級(jí)燃燒方法和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性。
本發(fā)明的方法及其多級(jí)燃燒的燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)系統(tǒng)可提高燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的發(fā)電效率和降低NOx的排放。


圖1是本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)的多級(jí)高效環(huán)保型燃?xì)廨啓C(jī)氣體燃料分級(jí)燃燒系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，為一個(gè)分為三級(jí)燃燒的高效環(huán)保型同軸燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)。其他級(jí)數(shù)(包括二級(jí))的分級(jí)燃燒高效環(huán)保型燃?xì)廨啓C(jī)也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。圖中的標(biāo)號(hào)分別表示1、氧化劑進(jìn)口，2、一級(jí)壓氣機(jī)，3、二級(jí)壓氣機(jī)，4、末級(jí)壓氣機(jī)，5、一級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)，6、二級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)，7、末級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)，8、一級(jí)間冷器，9、二級(jí)間冷器，10、高壓燃?xì)膺M(jìn)口，11、一級(jí)燃燒室，12、二級(jí)燃燒室，13、末級(jí)燃燒室，14、二級(jí)燃燒室補(bǔ)氧調(diào)節(jié)閥，15、末級(jí)燃燒室補(bǔ)氧調(diào)節(jié)閥，16、排氣出口，17、發(fā)電機(jī)，18、一級(jí)燃燒室回?zé)崞鳎?9、二級(jí)燃燒室回?zé)崞鳎?0、末級(jí)燃燒室回?zé)崞鳌?br> 下面借助附圖和發(fā)明人給出的一個(gè)實(shí)例對(duì)本發(fā)明的其他特征、特性和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)的多級(jí)高效環(huán)保型燃?xì)廨啓C(jī)氣體燃料分級(jí)燃燒系統(tǒng)，燃燒室和燃?xì)廨啓C(jī)至少分成兩級(jí)，高壓燃料氣全部由第一級(jí)燃燒室進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)，前一級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)的排氣作為下一級(jí)燃燒室的燃料；在末級(jí)之前的燃燒室中，分別送入一定量的氧化劑，氧化劑可以為空氣、富氧空氣或氧氣，氧化劑和燃料氣量有控制的偏離化學(xué)當(dāng)量比，保證每一級(jí)燃燒室中燃料和氧化劑在還原性氣氛下進(jìn)行燃燒，并使送入氧化劑和部分燃料氣反應(yīng)釋放的熱量造成燃料氣升溫至特定的高溫，這一高溫一般為燃?xì)廨啓C(jī)的最高承受溫度，即燃料氣逐級(jí)氧化或燃燒，每級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)只完成部分燃料氣的燃燒，然后進(jìn)入這一級(jí)的燃?xì)廨啓C(jī)做功，顯然還原性的氣氛將有效抑制污染物的生成；在末級(jí)燃燒室中，補(bǔ)充入足夠的化學(xué)計(jì)量比的氧化劑完成全部燃料氣的燃燒，進(jìn)入末級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)做功。這就是氧化劑分級(jí)送入的分級(jí)燃燒技術(shù)，可以清楚的看出，這個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)沒有過量的空氣、水或者蒸汽的摻混，因此可以提高可用能的利用效率。
壓氣機(jī)按相應(yīng)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒所需氧化劑的壓力和流量分成若干級(jí)，壓氣機(jī)各級(jí)之間可設(shè)置間冷器；由于不同級(jí)的壓縮氣體根據(jù)壓力分別送入對(duì)應(yīng)的燃燒室內(nèi)，供給燃料氣的燃燒所需氧化劑，并不是所有的氧化劑都?jí)嚎s到最高壓力，這可有效降低壓氣機(jī)的功耗，提高燃?xì)廨啓C(jī)的凈效率。
末級(jí)燃燒室和末級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)由常規(guī)的燒氣體燃料的燃?xì)廨啓C(jī)或注汽燃?xì)廨啓C(jī)組成，或者不設(shè)置末級(jí)燃燒室和末級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)，由前一級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)直接排氣。
各級(jí)燃燒室前還根據(jù)需要還設(shè)置有回?zé)崞?，用于將燃?xì)廨啓C(jī)的余熱加熱氧化劑再送入燃燒室中。
本發(fā)明的多級(jí)高效環(huán)保型燃?xì)廨啓C(jī)氣體燃料分級(jí)燃燒系統(tǒng)還可以成為一種能提高電站效率的燃?xì)廨啓C(jī)。
本發(fā)明的各級(jí)燃燒室內(nèi)補(bǔ)充氧化劑量的確定方法，使得該系統(tǒng)的每級(jí)燃燒室中只完成部分燃燒過程，從而控制燃燒后生成煙氣的溫度在特定值，通?？蛇x擇為燃?xì)廨啓C(jī)所能承受的最高溫度，以實(shí)現(xiàn)高效低NOx燃燒以及高的循環(huán)效率。
參見圖1，本發(fā)明的多級(jí)高效環(huán)保型燃?xì)廨啓C(jī)氣體燃料分級(jí)燃燒系統(tǒng)，包括多級(jí)壓氣機(jī)，它用于分級(jí)壓縮和分級(jí)供給氧化劑(空氣、富氧空氣或氧氣)，壓氣機(jī)各級(jí)之間可設(shè)置間冷器，以降低壓氣機(jī)功耗而提高凈發(fā)電效率；多級(jí)燃燒室，它用于分級(jí)燃燒燃料氣，以便生成高溫燃?xì)?；多?jí)燃?xì)廨啓C(jī)，它被來自該級(jí)的燃燒室的高溫高壓燃?xì)馑?qū)動(dòng)；連接各級(jí)壓縮機(jī)出口、各級(jí)燃燒室和各級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)的管道等等。所述燃燒室內(nèi)可產(chǎn)生諸如1350℃～1650℃之類的1400℃級(jí)別上或更高溫度的燃?xì)狻Ｈ細(xì)獾臏囟仍礁?，燃?xì)廨啓C(jī)輸出的功率就越大。
本發(fā)明的多級(jí)高效環(huán)保型燃?xì)廨啓C(jī)氣體燃料分級(jí)燃燒系統(tǒng)循環(huán)如下空氣、富氧空氣或純氧由氧化劑進(jìn)口1進(jìn)入一級(jí)壓氣機(jī)2，被壓縮到一定的壓力后，一部分送入末級(jí)燃燒室13供燃料氣的燃燒需要，其余部分經(jīng)過一級(jí)間冷器8后進(jìn)入二級(jí)壓氣機(jī)3進(jìn)一步壓縮到更高壓力，然后再分出一部分送入二級(jí)燃燒室12供燃料氣燃燒所需，其余部分經(jīng)過二級(jí)間冷器9后進(jìn)入末級(jí)壓氣機(jī)進(jìn)一步壓縮后再送入一級(jí)燃燒室11供燃料氣的燃燒。
有一定溫度的高壓燃料氣由高壓燃?xì)膺M(jìn)口10進(jìn)入一級(jí)燃燒室11與末級(jí)壓縮機(jī)4送來的氧化劑混合，部分燃燒后生成高溫高壓的氣體進(jìn)入一級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)5膨脹做功，壓力和溫度降低到一定值后進(jìn)入二級(jí)燃燒室12與二級(jí)壓氣機(jī)3送來的補(bǔ)充氧化劑混合并部分燃燒，生成高溫和一定壓力的氣體進(jìn)入二級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)6膨脹做功，氣體降溫降壓到一定值后排入末級(jí)燃燒室13，與一級(jí)壓氣機(jī)2送入的補(bǔ)充氣體完成燃燒進(jìn)入末級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)7做功然后經(jīng)排氣出口16排出燃?xì)廨啓C(jī)裝置。三個(gè)級(jí)的壓氣機(jī)2、3、4和發(fā)電機(jī)17由三個(gè)級(jí)的燃?xì)廨啓C(jī)5、6、7帶動(dòng)。回?zé)崞?8、19、20分別由從排氣中抽取部分加熱氧化劑至一定的高溫。
圖中二級(jí)燃燒室補(bǔ)氧調(diào)節(jié)閥14，末級(jí)燃燒室補(bǔ)氧調(diào)節(jié)閥15可用來分別調(diào)節(jié)進(jìn)入各級(jí)燃燒室的補(bǔ)充氧化劑量，完成一定程度的調(diào)節(jié)作用。
下面給出附圖中的實(shí)例參考的主要工作參數(shù)高壓煤氣入口參數(shù)體積含量46％CO，54％CO2，壓力12.25MPa，溫度600℃，流量Q NM3/min；一級(jí)燃燒室送入空氣壓力12.25MPa，溫度600℃，流量0.41Q Nm3/min；一級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)壓比3.5，進(jìn)氣溫度1400℃，排氣溫度950℃；二級(jí)燃燒室送入空氣壓力3.5MPa，溫度600℃，流量0.32Q Nm3/min；二級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)壓比3.5，進(jìn)氣溫度1400℃，排氣溫度950℃。
三級(jí)燃燒室送入空氣壓力1.0MPa，溫度600℃，流量0.37Q Nm3/min。
末級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)壓比10，進(jìn)氣溫度1400℃，排氣溫度667℃。
排氣16壓力0.1MPa，流量1.86Q Nm3/min。
一級(jí)壓氣機(jī)2的壓比10，空氣流量1.1Q Nm3/min。
二級(jí)壓氣機(jī)3的壓比3.5，空氣流量0.73Q Nm3/min。
末級(jí)壓氣機(jī)4的壓比3.5，空氣流量0.41Q Nm3/min。
權(quán)利要求
1.一種多級(jí)高效環(huán)保型燃?xì)廨啓C(jī)氣體燃料分級(jí)燃燒方法，其特征在于，將燃料氣的完全燃燒分成若干級(jí)，即將所有的高壓燃料氣全部送入第一級(jí)燃燒室并依次通過后面各級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)和燃燒室，在最后一級(jí)之前的所有燃燒室內(nèi)分別送入一定量的氧化劑，控制燃燒室中的氣氛為還原性氣氛并使送入氧化劑和部分燃料氣反應(yīng)釋放的熱量造成燃料氣升溫至特定的高溫，一般該溫度選擇燃?xì)馔钙剿艹惺艿淖罡邷囟?；在末?jí)燃燒室內(nèi)，補(bǔ)充入足夠的化學(xué)計(jì)量比的氧化劑完成全部的燃料氣燃燒并使之達(dá)到某一特定溫度值后送入末級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)做功，實(shí)現(xiàn)高效低NOx燃燒以及高的循環(huán)效率。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的燃燒室和燃?xì)廨啓C(jī)至少分成兩級(jí)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的氧化劑為空氣、富氧空氣或氧氣，氧化劑和燃料氣量有控制的偏離化學(xué)當(dāng)量比，保證每一級(jí)燃燒室中燃料和氧化劑在還原性氣氛下進(jìn)行燃燒，即燃料氣逐級(jí)氧化或燃燒，每級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)只完成部分燃料氣的燃燒，然后進(jìn)入這一級(jí)的燃?xì)廨啓C(jī)做功，在末級(jí)燃燒室中，補(bǔ)充入足夠的化學(xué)計(jì)量比的氧化劑完成全部燃料氣的燃燒，進(jìn)入末級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)做功。
4.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于，所述的末級(jí)燃燒室和末級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)由常規(guī)的燒氣體燃料的燃?xì)廨啓C(jī)或注汽燃?xì)馄啓C(jī)組成，如有特殊需要，不采用末級(jí)燃燒室和末級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)，由前一級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)直接排氣。
5.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的多級(jí)高效環(huán)保型燃?xì)廨啓C(jī)氣體燃料分級(jí)燃燒系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括多級(jí)壓氣機(jī)，用于分級(jí)壓縮和分級(jí)供給氧化劑，一級(jí)壓氣機(jī)上有氧化劑進(jìn)口，壓氣機(jī)按相應(yīng)的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒所需氧化劑的壓力和流量分成若干級(jí)，壓氣機(jī)各級(jí)之間設(shè)置間冷器或不設(shè)置間冷器；不同級(jí)的壓縮氣體根據(jù)壓力分別送入對(duì)應(yīng)的燃燒室內(nèi)，供給燃料氣的燃燒所需氧化劑；多級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)，它被來自該級(jí)的燃燒室的高溫高壓燃?xì)馑?qū)動(dòng)，用于帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，還可驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)壓氣；多級(jí)燃燒室，用于分級(jí)燃燒燃料氣，以便生成高溫燃?xì)?，它的第一?jí)燃燒室連接在末級(jí)壓氣機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)之間；其它級(jí)燃燒室設(shè)置在兩級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)之間，第一級(jí)燃燒室上有高壓燃?xì)膺M(jìn)口，前一級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)的排氣作為下一級(jí)燃燒室的燃料；空氣、富氧空氣或純氧由氧化劑進(jìn)口進(jìn)入一級(jí)壓氣機(jī)，被壓縮到一定的壓力后，一部分送入末級(jí)燃燒室供燃料氣的燃燒需要，其余部分經(jīng)過一級(jí)間冷器后進(jìn)入二級(jí)壓氣機(jī)進(jìn)一步壓縮到更高壓力，然后再分出一部分送入倒數(shù)第二級(jí)燃燒室供燃料氣燃燒所需，其余部分經(jīng)過二級(jí)間冷器后進(jìn)入三級(jí)壓氣機(jī)進(jìn)一步壓縮到更高壓力，經(jīng)過若干級(jí)后，直至進(jìn)入末級(jí)壓氣機(jī)進(jìn)一步壓縮后再送入一級(jí)燃燒室供燃料氣的燃燒；有一定溫度的高壓燃料氣由高壓燃?xì)膺M(jìn)口進(jìn)入一級(jí)燃燒室與末級(jí)壓縮機(jī)送來的氧化劑混合，部分燃燒后生成高溫高壓的氣體進(jìn)入一級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)膨脹做功，壓力和溫度降低到一定值后進(jìn)入二級(jí)燃燒室與倒數(shù)第二級(jí)壓氣機(jī)送來的補(bǔ)充氧化劑混合并部分燃燒，生成高溫和一定壓力的氣體進(jìn)入二級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)膨脹做功，經(jīng)過若干級(jí)后，直至氣體降溫降壓到一定值后排入末級(jí)燃燒室，與一級(jí)壓氣機(jī)送入的補(bǔ)充氣體完成燃燒進(jìn)入末級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)做功然后經(jīng)排氣出口排出。
6.如權(quán)利要求5中所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的氧化劑量按下述方法確定送入氧化劑和部分燃料氣反應(yīng)釋放的熱量造成生成燃料氣升溫至特定的高溫，一般該高溫為燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)系統(tǒng)的最高承受溫度。
7.如權(quán)利要求5中所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的末級(jí)燃燒室和末級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)由常規(guī)的燒氣體燃料的燃?xì)廨啓C(jī)或注汽燃?xì)馄啓C(jī)組成，或者不設(shè)置末級(jí)燃燒室和末級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)，由前一級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)直接排氣。
8.如權(quán)利要求7中所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的各級(jí)燃燒室前還根據(jù)需要還設(shè)置有回?zé)崞?，用于將燃?xì)廨啓C(jī)的余熱加熱氧化劑再送入燃燒室中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多級(jí)高效環(huán)保型燃?xì)廨啓C(jī)氣體燃料分級(jí)燃燒方法及系統(tǒng)，將燃料氣的完全燃燒分成若干級(jí)，所有的高壓燃料氣全部送入第一級(jí)燃燒室并依次通過后面各級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)和燃燒室，在最后一級(jí)之前的所有燃燒室內(nèi)分別送入一定量的氧化劑，控制燃燒室中的氣氛為還原性氣氛并使送入氧化劑和部分燃料氣反應(yīng)釋放的熱量造成燃料氣升溫至特定的高溫；在末級(jí)燃燒室內(nèi)，補(bǔ)充足夠的化學(xué)計(jì)量比的氧化劑完成全部的燃料氣燃燒并使之達(dá)到某一特定溫度值后送入末級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)做功?？蓪?shí)現(xiàn)高的發(fā)電效率和優(yōu)良的環(huán)保性能，適用于以煤氣化為基礎(chǔ)的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、整體煤氣化燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)系統(tǒng)、天然氣、焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣和煤層氣等氣體燃料的利用系統(tǒng)等。
文檔編號(hào)F23R3/42GK101025272SQ20071001742
公開日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2007年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月14日
發(fā)明者劉銀河, 曹子棟, 車得福 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)