WO2025137993A1 一种利用活性气体调质煤粉再燃还原 NOx的装置及方法 （哈尔滨工业大学）

(19)世界知识产权组织(43)国际公布日(10)国际公布号(21)国际申请号：PCT/CN2023/1(22)国际申请日：2023年12月28日(28.12.2023)(25)申请语言：中文(26)公布语言：中文(30)优先权：TECHNOLOGY)[CN/CN];中国黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号150001(CN)。(72)发明人：孙绍增(SUN,Shaozeng);中国黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号150001(CN)。李Dongdong);中国黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号150001(CN)。张文达(ZHANG,Wenda);150001(CN)。赵义军(ZHAO,Yijun);中国黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号150001(CN)。张林瑶(ZHANG,Linyao);中国黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号150001(CN)。(74)代理人：北京圣州专利代理事务所(普通层5073100086(CN)。(81)指定国(除另有指明，要求每一种可提供的国家(54)发明名称：一种利用活性气体调质煤粉再燃还原NOx的装置及方法AA5再循环烟气+热空气B-次风+煤粉HotairRecirculatedfluegas+hotaBH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CCV,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EGB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,IDIR,IS,IT,JM,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KLA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,MGMU,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SASE,SG,SK,SL,ST,SV,SY,TH,TJUA,UG,US,UZ,VC,VN,WS,ZA,ZM(84)指定国(除另有指明，要求每一种可提供的地区NA,RW,SC,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),欧亚(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),欧洲(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GBHU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,ME,MK,MTPL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OAPI(BFCG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML (57)摘要：本发明公开了一种利用活性气体调质煤粉再燃还原NOx的方法，包括以下步骤，中高挥发分煤燃料经一次风携带喷入煤粉燃烧室一侧的主燃烧器，热空气依次经主燃烧器进入主燃区；中高挥发分煤燃料由再循环烟气携带经再燃煤粉管道、再燃煤粉喷口进入主燃烧器上方的再燃燃烧器，调质气依次经调质气管道、调质气喷口和再燃煤粉喷口进入再燃燃烧器，中高挥发分煤燃料和调质气在再燃燃烧器内混合后进入再燃区；热空气依次经过分离燃尽风管道、分离燃尽风喷口和再燃燃烧器上方的燃尽燃烧器进入燃尽区，将燃烧产物燃尽。本发明采用上述步骤，使用调质气对固体燃料进行调质，既保证降低NO、排放的效果，又缓解使用高比例再燃煤粉导致燃尽变差等问题。WO2025/1379931发明名称：一种利用活性气体调质煤粉再燃还原NOx的装置及方法技术领域背景技术具备改造条件的燃煤电厂都已实现超低排放mg/m³(基准氧含量6%)。[0003]目前，控制锅炉NO排放的措施有燃烧后的烟气净化和低NO×燃烧等技术。燃烧后烟气净化技术(SCR技术)可以大幅度降低NO排放，但其初投资巨大、运行费用昂贵。低NO燃烧技术是采用低NO、燃烧器、燃料分级、空气分级等措施的炉内燃烧技术。因其初投资小，[0004]采用低NO燃烧技术时煤粉燃烧产生氮基活性物质，与主燃区煤粉燃烧产生的NO进行还原反应，从而达到降低NO排放的目的。消耗大量再燃煤粉。为了保证在空气基本耗尽后能够参加还原NO的煤粉量，需要加大再燃煤粉比例直至到30%左右。由于再燃煤粉的燃尽时间短，高比例再发明内容[0006]本发明的目的是提供一种WO2025/1379932[0008]S1、将75-90%中高挥发分煤燃料经一次风携带依次经一次风管道、一次风喷口和煤粉燃烧室一侧的主燃烧器，热空气依次经二次风管道[0009]一次风率占10-50%,二次风率占50-90%。[0010]S2、10-25%的中高挥发分煤燃料由再循环烟气携带经再燃煤粉管道、再循环烟气喷口进入主燃烧器上方的再燃燃烧器，同时，0-6%的调质气依次经调质气质气在再燃燃烧器内混合后进入再燃区，中高挥发[0015]优选的，再循环烟气包括CO₂=10-18%,O₂=4-10%,N₂=66-80%,[0017]上述一种利用活性气体调质煤粉再燃还原N一次风喷口和二次风喷口，再燃区连通的再3充分与氧气反应，通过燃烧反应消耗掉再循环烟气中的多余氧气，即利用较少的可燃气体量就可以获得一个还原性较强、温度合适的稳定调质区，进而[0023]2、本发明巧妙地利用活性气体做调质气对再排放的效果，又最大程度地减少了昂贵调质气的使用量，保证了装置投资和运,释放了大量还原性自由基，保护了煤焦表面的活性位点，增强了焦炭还原NO的能力，NO的脱除效率提高，调质气活化后焦炭的比表面积提高；附图说明[0027]图1是本发明一种利用活性气体调质煤粉再燃还原NO的装置的示意图；[0028]图2是本发明实施例3、实施例6、实施例7、实施例9和对比例1的NO还原能力[0030]图2中的(b)为实施例3、实施例6、实施例7、实施例9和对比例1的NO还原能[0032]其中，图3中的(a)为实施例3、实施例6、实施例7、实施例9和对比例1中活WO2025/1379934具体实施方式具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后,则该相对位置关系也可能相应地改变。[0040]一种利用活性气体调质煤粉再燃还原NO的方法用装置，包括由下至上依次设置有主燃区、再燃区和燃尽区的煤粉燃烧室5。主燃区连通的主燃烧器1设有一粉喷口连通有调质气喷口3,燃尽区连通的燃尽燃烧器4设有分离燃尽风喷口。,调质气喷口3远离再燃燃烧器的一端与调质气管道连通。再循环烟气、热空气WO2025/1379935充分与氧气反应，可以通过调质气与载气中的器2喷口前端处形成调质区。通过燃烧反应消耗掉再循进而对燃料进行调质，在调质区瞬间生成的气态还原性分子(CH、CO、OH[0046]一种利用活性气体调质煤粉再燃还原NOx的装置的燃烧方法，如图1所示，包括以下步骤，S1、将75%高挥发分煤燃料经一次风携带依次经一次风管道、风喷口和煤粉燃烧室一侧的主燃烧器进入主燃区，一次风率占35%。热空气依次经二次风管道、二次风喷口和主燃烧器进入主燃区，二次风率占65%。主燃区过量空气系数控制在0.65,主燃区的停留时上方的再燃燃烧器，再循环烟气组成为N₂:CO₂:O₂=80:16:4。同时，2%的调质气甲烷CH4依次经调质气管道、调质气喷口和再循环烟气燃烧器，中高挥发分煤燃料和调质气在再燃燃烧器尽燃烧器进入燃尽区，将燃烧产物燃尽。燃尽区的过量空气系数为1.4,停留时[0050]一种利用活性气体调质煤WO2025/1379936入主燃区，一次风率占30%。热空气依次经二次风管道和二次风喷口进入主燃区，二次风率占70%。主燃区过量空气系数控制在0.75,主燃区的停留时间控制器，再循环烟气组成为N₂:CO₂:O₂=80:16:4。同时，3%的调质气甲烷CH煤燃料和调质气在再燃燃烧器内混合后进入再燃区0.7,再燃区停留时间控制在1.0s。风喷口喷入主燃区，一次风率占20%。热空气依次经二次风管道和二次风喷口进入主燃区，二次风率占80%。主燃区过量空气系数控制在0.9,主燃区的停留时间器，再循环烟气组成为N₂:CO₂:O₂=80:12:8。同时，4%的调质气CH依次经调质气管道、调质气喷口和再循环烟气喷煤燃料和调质气在再燃燃烧器内混合后进入再燃区0.8,再燃区停留时间控制在0.8s。烧产物燃尽。燃尽区的过量空气系数为1.2,停留时间控制在1.2s,将残余炭燃WO2025/1379937喷入主燃区，一次风率占10%。热空气依次经二次风管道和二次风喷口进入主燃区，二次风率占90%。主燃区过量空气系数控制在1.05,主燃区的停留时间控制器，再循环烟气组成为N₂:CO₂:O₂=80:10:10。同依次经调质气管道、调质气喷口和再循环烟气喷煤燃料和调质气在再燃燃烧器内混合后进入再燃区烧产物燃尽。燃尽区的过量空气系数为1.1,停留时间控制在1.3s,将残余炭燃喷入主燃区，一次风率占30%。热空气依次经二次风管道和二次风喷口进入主燃区，二次风率占70%。主燃区过量空气系数控制在0.75,主燃区的停留时间控制00631S2、将20%的高挥发分煤燃料由再循环烟气携带经再燃煤粉管道进入再燃燃烧器，再循环烟气组成为N₂:CO₂:O₂=80:14:6。同时，3%的煤制气依次经调质气管道、调质气喷口和再循环烟气喷口进入和调质气在再燃燃烧器内混合后进入再燃区。再燃区的过量空气系数为0.7,再8[0067]一种利用活性气体调质煤粉再燃还原NO的装置的燃烧方法，包括以下步喷入主燃区，一次风率占30%。热空气依次经二次风管道和二次风喷口进入主燃区，二次风率占70%。主燃区过量空气系数控制在0.75,主燃区的停留时间控制[0068]S2、将20%的高挥发分煤燃料由再循环烟气携带经再燃煤粉管道进入再燃燃烧器，再循环烟气组成为N₂:CO₂:O₂=80:14:6。同时，3%的氢气H₂依次经调质气管道、调质气喷口和再循环烟气喷口进入和调质气在再燃燃烧器内混合后进入再燃区。再燃区的过量空气系数为0.7,再烧产物燃尽。燃尽区的过量空气系数为1.3,停留时间控制在1.1s,将残余炭燃喷入主燃区，一次风率30%。热空气依次经二次风管道和二次风喷口进入主燃区，二次风率占70%。主燃区过量空气系数控制在0.8,主燃区的停留时间控制在器，再循环烟气组成为N₂:CO₂:O₂=80:10:10。同依次经调质气管道、调质气喷口和再循环烟气喷煤燃料和调质气在再燃燃烧器内混合后进入再燃区0.85,再燃区停留时间控制在0.8s。烧产物燃尽。燃尽区的过量空气系数为1.15,停留时间控制在1.0s,将残余炭燃WO2025/1379939[0075]一种利用活性气体调质煤粉再燃还原NO的装置的燃烧方法，包括以下步入主燃区，一次风率占30%。热空气依次经二次风管道和二次风喷口进入主燃区，二次风率占70%。主燃区过量空气系数控制在0.75,主燃区的停留时间控制器，再循环烟气组成为N₂:CO₂:O₂=80:16:4。同时，3%的调质气一氧化发分煤燃料和调质气在再燃燃烧器内混合后烧产物燃尽。燃尽区的过量空气系数为1.3,停留时间控制在1.1s,将残余炭燃入主燃区，一次风率占30%。热空气依次经二次风管道和二次风喷口进入主燃区，二次风率占70%。主燃区过量空气系数控制在0.75,主燃区的停留时间控制[0080]S2、将20%的高挥发分煤燃料由循环烟气携带经再燃煤粉管道进入再燃燃烧器后进入再燃区，循环烟气组成为N₂:CO₂:O₂=80:14:6。气系数为0.7,再燃区停留时间控制在1.0s。烧产物燃尽。燃尽区的过量空气系数为1.3,停留时间控制在1.1s,将残余炭燃[0083]S1、将80%的高挥发分煤燃料经一次风携带依次经一次风管道和一次风喷口喷入主燃区，一次风率占30%。热空气依次经二次风管道和二次风喷口进入主燃区，二次风率占70%。主燃区过量空气系数控制在0.75,主燃区的停留时间控制[0084]S2、将20%的高挥发分煤燃料由热空气携带经再燃煤粉管道进入再燃燃烧器后烧产物燃尽。燃尽区的过量空气系数为1.3,停留时间控制在1.1s,将残余炭燃 样品。[0089]在数据处理过程中，为了方便比较实施例3(甲烷)、实施例6(煤制气)、实施例7(氢气)、实施例9(一氧化碳)和对比例1(循环烟气)的NO还原能力，将所有NO还原能力数据归一化为1mg,通过前期实验以证明所有样品在10气输送煤粉相比，经实施例3中CH₄活化后焦炭还原NO的能力增强了近75%,实施例9中经CO活化后焦炭还原NO的能力增强了近5%,实施例7中经H₂活化后焦炭还原NO的能力增强了近19%。1中活化煤焦比表面积对比图，图3中的(b)为实施实施例9和对比例1中不同活化煤焦孔体积的对比图。实施例3(甲烷)、实施例6(煤制气)、实施例7(氢气)、实施例9(一氧化碳)和对比例1(循环烟气)面积提高了近54.2%,实施例9经CO活化后焦炭的比表面积提高了近3%,实施例7经H₂活化后焦炭的比表面积提高了质气与氧气燃烧瞬间释放的热量促进了挥发物的释[0094]如图4所示，实施例8与对比例2相比，NOx的脱除效率提高了36.9%,实施例8与对比例1相比，NOx的脱除效率提高了22.2%(烟气中折算含氧量为6%的水及方法，使用调质气对固体燃料进行调质，既保证降低NO、排放的效果，又缓,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应WO2025/137993[权利要求1]一种利用活性气体调质煤粉再燃还原NOx的方法，其特征在于：包括以下步骤，S1、将75-90%中高挥发分煤燃料经一次风携带依次经一次风管道和一次风喷口喷入煤粉燃烧室一侧的主燃烧器，热空气依次经二次风管道、二次风喷口和主燃烧器进入主燃区；S2、10-25%的中高挥发分煤燃料由再循环烟气携带经再燃煤粉管道、再燃煤粉喷口进入主燃烧器上方的再燃燃烧器，同时，0-6%的调质气依次经调质气管道、调质气喷口和再燃煤粉喷口进入再燃燃烧器，中高挥发分煤燃料和调质气在再燃燃烧器内混合后进入再燃区，中高挥发分煤燃料一喷入再燃区就迅速被调质气活化成气态CH、CO、OH和H及高反应活性的焦炭；[权利要求2][权利要求3]S3、热空气依次经过分离燃尽风管道、分离燃尽风喷口和再燃燃烧器上方的燃尽燃烧器进入燃尽区，将燃烧产物燃尽。根据权利要求1所述的一种利用活性气体调质煤粉再燃还原NOx的方法，其特征在于：主燃区过量空气系数控制在0.65~1.05,烟气的根据权利要求1所述的一种利用活性气体调质煤粉再燃还原NO的方法，其特征在于：再燃区的过量空气系数为0.6~0.95,烟气停留时间控制在0.2~1.3s。[权利要求4]根据权利要求1所述的一种利用活性气体调质煤粉再燃还原NOx的方法，其特征在于：燃尽区的过量空气系数为1.05~1.4,烟气停留[权利要求5]根据权利要求1所述的一种利用活性气体调质煤粉再燃还原NO的方法，其特征在于：再循环烟气包括CO₂=10-18%,O₂=4-10%,N₂=66-80%,H₂OWO2025/137993[权利要求6][权利要求7]根据权利要求1所述的一种利用活性气体调质煤粉再燃还原NO的方法，其特征在于：调质气包括天然气、一氧化碳、氢气、甲烷、煤制气和不饱和烃类气体中的一种或多种。根据权利要求1-6任一项所述的一种利用活性气体调质煤粉再燃还原NO的方法用装置，其特征在于：包括由下至上依次设置有主燃区、再燃区和燃尽区的煤粉燃烧室，主燃区连通的主燃烧器设有一次风喷口和二次风喷口，再燃区连通的再燃燃烧器设有再燃煤粉喷口，再燃煤粉喷口连通有调质气喷口，燃尽区连通的燃尽燃烧器设有分离燃尽风喷口。[权利要求8][权利要求9]根据权利要求7所述的一种利用活性气体调质煤粉再燃还原NO的方法用装置，其特征在于：一次风喷口远离主燃烧器的一端与一次风管道连通，二次风喷口远离主燃烧器的一端与二次风管道连通。根据权利要求7所述的一种利用活性气体调质煤粉再燃还原NO的方法用装置，其特征在于：再燃煤粉喷口远离再燃燃烧器的一端分别与再燃煤粉管道和调质气喷口连通，调质气喷口远离再燃燃烧器的一端与调质气管道连通。[权利要求10]根据权利要求7所述的一种利用活性气体调质煤粉再燃还原NO的方法用装置，其特征在于：分离燃尽风喷口远离燃尽燃烧器的一端与分离燃尽风管道连通。[图1]TyTy≈0.2~1.8燃尽区调质气管道3再燃煤粉2热空气-二次风管道A5[图2]一氧化碳&循环烟气氢气&循环烟气煤制气&甲烷&循环烟气+煤粉[图3]煤制气&循环烟气+媒之CH应循环姐气+燃之丑&贺环姆气十媒之□比表面积循环烟气+嫦□比表面积煤制气&循环烟气+媒乙,总循环烟气，煤艺循环姻气+煤之循环姻气+煤之[图4]400燃料分级一烟气输送空气分级燃料分级一空气输送燃料分级—CH₄调质F23C5/08(2006.01)i;F23C7/00(2006.01)i;F23N1/02(2006.Minimumdocumentationsearched(classificationsystemfollowedbyIPC:F23C,F23N,F23B,F2VEN,CNTXT,CNKI:煤，燃烧器，再燃，循环，烟气，调质，还原，活化，天然气，煤气，一次风，二次风，空气，fuel,coal,burner,NOx,flue,gas,nitrogen,nitric,reburn,air,recirculating,smoke,primary,recCitationofdocument,withindication,whereappropriate,oftherYYUS2002166484A1(GENERALELECTRICCO.)14November2002(2002-11-14)AAAAACN105889904A(CHONGQINGAOGEMEIGASCO.,LTD.)24August2016(2016-08-24)CN1587802A(GUODIANPYROLOGYINSTITUTE)02March2US2006257800A1(SARVHAMID)16Ntobeofparticularrelevance“D”documentcitedbytheapplicantintheinternationalapplication“X”d“E”earlierapplicationorpatentbutpub“L”documentwhichmaythrowdoubtsonpriorityclaim(s)orwhichis“Y”documentspecialreason(asspecified)“0”documentreferringtoanoraldisclosure,use,exhibitmeans"P"documentpublisheFormPCT/ISA/210(secondshAAAAA国际检索报告国际申请号F23C5/08(2006.01)i;F23C7/00(2006.01)i;F23N1/02(200按照国际专利分类(IPC)或者同时按照国家检索的最低限度文献(标明分类系统和分类号)IPC:F23C,F23N,F23B,F在国际检索时查阅的电子数据库(数据库的名称，和使用的检索词(如使用))burner,NOx,flue,gas,nitrogen,nitric,reburn,air,recirculating,smoke,primaC.相关文件类型*引用文件，必要时，指明相关段落YCN105910097A(西安交通大学)2016年8月31日(2016-08-31)1-10说明书第[0036]-[0043]段，图1YUS2002166484A1(GENELECT