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燃氧耦合燃烧和再循环系统
申请号	CN201410039500.6	申请日	2014-01-27	公开(公告)号	CN103968374B	公开(公告)日	2017-09-01
申请人	通用电器技术有限公司;			发明人	J.R.肯尼; Y.陈; A.勒瓦索伊尔; P.J.查普曼;
摘要	本发明涉及燃氧耦合燃烧和再循环系统。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。
权利要求	1.一种用于燃氧炉的燃烧系统，所述燃烧系统包括：具有多个壁和拐角的燃氧炉，所述壁设置在所述拐角之间；多个风箱，每个所述风箱能够在所述燃氧炉的拐角处安装在所述燃氧炉上，每个所述风箱限定一主要燃烧位置；定位在每个所述风箱的至少一个一次入口，其用于以与具有第一直径的第一圆相切的方式将燃料和第一氧化剂运送到所述燃氧炉中；以及定位在每个所述主要燃烧位置的至少一个二次入口，其用于以与具有第二直径的第二圆相切的方式将第二氧化剂运送到所述燃氧炉中，其中所述第二直径大于所述第一直径；和设置在位于所述燃氧炉的其中两个拐角之间的大约中间位置处的中壁端口中的至少一个中间入口，其用于将第三氧化剂运送到所述燃氧炉中；其中，所述第三氧化剂以与具有第三直径的第三圆相切的方式被注入到所述燃氧炉中，所述第三直径大于所述第二直径。 2.根据权利要求1所述的燃烧系统，其特征在于，进一步包括：定位在至少一个所述主要燃烧位置下游的至少一个燃烬位置；以及定位在所述燃烬位置的至少一个第三入口，其用于将第三氧化剂运送到所述燃氧炉中。 3.根据权利要求1所述的燃烧系统，其特征在于，所述至少一个中间入口相对于所述一次入口沿侧向偏移。 4.根据权利要求1所述的燃烧系统，其特征在于，所述至少一个一次入口定位成与所述至少一个二次入口沿对角相对。 5.根据权利要求1所述的燃烧系统，其特征在于，所述至少一个一次入口和所述至少一个二次入口是拐角入口。 6.根据权利要求1所述的燃烧系统，其特征在于：所述至少一个一次入口中的各个限定第一圆的第一切线，其中所述第一圆是内圆；并且所述至少一个二次入口中的各个限定第二圆的第二切线，所述第二圆大于所述第一圆。 7.根据权利要求6所述的燃烧系统，其特征在于，所述第一圆和所述第二圆是同心的。 8.根据权利要求3所述的燃烧系统，其特征在于：所述至少一个一次入口中的各个限定第一圆的第一切线，其中所述第一圆是内圆；所述至少一个二次入口中的各个限定第二圆的第二切线，所述第二圆大于所述第一圆；并且所述至少一个中间入口中的各个限定第三圆的第三切线，所述第三圆大于所述第二圆，其中所述第三圆是外圆。 9.根据权利要求8所述的燃烧系统，其特征在于，所述第一圆、所述第二圆和所述第三圆是同心的。 10.根据权利要求1所述的燃烧系统，其特征在于，所述至少一个一次入口和所述至少一个二次入口构造成使所述燃氧炉的总炉壁区域的一部分减少为小于所述总炉壁区域的 1.5%，所述燃氧炉在所述总炉壁区域的该部分附近具有大于6%摩尔分数的高一氧化碳浓度的区域。 11.一种燃氧系统，包括：切向燃烧燃氧炉，包括设置在所述切向燃烧燃氧炉的拐角之间的至少一个壁；用于将燃料运送到所述燃氧炉的燃料源；用于产生第一氧化剂流的氧化剂源；从烟道气提取的一次气体再循环流，其富含从所述第一氧化剂流提取的氧，并且作为第一富氧流被传送到所述燃氧炉；从所述烟道气提取的二次气体再循环流，其富含从所述第一氧化剂流提取的氧，并且作为第二富氧流被传送到所述燃氧炉；以及用于所述燃氧炉的燃烧系统，所述燃烧系统包括：多个风箱，每个所述风箱能够在所述燃氧炉的拐角处安装在所述燃氧炉上，每个所述风箱限定一主要燃烧位置；定位在每个所述风箱的至少一个一次入口，其用于以与具有第一直径的第一圆相切的方式将燃料和第一氧化剂运送到所述燃氧炉中；以及定位在每个所述主要燃烧位置的至少一个二次入口，其用于以与具有第二直径的第二圆相切的方式将第二氧化剂运送到所述燃氧炉中，其中所述第二直径大于所述第一直径；和设置在位于所述燃氧炉的其中两个拐角之间的大约中间位置处的中壁端口中的至少一个中间入口，其用于将第三氧化剂运送到所述燃氧炉中；其中，所述第三氧化剂以与具有第三直径的第三圆相切的方式被注入到所述燃氧炉中，所述第三直径大于所述第二直径。 12.根据权利要求11所述的燃氧系统，其特征在于，进一步包括：定位在至少一个所述主要燃烧位置下游的至少一个燃烬位置；以及定位在所述燃烬位置的至少一个第三入口，其用于将氧化剂运送到所述燃氧炉中。 13.根据权利要求11所述的燃氧系统，其特征在于，所述至少一个中间入口相对于所述一次入口沿侧向偏移。 14.根据权利要求11所述的燃氧系统，其特征在于，所述至少一个一次入口定位成与所述至少一个二次入口沿对角相对。 15.根据权利要求11所述的燃氧系统，其特征在于，所述至少一个一次入口和所述至少一个二次入口是拐角入口。 16.根据权利要求11所述的燃氧系统，其特征在于：所述至少一个一次入口中的各个限定第一圆的第一切线，其中所述第一圆是内圆；并且所述至少一个二次入口中的各个限定第二圆的第二切线，所述第二圆大于所述第一圆。 17.根据权利要求16所述的燃氧系统，其特征在于，所述第一圆和所述第二圆是同心的。 18.根据权利要求13所述的燃氧系统，其特征在于：所述至少一个一次入口中的各个限定第一圆的第一切线，其中所述第一圆是内圆；所述至少一个二次入口中的各个限定第二圆的第二切线，所述第二圆大于所述第一圆；并且所述至少一个中间入口中的各个限定第三圆的第三切线，所述外圆大于所述第二圆，其中所述第三圆是外圆。 19.根据权利要求11所述的燃氧系统，其特征在于，所述至少一个一次入口和所述至少一个二次入口构造成使所述燃氧炉的总炉壁区域的一部分减少为小于所述总炉壁区域的 1.5%，所述燃氧炉在所述总炉壁区域的该部分附近具有大于6%摩尔分数的高一氧化碳浓度的区域。 20.根据权利要求11所述的燃氧系统，其特征在于，进一步包括由从所述烟道气提取的所述第一氧化剂流和所述一次气体再循环流中的至少一个驱动的至少一个喷射器。 21.根据权利要求20所述的燃氧系统，其特征在于，所述至少一个喷射器混合从所述烟道气提取的所述第一氧化剂流和所述一次气体再循环流，以提供从所述喷射器传送到所述燃氧炉的所述第一富氧流。 22.根据权利要求11所述的燃氧系统，其特征在于，进一步包括用于从所述烟道气移除颗粒的至少一个烟道气处理单元。
说明书全文	燃氧耦合燃烧和再循环系统 [0001] 政府权利 [0002] 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 [0003] 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 [0004] 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。 [0005] 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 [0006] 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。 [0007] 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。 [0008] 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 [0009] 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： [0010] 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。 [0011] 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。 [0012] 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。 [0013] 图4是图3的切向燃烧式燃烧系统的俯视图。 [0014] 图5是与喷燃器区分级有关的NOx排放的图形表示。 [0015] 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。 [0016] 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 [0017] 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 [0018] 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。 [0019] 燃氧系统10包括燃料源15和燃料16(诸如例如粉煤)，燃料16从燃料源15传送到锅炉40。诸如空气分离单元50的氧化剂源从进入空气流52提取氧，或者直接从大气提取氧，并且排出氮流54。第一氧化剂流18传送来自空气分离单元50的氧，并且将氧传送到锅炉40中。虽然第一氧化剂流18显示和描述为从空气分离单元50传送到锅炉40中，但本发明在该方面不受限制，这是因为第一氧化剂流18可由任何氧源提供，而不偏离本发明的较宽泛方面。 [0020] 燃料16在锅炉40中与第一氧化剂流18的燃烧产生烟道气20的流出流。烟道气20的组分典型地包括CO2、水蒸气和少量O2、N2，以及诸如SOx、NOx和CO的污染物。烟道气20从锅炉40传送通过第一热交换单元60，并且随后传送通过一个或更多个烟道气处理单元。这样的烟道气处理单元可包括(但不限于)空气质量控制系统(“AQCS”)70的一个或更多个单元，用于控制烟道气20、烟道气冷却器或第二热交换单元80和气体处理单元90的颗粒和/或从烟道气20、烟道气冷却器或第二热交换单元80和气体处理单元90移除颗粒。在图1中显示的实施例中，燃氧系统10的AQCS单元包括颗粒控制单元72和硫控制单元74。在传送通过AQCS单元之后，烟道气20在第二热交换单元80中冷却。从第二热交换单元80排出的烟道气20传送到气体处理单元90，主要是为了进行碳捕捉和存储，使得阻止CO2排放流92释放到大气中。从烟道气20移除水和其它成分和颗粒产生适于封存或其它用途的基本纯的CO2流。 [0021] 从排出自第二热交换单元80的烟道气20提取再循环烟道气26，并且再循环烟道气26分成一次气体再循环流28和二次气体再循环流30。一次气体再循环流28和二次气体再循环流30在第一热交换单元60中被接收自锅炉40且传送通过锅炉40的烟道气20加热。一次气体再循环流28从第一热交换单元60传送，富含从第一氧化剂流18提取的氧，以形成第一富氧流29，并且引入到燃料源15中，并且作为燃料16和一次氧化剂的混合物传送到锅炉40。二次气体再循环流30从第一热交换单元60传送，富含从第一氧化剂流18提取的氧，以形成第二富氧流32，并且作为二次氧化剂或第二氧化剂流传送到锅炉40。因此，在燃氧系统10中，典型的燃烧空气(即，第一氧化剂流18)被富氧流29和32(即，富氧气体再循环流28和30)取代。燃烧产物包括CO2含量高的烟道气流出流，其可被更简单地处理用于封存或高纯度产物。 [0022] 燃料需要一定量的氧加上一些量的多余氧，以确保完全燃烧。添加到富氧流32的氧量基于在锅炉40中燃烧的燃料16的量。燃烧燃料16与第一氧化剂流18将产生比实际锅炉材料高得多的火焰温度。用从第一氧化剂流18提取的氧来补充CO2含量高的二次气体再循环流30，并且提供富氧流32，用于燃烧锅炉40中的燃料16，从而缓和炉温度。如果需要额外的氧来燃烧燃料16，则第一氧化剂流18的一部分还可传送到锅炉40。可使一次气体再循环流28选择性地富含氧，该氧从第一氧化剂流18抽出，并且在一个或更多个适当的喷射位置处(诸如例如图1中显示的位置A和C)，经由第二氧流33A和/或第三氧流33C，喷射到一次气体再循环流28中。可从第一氧化剂流18抽出添加到富氧流32的补充氧，并且在一个或更多个适当的喷射位置处(诸如例如图1中显示的位置B和D)，经由第四氧流34B和/或第五氧流34D，将补充氧喷射到二次气体再循环流30中。虽然二次气体再循环流30显示和描述为在位置1处与一次气体再循环流28一起从烟道气26分出，但本发明在该方面不受限制，这是因为二次气体再循环流35、36、37和38可分别在图1中显示的位置2、3、4和/或5处从烟道气20分出，而不偏离本发明的较宽泛方面。 [0023] 燃氧耦合燃烧和再循环系统的另一个实施例在图2中描绘，并且类似于图1中显示的燃氧系统10，从而对相同元件提供前面加1的相同元件标记。 [0024] 参照图2，另一个燃氧耦合燃烧和再循环系统大体由附图标记100表示，在下文被称为燃氧系统100，并且包括燃氧炉112，燃氧炉112具有切向燃烧系统，诸如切向燃烧锅炉140。燃料116从燃料源115传送到锅炉140。空气分离单元150从进入空气流152提取氧，或者直接从大气提取氧，并且排出第一氧化剂流118、第二氧化剂流137和氮流154。第一氧化剂流118的部分118A可与燃料116一起传送到锅炉140。备选地，燃料氧化剂117可传送到燃料源115，并且随后与燃料116一起传送到锅炉140。可以可选地从第一氧化剂流118提取燃料氧化剂117，作为从空气分离单元150提取的或获得自另一个氧源(未显示)的第三氧化剂流。第一氧化剂流118从空气分离单元150传送，并且驱动喷射器155。第一富氧流131从喷射器155传送到锅炉140，用于燃烧燃料116。 [0025] 烟道气120传送通过第一热交换单元160，并且随后传送通过一个或更多个烟道气处理单元。这样的烟道气处理单元可包括(但不限于)AQCS 170的一个或更多个单元，用于控制烟道气120和气体处理单元190的颗粒和/或从烟道气120和气体处理单元190移除颗粒。第一或一次气体再循环流129从烟道气120提取，并且优选地传送到喷射器155，其中，一次气体再循环流129与第一氧化剂流118混合，并且产生第一富氧流131，第一富氧流131从喷射器155传送到锅炉140。取决于动力装置的布置，可利用多个喷射器155，并且可将多个富氧流131传送到锅炉140中。虽然喷射器155描述为被第一氧化剂流118驱动，但本发明在该方面不受限制，这是因为喷射器155可被其它流动流(诸如例如，第一气体再循环流129或预混合燃料/空气混合物)驱动，而不偏离本发明的较宽泛方面。 [0026] 从AQCS单元170排出的烟道气120传送到气体处理单元190，主要是为了进行碳捕捉和存储，使得阻止CO2排放流192释放到大气中。还从系统排放流分离出惰性物质193。第二气体再循环流130提取自从AQCS单元170排出的烟道气120，并且传送到锅炉140。在一个实施例中，第二富氧流132提供用于燃烧锅炉140中的燃料116，并且第二富氧流132包括补充氧，该补充氧从由空气分离单元150提供的、与第二气体再循环流130混合的第二氧化剂流137提取。因此，在燃氧系统100中，典型的燃烧空气被第一富氧流131和第二富氧流132的混合物取代。这种混合物产生CO2含量高的烟道气流出流，其可被更简单地处理用于封存或高纯度产物。 [0027] 可对燃烧空气或传送到锅炉40的氧化剂流中的氧浓度施行一些限制。例如，富氧流29可在氧含量方面局限于空气的大约21%氧含量的范围，以避免燃料16过早燃烧的问题。在燃烧系统或具有预混合气体喷燃器的锅炉中，这种过早燃烧通常被称为逆燃。如果传送到锅炉40的燃烧氧化剂的氧含量超过空气的大约21%氧含量的范围，则燃氧系统10可要求用较昂贵的、适于氧含量较高的较高级别的材料来制造一个或更多个管道和其它系统构件。对于与有利的燃烧氧化剂条件有关的温度(例如，在大约200℉-900℉的运行温度范围内的管道或其它系统构件)，燃烧空气或燃烧氧化剂的总氧含量的优选锅炉材料设计限制为大约23.5%。23.5%的设计限制限定富氧环境，并且必须特别小心不烧伤管道、风箱和炉的其它构件的金属材料。为了在含氧燃料燃烧期间保持与最佳燃烧空气燃烧热性能相似的热传递性能，其中，燃烧空气由富氧流中的一个或更多个取代，在大约28%的范围中的整体氧化剂浓度是优选的。整体氧化剂浓度指的是进入炉的气体的整个混合物，并且实际上可不是任何单个流的浓度。在大约28%的氧浓度下，第一氧流18和一次气体再循环流28或第一富氧流29产生具有与空气燃烧相似的热传递分布的混合物，包括相似的炉温度分布和气体速度。因此，可得到近似20%的化学计量氧作为补充氧，以使传送到锅炉中的选择流富裕。这种补充氧可包括用于燃烧的氧，其由于由碳钢制成的管道系统和处理装备的材料限制而必须与大量氧化剂流分开添加。 [0028] 在一个实施例中，并且如图3中显示的，锅炉40包括燃氧炉，该燃氧炉具有多个壁，在壁内包括有燃烧区域或燃烧室41，切向燃烧系统42在燃烧区域或燃烧室41中维持燃烧。如下面参照对应的图进一步描述的，锅炉40包括能够安装在其上的至少一个风箱43，至少一个风箱43在其中包括至少一个主要燃烧位置。至少一个一次入口，例如燃料喷嘴44和/或一次偏移空气喷嘴45，定位在主要燃烧位置，用于将燃料16和氧化剂(例如一次气体再循环流28)运送到锅炉40中。至少一个二次入口，例如二次偏移空气喷嘴46，定位在主要燃烧位置，用于将氧化剂(例如二次气体再循环流30)运送到锅炉40中。二次入口与一次入口有角地偏移。至少一个燃烬位置定位在主要燃烧位置下游，并且至少一个第三入口(例如燃烬空气端口48)定位在燃烬位置，用于将氧化剂(例如分离的燃烬空气48A)运送到锅炉40中。至少一个中间入口(例如中壁氧化剂端口47A)与一次入口和二次入口沿侧向偏移。一次入口可定位成与二次入口沿对角相对。一次入口和二次入口可为拐角入口。 [0029] 一次入口中的各个限定内圆的第一切线，并且至少一个二次入口中的各个限定第二圆的第二切线，其中，第二圆大于内圆。中间入口中的各个限定外圆的第三切线，外圆大于第二圆。第一圆、第二圆和/或第三圆可为同心的。一次入口优选定位成相对于在主要燃烧位置的基准平面处于第一喷射角阿尔法(α)，而二次入口优选定位成处于第二喷射角贝塔(β)，第二喷射角贝塔(β)与第一喷射角阿尔法(α)有偏移。一次入口和二次入口构造成使燃氧炉的总炉壁区域的一部分减少到小于总炉壁区域的1.5%，该燃氧炉在总炉壁区域的该部分附近具有大于6%摩尔分数的高一氧化碳浓度的区域。 [0030] 如图4中显示的，锅炉包括切向风箱43，切向风箱43具有一个或更多个切向通道43A，通过切向通道43A，典型地在压力下供应空气和/或氧化剂，用于燃烧燃料16。虽然图4中显示了仅一个切向通道43A，但切向风箱43典型地包括多个这样的切向通道43A，多个这样的切向通道43A包围锅炉40，或者至少包围锅炉40的燃烧室41。例如，燃烧室41具有基本上竖直且长方形的壳体，或者封罩典型地包括切向风箱43，切向风箱43具有四个基本上竖直的切向通道，一个定位在各个拐角处，通过该四个基本上竖直的切向通道供应空气和/或氧化剂流，用于燃烧燃料16。这种燃烧矿物燃料的燃烧系统形成2001年5月20日公布的名称为“Corner Windbox Overfire Air Compartment for a Fossil Fuel-Fired Furnace”的美国专利No. 6,202,575的主题，该专利转让给与本专利申请相同的受让人，并且整体地结合在本文中。 [0031] 参照图3和图4，切向燃烧系统42包括一个或更多个燃料喷嘴44和一个或更多个一次偏移空气喷嘴45，它们通过风箱43分别将燃料流44A和一次氧化剂和/或燃料氧化剂流45A喷射到燃烧室41中，并且与限定在锅炉40内的第一圆40A相切。切向燃烧系统42还包括一个或更多个二次偏移空气喷嘴46，一个或更多个二次偏移空气喷嘴46通过风箱43将辅助偏移二次氧化剂46A喷射到燃烧室41中，并且与限定在锅炉40内的第二圆40B相切。另外，切向燃烧系统42包括一个或更多个中壁空气喷嘴47，一个或更多个中壁空气喷嘴47将第三氧化剂流、中壁氧化剂47A喷射到燃烧室41中，并且与限定在锅炉40内的第三圆40C相切。在图 4中显示的实施例中，第一圆40A限定直径D1，第二圆40B限定直径D2，并且第三圆40C限定直径D3，并且其中，D1 [0032] 同心燃烧系统(“CFS”)由位于风箱43中的一个或更多个CFS隔室限定，并且提供用于与燃料流44A和一次氧化剂和/或燃料氧化剂流45A(与第一圆40A相切)偏移地喷射辅助偏移二次氧化剂46A(与第二圆40B相切)。如图3中显示的，燃料流44A和一次氧化剂和/或燃料氧化剂流45A大体在由高度H1和高度H2之间的高度限定的高度H3的范围内喷射到燃烧室41中。通过形成于切向风箱43中的一个或更多个紧密耦合式燃烬空气(“CCOFA”)隔室46来喷射辅助偏移二次氧化剂46A。CCOFA隔室46在顶部高度H2上方位于切向风箱43中，在顶部高度H2处，燃料流44A和一次氧化剂和/或燃料氧化剂流45A喷射到燃烧室41中。 [0033] 如图4中显示的，燃料流44A和一次氧化剂和/或燃料氧化剂流45A以第一喷射角阿尔法(α)喷射到燃烧室41中。通过位于切向风箱43中的CFS隔室以第二喷射角贝塔(β)喷射辅助偏移二次氧化剂46A，第二喷射角贝塔(β)与第一喷射角阿尔法(α)有偏移。第一喷射角阿尔法(α)和第二喷射角贝塔(β)之间的偏移沿着炉壁产生较多氧化性、较少还原性的环境，同时在炉的下部部分中保持整体还原性环境。使辅助偏移二次氧化剂富含氧加强对炉中的氧化性/还原性环境的影响，同时不中断流型式和混合。以类似地与燃料流44A和一次氧化剂和/或燃料氧化剂流45A的喷射速度和距离有偏差的第二喷射角和特定速度和距离将富氧辅助偏移二次氧化剂喷射到锅炉中，沿着炉壁产生较多氧化性且较少还原性的环境，并且从而减少沿着炉壁的腐蚀。此外，用来使辅助偏移二次氧化剂富裕的额外的氧可对喷射器提供功率，该喷射器将混合氧和烟道气流，并且提供进入锅炉的动量较高的流。 [0034] 中壁氧化剂47A包括富氧流，诸如富氧流32或132的一部分，并且通过位于燃烧室41的燃烧拐角之间的相应的中壁氧化剂端口47B处的中壁空气喷嘴47喷射到燃烧室41中。中壁氧化剂47A的流的流径穿过切向风箱43，并且需要将新的穿孔安装到炉或燃烧室41中。在一个实施例中，优选形成于燃烧室41的第一对相对壁中的第一对中壁氧化剂端口47B位于高度H3的范围内，在高度H3处，燃料流44A和一次氧化剂和/或燃料氧化剂流45A喷射到燃烧室41中。优选形成于燃烧室41的第二对相对壁中的对应的第二对中壁氧化剂端口47B位于CCOFA隔室46的高度处或其上方。可独立地或以任何组合使用四个中壁氧化剂端口47B。中壁氧化剂47A可包括纯氧、通过使补充氧与二次氧化剂混合而富含氧的流，或通过使补充氧与烟道气再循环流混合而富含氧的流，如上面参照富氧流32和132所描述的。中壁氧化剂 47A的混合可由多种混合器件中的任一个(诸如例如扩散器、喷枪或喷射器)提供。 [0035] 可对新型且改型的燃氧的燃烧粉碎燃料的工具和工业锅炉提供燃氧系统10、100。燃氧系统10、100提供炉构件的减少的腐蚀，这是因为相对于传统的含氧燃料燃烧，在下部炉中的炉壁附近的燃烧气体中的气体物质不那么有腐蚀性。在燃氧系统10、100内的加强炉混合提供更高效的炉燃烧。通过利用氧驱动式喷射器，燃氧系统10、100还提供减少的NOx排放和较低的寄生功率消耗。 [0036] 再次参照图3和图4，存在在燃氧系统10的锅炉40内的、被标识为富氧流32或132的适合喷射位置的至少四个位置。可单独地或以任何组合利用位置，这取决于燃烧系统、工艺构造和燃料。四个位置包括(但不限于)：(i)通过位于切向风箱43中的CFS隔室，以与第一喷射角阿尔法(α)有偏移的第二喷射角贝塔(β)喷射的辅助偏移二次氧化剂46A(图4)；(ii)通过形成于切向风箱43中且位于燃烧室41上方的CCOFA隔室46而喷射的辅助偏移二次氧化剂46A(图3)；(iii)通过位于燃烧室41的燃烧拐角之间的中壁氧化剂端口47B而喷射的中壁氧化剂47A(图4)；以及(iv)通过位于燃烧室41的燃烧拐角之间的中壁氧化剂端口47C而喷射的中壁氧化剂47A(图4)。 [0037] 参照图3，被选来在燃氧系统10内使用的锅炉包括位于下部炉或燃烧室41中的一个或更多个喷燃器(未显示)。水壁管(未显示)衬在锅炉40的内部，并且包含在其中的水转换成高压蒸汽，该高压蒸汽最终用来使涡轮(未显示)旋转。锅炉40包括位于超过CCOFA隔室46的高度大约H5的高度的高度处的燃烬空气(“OFA”)端口48。由于燃料喷嘴44所喷射的燃料燃烧而产生的烟道气20A从燃烧室41向上流到上部炉41A，其中，分离的OFA 48A通过OFA端口48喷射，以完成燃烧过程。接着，烟道气20B离开锅炉40，如上面参照图1所描述的。 [0038] 被称为“燃烧侧”的水壁管的面向燃烧室41的侧部在出现燃料燃烧不完全时，特别是在燃煤锅炉(诸如锅炉40)中，展示腐蚀。在风箱43或燃烧室41中常常发现这种水壁燃烧侧腐蚀。完全和不完全燃烧的一些产物的存在(特别是还原性环境中的包含硫和氯的气体物质)有助于水壁腐蚀和损耗，从而缩短燃氧系统10的使用寿命。通过沿切向将辅助偏移二次空气46A喷射通过位于风箱中的CFS隔室或CCOFA隔室来提高沿着燃烧室41中的炉壁的氧浓度导致更干净的炉壁，并且减小水壁管中的渣化和腐蚀的影响。使用辅助偏移二次空气46A还产生局部还原性环境，以最小化NOx形成的可能性。通过经位于燃烧室41的燃烧拐角之间的中壁氧化剂端口47B将中壁氧化剂47A喷射到燃烧室41中，这些优点进一步加强。 [0039] 烟道气20的组分典型地包括CO2、水蒸气和少量O2、N2，以及诸如SOx、NOx、CO和氯的污染物。在含氧燃料燃烧中，相对于燃烧空气的燃烧，这些气体物质的浓度提高。在许多含氧燃料燃烧系统中，再循环烟道气与几乎纯的氧流一起用作燃烧系统的氧化剂。如果烟道气在返回到锅炉之前未经处理，则所有物质(包括包含气体物质的硫和氯)的浓度将由于再循环而增加。在燃氧系统中需要相对于燃烧空气的燃烧的较低的体积氧化剂流，以与热性能匹配，这是由于氧化剂的相对于空气的较高的热容量和分子重量；但是，较低的体积氧化剂流使烟道气流中的包含物质的硫和氯的成分增加。对于硫或其它腐蚀性杂质高的燃料，燃氧系统构造优选包括AQCS单元，用于在氧化剂再循环回到炉之前，移除硫和其它腐蚀性气体物质前体。使用AQCS单元来处理整个烟道气流减少含氧燃料系统中的腐蚀风险；但是，这样处理烟道气流将导致较高的装备、资金和运行成本。 [0040] 计算流体动力(“CFD”)建模以及第15MW试验性测试验证了相对于大量二次氧化剂的富裕，富氧喷射策略沿着炉壁产生较多氧化性、较少还原性的气体环境。试验性测试已进一步验证了这样的喷射策略减少炉NOx排放。在图5中提供在第15MW试验性测试期间进行的测试的炉NOx排放-喷燃器区分级的图表。喷燃器区分级是用于燃烧燃料的氧化剂中可得到的氧相对于在喷燃器区(图3的H2)中为了完全燃烧燃料所需的氧的化学计量比。在通往锅炉的恒定总氧输入下，随着更多氧转移到燃烬位置，喷燃器区化学计量比(stoichiometry)减小。喷燃器区化学计量比具有与NOx排放的强关系。图5中标绘的结果表明，相对于类似喷燃器区分级处的基准燃氧，大量二次氧化剂的富裕使炉NOx排放减少大约20%至大约30%。 [0041] 在图6A和6B中介绍CFD建模的结果。在图6A中显示在大量二次氧化剂富裕的情况下，基准燃氧的炉壁CO浓度。在图6B中显示选择性喷射策略结合了富氧的大量二次氧化剂的喷射位置。如上面标识的，选择的组合位置包括：(i)通过位于切向风箱43中的CFS隔室，以第二喷射角贝塔(β)喷射的辅助偏移二次氧化剂46A，第二喷射角贝塔(β)与第一喷射角阿尔法(α)有偏移(图4)；以及(iv)通过位于燃烧室41的燃烧拐角之间的中壁氧化剂端口47C而喷射的中壁氧化剂47A(图4)。 [0042] 如图6A和6B中显示的，燃氧炉212限定第一壁部分212A(例如一个侧壁)、第二壁部分212B(例如前壁)、第三壁部分212(例如另一个侧壁)和第四壁部分212D(例如后壁)。在壁部分212A-212D中的各个上描绘的图像表示在相应的壁部分212A-212D附近的位置处检测到的一氧化碳的浓度。用交叉影线描绘的图6A的图像213和图6B的图像214表示在相应的壁部分212A-212D附近的位置处检测到的大于大约6%摩尔分数的一氧化碳的浓度。在图6A和6B中用白色描绘的相应的壁部分212A-212D的区域，或者其上未描绘图像的区域，表示在这种位置处检测到的小于大约3%摩尔分数的一氧化碳的浓度。如图6B中显示的，组合选择喷射策略提供具有大于6%摩尔分数的高一氧化碳浓度的区域的总燃氧炉壁区域(部分212A- 212D)的部分减少到小于总炉壁区域的1.5%。 [0043] 图7提供使用图6A和6B中显示的相同基准和喷射策略所获得的所得测量结果。图7中介绍的试验性测试结果验证了CFD建模，并且证实了相对于大量二次氧化剂的富裕，富氧喷射策略沿着炉壁产生较多氧化性、较少还原性的气体环境。 [0044] 虽然已经参照各种示例性实施例来描述了本发明，但本领域技术人员将理解，可作出各种改变，并且等效物可代替本发明的元件，而不偏离本发明的范围。另外，可在不偏离本发明的实质范围的情况下作出许多修改，以使具体情况或内容适于本发明的教导。因此，意图的是本发明不限于被公开为为了执行本发明而构想的最佳模式的特定实施例，本发明而是将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施例。

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