一種劣質煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置的製作方法
2023-06-19 15:02:26
本實用新型屬於高效潔淨煤燃燒技術領域。
背景技術：
在中國，煤直接燃燒發電的火電高達70％以上的比例，其中，絕大部分火電廠燃用劣質煤，而我國已探明可開採煤儲量中劣質煤達50﹪左右的比例，僅無煙煤和貧煤的比例就接近30﹪，且優質無煙煤和貧煤很少；進口的劣質煤也越來越多。儘管國內外研發了各種各樣的各具特色的燃煤技術，表現在難燃的低揮發分無煙煤、貧煤、焦炭、三高煤燃燒上，由於實現著火穩燃、高效、低NOx、不結渣和負荷響應快等的條件往往互相制約，因此，同時實現著火穩燃、高效、低NOx、不結渣和負荷響應快等的煤燃燒技術研發依然面臨嚴峻挑戰。
針對難燃的低揮發分無煙煤燃燒，現有技術提供了一種鍋爐，角置四角切圓燃燒器被平移調整到高熱流密度爐牆中間並且噴口下傾，燃燒器為垂直濃淡燃燒器或低速常規燃燒器,著火穩燃性能得到改善，擴展的還原性氣氛區域利於NOx抑制，但其切圓燃燒的穩定性差、還原性氣氛角部回流區的存在使該區域水冷壁面易於結渣和高溫腐蝕。
現有的無煙煤燃燒方法，通過燃燒器區域角置四角切圓二次風消除了現有一種鍋爐角部回流區的不利影響，但沒有描述抑制NOx的具體方法，而且傳統煤粉燃燒的煤種適應性差等缺點並沒有得到克服。
現有技術還提供了另一種降低循環流化床NOx的燃燒方法，通過旋風分離器將煤燃燒過程分為主燃燒室還原性氣氛燃燒煤顆粒和煙道內氧化性氣氛燃盡飛灰兩個階段，由於對主燃燒室還原性氣氛燃燒即部分氧化或氣化可進行相對獨立的控制，減低了NOx排放，但由於循環流化床低溫燃燒，排渣中的碳因無法實施高溫燃燒的獨立控制、並沒有被燃盡，所以，導致提高燃燒效率和減低NOx排放量無法同時實現，燃燒效率方面無法與煤粉爐競爭。所以，熱化學轉換的不同階段得不到相應的獨立強化或抑制，無法同時解決難燃煤的各種問題。
此外，商業應用還表明，煤粉燃燒的優勢是燃燒效率高，但需磨煤系統，煤種適應性差，熱力型NOx生成量高，著火穩燃需專門技術，還原性氣氛燃燒需專門防結渣和高溫腐蝕技術,中儲倉熱風送粉系統存在難於處理的三次風；循環流化床燃燒優勢明顯，備煤簡單、煤種適應性強、負荷響應快、不存在熱力型NOx、著火穩燃技術簡單可靠、還原性氣氛低溫燃燒無需專門防結渣和高溫腐蝕技術，但飛灰和排渣含碳量高、燃燒效率低、磨損嚴重、備煤系統篩餘的煤粉利用存在困難、規模化單系列化技術水平低；採用分段獨立控制燃燒的概念，通過分段熱解、氣化、燃燒並採用爐膛內新結構有效耦合，將兩種燃燒方式結合起來，打破高效潔淨煤燃燒要求的相互制約，才能發揮兩種燃燒方式各自優勢並克服各自劣勢，從而同時實現煤、生物質及其混合物、特別是難燃的劣質煤的著火穩燃、高效、低NOx、不結渣和負荷響應快地燃燒。
綜上，針對現有煤燃燒技術在燃燒難燃的低揮發分無煙煤、貧煤、焦炭及三高煤等劣質固態燃料時，無法同時實現低NOx排放與高燃燒效率及燃燒過程中需配備磨煤系統的問題，現亟需提供一種解決上述問題的燃燒方法。
技術實現要素：
本實用新型是為了解決現有煤燃燒技術在劣質煤燃料時，無法同時實現低NOx排放與高燃燒效率及燃燒過程中需配備磨煤系統的問題，提供了一種劣質煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置。
一種劣質煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置，包括N個流化床和一個煤粉爐，N個流化床的粗煤氣輸出管均與煤粉爐的粗煤氣燃燒器連通，N為大於或等於1的整數，
所述的流化床包括三個反應區，從下至上依次為密相區、旋風分離區和稀相區，
流化床底部設有中心錐體，頂部設有百葉窗，且中心錐體和百葉窗均位於流化床內；
流化床外部側壁上設置至少一層流化氣流噴嘴、至少一層破碎氣流噴嘴、旋轉二次風噴管和加料裝置，且所述的至少一層流化氣流噴嘴、至少一層破碎氣流噴嘴、旋轉二次風噴管和加料裝置均位於流化床的密相區，
加料裝置用於將粒度為10mm以下的顆粒送入流化床內，
每層破碎氣流噴嘴均位於流化氣流噴嘴的上部，
旋轉二次風噴管位於破碎氣流噴嘴的上部，
加料裝置位於旋轉二次風噴管的上部；
煤粉爐的爐膛為水平截面呈矩形或圓形的直筒結構，
煤粉爐的底部設有冷灰鬥，所述冷灰鬥為水平截面呈矩形或圓形的錐筒結構，
煤粉爐的粗煤氣燃燒器由至少一個粗煤氣噴口和至少一個一級配風噴口組合而成，且粗煤氣燃燒器位於爐膛的下部；煤粉爐的側壁上還設有二級配風噴口，且二級配風噴口位於粗煤氣燃燒器的上方。
所述的粗煤氣燃燒器所在的區域為還原性氣氛富燃料燃燒區，粗煤氣燃燒器所在區域的以上區域為氧化性氣氛貧燃料燃盡區。
流化氣流噴嘴射入流化風的布風方式為：沿流化床的床底四周切向布置流化風，且同一層中的相鄰的兩個流化氣流噴嘴射流交叉；
破碎氣流噴嘴射入破碎風的布風方式為：同一層中的所有破碎氣流噴嘴的射流方向均為垂直指向中心錐體的對稱軸，且同一層中的相對的兩個破碎氣流噴嘴的射流相互對撞；
流化氣流噴嘴和破碎氣流噴嘴的出口氣流的馬赫數Ma小於或等於2.5。
所述的一種劣質煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置還包括多個水蒸氣噴嘴，且多個水蒸氣噴嘴沿稀相區的周向下傾均勻分布。
所述的密相區為底端密封的圓形直筒結構時，密相區的高度為H1，且D1/H1的比值範圍為0.01至2；所述的稀相區為頂端密封的圓形直筒結構時，稀相區的高度為H3，且D3/H3的比值範圍為0.005至0.99。
密相區為底端密封的直筒結構，且其水平截面呈矩形或圓形，稀相區為頂端密封的直筒結構，且其水平截面呈矩形或圓形，旋風分離區由下部直筒段和上部錐筒段兩部分構成，且兩部分的水平截面均呈矩形或圓形。
所述的中心錐體的錐角θ的最大值為顆粒堆積角的2倍，中心錐體的高度為B，密相區的高度為H1，且B≤H1。
所述的一種劣質煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置還配置多個布風環，且每層流化氣流噴嘴配置一個獨立的布風環，每層破碎氣流噴嘴配置一個獨立的布風環。
旋轉二次風噴管的個數範圍為2個至8個，水蒸氣噴嘴的個數範圍為4個至16。
所述的加料裝置通過Q個下傾加料管與流化床連通，且Q個下傾加料管沿流化床的周向均勻分布。
原理分析：本實用新型所述的一種劣質煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置，進行劣質煤燃燒時的具體過程為：
步驟一：引燃流化床，在壓力小於或等於3MPa，溫度範圍為500℃至980℃條件下，通過加料裝置向流化床內送入粒度在10mm以下的煤、生物質顆粒和石灰石顆粒中的一種或多種，同時通過流化氣流噴嘴射入流化風，破碎氣流噴嘴射入破碎風，在流化風、破碎風、中心錐體及百葉窗的作用下，對粒度在10mm以下的煤、生物質顆粒和石灰石顆粒中的一種或多種在流化床內進行還原性氣氛下富燃料絕熱燃燒和顆粒分選，從而形成粗煤氣；
步驟二：將粗煤氣通過粗煤氣燃燒器引入到煤粉爐內，在還原性氣氛富燃料燃燒區利用一級配風噴口射入空氣進行1100℃還原性氣氛下富燃料燃燒及換熱，然後，在氧化性氣氛貧燃料燃盡區利用二級配風噴口射入空氣進行1300℃氧化性氣氛下貧燃料燃盡、換熱，排煙及排灰渣，從而完成煤、生物質及其混合物的分段耦合燃燒。
採用煤燃燒熱化學轉化不同階段的針對性地分段熱解、絕熱燃燒、破碎、氣化、還原性氣氛燃燒、氧化性氣氛燃盡並利用爐內新結構實施各階段質量、動量、能量有效耦合的方法，將流化床燃燒和煤粉爐燃燒結合起來，通過獨立控制，打破高效潔淨煤燃燒要求的相互制約，發揮各自優勢並克服各自劣勢，從而同時實現煤、生物質及其混合物、特別是難燃的劣質煤的著火穩燃、高效、低NOx、不結渣和負荷響應快地燃燒。
具體應用過程中，首先引燃流化床，對送入流化床中粒度在10mm以下煤、生物質及其混合物、特別是劣質煤顆粒的一種或多種進行一定風率下的熱解、燃燒、破碎、氣化，即還原性氣氛下富燃料絕熱燃燒，將燃料重整為粗煤氣；所述的粗煤氣為：由流化床輸出的、壓力不大於3MPa的、溫度為500℃至980℃的、僅含帶粒度範圍可控的半焦、焦炭顆粒的氣固兩相流；然後將粗煤氣通過粗煤氣燃燒器引入到煤粉爐粗煤氣燃燒器區域，在此區域繼續進行1100℃還原性氣氛下富燃料燃燒及換熱，燃料型NOx能得到有效抑制；最後在煤粉爐粗煤氣燃燒器區域的以上區域利用燃盡風進行1300℃左右氧化性氣氛燃盡、換熱，排煙及排灰渣，既能保證燃燒效率又能抑制熱力型NOx生成，流化床和煤粉爐能實現各自獨立控制。
本實用新型帶來的有益效果是，採用分段耦合燃燒的概念，通過各段獨立控制和兩種爐型的有效耦合，實現了在各階段針對性地強化與抑制煤的熱化學轉換，從而能同時實現劣質煤著火穩燃、高效、低NOx燃燒；發揮了流化床和煤粉爐兩種燃燒方式各自優勢並克服各自劣勢；
此外，流化床配置了顆粒破碎、分選功能，可直接處理粒度為10mm以下的顆粒，流化床無需排渣，既節能又可取消煤粉爐燃燒的磨煤系統，所以也無三次風處理問題；流化床具有乾燥和脫硫功能，高灰、高水、高硫的三高煤能高效低NOx煤粉燃燒；又因流化床絕熱燃燒，所以任何煤種的燃燒都能夠採用煙氣再循環技術實施潔淨燃燒；流化床具有氣化和調溫功能，難燃的低揮發分無煙煤、貧煤、熱解或氣化後剩餘焦炭能轉化為易燃燃料並能可靠地實現高效低NOx燃燒，煤與木屑、稻殼等生物質混燒不存在受熱面磨損、結焦、燃燒效率低、汙染物排放高等問題；
此外，流化床和煤粉爐既相互獨立控制，又有效耦合，顯著地改善了煤粉爐的煤種適應性和負荷響應特性；由於耦合了煤粉爐，流化床燃燒備煤系統的篩餘煤粉能夠得到高效低NOx燃燒；流化床規模化和單系列化能達到煤粉爐的技術水平,另一方面，由於1個煤粉爐能配置不同個數流化床，因此適於小、中、大各種不同規模的煤燃燒，包括工業鍋爐、電站鍋爐的煤燃燒。由於雙渦快速流化床適於煤、生物質及煤與生物質混合物氣化，本實用新型適用於多聯產。
理論、實驗數值實驗和實踐表明，燃用某無煙煤，在煙氣氧濃度3.2﹪的情況下，燃燒效率97﹪以上，NOx排放可達250mg以下，燃燒穩定，不結渣焦，負荷響應良好。
附圖說明
圖1為本實用新型所述的一種劣質煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置的結構示意圖；
圖2為一種流化床的結構示意圖；附圖標記H3表示稀相區的高度；
圖3為錐形截面布風環的剖視圖；
圖4為一種煤粉爐結構示意圖。
具體實施方式
具體實施方式一：參見圖1、圖2和圖4說明本實施方式，本實施方式所述的一種劣質煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置，包括N個流化床1和一個煤粉爐2，N個流化床1的粗煤氣輸出管1-15均與煤粉爐2的粗煤氣燃燒器2-4連通，N為大於或等於1的整數，
其特徵在於，所述的流化床1包括三個反應區，從下至上依次為密相區1-11、旋風分離區1-12和稀相區1-13，
流化床1底部設有中心錐體1-8，頂部設有百葉窗1-14，且中心錐體1-8和百葉窗1-14均位於流化床1內；
流化床1外部側壁上設置至少一層流化氣流噴嘴1-4、至少一層破碎氣流噴嘴1-5、旋轉二次風噴管1-6和加料裝置1-1，且所述的至少一層流化氣流噴嘴1-4、至少一層破碎氣流噴嘴1-5、旋轉二次風噴管1-6和加料裝置1-1均位於流化床1的密相區1-11，
加料裝置1-1用於將粒度為10mm以下的顆粒送入流化床1內，
每層破碎氣流噴嘴1-5均位於流化氣流噴嘴1-4的上部，
旋轉二次風噴管1-6位於破碎氣流噴嘴1-5的上部，
加料裝置1-1位於旋轉二次風噴管1-6的上部；
煤粉爐2的爐膛2-1為水平截面呈矩形或圓形的直筒結構，
煤粉爐2的底部設有冷灰鬥2-7，所述冷灰鬥2-7為水平截面呈矩形或圓形的錐筒結構，
煤粉爐2的粗煤氣燃燒器2-4由至少一個粗煤氣噴口2-5a和至少一個一級配風噴口2-5b組合而成，且粗煤氣燃燒器2-4位於爐膛2-1的下部；煤粉爐2的側壁上還設有二級配風噴口2-6，且二級配風噴口2-6位於粗煤氣燃燒器2-4的上方。
本實施方式，所述的流化床1為鼓泡床沸騰床、循環流化床、離心流化床、氣流粉碎流化床、雙渦快速流化床1的一種或它們的組合，優選地，流化床1為雙渦快速流化床。
所述的煤粉爐2為切圓燃燒煤粉爐、W火焰煤粉爐、U火焰煤粉爐、旋風爐的一種或它們的組合，優選地，煤粉爐2為切圓燃燒煤粉爐。
流化床1用於10mm以下煤、生物質顆粒和石灰石顆粒的還原性氣氛熱解、絕熱燃燒、破碎、氣化、顆粒分選、脫硫的同時，預製壓力不大於3MPa的、溫度為500℃至980℃的、僅含帶粒度範圍可控的半焦、焦炭顆粒的氣固兩相流，即粗煤氣，粗煤氣的溫度由流化床1配風調節、水蒸汽氣化輔助控制，粗煤氣中的半焦、焦炭顆粒粒度由減小流化床1二次風率、增大破碎氣流比例方式調節，最終由水蒸汽龍捲風式旋轉分離主控、百葉窗1-14輔助控制，確保粗煤氣中的半焦、焦炭顆粒的粒度範圍，其中，百葉窗1-14採用現有技術實現。
煤粉爐2用於進行粗煤氣燃燒器所在區域的1100℃還原性氣氛燃燒及換熱和燃燒器所在區域以上區域的1300℃氧化性氣氛燃盡、換熱，排煙及排灰渣，煤粉爐2的周知結構採用現有技術實現，相對於流化床1，煤粉爐2的燃燒獨立控制。煤粉爐2的爐膛2-1自下至上分為相對獨立的還原性氣氛富燃料燃燒區2-2和氧化性氣氛貧燃料燃盡區2-3；
所述的煤粉爐2的粗煤氣燃燒器2-4由至少一個粗煤氣噴口2-5a和至少一個一級配風噴口2-5b組合而成，所述的粗煤氣燃燒器2-4分直流、旋流、集中火焰、多重小火焰多種。
流化床1的配風必須確保床內還原性氣氛富燃料燃燒，並且絕熱燃燒，燃燒份額範圍為0.2至0.8，優選地，燃燒份額範圍為0.2至0.5，流化床1為雙渦快速流化床時，由於燃料只需部分氧化、高速離心流化，雙渦快速流化床具有循環流化床的負荷響應快速、熱質交換強烈、停留時間長、旋風分離、物料循環等特徵，因此，無需循環流化床回料系統，結構簡單、緊湊。
加料裝置1-1為高壓加料鎖鬥、鉸龍、高壓密相輸粉、稀相送粉的一種或它們的組合，以適應不大於3MPa壓力下操作；加料裝置1-1所提供的固態物料為，粒度小於10mm的煤、生物質、焦炭、半焦、石灰石顆粒的一種或多種；石灰石顆粒亦可另設裝置和噴口噴入。
流化氣流噴嘴1-4射入流化風和破碎氣流噴嘴1-5射入破碎風均為空氣、水蒸汽、再循環煙氣、惰性氣體中的一種或多種，優選地，為空氣。
一級配風噴口2-5b和二級配風噴口2-6均用於輸送氧化劑，優選地，為空氣。
具體實施方式二：參見圖1、圖2和圖4說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式一所述的一種劣質煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置的區別在於，所述的粗煤氣燃燒器2-4所在的區域為還原性氣氛富燃料燃燒區2-2，粗煤氣燃燒器2-4所在區域的以上區域為氧化性氣氛貧燃料燃盡區2-3。
本實施方式中，煤粉爐2的粗煤氣噴口2-5a與所述的流化床1的粗煤氣出口管1-15連通，粗煤氣燃燒器2-4需配置多組，優選地，粗煤氣燃燒器2-4配置4組。
4組粗煤氣燃燒器2-4切圓式布置於還原性氣氛富燃料燃燒區2-2，用於粗煤氣1100℃還原性氣氛富燃料燃燒，利用高溫使碳轉化率達到80％以上、燃料氮轉化為揮發分氮達到80％以上，既有利於下一段燃盡又能有效抑制燃料型NOx的發生，煤粉爐2一級配風分為粗煤氣燃燒器2-4中心風、周界風和側邊風利於粗煤氣燃燒器2-4的冷卻和防止還原性氣氛富燃料燃燒區2-2水冷壁面結渣及高溫腐蝕。
煤粉爐2的二級配風噴口2-6需配置多組，優選地，煤粉爐2二級配風噴口2-6配置4組；4組煤粉爐2二級配風噴口2-6切圓式布置於氧化性氣氛貧燃料燃盡區2-3，用於還原性氣氛富燃料燃燒區2-2產生的可燃物(主要是CO和少量半焦、焦炭)1300℃氧化性氣氛貧燃料燃盡，既能防止熱力型NOx產生又能充分燃盡，煤粉爐2二級配風分為火上風(OFA)、主二級配風、燃盡風，在氧化性氣氛貧燃料燃盡區2-3自下而上依次布置。
由於從整體角度獨立組織了粗煤氣在煤粉爐2中燃燒，能獨立優化各種風率，優選地，煤粉爐2的一級配風風率範圍為0.6至0.9、煤粉爐2的二級配風風率範圍為0.4至0.1。流化床1和煤粉爐2各自獨立控制；流化床1需配置多個，優選地，為1個至8個，以匹配不同規模的煤粉爐2的多組粗煤氣燃燒器2-4。
具體實施方式三：參見圖1、圖2和圖4說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式一所述的一種劣質煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置的區別在於，
流化氣流噴嘴1-4射入流化風的布風方式為：沿流化床1的床底四周切向布置流化風，且同一層中的相鄰的兩個流化氣流噴嘴1-4射流交叉；
破碎氣流噴嘴1-5射入破碎風的布風方式為：同一層中的所有破碎氣流噴嘴1-5的射流方向均為垂直指向中心錐體1-8的對稱軸，且同一層中的相對的兩個破碎氣流噴嘴1-5的射流相互對撞；
流化氣流噴嘴1-4和破碎氣流噴嘴1-5的出口氣流的馬赫數Ma小於或等於2.5。
本實施方式中，同一水平面的多個流化氣流噴嘴1-4的相鄰噴嘴射流相互交叉後，能在床內形成破碎圓以實施煤顆粒剪切破碎，同一水平面相鄰噴嘴射流交叉所形成的鈍角介於91°至179°之間,優選為135°，流化氣流噴嘴1-4出口氣流的馬赫數Ma不大於2.5，超音速下優選為1.35至2.01；
所以，本實用新型所述的一種流化床1的布風特點之一為：於床底四周至少兩層切向布置流化風、同一水平面相鄰噴嘴射流交叉。
所述的流化床1的破碎氣流噴嘴1-5可為多個拉法爾噴嘴或漸縮噴嘴，分一層或多層布置，多層情況下各層之間分順列、錯列兩種布置方式，並且每層組有獨立的布風環1-3以利顆粒破碎和負荷調節控制；同一水平面的多個破碎氣流噴嘴1-5於流化床1對稱軸心對衝布置，破碎氣流噴嘴1-5出口氣流的馬赫數Ma不大於2.5，超音速下優選為1.35至2.01；
所以，本實用新型所述的流化床1的布風特點之二為：流化燃燒區1-11a上部四周至少兩層或至少一層兩組對衝布置破碎風、同一水平面相對兩噴嘴射流對撞。
具體實施方式四：參見圖1、圖2和圖4說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式一所述的一種劣質煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置的區別在於，所述的一種劣質煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置還包括多個水蒸氣噴嘴1-7，且多個水蒸氣噴嘴1-7沿稀相區1-13的周向下傾均勻分布。
本實施方式，所述的流化床1的旋轉二次風噴管1-6為多個，優選地，為2個至8個，布置於破碎氣化區1-11b上部，在同一水平面上，至少一層周向均勻切圓式布置，用於氣固兩相流旋轉；由旋轉二次風噴管1-6引入的二次風為空氣、水蒸汽、再循環煙氣、惰性氣體的一種或多種，優選地，為空氣；
所以，本實用新型所述的流化床1的布風特點之三為：於破碎氣化區上部在同一水平面上至少一層周向均勻切圓式布置旋轉二次風以使氣固兩相流旋轉。
具體實施方式五：參見圖1、圖2和圖4說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式一所述的一種劣質煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置的區別在於，所述的密相區1-11為底端密封的圓形直筒結構時，密相區1-11的高度為H1，且D1/H1的比值範圍為0.01至2；所述的稀相區1-13為頂端密封的圓形直筒結構時，稀相區1-13的高度為H3，且D3/H3的比值範圍為0.005至0.99。
本實施方式中，經過旋風分離區1-12加速、旋轉、離心力分選後的流態化氣固兩相流進入稀相區後，繼續熱解、氣化，旋轉不斷減弱並充分發展，由於離心力及氣固滑移，在稀相區形成以半焦、焦炭顆粒為主體的外漩渦，稀相區1-13的作用是快速輸運、輔助煤顆粒、半焦、焦炭顆粒熱解、氣化、分選、延長停留時間。
具體實施方式六：參見圖1、圖2和圖4說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式一所述的一種劣質煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置的區別在於，密相區1-11為底端密封的直筒結構，且其水平截面呈矩形或圓形，稀相區1-13為頂端密封的直筒結構，且其水平截面呈矩形或圓形，旋風分離區1-12由下部直筒段和上部錐筒段兩部分構成，且兩部分的水平截面均呈矩形或圓形。
本實施方式中，旋風分離區1-12，優選為，上部漸縮圓錐筒、下部圓形直筒結構，且旋風分離區1-12的上埠與稀相區1-13的下埠相同，旋風分離區1-12的下埠與密相區1-11的上埠相同。
旋風分離區1-12下部圓形直筒段的高度為H2a、直徑為D1，上部錐筒段的高度為H2b、底端直徑為D1、頂端直徑為D3，旋風分離區1-12的高度H2與其下部直筒段高度H2a比值範圍為2至10；
所述的密相區1-11，優選為，底端密封的圓形直筒結構，高度為H1，且D1/H1的比值範圍為0.01至2。
本實施方式，通過床底密相區1-11四周切向布風、射流對衝、二次風旋轉、配合中心錐體1-8的導流和破碎靶作用，使煤顆粒在密相區1-11充分旋轉流化、絕熱燃燒、破碎、氣化、傳輸、循環，形成密相區1-11的內漩渦；中心部顆粒流動由於重力沿中心錐體1-8表面旋轉下移，具有移動床特徵，能顯著延長煤顆粒停留時間，四周顆粒流動具有離心流化床特徵，也能延長煤顆粒停留時間；旋轉流化消除了分層流化、團聚、氣泡；由於射流交叉、與靶壁撞擊、對衝具有破碎功能，所述的密相區1-11不需要直接排渣；密相區1-11能保障煤顆粒充分旋轉流化、熱解、絕熱燃燒、破碎、氣化、傳輸、循環、延長停留時間、避免直接排渣。
具體實施方式七：參見圖1、圖2和圖4說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式一所述的一種劣質煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置的區別在於，所述的中心錐體1-8的錐角θ的最大值為顆粒堆積角的2倍，中心錐體1-8的高度為B，密相區1-11的高度為H1，且B≤H1。
本實施方式，中心錐體1-8能作為導流裝置和破碎靶輔助煤顆粒流化、破碎。
具體實施方式八：參見圖1至圖4說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式一所述的一種劣質煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置的區別在於，所述的一種劣質煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置還配置多個布風環1-3，且每層流化氣流噴嘴1-4配置一個獨立的布風環1-3，每層破碎氣流噴嘴1-5配置一個獨立的布風環1-3。
本實施方式，布風環1-3為現有結構，布風環1-3的截面是圓形、矩形或錐形的圓環，配有進氣管1-3a、出氣管1-3b，出氣管1-3b與流化氣流噴嘴1-4連通，具體參見圖3；所述的布風環1-3一部分配置在流化床1的底端，即：流化燃燒區1-11a，另一部分配置在流化床1流化燃燒區1-11a上部；為了確保穩定流化和負荷調節控制，在所述的流化床1底端至少配置兩層布風環1-3，在所述的流化床1破碎氣化區1-11b至少配置兩層或一層兩組布風環1-3；由進氣管1-3a引入布風環1-3流化風和破碎風后分別分流為流化氣流和破碎氣流的氣體為空氣、水蒸汽、再循環煙氣、惰性氣體的一種或多種，優選地，為空氣。
所述的流化床1的流化氣流噴嘴1-4為多個拉法爾噴嘴或漸縮噴嘴，分一層或多層布置，多層情況下各層之間分順列、錯列兩種布置方式，並且每層有獨立的布風環1-3以利顆粒破碎和負荷調節控制。
具體實施方式九：參見圖1、圖2和圖4說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式一所述的一種劣質煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置的區別在於，旋轉二次風噴管1-6的個數範圍為2個至8個，水蒸氣噴嘴1-7的個數範圍為4個至16。
本實施方式，所述的流化床1的旋轉二次風噴管1-6為多個，優選地，為2個至8個，布置於破碎氣化區1-11b上部，在同一水平面上，至少一層周向均勻切圓式布置，用於氣固兩相流旋轉；由旋轉二次風噴管1-6引入的二次風為空氣、水蒸汽、再循環煙氣、惰性氣體的一種或多種，優選地，為空氣。
具體實施方式十：參見圖1、圖2和圖4說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式一所述的一種劣質煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置的區別在於，所述的加料裝置1-1通過Q個下傾加料管1-2與流化床1連通，且Q個下傾加料管1-2沿流化床1的周向均勻分布。
本實施方式，加料管1-2的配置分兩種：集中方式與分級方式，集中方式為，在密相區1-11單獨設置至少1個下傾加料管1-2；分級方式為，在密相區1-11和稀相區1-13均分別設置至少1個下傾加料管1-2，實施物料分級。
密相區1-11又分為三部分，分別為：一層或多層流化氣流噴嘴1-4所對應的流化燃燒區1-11a、一層或多層破碎氣流噴嘴1-5所對應的破碎氣化區1-11b、旋轉二次風噴管1-6和下傾加料管1-2所對應的傳輸循環區。
具體實施方式十一：本實施方式與具體實施方式一所述的一種劣質煤高效低NOx分段耦合燃燒裝置的區別在於，百葉窗1-14為一級直板或彎板圓筒形百葉窗，由多個長方體直板或彎板與垂直來流方向成15°至35°銳角互不遮蔽組合而成，該圓筒形百葉窗同心內置於稀相區1-13最頂端；百葉窗1-14作用是輔助控制粗煤氣中的顆粒粒度。