CN101292115A - 反应物利用率得到改良的循环流化床锅炉 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种反应物利用率得到改良的循环流化床锅炉。所述循环流化床锅炉包括：循环流化床，其具有：密相床部分、毗邻于所述密相床部分的下部炉膛部分、及上部炉膛部分，其中所述循环流化床锅炉的密相床部分被维持在化学计量比以下(富燃料阶段)且所述下部炉膛部分被维持在化学计量比以上(贫燃料阶段)，由此可减少NOx的形成；反应物，其减少废气中至少一种燃烧产物的排放；及多个辅助空气注射口，其位于循环流化床的下游以使所述反应物与废气在密相床上方的炉膛中混合，其中减少燃烧产物排放所需的反应物的量得到减少。于一优选实施例中，所述循环流化床锅炉可进一步包括用于将废气中的携带颗粒返回到循环流化床的返回系统。

Description

反应物利用率得到改良的循环流化床锅炉
技术领域
大体而言，本发明涉及循环流化床锅炉，且更具体而言涉及用于减少有害燃烧产物的反应物使用率得到改良的循环流化床锅炉。
背景技术
燃烧含硫炭质化合物(尤其煤)会导致燃烧产物气体含有让人无法接收的高水平二氧化硫。二氧化硫是一种可适度溶于水及水成流体的无色气体。其主要是在燃烧含硫燃料或垃圾时形成。一旦释放到大气中，二氧化硫会慢慢反应而形成硫酸(H2SO4)、无机硫酸盐化合物及有机硫酸酯化合物。大气中的SO2或H2SO4会导致有害的“酸雨”。
根据美国环境保护局，酸雨会导致湖泊及河流的酸化且致使损害高海拔树木及许多敏感森林土壤。另外，酸雨会加速建筑材料及油漆(包括不可替代的建筑、雕像及雕刻)的腐蚀。在降落到地面之前，SO2及NOx气体及其颗粒物质衍生物、及硫酸盐及硝酸盐还会致使能见度下降并危害公众健康。
用于除去二氧化硫的空气污染控制系统通常依靠所吸收的二氧化硫被碱中和成无机盐来防止硫排放到环境中。所述反应最常使用的碱包括方解或白云石灰石、浆液或快干及水合石灰、及来自Theodoric lime的工业用副产物及天然碱氢氧化镁。一旦被石灰石吸收，便可将SO2俘获到现有的颗粒捕获设备(例如，静电除尘器或袋滤室)中。
循环流化床锅炉(CFB)利用煤灰及石灰石或类似碱组成的流化床来减少SO2的排放。所述床可包括额外的微粒(例如，沙或耐火材料)。循环流化床锅炉可有效地减少SO2及NOx的排放。通常可减少92％的SO2排放，但可减少高到98％。可将实现这种减少所需的Ca/S的化学计量比设计为约2.2。然而，由于非有效的混合，为实现所希望的SO2俘获水平，常常将该比例增加至3.0。Ca/S的较高比例需要在所述过程中使用更多的石灰石，因而会增加运作成本。另外，非有效的混合会导致形成促使NOx形成的燃烧“热点”。
因此，需要一种用于减少有害燃烧产物的反应物利用率得到改良而同时还可减少NOx形成的循环流化床锅炉。
发明内容
本发明涉及一种反应物利用率得到改良的循环流化床锅炉。所述循环流化床锅炉可包括循环流化床。所述循环流化床可包括密相床部分、毗邻于所述密相床部分的炉膛下部及炉膛上部分。所述循环流化床锅炉的密相床部分优选地保持在化学计量比以下(富燃料阶段)，且所述炉膛下部分优选地维持在化学计量比以上(贫燃料阶段)，由此可减少NOx的形成。所述循环流化床锅炉还可包括：可减少废气中至少一种燃烧产物排放的反应物；多个辅助空气注射口，其位于所述循环流化床的下游以使反应物与废气在密相床上方的炉膛内混合，其中可减少用于减少燃烧产物排放所需的反应物的量；及返回系统，其用于将废气中的携带颗粒返回到循环流化床。
于一优选实施例中，所述反应物是选自由如下组成的群组：苛性碱、石灰、石灰石、飞灰、氧化镁、苏打灰、碳酸氢钠、碳酸钠、双碱、钠碱、及包括方解石(CaCO3)、菱镁镍矿({Ni，Mg，Fe}CO3)、菱镁矿(MgCO3)、菱镉矿(CdCO3)、菱锰矿(MnCO3)、菱铁矿(FeCO3)、菱锌矿(ZnCO3)、菱钴矿(COCO3)的方解石矿物群组及其混合物。优选地，该反应物是石灰石。
于另一实施例中，所述辅助空气注射口位于循环流化床锅炉的炉膛下部。所述空气注射口彼此可非对称地定位。所述辅助空气注射口可按照选自由如下组成的群组的方式来布置：对置直列式、对置交错式及其组合。优选地，所述辅助空气注射口定位在密相床上方的约10英尺与30英尺之间。所述辅助空气注射口可定位在炉膛中的出口气柱密度与密相床顶部密度的比例大于约0.7的高度处。此外，辅助空气注射口还可定位在炉膛中气体及颗粒密度大于出口气柱密度的约140％的高度处。
于一优选实施例中，当非对置布置时，每一辅助空气注射口的射流穿透深度大于炉膛宽度的约50％。所述喷流穿透可高出炉膛压力约15英尺水柱以上。此外，该射流穿透可高出炉膛压力约15英寸至40英寸水柱。优选地，所述辅助空气注射口将总气流的约10％至35％递送到锅炉。
于一优选实施例中，所述返回系统包括用于从废气除去携带颗粒的分离器。所述分离器可为旋风分离器。所述分离器可为旋风分离器。于一实施例中，所述返回系统还可包括位于该分离器下游的细粉收集器。所述细粉收集器可为一袋滤室或静电除尘器。
相应地，本发明一态样是提供一种反应物利用率得到改良的循环流化床锅炉。所述循环流化床锅炉包括：(a)循环流化床，其包括：密相床部分；毗邻于所述密相床部分的下部炉膛部分；及上部炉膛部分；(b)可减少废气中至少一种燃烧产物排放的反应物；及(c)多个辅助空气注射口，其位于循环流化床的下游以使所述反应物与废气在密相床上方的炉膛中混合，其中可减少用于减少燃烧产物排放所需的反应物的量。
本发明另一态样是提供一种改良反应物利用率得到改良的循环流化床。所述循环流化床锅炉包括：(a)循环流化床：其包括：密相床部分；毗邻于所述密相床部分的下部炉膛部分；及上部炉膛部分，其中所述循环流化床锅炉的密相床部分维持在化学计量比以下(富燃料阶段)，且下部炉膛部分维持在化学计量比以上(贫燃料阶段)，由此可减少NOx的形成；(b)可减少废气中至少一种燃烧产物排放的反应物；及(c)多个辅助空气注射口，其位于所述循环流化床的下游以使所述反应物与废气在密相床上方的炉膛中混合，其中可减少用于减少燃烧产物排放所需的反应物的量。
本发明再一态样是提供一种具有反应物使用率得到改善的循环流化床锅炉。所述循环流化床锅炉包括：(a)循环流化床，其包括：密相床部分；毗邻于所述密相床部分的下部炉膛部分；及上部炉膛部分，其中所述循环流化床锅炉的密相床部分维持在化学计量比以下(富燃料阶段)，而下部炉膛部分维持在化学计量比以上(贫燃料阶段)，由此可减少NOx的形成；(b)可减少废气中至少一种燃烧产物排放的反应物；及(c)多个辅助空气注射口，其位于循环流化床的下游以使所述反应物与废气在密相床上方的炉膛中混合，其中可减少用于减少燃烧产物排放所需的反应物的量；(d)返回系统，其用于将携带颗粒从废气返回到循环流化床。
所属技术领域的技术人员在参照附图阅读下述优选实施例说明后可明了本发明的上述及其他方面。
附图说明
图1是现有技术循环流化床锅炉(CFB)的图解；
图2是根据本发明构造的石灰石利用率得到改良的循环流化床锅炉的图解；
图3是CFB中气体及颗粒密度与炉膛高度的关系的图形表示；
图4是基线情况及本发明情况的质量加权CO与重量的关系的图形表示；
图5是基线情况及本发明情况的平均颗粒体积分数与高度的关系的图形表示；且
图6是基线情况及本发明情况的质量加权湍流动能与高度的关系的图形表示。
具体实施方式
在下文说明中，相同的代表符号在若干视图中均表示相同或相应的部分。同样，在下文说明中，应了解，术语“向前”、“向后”、“前部”、“后部”、“右”、“左”、“向上”、“向下”及诸如此类均为便于描述的词汇且不应将其理解为限制性术语。在本发明中，可还原酸是指其中可通过对所述酸进行电化学还原而降低或消除酸性的酸。于所述实施例的说明中，术语“口”是用来描述端部上没有任何缩颈的反应剂注射通道。术语“注射器”是用来描述端部上有缩颈孔口的反应剂注射通道。所述孔口可为孔或喷嘴。注射装置是一种包含管道、口、注射器或其组合的装置。
现在参照附图，一般而言，这些图解是用于描述本发明的优选实施例的目的且不打算将本发明限定于此。如图1中可最佳看出，图中显示一传统循环流化床锅炉(其通常由1来指示)的现有技术实施例。所述循环流化床锅炉可包括炉膛2、旋风除尘器3、密封箱4及任选外部热交换器6。炉膛2中的燃烧所产生的废气流动到旋风除尘器3中。旋风除尘器3还从废气中分离颗粒。旋风除尘器3所捕获的颗粒流动到密封箱4内。外部热交换器6在循环颗粒与热交换器6中的床内导管之间进行热交换。
于一优选实施例中，炉膛2由水冷炉膛壁2a及空气分布喷嘴7组成。空气分布喷嘴7将流化空气A引入到炉膛2内以在炉膛2中产生流化条件且其布置在炉膛2的底部部分中。旋风除尘器3与炉膛2的上部部分连接在一起。旋风除尘器3的上部部分与热再生区域8连接在一起，炉膛2中的燃烧所产生的废气流动到热再生区域中；且旋风除尘器3的底部部分与密封箱4连接在一起，被捕获的颗粒流动到密封箱4内。热再生区域8中包含过热器及节热器。
密封箱4的底部中布置有一风箱10以通过空气分布板9向上吸入流化空气B。密封箱4中的颗粒在流化条件下被引入到任选外部热交换器6且被引入到床内导管5。
于传统CFB锅炉中，下部炉膛中(亦即，密相床内)可存在良好的混合或动能。然而，本发明是基于以下发现：上部炉膛中(亦即，密相床上方)可存在不充分的混合，以致无法更加完全地利用所添加的反应物来减少废气中的排放物。如本文中使用，在密相床的顶部处，气体及颗粒密度通常比锅炉出气/颗粒密度大两倍。
在下部炉膛(其通常位于煤馈送口的正前方)中，来自煤的挥发性物质(气相)会迅速地与可用氧气混合并反应。这会相对于周围满载颗粒的气流形成浮力非常强的低密度、热气体烟流。该浮力烟流会迅速地形成气沟、气道或烟流而从下部炉膛上升到炉顶。所述气沟中不存在吸收并减少SO2的石灰石。我们发现，在抵达炉膛的炉顶后，所述高SO2的废气可排出炉膛并逃逸出旋风除尘器而没有得到充分的SO2反应。对炉膛排出管道的测量结果显示，所述排出管道的上部部分中的SO2浓度相对于管道底部将近10倍还高。
在传统循环流化床锅炉的炉膛内，包含灰、沙及石灰石等的床材料11由于流化条件而处于悬浮状态。废气所夹带的大多数颗粒会逃逸出炉膛2而由旋风除尘器3捕获并引入到密封箱4。以所述方式引入到密封箱4的颗粒暴露于流化空气B且与任选外部热交换器6的床内导管5发生热交换以进行冷却。所述颗粒通过管道12被返回到炉膛2的底部以重新循环穿过炉膛2。
于本发明中，在密相床上方使用高速混合空气注射以便既减少石灰石的使用又减少循环流化床锅炉中的NOx排放。另外，还可减少Hg及酸性气体的排放。所述密相床上方的高速混合空气注射可使流化床空间进行有力的混合，从而导致更大的燃烧及反应效率，由此减少将废酸中和到可接受水平的石灰石或其他基本反应剂的量。
在本发明一实施例中，本发明的循环流化床锅炉(在图2中通常描述为100)包括一系列将辅助空气平流输送到流化床内的辅助空气注射口20。优选地，所述口按照以预定间隔隔开的方式定位以形成流化床区的旋转流。更为优选地，辅助空气注射口非对称地间隔以在锅炉内产生旋转。由于许多锅炉的宽度大于其深度，因此，在一实施例中，使用者可建立两组喷嘴来促进反向旋转。
于本发明一实施例中，辅助空气注射口定位在密相床上方约10英尺与30英尺之间。所述空气注射口优选地经布置以相互单独的水平或阶段对反应器中相互对置的壁进行作用。所述系统因此可使流化床空间进行有力的混合，从而导致SO2与石灰石间更高的反应效率，由此允许使用较少的石灰石来实现指定的SO2减少水平。该增强的混合允许减少Ca/S的化学计量比而实现相同水平的SO2减少。
密相床结构上方的高速混合空气注射的主要要素为：
(1)所述高速混合空气口的位置完全在CFB密相床部分的上方，其中该密相床被定义为具有大于炉膛出口(旋风除尘器出口)的密度两倍以上的密度的部分，
(2)所述高速混合空气口优选地经设计以使废气旋转，因此进一步增加下游的混合，且
(3)所述高速混合空气口为引入高速、高动量及高动能的湍流射流的高压空气注射喷嘴。
类似地，本发明所产生的有力混合还可防止气沟或烟流且因而可防止硫化合物较短的驻留时间，由此允许其在反应器内有更多的时间进行反应并进一步增大反应效率。该有力的混合还可使燃料更加均匀的燃烧，由此减少锅炉中的“热点”(其可形成NOx)。
优选地，通过高速混合空气口的质量流量应引入总空气流量的15％至40％。更为优选地，所述高速混合空气口应引入总空气流量的约20％至30％。
于本发明一优选实施例中，所述喷嘴的出射速度应超过约50m/s。更为优选地，出射速度应超过约100m/s。
所空气流可为热的(从空气加热器下游(空气侧)抽取)、环境温度的(从FD风扇出口处的空气加热器(空气侧)上游抽取)或环境温度的(从周围环境抽取)。绕过空气加热器的空气对于安装非绝热的管道工程便宜很多，但锅炉的总体效率会受损害。
现有技术的高速过烧空气应用局限于混合主要包含废气的燃烧区，且因此不会增加石灰石的使用效率。于本发明中，混合是针对包含大量惰性微粒(亦即，煤灰及石灰石颗粒)的炉膛燃烧区。另外，现有技术通过分阶段法来减少NOx或通过高速射流混合来添加化学品。于本发明中，除混合之外还可使用分阶段法，并将其用来增加反应时间、控制床温及减少炉膛中“气道”的影响。
在参详如下实例之后，可最佳地理解本发明：
实例1
FLUENT，一种可从位于Lebanon，NH的Fluent公司买到的计算流体动力学分析软件程序，使用其来模拟CFB动力设备中的两相热流体现象。FLUENT可求解炉膛内气体及颗粒的速度、温度及种类浓度范围。由于CFB中颗粒相的体积分数通常介于约0.1％与0.3％之间，故将求解多相流的颗粒模型应用于此种情况。与传统的粉状燃料燃烧模型(其中所述颗粒相是由颗粒模型中的分散相模型来进行求解)对比，气相及颗粒相守恒方程都是在Eulerian参考系中进行求解。
所求解的守恒方程包括每个相的连续性、动量、湍流度及熵。于该多相模型中，气相(＞体积的99:7％)为主要相，而将具有其各自尺寸及/或颗粒类型的颗粒相模拟成次要相。在主要与次要相之间求解体积分数守恒方程。对计算颗粒相的动能的颗粒温度方程进行求解，其将由于CFB中颗粒的强相互作用而造成的动能损失考虑在内。在六个并行的CPU上运行，该模型收敛至一稳定的解花了五天。
当将灰及石灰石处理为颗粒相时，可将煤的燃烧模拟成气相。将煤模拟成具有等效化学计量比及燃烧热的气体挥发性物质。在CFB燃烧系统中，考虑如下的两个化学反应：
CH0.85O0.14N0.07S0.02+1.06O2→0.2CO+0.8CO2+0.43H2O+0.035N2+0.02SO2CO+0.5O2→CO2
反应动力学燃烧模型包括数种气体种类，其中包括燃烧的主要产物：CO、CO2、及H2O。求解每种气体种类的种类守恒方程。所述守恒定律在计算机流体动力学(CFD)教科书中有广泛的阐述并有明确的公式表达式。在该模拟执行的是k-s湍流模型，且对于基线及本发明的情况都假定气流不可压缩。
由于CFB锅炉中的非稳态流体动力学特性，故全部微分方程都是按照非稳态来求解。在下一个时间步长开始之前，按照收敛准则对每一方程进行求解。在该解运行达数百个时间步长且该解表现出“准”稳态之后，增加该时间步长以加速收敛。通常，对所述模型求解达实时三十秒以上便可获得仿真结果。
用于进行模拟的CFD计算域为100英尺高×22英尺深×44英尺宽。所述炉膛在全部四个壁上都具有主要空气入口通过网格及14个主要口。其还在前后两个壁上具有18个辅助口，其中8个用于石灰石注射，以及4个启动燃烧器。前壁上的两个煤馈送器将废煤输送到炉膛中。在环路密封之后，其他两个煤馈送器连接到旋风管道的每一者。两个旋风除尘器收集固体材料(主要为煤灰及石灰石)并将其再次循环回到炉膛底部内，所述两个旋风除尘器通过两个位于炉膛顶部处的管道连接到炉膛。含有大燃烧产物及飞灰和已反应(及/或未反应)细石灰石颗粒的废气会离开旋风除尘器的顶部并继续在尾部烟道内流动。水壁从顶部延伸到炉膛的所有四个侧壁的底部。有三级过热器：过热器I及II位于炉膛中，而过热器III位于尾部烟道中。
所述旋风除尘器并不包含在CFB计算域中，因为旋风除尘器中颗粒相的流体动力学太复杂以致包含在所述计算中不切实际。过热悬挂物包含在该模型中以计算吸热及分层流动，且其可由炉膛内悬挂物的实际数量以及实际距离来准确地描述。请注意，炉膛的几何形状在宽度上具有对称性，因此所述计算域仅代表半个炉膛。因此，计算网格的数量仅为一半，此可减少计算时间。
表1显示基线系统的操作工况，其中包括模型炉膛CFD基线模拟的关键输入。
表1
  参数   单位   值
  系统载荷   MW总   122
  净载荷   MW总   109
 系统点火频率   MMBtu/hr   1226
 系统多余O2   ％-wet   2.6
 系统多余空气   ％   14.9
 系统煤流速   kpph   187
 总空气流速(TAF)   kpph   1114
 通过床网格的主要空气流速   kpph   476
 通过14个口的辅助空气流速   kpph   182
 主要空气温度   °F   434
 通过18个口的辅助空气流速   kpph   262
 通过4个启动燃烧器的辅助空气   kpph   104
 通过4个煤馈送器的辅助空气   kpph   65
 通过石灰石注射的空气流速   kpph   11.5
 通过回路密封的空气流速   kpph   12.8
 辅助空气温度   °F   401
 石灰石注射速率   kpph   40
 固体再循环速率   kpph   8800
表2显示基线情况中煤的组成。
表2
  样本
  时间
  组分分析
  挥发性物质   [wt％ar]   15.09
  固定碳   [wt％ar]   35.06
  灰   [wt％ar]   42.50
  水分   [wt％ar]   7.07
  HHV(Btu/Ib)   [Btu/lb]   6800.0
  元素分析
  C   [wt％ar]   41,0
  H   [wt％ar]   2.1
  O   [wt％ar]   1.2
  N   [wt％ar]   3.5
  S   [wt％ar]   2.63
  灰   [wt％ar]   42.5
  H2O   [wt％ar]   7.07
在FLUENT中，将煤模拟成具有从总的煤流动速率及煤分析计算而来的流速的气体燃料流及固体颗粒灰流。将气体燃料模拟为CH0.85O0.4N0.07SO.02并指定其燃烧热为-3.47x107J/kmol。此可等效于表格中煤的元素组成及加热值。
在以下章节中，将所述基线情况的结果与本发明情况的结果作比较。
高速注射通过将空气相对均匀地分布到炉膛中而显著地改善混合。可通过一个方差系数(CoV)来量化炉膛的混合，该方差系数被定义为一横截面上平均化的O2摩尔分数除以平均O2摩尔分数的标准偏差。表3中对基线情况及本发明情况中四个水平平面上的O2分布的方差系数(σ/x)进行比较。可看出，在基线情况下所有四个平面都具有处于从66％到100％范围内的高CoV，但其在两个本发明的情况下显著地较低，从而指示混合得到显著地改善。
表3
  炉膛高度[ft]   基线情况   本发明情况
  33   66％   43％
  49   84％   40％
  66   100％   47％
  80   80％   46％
如图4中可最佳看出，对基线情况及本发明情况中的质量加权CO与高度进行比较。由于本发明情况下采用分阶段法，故在下部床中高速空气口的下方，CO浓度高于基线情况下的CO浓度。在高速空气口上方，CO的浓度迅速地降低，且炉膛出气CO远低于基线情况下的炉膛出气CO。CO的快速减少指示更好且更完全的混合。
图5中显示基线情况及本发明情况的颗粒分数的分布。该图明显显示床下部比稀薄的床上部更加稠密。炉膛上部中的固体体积分数介于0.001与0.003之间。所述分布还揭示位于床中的颗粒团，这是CFB中颗粒运动的其中一个典型特征。所述空气与废气混合物朝上移动穿过所述团。在本发明情况中，可看到类似的颗粒流动特性；然而，还可观测到，由于床下部中总的低气流，故高速空气注射下方的床下部比基线情况稍微稠密。本发明情况中的床上部显示类似于基线情况的颗粒体积分数分布。
图6中对基线情况及本发明情况二者中空气喷流与床颗粒的湍流混合进行了对比。于所述基线情况中，由辅助空气注射所导致的最大湍流动能出现在密相床内、炉膛的下部中。然而，随着所述喷流穿透并在炉膛中混合，该最高湍流快速地降低。在本发明情况中，该峰值动能完全位于密相床的周围，这可实现显著的穿透及混合。
湍流通过涡流耗散而耗散成整体流。亦即，大量的动能可导致高速空气与废气间的更好混合。在基线情况中，床底部中的高湍流对于稠密颗粒混合而言是重要的，而在本发明情况中所示的炉膛上部的高湍流显著地改善固体颗粒与废气之间的混合。这是本发明情况中观测到CO减少、O2分布更加均匀并且传热得到增强的其中一个主要原因。
上文已论述通过混合借助石灰石反应来减少SO2及其他化学种类的机制。然而，所获得的计算结果比预期的要好。在主要阶段中使用深度分阶段法可减少主要阶段本身中所形成的气沟数量。在密相床上方增加高速空气喷嘴会破坏任何所形成的气沟并致使其下方的气沟瓦解。因此，分阶段法与密相床上方的非对称对置高速空气喷嘴的组合会产生令人意外的结果。
预计使用本发明所实现的增强混合可使CFB中Ga/S的化学计量比从～3.0减小到～2.4，而同时实现相同的SO2减少水平(92％)。Ca/S的减小对应于可减少操作所述锅炉并满足SO2规定所需的石灰石。由于供CFB单元使用的石灰石常常成本高于燃料(煤或空岩)，故这可使CFB设备的操作预算显著地减少。
在阅读上述说明之后，所属技术领域的技术人员将想出某些修改或改良。例如，可以直列方式安装辅助空气口，且在任一指定时间，只有其中某些辅助空气注射口可进行操作。作为另一选择，所有辅助空气注射口都可运行，但只有其中某些空气口满负荷运行。应了解，为简明和易读起见，所有这些修改和改良已从本文中删除，但其仍合理地属于所附权利要求书的范围。

Claims (38)

1、一种反应物利用率得到改良的循环流化床锅炉，所述循环流化床锅炉包括：
(a)循环流化床，其包括：
(i)密相床部分；
(ii)下部炉膛部分，其毗邻于所述密相床部分；
及
(iii)上部炉膛部分；
(b)反应物，其减少废气中至少一种燃烧产物的排放；及
(c)多个辅助空气注射口，其位于所述循环流化床下游，用于提供所述反应物与所述废气在所述密相床上方炉膛中的混合，其中减少所述燃烧产物的排放所需的反应物的量得到减少。
2、如权利要求1所述的设备，其进一步包括用于将所述废气中的携带颗粒返回到所述循环流化床的返回系统。
3、如权利要求2所述的设备，其中所述返回系统包括用于从所述废气中除去所述携带颗粒的分离器。
4、如权利要求3所述的设备，其中所述分离器是旋风分离器。
5、如权利要求3所述的设备，其进一步包括位于所述分离器下游的细粉收集器。
6、如权利要求5所述的设备，其中所述细粉收集器是袋滤室。
7、如权利要求5所述的设备，其中所述细粉收集器是静电除尘器。
8、如权利要求1所述的设备，其中所述反应物选自由如下物质组成的群组：苛性碱、石灰、石灰石、飞灰、氧化镁、苏打灰、碳酸氢钠、碳酸钠、双碱、钠碱、及包括方解石(CaCO3)、菱镁镍矿({Ni，Mg，Fe}CO3)、菱镁矿(MgCO3)、菱镉矿(CdCO3)、菱锰矿(MnCO3)、菱铁矿(FeCO3)、菱锌矿(ZnCO3)、菱钴矿(COCO3)的方解石矿物群组及其混合物。
9、如权利要求8所述的设备，其中所述反应物为石灰石。
10、一种反应物利用率得到改良的循环流化床锅炉，所述循环流化床锅炉包括：
(a)循环流化床，其包括：密相床部分；下部炉膛部分，其毗邻于所述密相床部分；及上部炉膛部分，其中所述循环流化床锅炉的密相床部分被维持在化学计量比以下(富燃料阶段)，且所述下部炉膛部分被维持在化学计量比以上(贫燃料阶段)，由此可减少NOx的形成；
(b)反应物，其用以减少废气中至少一种燃烧产物的排放；及
(c)多个辅助空气注射口，其位于所述循环流化床下游，用于使所述反应物与所述废气在所述密相床上方的炉膛中混合，其中用于减少所述燃烧产物的排放所需的反应物的量得到减少。
11、如权利要求10所述的设备，其中所述辅助空气注射口位于所述循环流化床锅炉的所述下部炉膛部分中。
12、如权利要求11所述的设备，其中所述辅助空气注射口相对于彼此不对称地定位。
13、如权利要求12所述的设备，其中所述辅助空气注射口以选自由如下方式组成的群组的方式布置：对置直列式、对置交错式及其组合。
14、如权利要求10所述的设备，其中所述辅助空气注射口定位在所述密相床上方约10英尺与30英尺之间。
15、如权利要求10所述的设备，其中所述辅助空气注射口定位在所述炉膛内其中出口气柱密度与密相床顶部密度的比例大于约0.7的高度处。
16、如权利要求10所述的设备，其中当未对置时，每一辅助空气注射口的射流穿透均大于炉膛宽度的约50％。
17、如权利要求10所述的设备，其中所述射流穿透比炉膛压力高出约15英寸水柱以上。
18、如权利要求17所述的设备，其中所述射流穿透比所述炉膛压力高出约15英寸至40英寸水柱。
19、如权利要求10所述的设备，其中所述辅助空气注射口定位在所述炉膛内其中气体与颗粒密度大于所述出口气柱密度的约140％的高度处。
20、如权利要求10所述的设备，其中所述辅助空气注射口将总空气流量的约10％至35％输送到所述锅炉。
21、一种反应物利用率得到改良的循环流化床锅炉，所述循环流化床锅炉包括：
(a)循环流化床，其包括
(i)密相床部分；
(ii)下部炉膛部分，其毗邻于所述密相床部分；
及
(iii)上部炉膛部分；
其中所述循环流化床锅炉的密相床部分被维持在化学计量比以下(富燃料阶段)，且所述下部炉膛部分被维持在化学计量比以上(贫燃料阶段)，由此可减少NOx的形成；
(b)反应物，其减少废气中至少一种燃烧产物的排放；及
(c)多个辅助空气注射口，其位于所述循环流化床下游，用于使所述反应物与所述废气在所述密相床上方的炉膛中混合，其中减少所述燃烧产物的排放所需的反应物的量得到减少。
(d)返回系统，其用于将所述废气中的携带颗粒返回到所述循环流化床。
22、如权利要求21所述的设备，其中所述返回系统包括用于从所述废气中除去所述携带颗粒的分离器。
23、如权利要求22所述的设备，其中所述分离器是旋风分离器。
24、如权利要求22所述的设备，其进一步包括位于所述分离器下游的细粉收集器。
25、如权利要求24所述的设备，其中所述细粉收集器是袋滤室。
26、如权利要求24所述的设备，其中所述细粉收集器是静电除尘器。
27、如权利要求21所述的设备，其中所述反应物选自由如下物质组成的群组：苛性碱、石灰、石灰石、飞灰、氧化镁、苏打灰、碳酸氢钠、碳酸钠、双碱、钠碱、及包括方解石(CaCO3)、菱镁镍矿({Ni，Mg，Fe}CO3)、菱镁矿(MgCO3)、菱镉矿(CdCO3)、菱锰矿(MnCO3)、菱铁矿(FeCO3)、菱锌矿(ZnCO3)、菱钴矿(CoCO3)的方解石矿物群组及其混合物。
28、如权利要求27所述的设备，其中所述反应物是石灰石。
29、如权利要求21所述的设备，其中所述辅助空气注射口位于所述循环流化床锅炉的所述下部炉膛部分中。
30、如权利要求29所述的设备，其中所述辅助空气注射口相对于彼此不对称地定位。
31、如权利要求30所述的设备，其中所述辅助空气注射口以选自由如下方式组成的群组的方式布置：对置直列式、对置交错式及其组合。
32、如权利要求21所述的设备，其中所述辅助空气注射口定位在所述密相床上方约10英尺与30英尺之间。
33、如权利要求21所述的设备，其中所述辅助空气注射口定位在所述炉膛内其中出口气柱密度与密相床顶部密度的比例大于约0.7的高度处。
34、如权利要求21所述的设备，其中当非对置时，每一辅助空气注射口的射流穿透大于炉膛宽度的约50％。
35、如权利要求21所述的设备，其中所述射流穿透比炉膛压力高出约15英寸水柱以上。
36、如权利要求35所述的设备，其中所述射流穿透比所述炉膛压力高出约15英寸至40英寸水柱。
37、如权利要求21所述的设备，其中所述辅助空气注射口定位在所述炉膛内其中气体与颗粒密度大于所述出口气柱密度的约140％的高度处。
38、如权利要求21所述的设备，其中所述辅助空气注射口将总空气流的约10％至35％输送到所述锅炉。
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