CN101641553B - 改进的直接吸收剂制备/进给设备和循环流化床锅炉系统的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于循环流化床燃烧系统的吸收剂调节和进给设备(200)，包括：干燥器设备(202)，其用于干燥从原料储存容器(304)运输到干燥器设备的未经处理的吸收剂材料；吸收剂压碎装置(204)，其用于减小从干燥器设备(202)排出的干燥的吸收剂材料的粒度；以及循环流化床(CFB)锅炉(302)，其用于接收从吸收剂压碎装置(204)输送的经过处理的吸收剂材料；其中干燥器设备(202)利用从输入到循环流化床锅炉(302)的一次空气流直接转移的未经调温的热空气源。
Description
技术领域
本发明大体而言涉及循环流化床(CFB)燃烧系统，且更特定而言，涉及改进的直接吸收剂制备/进给设备和用于CFB锅炉系统的方法。
背景技术
流化床燃烧(FBC)是在电厂中主要用于烧耗固体燃料的燃烧技术。FBC电厂比常规电厂更灵活，因为其可烧煤、煤渣或生物质，以及其它燃料。术语FBC涵盖流化床过程的范围，其包括循环流化床(CFB)锅炉，鼓泡流化床(BFB)锅炉以及其它变型。在燃烧过程中，流化床使固体燃料悬浮于向上吹动的空气喷射上，得到气体和固体的湍流混合。翻转作用，非常像鼓泡流体，提供更有效的化学反应和传热手段。
在具有含硫成分的燃料(例如煤)燃烧期间，硫被氧化以形成主要为气态的SO2。特别地，FBC减小了通过脱硫过程以SO2形式排放的硫量。诸如含CaCO3石灰石这样的合适吸收剂用于在燃烧期间从烟气吸收SO2。为了促进燃料燃烧和硫的俘获，FBC燃烧以低于常规燃烧系统的温度操作。FBC系统在典型地大约780℃与大约1000℃之间的范围操作。因此其允许煤在更冷的温度燃烧，在燃烧期间NOx的产生低于其它煤燃烧过程。通过寻找能控制污染物排放而无需外部排放控制(诸如洗涤器)的燃烧过程的努力发展出硫化床锅炉。
CFB锅炉系统通常与用于硫俘获的石灰石进给系统相关联。进给到锅炉的经过处理的石灰石通常利用粉碎机调节到特定大小范围以允许有效进行脱硫过程。如果粒子过大，那么脱硫过程将效率低下，因为存在不足的石灰石表面积与烟气起反应。另一方面，如果粒子过小，石灰石将在其可起反应移除硫之前随着烟气带离脱硫区。通常石灰石以(例如但不限于)大约100至大约400微米范围的中等粒子直径进给到锅炉从而实现这个粒度范围，未经处理的原料石灰石通过粉碎机来减小大小和水分含量。目前存在各种可用于压碎石灰石的机器，包括例如，锤磨机、辊式压碎机和辊磨机。无论用于石灰石压碎的器械类型是什么，粒子在压碎之前或期间被干燥以产生自由流动的材料。
传统上，在现场或由石灰石供应商从锅炉系统单独制备石灰石。所制备的石灰石被输送到锅炉房中的储存系统，之后从锅炉房计量石灰石并将石灰石注入到锅炉内。经验表明，使用单独现场系统制备或从场外供货商供应的石灰石的成本较为昂贵。在单独现场系统的情况下，使用单独的建筑和辅助燃料来干燥石灰石。另一方面，石灰石制备和进给系统也可与锅炉系统本身整合，造成资本和操作成本的显著降低。具体而言，CFB锅炉可配备整合的石灰石制备和进给系统，其位于锅炉建筑内。根据需要来干燥和制备石灰石的这种系统也可被称作准时(JIT)石灰石系统。
使用辊磨机的系统也被设计和安装于CFB锅炉上。辊磨机系统利用空气(磨机空气)来干燥石灰石并运输到CFB。通常在磨机利用高压空气时从一次空气流获得磨机空气。对于大多数CFB锅炉，在大约400°F与大约600°F范围的热一次空气通常是可用的。使用热空气来干燥进入的石灰石，将石灰石从磨机中扫除出来并将它输送到锅炉。但是为了保护辊磨机的机械部件，其操作温度保持相对较低，例如在大约170°F至大约200°F的范围。
而且，石灰石通常含有少量水分(例如，少于5％)。为了进行正常系统操作，进入辊磨机的空气温度为可接受的磨机机械操作温度、石灰石水分含量和空气与石灰石比例的函数。对于如上文所述的JIT系统，进入磨机的空气温度通常小于大约250°F。因此，已知可用的一次空气温度在大约500°F的范围，因此将对从一次空气流获得的磨机空气进行调温从而产生磨机引出空气温度，通常在大约180°F至225°F的范围。
经验表明使用调温的空气有效地减小从烟气的热回收。因此，减小的热回收降低了锅炉效率，例如在大约0.5％至大约1.5％的范围，从而增加机械大小和操作成本。尽管将使用辊磨机的JIT石灰石系统安装到CFB锅炉上提供关于减小CFB锅炉资本成本的初始益处，但却存在关于增加长期操作成本的折衷(例如，与CFB锅炉的成本相比，高达15％至30％)。因此，需要能改进热回收并因此增加配备了JIT石灰石系统的CFB锅炉的锅炉效率。
发明内容
根据本文所述的方面，用于循环流化床燃烧系统的吸收剂调节和进给设备包括：干燥器设备，其用于干燥从原料储存容器运输到干燥器设备的未经处理的吸收剂材料；吸收剂压碎装置，其用于减小从干燥器设备排出的干燥的吸收剂材料的粒度；以及，循环流化床(CFB)锅炉，其用于接收从吸收剂压碎装置输送的经过处理的吸收剂材料；其中干燥器设备利用从输入到循环流化床锅炉的一次空气流直接转移的未经调温的热空气源；干燥器设备还用于在输入到吸收剂压碎装置之前从未经处理的吸收剂材料移除吸收剂细粒。
根据本文所说明的其它方面，用于循环流化床燃烧系统的直接石灰石调节和进给设备包括：干燥器设备，其用于干燥从原料储存容器运输到干燥器设备的未经处理的石灰石材料；辊式压碎装置，其用于减小从干燥器设备排出的干燥的石灰石材料的粒度；以及，循环流化床(CFB)锅炉，其用于接收从辊式压碎装置输送的经过处理的石灰石材料；其中干燥器设备利用从输入到循环流化床锅炉的一次空气流直接转移的未经调温的热空气源；干燥器设备还用于在输入到辊式压碎装置之前从未经处理的石灰石材料移除石灰石细粒。
根据本文所说明的其它方面，一种调节和进给循环流化床燃烧系统的吸收剂材料的方法包括：将未经处理的吸收剂材料原料从原料储存容器运输到干燥器设备；直接从输入到循环流化床锅炉的一次空气流转移未经调温的热空气，使用未经调温的热空气来干燥吸收剂材料原料；使用干燥器设备从吸收剂材料原料移除吸收剂细粒；将干燥的吸收剂材料原料从干燥器设备引导到压碎装置，压碎装置用于减小从干燥器设备排出的干燥的吸收剂材料原料的粒度；以及，将经过处理的吸收剂材料从压碎装置输送到CFB锅炉。
在下面的附图和详细描述中举例说明上述特点和其它特点。
附图说明
先参看附图，其为示范性实施例，且其中相同元件用相同的附图标记来表示：
图1是现有吸收剂制备/进给设备的示意方块图，其包括辊磨机，辊磨机利用调温的空气来干燥并分离吸收剂材料；
图2是根据本发明的实施例的改进的直接吸收剂制备/进给设备和用于CFB锅炉系统的方法的示意方块图，其利用未经调温的空气进行吸收剂干燥；以及
图3是根据本发明的另一实施例合并了改进的直接吸收剂制备/进给设备的CFB锅炉系统的示意图，其利用未经调温的空气进行吸收剂干燥。
具体实施方式
本文公开了用于CFB系统的改进的直接吸收剂制备/进给设备和方法。简言之，吸收剂制备/进给设备利用交替的压碎装置(即，无需使用调温的空气的压碎装置)和单独的高温干燥器设备以在准时的基础上向CFB锅炉供应干燥的粉碎的石灰石而不降低锅炉效率。
如上文所示，配备了辊磨机JIT石灰石系统的CFB锅炉采用调温的空气来控制进入空气温度，这导致从烟气的热回收减小。而热回收减小会降低锅炉效率(例如，大约1％)，从而增加器械大小和操作成本。如将从本文所讨论的实施例所说明，合并了一或多个辊式压碎机且利用单独石灰石干燥器设备的JIT系统排除了对调温的空气的使用，从而允许从锅炉空气加热器进行最大热回收。
如本文所用的“一次空气”(PA)，在FBC锅炉的情形下，是指递送到熔炉底部的床流化炉排的燃烧空气。一次空气以相对较高的压力产生。此外，某些一次空气可被转移到其它器械以及在炉排之外的其它位置进入熔炉。而且，在FBC锅炉的情况下，“二次空气”(SA)是指通过熔炉壁中的开口递送的燃烧空气。二次空气在低于一次空气的压力产生且用于使床和级燃烧流化以用于排放控制。“调温的空气”是指利用相对较冷的空气(诸如周围空气)冷却(即，调温)的热空气。“未经调温的热空气”是指离开FBC系统的空气加热器的热空气。离开空气加热器的一次空气和二次空气被认为是未经调温的热空气流。“未经处理的吸收剂”是指递送到FBC锅炉调节(粉碎&干燥)系统的吸收剂原料。未经处理的吸收剂尚未被调节到进给到FBC锅炉所需要的适当大小和水分含量。
首先参看图1，示出了现有吸收剂制备/进给设备100的示意方块图。如图所示，设备100利用辊磨机102来干燥和分离吸收剂材料原料。为了控制由辊磨机102所利用的空气的温度，从锅炉系统空气加热器104引出的热的一次空气(PA)与调温的空气(例如，来自进入空气加热器104的冷的一次空气)混合以便产生调温的一次空气用于输入到辊磨机102内。如在图1中进一步说明，阻尼器106可在热的一次空气路径和调温的空气路径中用于产生具有所希望温度和压力的调温的空气。出于说明目的，图1还说明了空气加热器104的额外输入和输出，包括冷的输入二次空气(SA)，到CFB锅炉(未图示)的热二次空气输出，从锅炉尾部烟道热交换器108输入到加热器104的热气体以及引出的温热烟气。
在常规辊磨机制备/进给设备100中需要调温的空气的一个原因涉及压碎装置(辊磨机)本身的温度限度，此外，从辊磨机向CFB锅炉输送调节的石灰石的空气速度是受控制的。如果(例如)输送空气的速度过低，那么吸收剂粒子可在管道中沉降，导致堵塞。
相应地，图2是根据本发明的实施例用于CFB锅炉系统的改进的直接吸收剂制备/进给设备200的示意方块图，其利用未经调温的空气用于吸收剂干燥。作为辊磨机的替代，该设备200利用吸收剂干燥器202和单独的辊式压碎机装置204。潮湿的吸收剂原料被接收到吸收剂干燥器202内，其中热的未经调温的一次空气(例如，大约400°F或更高)被直接输入到干燥器202以干燥潮湿的吸收剂原料。
在示范性实施例中，吸收剂干燥器202用于排出温热空气，其将吸收剂细粒(细微粒子)直接携带到锅炉，从而绕过辊式压碎机装置204。从这个意义上讲，吸收剂干燥器202具有粒子分离能力。原本不具有细微颗粒大小的剩余干燥吸收剂原料从吸收剂干燥器202输入到辊式压碎机204。由于这种装置并不具有与辊磨机相同的温度限制，排除了对用于干燥粒子的空气进行调温的需要。一旦调节了干燥的吸收剂原料粒子(即，减小到所希望的大小)，根据直接(JIT)进给系统，它们即被输送(例如，气动方式或机械方式)到锅炉(在图2中未示出)。
图3是根据本发明的另一实施例合并了改进的直接吸收剂制备/进给设备(诸如图2的设备200)的CFB锅炉系统300的示意图，其利用未经调温的空气来进行吸收剂干燥。如图所示，该系统300还包括CFB锅炉302，吸收剂原料(例如，石灰石)储存设施/容器304和旋流分离器306。潮湿的石灰石原料从储存容器304输送，计量并被输送到干燥器202。在示范性实施例中，石灰石计量可受到从相关联的锅炉控制系统所接收到的降硫信号控制。同样，来自一次空气系统的热的未经调温的空气直接用作热源来干燥石灰石，其中仅根据需要将足够的热空气从一次空气流转移到干燥器202来干燥石灰石。具有高温操作能力的干燥器202因此并不经受调温。
如上文所示，干燥器202可包括粒子分离能力以便随着将温热空气引到锅炉内而移除吸收剂，从而防止吸收剂细粒不必要地供给到辊式压碎机204内。就此而言，一种示范性类型的干燥器可为流化床干燥器。但是，也可使用其它类型的高温干燥器。在任何情况下，包含蒸发的水和石灰石粉尘(吸收剂细粒)的温热空气作为燃烧空气的部分直接输送到锅炉302。另一方面，从干燥器202排出的石灰石被输送到串联布置的一或多个辊型压碎机204，在辊型压碎机202中其被压碎到所希望的大小并排出。在辊式压碎机204的下游，干燥的粉碎的石灰石被输送(例如，气动方式或机械方式)输送到CFB锅炉302。虽然并未在图3中具体地描绘，系统300还可在辊式压碎机304的下游包括浪涌漏斗和计量系统以促进系统操作和提高灵活性。
通过使用上文所述的CFB锅炉系统和改进的直接吸收剂制备/进给设备实施例，可减小在系统中加压的一次空气的总量。由于排除调温的空气减小了干燥吸收剂所需的一次空气的量，总一次空气减少并被压力更低的二次空气替代。
此外，上述示范性实施例还改进了到CFB锅炉的调节的石灰石的粒度分布。如所讨论的那样，到锅炉的石灰石(吸收剂)需要有特定大小范围以进行最佳硫俘获。如果大小分布变得更粗，那么未使用的吸收剂的量增加。更大的粒子在移除前不能在熔炉内充分分解，从而导致更大量的未使用的吸收剂。另一方面，如果大小分布变得过细，由于减小了硫俘获反应的滞留时间而升高了未使用的吸收剂的量。
因此，当在进入压碎机之前移除(分级)小粒子时实现改进的粒度分布。如果允许进入到压碎机，那么会使得许多最初的小粒子变得更加小，从而增加了未使用的吸收剂的量。因此通过使用与热空气直接接触的单独吸收剂干燥器(例如逆流闪蒸干燥器)，可实现较小粒子的夹带，从而避免了在压碎机中的额外粉碎。
另外，还应了解到所公开的实施例减小了在CFB系统中高压空气(一次和调温)的量。这种减小主要通过使用更高温的空气来干燥吸收剂而实现。这种减小降低了空气风扇的总功率消耗，而这改进了锅炉经济性。举例而言，在最大空气加热器出口温度使用一次空气使从烟气回收的能量最大，从而增加了锅炉相对于使用调温的空气的JIT系统的锅炉效率。随着锅炉效率显著增加，实现电厂操作成本的长期节约。举例而言，锅炉效率可增加大约0.5％至大约1.5％的范围。
虽然参看各种示范性实施例描述了本发明，但本领域技术人员应了解在不偏离本发明的范畴的情况下可以做出各种变化且可用等效物替代其元件。此外，在不偏离本发明的基本范畴的情况下，可做出许多修改来使特定情形和材料适应本发明的教导内容。因此，本发明并不限于被公开为实施本发明所构想到的最佳方式的特定实施例，而是本发明可包括属于所附权利要求书范畴内的所有实施例。
Claims (17)
1.一种用于循环流化床(CFB)燃烧系统的吸收剂调节和进给设备，包括：
干燥器设备，其用于干燥从原料储存容器运输到干燥器设备的未经处理的吸收剂材料；
吸收剂压碎装置，其用于减小从干燥器设备排出的干燥的吸收剂材料的粒度；以及
循环流化床锅炉，其用于接收从吸收剂压碎装置输送的经过处理的吸收剂材料；
其中所述干燥器设备利用从输入到循环流化床锅炉的一次空气流直接转移的未经调温的热空气源；
所述干燥器设备还用于在输入到所述吸收剂压碎装置之前从所述未经处理的吸收剂材料移除吸收剂细粒。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述未经调温的热空气源的温度为至少400°F。
3.根据权利要求1所述的设备，其中由所述干燥器设备移除的所述吸收剂细粒直接转移到循环流化床锅炉。
4.根据权利要求1所述的设备，其中由所述干燥器设备移除的吸收剂细粒利用从所述干燥器设备排出的锅炉系统二次空气的一部分转移到循环流化床锅炉。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述吸收剂压碎装置包括辊式压碎机。
6.一种用于循环流化床(CFB)燃烧系统的直接石灰石调节和进给设备，包括：
干燥器设备，用于干燥从原料储存容器运输到干燥器设备的未经处理的石灰石材料；
辊式压碎装置，其用于减小从所述干燥器设备排出的干燥的石灰石材料的粒度；以及
循环流化床锅炉，其用于接收从辊式压碎装置输送的经过处理的石灰石材料；
其中干燥器设备利用从输入到循环流化床锅炉的一次空气流直接转移的未经调温的热空气源；
所述干燥器设备还用于在输入到所述辊式压碎装置之前从所述未经处理的石灰石材料移除石灰石细粒。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述未经调温的热空气源的温度为至少400°F。
8.根据权利要求6的设备，其中由所述干燥器设备移除的所述石灰石细粒被直接转移到所述循环流化床锅炉。
9.根据权利要求6所述的设备，其中由所述干燥器设备移除的所述石灰石细粒利用从所述干燥器设备排出的锅炉系统二次空气的一部分转移到所述循环流化床锅炉。
10.根据权利要求6所述的设备，其中所述干燥器设备包括流化床干燥器。
11.一种调节和进给用于循环流化床燃烧系统的吸收剂材料的方法，所述方法包括：
将未经处理的吸收剂材料原料从原料储存容器运输到干燥器设备；
从输入到循环流化床锅炉的一次空气流直接转移未经调温的热空气，使用未经调温的热空气来干燥吸收剂材料原料；
使用干燥器设备从所述吸收剂材料原料移除吸收剂细粒；
将干燥的吸收剂材料原料从干燥器设备引导到压碎装置，压碎装置用于减小从干燥器设备排出的干燥的吸收剂材料原料的粒度；以及
将经过处理的吸收剂材料从压碎装置输送到循环流化床锅炉。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述未经调温的热空气源的温度是至少400°F。
13.根据权利要求11所述的方法，其中由所述干燥器设备移除的所述吸收剂细粒直接转移到所述循环流化床锅炉。
14.根据权利要求11所述的方法，其中由所述干燥器设备移除的所述吸收剂细粒利用从所述干燥器设备排出的锅炉系统二次空气的一部分转移到所述循环流化床锅炉。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述干燥器设备包括流化床干燥器。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述吸收剂压碎装置包括辊式压碎机。
17.根据权利要求11所述的方法，其中所述吸收剂包括石灰石。
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