CN102563687B

CN102563687B - 富氧燃烧系统

Info

Publication number: CN102563687B
Application number: CN201210058896.XA
Authority: CN
Inventors: 李月华; 张建文; 张翔; 陈楠
Original assignee: Shanghai Boiler Works Co Ltd
Current assignee: Shanghai Boiler Works Co Ltd
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2032-03-07
Also published as: CN102563687A

Abstract

本发明公开了一种富氧燃烧系统，包括：一锅炉本体，包括一排烟管路；一旋流燃烧器，包括一次风道和二次风道，设置在所述锅炉本体上，所述一次风道出口处设置一环形氧气室，所述氧气室通过一均匀分布在一次风道上的氧气喷管与锅炉本体的炉膛相通；一次风循环系统，连接所述排烟管路与所述旋流燃烧器的一次风道；二次风循环系统，连接所述排烟管路与所述旋流燃烧器的二次风道；一供氧系统，与所述一次风道和二次风道连接并输入氧气。本发明提高磨煤机出口的一次风温度，最高达200℃左右；纯氧能迅速射入炉膛，使煤粉喷入炉内迅速着火和燃烧；大大提高了燃烧效率；锅炉排放烟气的CO₂浓度达到80％以上，便于实现CO₂的捕捉。

Description

富氧燃烧系统

技术领域

本发明涉及一种电站燃煤锅炉技术，特别是一种适用于旋流煤粉燃烧器的富氧燃烧系统。

背景技术

随着人类工业的发展，气候变化问题已经成为全世界关注的问题，虽然对气候变暖的原因，目前还存在不同的争论，但大多理论认为其与人类活动产生的温室气体CO₂浓度升高有关。

化石燃料在今后较长一段时间内仍然是世界能源的主要组成部分，而以化石燃料为原料的电站行业在化石燃料使用中占有重要地位，同时也成为比较集中的二氧化碳排放源头，排放量巨大。所以针对火力发电厂二氧化碳排放的控制和处理十分关键。

目前，富氧燃烧技术作为一种重要的CO₂捕捉技术，得到了越来越多的关注。它即可用于现有锅炉的技术改造，也可应用于新的锅炉系统设计。在富氧燃烧技术中，纯氧和部分再循环烟气混合进入炉膛燃烧，可使烟气中CO₂浓度达80％以上，大大利于CO₂的捕捉。为使富氧燃烧锅炉的温度与空气燃烧时接近，需控制再循环烟气量，使进入炉膛的O₂浓度维持在一定值。大量研究表明，该O₂浓度值大约在20～40％之间。

传统旋流煤粉燃烧器系统中包括一次风系统和二次风系统，直吹式一次风系统为：一次风机将符合一定温度的空气送入磨煤机用于干燥和输送煤粉，达到要求的一次风/煤粉气流经燃烧器一次风道喷入炉膛燃烧。二次风系统由送风机将空气送入空预器加热到一定温度送入燃烧器二次风箱，经旋流燃烧器的二次风道内二次风道和/或外二次风道喷入炉膛，补充燃烧所需氧量。

传统旋流燃烧方式采用空气作为燃烧氧化剂，提供燃烧所需氧量，由于空气中的N₂含量较高，导致烟气中含有大量N₂，导致CO₂不易收集。本领域的技术人员致力于开发一种新型的适用于旋流煤粉燃烧器的富氧燃烧技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有电站燃煤锅炉技术中，CO₂不易收集的不足，提供一种新型富富氧燃烧系统。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种富氧燃烧系统，其特点在于，所述系统包括：

一锅炉本体，包括一排烟管路；

一旋流燃烧器，包括一次风道和二次风道，设置在所述锅炉本体上，所述一次风道出口处设置一环形氧气室，所述氧气室通过一均匀分布在一次风道上的氧气喷管与锅炉本体的炉膛相通；

一次风循环系统，连接所述排烟管路与所述旋流燃烧器的一次风道；

二次风循环系统，连接所述排烟管路与所述旋流燃烧器的二次风道；

一供氧系统，与所述一次风道和二次风道连接并输入氧气。

较佳地，所述供氧系统包括一空气分离装置，分离出的氧气一部分通过所述氧气喷管输入一次风道，另一部分输入二次风道。

较佳地，所述供氧系统输入的氧气体积流量占进入炉膛总气体体积流量的20％～40％。

较佳地，所述一次风循环系统包括一磨煤机，其产生的煤粉与一次风道的再循环烟气混合后输入所述炉膛。

较佳地，所述一次风循环系统和二次风循环系统均经过一烟气换热器和一再循环风机。

较佳地，所述一次风循环系统包括一脱水歧路，所述脱水歧路设置一脱水装置。

较佳地，所述旋流燃烧器二次风道包括外二次风道和内二次风道。

较佳地，所述外二次风道设置一旋流器。

较佳地，所述内二次风道设置一旋流器。

较佳地，所述外二次风道和内二次风道各设置一旋流器。

本发明中，上述优选条件在符合本领域常识的基础上可任意组合，即得本发明各较佳实施例。

本发明的积极进步效果在于：

1.一次风采用再循环烟气干燥和输运，避免了现有技术中富氧状态下煤粉爆燃的问题，磨煤机出口的一次风温度可大大提高，最高达200℃左右；

2.在一次风道内喷口处布置氧气喷管，纯氧能在炉膛内与高温的一次风/煤粉气流充分混合，使煤粉喷入炉内迅速着火和燃烧；

3.喷入炉膛的整体氧气浓度比在空气中高，高的一次风的温度和高的氧气浓度促使煤粉气流能迅速着火和燃尽，大大提高了燃烧效率；

4.采用部分再循环烟气干燥和输送煤粉，采用纯氧提供燃烧所需氧化剂，使锅炉排放烟气的CO2浓度达到80％以上，便于实现CO2的捕捉。

附图说明

图1为本发明的一个实施例下的富氧燃烧系统的结构示意图。

图2为本发明的一个实施例下的旋流煤粉燃烧器结构示意图。

图3为本发明的第二个实施例下的旋流煤粉燃烧器结构示意图。

图4为本发明的第三个实施例下的旋流煤粉燃烧器结构示意图。

具体实施方式

本发明的实施例将参照附图进行说明。在说明书附图中，具有类似结构或功能的元件或装置将用相同的元件符号表示。附图只是为了便于说明本发明的各个实施例，并不是要对本发明进行穷尽性的说明，也不是对本发明的范围进行限制。

图1示出了本发明的一个实施例下的富氧燃烧系统的结构示意图。在该实施例中，富氧燃烧系统包括：锅炉本体1，锅炉本体1上设置旋流燃烧器2，旋流燃烧器2包括一次风道和二次风道。锅炉本体1的排烟管路中设置烟气换热器3和除尘器4，除尘器4后连接引风机5、烟囱6和CO₂净化处理装置7(CPU)。

除尘器4后设置烟气循环回路，该回路设置再循环风机8，循环回路经过再循环风机8后分为一次风循环系统和二次风循环系统，一次风循环系统和二次风循环系统均通过烟气换热器3。再循环风机8还可以通过截止阀81与空气直接相通，这样，当烟气循环回路停止使用时，再循环风机8可以将空气直接引入系统。

一次风循环系统在烟气换热器3前设置增压风机10和一脱水歧路，脱水歧路中设置脱水装置9。原煤水分高于5％时，从再循环风机8来的一次风烟气需通过该脱水装置9脱除烟气水分，再由增压风机10后部分进入烟气换热器3加热，并在烟气换热器3后与另一部分未加热的烟气混合，通过阀门调节两部分的烟气比例，用于调节进入磨煤机11的烟气温度。一次风循环系统在烟气换热器3后设置磨煤机11，磨煤机11和一给煤机13连接，一次风循环系统最后连接旋流燃烧器2的一次风道。

二次风循环系统在经过烟气换热器3后与旋流燃烧器2的二次风道连接，二次风循环系统的烟气在二次风道内与氧气混合后输入炉膛。

图2示出了本发明的一个实施例下的旋流煤粉燃烧器结构示意图。在该实施例中，旋流燃烧器2包括：一次风道14，内二次风道15，外二次风道16，燃烧器二次风箱17，氧气输送管道18，喷口环形氧气室19和氧气喷管20。其中一次风道14可以采用蜗壳进风或布置旋流器使一次风产生旋转进入炉膛，也可以采用直流一次风喷入炉膛。一次风道出口处均匀布置氧气喷管20，喷管数量可以为3-12个，喷管与环形氧气室19相连，由氧气输送管道18将纯氧送入环形氧气室，并从氧气喷管喷入炉内。在本实施例中，内二次风为直流形式，不布置旋流叶片。外二次道内布置旋流器21，使二次风产生旋转后喷入炉内助燃。

锅炉运行时，产生的烟气通过烟气换热器3后进入除尘器4，从除尘器4排出的烟气被分成两部分，一路经过引风机5后从烟囱6排入大气，或通过CO₂净化处理装置(CPU)7进行处理；另一路烟气由再循环风机8升压后进入烟气循环回路，烟气循环回路被分成一次风循环系统和二次风循环系统，一次风循环系统提供一次风干燥送粉所需烟气量，二次风循环系统提供二次风热烟气与氧气混合进入燃烧器二次风箱。空气分离装置12为业界熟知的设备，空气由入口121进入装置，将空气中的氮气和氧气分离，其中氮气从氮气出口122排出，纯氧从氧气出口123输向旋流燃烧器2。

一次风循环系统中，原煤水分高时，提供一次风干燥送粉的烟气在经过再循环风机8后，需通过水分脱除装置9脱除烟气水分，再由一次风增压风机10增加处理后，一部分通过烟气换热器3加热，并与另一部分未加热的烟气混合至200-500℃左右进入磨煤机，由给煤机13将原煤送至磨煤机11，经上述热烟气干燥并将磨制的煤粉输送至燃烧器一次风道。水分脱除装置9安装有旁路管道，当原煤水分低或空气燃烧时，再循环烟气通过旁路管道进入烟气换热器3预热。

二次风循环系统中，由空气分离装置12提供的纯氧一路经过氧气输送管1 8进入燃烧器一次风喷口外围的环形氧气室19，并由与环形氧气室连通周向均匀布置的3-12个氧气喷管20喷入炉膛。另一路纯氧从二次风道氧气入口172进入，与从二次风道烟气入口171进入的烟气混合后进入燃烧器二次风箱，并经燃烧器二次风道内二次风道和/或外二次风道进入炉膛，提供煤粉燃烧所需氧量。所述二次风热烟气由再循环风机8提供，并通过烟气换热器3被加热至200-500℃。上述总氧气体积流量占进入炉膛的一次风和二次风总体积流量的20-40％。

一次风烟气和煤粉混合物、氧气及二次风热烟气和纯氧的混合气体在炉膛内混合燃烧，产生新的烟气并从炉膛出口排出，经尾部烟气换热器3后送入除尘器4，从而周而复始运行。

图3为本发明的第二个实施例下的旋流煤粉燃烧器结构示意图。在该实施例中，旋流燃烧器2的内二次风道15含有旋流器21，使二次风热烟气与纯氧的混合物在经过燃烧器内二次风道后产生旋转喷入炉膛。在燃烧器的外二次风道内没有旋流器，二次风热烟气和纯氧的混合物经燃烧器外二次风道后不产生旋流，直流喷入炉膛。

图4为本发明的第三个实施例下的旋流煤粉燃烧器结构示意图。在该实施例中，旋流燃烧器2的内外二次风道内均含有旋流器21，使二次风热烟气与纯氧的混合物在经过燃烧器内外二次风道后均产生旋转喷入炉膛。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种富氧燃烧系统，其特征在于，所述系统包括：

一锅炉本体，包括一排烟管路；

一供氧系统，与所述一次风道和二次风道连接并输入氧气；

所述一次风循环系统和二次风循环系统均经过一烟气换热器和一再循环风机；

所述一次风循环系统在所述烟气换热器后设置磨煤机，所述磨煤机和一给煤机连接，所述一次风循环系统最后连接所述旋流燃烧器的一次风道；

所述一次风循环系统在所述烟气换热器前设置增压风机和一脱水歧路，所述脱水歧路中设置脱水装置，原煤水分高于5%时，从所述再循环风机来的一次风烟气需通过该脱水装置脱除烟气水分，再由所述增压风机后部分进入所述烟气换热器加热，并在所述烟气换热器后与另一部分未加热的烟气混合，通过阀门调节两部分的烟气比例，用于调节进入所述磨煤机的烟气温度。

2.如权利要求1所述的富氧燃烧系统，其特征在于：所述供氧系统包括一空气分离装置，分离出的氧气一部分通过所述氧气喷管输入一次风道，另一部分输入二次风道。

3.如权利要求1所述的富氧燃烧系统，其特征在于：所述供氧系统输入的氧气体积流量占进入炉膛总气体体积流量的20%～40%。

4.如权利要求1至3任一项所述的富氧燃烧系统，其特征在于：所述旋流燃烧器二次风道包括外二次风道和内二次风道。

5.如权利要求4所述的富氧燃烧系统，其特征在于：所述外二次风道设置一旋流器。

6.如权利要求4所述的富氧燃烧系统，其特征在于：所述内二次风道设置一旋流器。

7.如权利要求4所述的富氧燃烧系统，其特征在于：所述外二次风道和内二次风道各设置一旋流器。