CN102927563A - 带外置床的常规循环流化床锅炉局部富氧燃烧改造系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带外置床的常规循环流化床锅炉局部富氧燃烧改造系统。改造之后的系统，二次风采用局部富氧燃烧，而一次风、返料器流化风和外置床流化风仍然采取常规的空气燃烧。本发明可以提高锅炉的燃烧效率，降低排烟热损失，减小烟气污染物排放量；风烟流量减少，二次风机及引风机出力减小，厂用电负荷减小。烟气中CO₂的浓度增加，降低了工业实践中CO₂的回收成本，为循环流化床锅炉全部富氧燃烧的改造打下坚实的基础。

Description

带外置床的常规循环流化床锅炉局部富氧燃烧改造系统

技术领域

本发明涉及一种常规循环流化床锅炉局部富氧燃烧改造系统，尤其涉及到一种带外置床的常规循环流化床锅炉局部富氧燃烧改造系统，属于电站锅炉的技术领域。 

背景技术

CO₂主要产生于矿物燃料的燃烧过程，随着社会经济飞速发展而带来的能源需求不断增大，矿物燃料的燃烧利用也同时在不断增长，这样导致CO₂排放量也在不断增大。目前我国是位于美国之后的世界上第二大CO₂排放国。我国是世界上少数几个一次能源消费中以燃煤为主的国家，随着经济的快速发展和人口的继续增长，我国能源消耗和CO₂排放量将继续增加，据预测我国的CO₂排放总量很可能在2020年前超过美国而成为CO₂排放头号大国。 

科学家预测，如果不采取任何控制和减缓CO₂排放措施的话，温室气体的排放将会在下个世纪的早期使温室气体的浓度比现在增加一倍。预计在下一个100年中，地表温度将上升1.5℃至4.5℃，其结果是生态环境(如降雨分布)改变，对人类赖以生存的农业将产生巨大的影响，其影响并非都是负面的，但让人类在短时间内来适应这种急剧的生态环境的变化是很困难的，因此，其破坏性将十分严重。另外，一个十分突出的影响是，被冰覆盖的南极温度在过去的100年内上升了2.5℃，在一定范围内温度的缓慢上升的直接作用是冰雪溶化而造成海平面上升，如果温度上升的速度加快，则可能造成南极冰山崩溃而沉入海中，造成海平面在短时间内急剧上升,使沿海地区遭受灾难性的后果。因此必须采取有效措施控制CO₂的排放，减缓“温室效应”的加剧。 

减少电力生产过程中CO₂排放、实现CO₂分离的前提是获取高CO₂浓度的烟气，而常规燃煤电站锅炉排烟中CO₂的浓度一般为14%~16%，直接从此烟气中分离回收低浓度的CO₂将使电站效率降低7%~29%，发电成本增加1.2~1.5倍。因此，提高烟气中CO₂的浓度将会大大降低分离回收CO₂的成本。组织燃料在O₂和CO₂混合气体中燃烧的所谓富氧燃烧技术就是在这一背景下提出来的。 

富氧燃烧技术也称为Oxy-fuel Combustion、O₂/CO₂燃烧技术、或空气分离/烟气再循环技术，又被称为N₂-free Process。O₂/CO₂燃烧技术即富氧燃烧技术首先是由Horne和Steinburg于1981年提出的，美国、加拿大、日本、英国、荷兰、德国、法国、瑞典、挪威、芬兰、意大利、俄罗斯和乌克兰等许多国家都开展了富氧燃烧技术的试验或技术经济性比较研究，国内的浙江大学、哈尔滨工业大学、华中科技大学、华北电力大学等在进行积极的试验和理论研究。富氧燃烧技术是一种新型的洁净煤技术，该技术是用从空气中分离的高浓度氧气与再循环的烟气混合作为煤粉燃烧的氧化剂，通过多次的循环使燃烧排气中的CO₂浓度达到70%以上，经脱水后可以达到95%，然后直接进行液化分离，使得CO₂的回收变得简单而且经济。富氧燃烧技术还可以降低常规燃烧时空气中N2造成的排烟热损失及减少氮氧化物的生成。

美国阿贡国家实验室(ANL)的研究证明，只需将常规锅炉进行适当的改造，就可以采用富氧燃烧技术。当前国内外对煤粉锅炉的富氧燃烧技术研究得比较多,并且已经成功用于工业实践，而对于循环流化床富氧燃烧技术的研究目前多停留在实验室探索和模拟阶段。据不完全统计我国目前有超过1100台容量不等循环流化床锅炉在运行调试、安装、制造当中，其中220t/h以上容量的锅炉达300台，所以我国循环流化床锅炉富氧燃烧技术的改造有相当大的潜在市场。 

循环流化床锅炉富氧燃烧技术可分为全部富氧燃烧和部分富氧燃烧两种，若采用全部富氧燃烧就需要循环流化床锅炉在设计上做很大的改动，这对锅炉的传热、脱硫及烟道系统等会产生根本性的影响，需要进一步的经验积累。而部分富氧燃烧则相对改动较少，尤其对于二次风局部富氧助燃改造在工业应用上更方便实现。若将富氧燃烧技术应用到循环流化床锅炉,就需要把循环流化床锅炉的优势和富氧燃烧的优点结合起来，但这需要将炉膛密相区温度控制在原来空气燃烧时炉膛所适应的范围830℃～930℃，所以对于带外置床的常规循环流化床锅炉比较适合循环流化床锅炉富氧燃烧技术的改造，改造后通过返料器下游的锥形阀调整进入外置床的飞灰流量，可以方便的实现炉膛密相区温度的控制，这样改造之后的锅炉就依然保持了炉膛内脱硫,控制较少氮氧化物生成,同时把富氧燃烧的传热效率高、燃烧完全、烟气排放量低的优点结合起来。“节能减排低碳生活”是我国目前重要的方针政策，富氧燃烧技术与循环流化床锅炉整合成一种更具竞争力的燃烧技术将是未来洁净煤发电技术的新趋势。 

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出了一种带外置床的常规循环流化床锅炉局部富氧燃烧改造系统，该系统针对带外置床的常规循环流化床锅炉进行局部富氧燃烧的改造，改造之后锅炉的局部采用O₂/CO₂的燃烧技术，实现了富氧燃烧技术的优势与循环流化床锅炉优点的结合，为循环流化床锅炉全部富氧燃烧技术的改造打下坚实的基础。 

本发明解决的技术问题所采用的技术方案是： 

带外置床的常规循环流化床锅炉进行局部富氧燃烧改造系统，包括：循环流化床锅炉的炉膛、旋风分离器和尾部受热面依次相连，尾部受热面、空气预热器、烟气净化装置和烟囱依次相连，常规空气一次风通过一次风室与炉膛相 连，常规空气返料器流化风与返料器的流化风室相连，常规空气外置床流化风与外置床的流化风室相连，旋风分离器的下部出口与返料器的上部相连，返料器的灰出口室与炉膛相连，返料器的灰入口室通过锥形阀与外置床相连，炉膛的底部与冷渣器相连，密相区温度位于炉膛下部。本发明是：二次风改造后进行局部富氧燃烧，空气分离后的高浓度氧气与再循环烟气混合后的富氧二次风与炉膛相连，燃煤在富氧二次风下方与炉膛相连，石灰石在富氧二次风下与炉膛相连。 

所述的高浓度氧气与再循环烟气混合后得到的富氧二次风的含氧浓度控制在25%～30%。 

所述的燃煤，若燃煤不变，则一次风、返料流化风及外置床流化风的压力和流量，富氧二次风的压力均采用原来的负荷曲线，而富氧二次风的流量负荷曲线，需要依据富氧二次风的含氧浓度，采取二次风流量负荷修正曲线。 

所述的锥形阀的开大或关小来调整进入外置床的飞灰流量，进而控制炉膛密相区温度在合适的范围内，相同负荷时锥形阀的开度大于改造之前。 

本发明的有益效果如下： 

带外置床的常规循环流化床锅炉进行二次风局部富氧燃烧改造之后，锅炉的燃烧效率提高，减少了固体不完全燃烧的排放，降低了排烟热损失。炉膛密相区温度维持在合理的范围内，锅炉的烟气污染物排放量小。二次风的含氧浓度提高，燃煤不变时，需要的二次风流量减少，锅炉的烟气排放量也相应减少，二次风机及引风机出力减小，机组厂用电负荷减小。锅炉排放的烟气中CO₂的浓度增加，降低了工业实践中CO₂的回收成本，为循环流化床锅炉全部富氧燃烧技术的改造打下坚实的基础。 

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进行详细描述如下。 

附图说明

图1是本发明的结构示意图。 

图中：炉膛1，旋风分离器2，返料器3，外置床5，外置床流化风6，返料器流化风7，二次风8，常规空气一次风9，冷渣器10，燃煤11，再循环烟气12，高浓度氧气13，尾部受热面14，空气预热器15，烟气净化装置16，烟囱17，炉膛密相区温度18，一次风室19，石灰石20。 

具体实施方式

实施例： 

如图1所示，本发明是一种带外置床的常规循环流化床锅炉局部富氧燃烧改造系统。改造的部分是二次风8，即二次风8采用局部富氧燃烧，而一次风9、返料器流化风7和外置床流化风6仍然采取常规的空气燃烧，以避免在富氧燃烧状态下，由于氧气浓度的增加，需要的风流量减少，造成炉膛1、返料器3或外置床5的流化动力不足。锅炉改造之后的系统构成是：循环流化床锅炉的炉膛1、旋风分离器2和尾部受热面14依次相连，尾部受热面14、空气预热器15、烟气净化装置16和烟囱17依次相连，空气分离后的高浓度氧气13与再循环烟气12混合后的富氧二次风8与炉膛1相连，常规空气一次风9通过一次风室19与炉膛1相连，常规空气高压流化风7与返料器3的风室相连，常规空气高压流化风6与外置床5的风室相连，旋风分离器2的下部出口与返料器3的上部相连，返料器3的灰出口室与炉膛1相连，返料器3的灰入口室通过锥形阀4与外置床5相连，燃煤11在二次风8下方与炉膛1相连，石灰石20在二次风8下与炉膛1相连，炉膛1的底部与冷渣器10相连，密相区温度18位于炉膛1下部。 

燃煤11注入炉膛1作为燃料，石灰石20注入炉膛1作为脱硫剂。常规空气一次风9通过一次风室19进入炉膛1中，提供流化风和燃烧风；空气分离后的高浓度氧气13与再循环烟气12混合后得到的富氧二次风8（浓度25%~30%）进入炉膛1，提供助燃二次风；燃煤11、石灰石20、一次风9与富氧二次风8一起在炉膛1中燃烧，燃烧产生的大颗粒灰渣通过冷渣器10排出。燃烧产生的烟气在离开炉膛1后，进入旋风分离器2中。从旋风分离器2中分离下来的飞灰进入返料器3中，常规空气的高压流化风7进入返料器3中为分离下来的飞灰提供流化风及松动风。一部分分离下来的飞灰通过返料器3的灰出口室直接返回炉膛1，另一部分分离下来的飞灰通过返料器3的灰入口室，经锥形阀4的调节，进入外置床5中。常规空气的高压流化风6进入外置床5中为飞灰提供流化风，飞灰在外置床5中换热降温后返回到炉膛1中。经过旋风分离器2分离后的烟气，经过尾部受热面14、空气预热器15及烟气净化装置16，小部分作为再循环烟气12返回炉膛1之前与高浓度的氧气13混合得到富氧二次风8，大部分的烟气经烟囱17排入大气中。 

带外置床的常规循环流化床锅炉在局部富氧燃烧改造之后的运行中，若燃煤11不变，则一次风9、返料流化风7及外置床流化风6的压力和流量，富氧二次风8的压力均采用原来的负荷曲线，而富氧二次风8流量的负荷曲线，需要依据富氧二次风8的含氧浓度，采取二次风流量负荷修正曲线，为避免改造之后的锅炉出现较大偏差，富氧二次风8的含氧浓度控制在25%～30%。锅炉在改造之后的正常运行中，依据上述参数的负荷曲线进行燃烧调整并配合机组的升降负荷。若在锅炉负荷变化的过程中，发生炉膛密相区温度18异常的情况，则需要通过返料器下游的锥形阀的开大或关小来控制炉膛的密相区温度在合理 的范围之内，即需要通过返料器3下游的锥形阀4的开大或关小来调整进入外置床5的飞灰流量，若炉膛密相区温度18过大，则开大锥形阀4，增大飞灰量来降低炉膛密相区温度18；反之，若炉膛密相区温度过低，则关小锥形阀4，减小飞灰量来增加炉膛密相区温度18，但相同负荷时锥形阀4的开度比改造之前要大些。炉膛密相区温度18控制在合理的范围之内，锅炉除了可以正常的升降负荷，还可以正常的进行炉内石灰石20注入来脱除SO₂，同时可以保证较低的NO_x排放量，确保改造之后的循环流化床锅炉安全稳定的运行。 

本发明的保护范围以权利要求为准，不受具体实施例所限制。 

Claims (4)

1.带外置床的常规循环流化床锅炉进行局部富氧燃烧改造系统，包括：循环流化床锅炉的炉膛（1）、旋风分离器（2）和尾部受热面（14）依次相连，尾部受热面（14）、空气预热器（15）、烟气净化装置（16）和烟囱（17）依次相连，常规空气一次风（9）通过一次风室（19）与炉膛（1）相连，常规空气返料器流化风（7）与返料器（3）的流化风室相连，常规空气外置床流化风（6）与外置床（5）的流化风室相连， 旋风分离器（2）的下部出口与返料器（3）的上部相连，返料器（3）的灰出口室与炉膛（1）相连，返料器（3）的灰入口室通过锥形阀（4）与外置床（5）相连，炉膛（1）的底部与冷渣器（10）相连，密相区温度（18）位于炉膛（1）下部；其特征是：二次风（8）改造后进行局部富氧燃烧，空气分离后的高浓度氧气（13）与再循环烟气（12）混合后的富氧二次风（8）与炉膛（1）相连，燃煤（11）在富氧二次风（8）下方与炉膛（1）相连，石灰石（20）在富氧二次风（8）下与炉膛（1）相连。

2.根据权利要求1所述的带外置床的常规循环流化床锅炉局部富氧燃烧改造系统，其特征是：所述的高浓度氧气（13）与再循环烟气（12）混合后得到的富氧二次风（8）的含氧浓度控制在25%～30%。

3.根据权利要求1所述的带外置床的常规循环流化床锅炉局部富氧燃烧改造系统，其特征是：所述的燃煤（11），若燃煤（11）不变，则一次风（9）、返料流化风（7）及外置床流化风（6）的压力和流量，富氧二次风（8）的压力均采用原来的负荷曲线，而富氧二次风（8）的流量负荷曲线，需要依据富氧二次风（8）的含氧浓度，采取二次风流量负荷修正曲线。

4.根据权利要求1所述的带外置床的常规循环流化床锅炉局部富氧燃烧改造系统，其特征是：所述的锥形阀（4）的开大或关小来调整进入外置床（5）的飞灰流量，进而控制炉膛密相区温度（18）在合适的范围内，相同负荷时锥形阀（4）的开度大于改造之前。

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