CN103017151B - 一种富氧燃烧w火焰锅炉系统及其燃烧方法 - Google Patents

一种富氧燃烧w火焰锅炉系统及其燃烧方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种富氧燃烧W火焰锅炉系统及其燃烧方法，从除水装置出来的烟气分为两股：一股依次进入脱硫装置和CO2回收装置，另一股进入气-气换热器受主烟道烟气加热；主烟道烟气加热再循环烟气的同时还加热空气中分离的O2；加热后的再循环烟气分为三股、O2分为两股：第一股O2与第一股再循环烟气混合后进入磨煤机，并进入一次风管道；第二股O2与第二股再循环烟气混合后进入炉拱二次风管道；第三股再循环烟气进入前后墙二次风管道。本发明提供的系统克服了现有技术的不足，大幅改善了炉膛着火条件，下炉膛辐射吸热面积有较增加的同时结渣可能性大幅降低，提高了整个系统的效率，且锅炉的钢耗和制造成本降低，还能实现CO2零排放。

Description

一种富氧燃烧W火焰锅炉系统及其燃烧方法
技术领域
本发明涉及一种富氧燃烧W火焰锅炉系统及其燃烧方法，尤其是涉及以纯氧作为氧化剂并以无烟煤或低挥发分煤为主要燃料的W火焰锅炉系统及其燃烧工艺，属于锅炉燃烧技术领域。
背景技术
目前，以煤为主要能源的电力生产中CO2的排放占所有人类活动中CO2排放总量的25％左右，是CO2最大的单点排放源。常规煤粉锅炉空气助燃燃烧的排烟中CO2的浓度只有13％～15％，这给CO2的分离与捕捉带来很大的技术和经济难题。富氧燃烧技术，也称作O2/CO2燃烧技术，为组织煤粉在O2和CO2的混合气中燃烧，可以大幅度的提高排烟中CO2的浓度(脱水后CO2的浓度能达到95％以上)，大大简化了CO2的回收成本和难度。N2的含量很少，便于压缩冷却得到液态CO2，同时去除、回收其它污染物，如SO2等有害气体。因此，越来越多的国家都相继展开了富氧燃烧技术的技术经济性研究。目前，国内外在富氧燃烧领域技术已经开展了大量卓有成效的工作，积累了相当数量的科学试验数据。
在我国的煤炭资源储蓄中，无烟煤的储量占到总储量的13％。依据我国目前的燃烧政策和能源利用情况，电站锅炉主要燃用煤种为无烟煤、贫煤、劣质煤等低反应、劣质煤种，燃烧无烟煤的电站约占总数的24.2％。
W火焰锅炉综合了强化无烟煤燃烧的各种措施，非常适合于燃烧无烟煤，在西方是燃烧劣质煤尤其是低挥发分劣质煤的典型锅炉燃烧技术。美国的CE公司、FW公司、英国的Babcock公司、法国的Stein公司、德国的MAN公司等公司对于劣质煤，特别是低挥发分的无烟煤，大都倾向于采用W火焰燃烧技术，认为干燥无灰基挥发分Vdaf低于10％的煤必须采用W型火焰锅炉。W火焰燃烧技术也是我国目前燃用低挥发分煤应用最为广泛的技术之一。为了保证低挥发分、难着火煤种的正常着火，W火焰锅炉通常将炉膛形状设计为狭长型并敷设卫燃带，以保证炉膛局部具有较高的局部热负荷。
目前，虽然对富氧燃烧技术已经进行了大量的科学研究和试验，但绝大多数相关研究均是针对烟煤等常规煤种，而对于采用富氧技术燃烧无烟煤或低挥发分煤种的研究则很不充分。作为燃烧无烟煤或低挥发分煤种主力机组的W火焰锅炉仍然未能考虑CO2的收集、减排问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种简单、经济且能减排CO2的富氧燃烧W火焰锅炉系统及其燃烧方法。
为了解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是提供一种富氧燃烧W火焰锅炉系统，其特征在于：包括W火焰炉膛，尾部烟道与W火焰炉膛连接；尾部烟道中设有过热器、再热器和省煤器，气-气换热器设于尾部烟道出口处；除水装置一端通过除尘器与气-气换热器主烟道出口连接，除水装置另一端连接脱硫装置，除水装置另一端同时通过再循环烟气通道与气-气换热器再循环烟气入口连接；CO2回收装置连接脱硫装置另一端；
气-气换热器再循环烟气入口旁还设有O2入口，气-气换热器O2出口分为第一O2输出管路和第二O2输出管路，气-气换热器再循环烟气出口分为第一再循环烟气输出管路、第二再循环烟气输出管路和第三再循环烟气输出管路，第一O2输出管路与第一再循环烟气输出管路汇合后与磨煤机入口连接，第二O2输出管路与第二再循环烟气输出管路汇合后与炉拱二次风管道一端连接，第三再循环烟气输出管路与前后墙二次风管道一端连接；磨煤机出口连接一次风管道一端，一次风管道另一端、炉拱二次风管道另一端、前后墙二次风管道另一端均连接W火焰炉膛。
优选地，所述一次风管道和炉拱二次风管道在炉拱上沿炉膛宽度方向间隔布置。
优选地，所述W火焰炉膛的下炉膛水冷壁敷设有卫燃带。
为了解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是提供一种富氧燃烧W火焰锅炉系统燃烧方法，其特征在于：无烟煤或干燥无灰基挥发分Vdaf低于10％的低挥发分煤在O2/CO2气氛中在W火焰锅炉炉膛内充分燃烧，所形成的烟气经过过热器、再热器和省煤器换热降温后，经过气-气换热器进一步降温，随后依次经过除尘器、除水装置；
从除水装置出来的烟气分为两股：一股依次进入脱硫装置和CO2回收装置，另一股为再循环烟气，进入气-气换热器受到主烟道烟气的加热；主烟道烟气在气-气换热器中加热再循环烟气的同时还加热从空气中分离出来的O2；
经加热后的再循环烟气分为三股，加热后的O2分为两股：第一股O2与第一股再循环烟气经混合后进入磨煤机，并通过一次风管道进入W火焰炉膛；第二股O2与第二股再循环烟气经混合后通过炉拱二次风管道进入W火焰炉膛；第三股再循环烟气通过前后墙二次风管道进入W火焰炉膛。
优选地，所述一次风中O2的体积份额为50％～80％，炉拱二次风中O2的体积份额为40％～60％，通过一次风管道、炉拱二次风管道和前后墙二次风管道进入W火焰炉膛的总的O2和再循环烟气的标准状态下体积比为1:1.4～1:2。
本发明提供的一种富氧燃烧W火焰锅炉系统将富氧燃烧技术和W火焰锅炉相结合，燃烧过程中几乎不产生NOx气体，可实现更低成本的脱硫、脱硝以及CO2捕捉，并实现零排放。
进入炉膛的O2和再循环烟气的标准状态下体积比在1:1.4～1:2的范围内，保证了无烟煤或低挥发分煤种着火所需的较高的局部热负荷。同时所需再循环烟气量比常规空气燃烧锅炉和常规富氧锅炉大为减少，大幅降低了烟气再循环风机功率，从而进一步提高了系统的效率。
由于进入炉膛的O2和再循环烟气混合物的体积比常规情况大为减少，炉膛截面热负荷有较大程度的提高，燃料的着火条件大为改善，因此，下炉膛水冷壁只需敷设少量卫燃带，甚至不需要敷设卫燃带。这不仅使得下炉膛的辐射吸热面积有较大增加，而且下炉膛结渣的可能性也大幅度降低。
由于炉膛着火条件的大幅改善，下炉膛的宽深比缩小到常规范围内，不需将炉膛设计成狭长的形状。对于同样的炉膛截面热负荷，较小的炉膛宽深比具有较小的周长，这将使锅炉的钢耗和制造成本降低。
本发明提供的系统克服了现有技术的不足，大幅改善了炉膛着火条件，下炉膛辐射吸热面积有较增加的同时结渣可能性大幅降低，提高了整个系统的效率，且锅炉的钢耗和制造成本降低，还能实现CO2零排放。
附图说明
图1为本发明提供的一种富氧燃烧W火焰锅炉系统示意图；
附图标记说明
1－炉膛；2－过热器；3－再热器；4－省煤器；5－气-气换热器；6－除尘器；7－除水装置；8－脱硫装置；9－CO2回收装置；10－再循环烟气；11－O2；12－煤；13－磨煤机；A－炉拱一次风；B－炉拱二次风；C－前后墙二次风。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以几个优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例1
图1为本发明提供的一种富氧燃烧W火焰锅炉系统示意图，所述的一种富氧燃烧W火焰锅炉系统包括W火焰炉膛1，过热器2位于顶部烟道中，尾部烟道中依次布置有再热器3、省煤器4和气-气换热器5；除水装置7一端通过除尘器6与气-气换热器5主烟道出口连接，除水装置7另一端连接脱硫装置8一端，除水装置7另一端同时通过再循环烟气通道与气-气换热器5再循环烟气输入端连接；CO2回收装置9连接脱硫装置8另一端；
气-气换热器5再循环烟气输入端一侧还设有O2输入端，气-气换热器5O2出口分为第一O2输出管路和第二O2输出管路，第一O2输出管路连接气-气换热器5再循环烟气输出管路，第二O2输出管路连接气-气换热器5再循环烟气输出管路和炉拱二次风B管道一端；气-气换热器5再循环烟气输出管路还连接磨煤机13输入端和前后墙二次风C管道一端，磨煤机13出口连接一次风A管道一端，一次风A管道另一端、炉拱二次风B管道另一端、前后墙二次风C管道另一端均连接W火焰炉膛1。
一次风A管道和炉拱二次风B管道在炉拱上沿炉膛宽度方向以一定规律间隔布置；下炉膛水冷壁不敷设卫燃带。
上述富氧燃烧W火焰锅炉系统的燃烧工艺如下：无烟煤或干燥无灰基挥发分Vdaf低于10％的低挥发分煤在含高浓度O2的O2/CO2气氛中在W火焰锅炉炉膛1内充分燃烧，所形成的烟气经过过热器2、再热器3和省煤器4等换热区降温后，经过气-气换热器5进一步降温，随后依次经过除尘器6、除水装置7分别除去烟气中的灰分和大部分水分，随后烟气分为两股；一股依次进入脱硫装置8和CO2回收装置9，另一股为再循环烟气10，进入气-气换热器5受到主烟道烟气的加热；主烟道烟气在气-气换热器5中加热再循环烟气的同时还加热从空气中分离出来的O211；经加热后的再循环烟气分为三股，第一股进入磨煤机13，第二股进入炉拱二次风B管道，第三股通过前后墙二次风C管道进入W火焰炉膛1；加热后的O2分为两股，第一股O2与第一股再循环烟气经混合后进入磨煤机13(煤12经磨煤机13磨碎)，并通过一次风A管道进入W火焰炉膛1，第二股O2与第二股再循环烟气经混合后通过炉拱二次风B管道进入W火焰炉膛1。
一次风中O2的体积份额为50％，炉拱二次风中O2的体积份额为50％，前后墙二次风中均为再循环烟气；进入炉膛的O2和再循环烟气的体积比(标准状态下的体积比)在1:1.9。
实施例2
与实施例1区别在于：
富氧燃烧W火焰锅炉系统的下炉膛水冷壁敷设少量卫燃带。
富氧燃烧W火焰锅炉系统的燃烧工艺中，一次风中O2的体积份额为65％，炉拱二次风中O2的体积份额为40％，前后墙二次风中均为再循环烟气；进入炉膛的O2和再循环烟气的体积比(标准状态下的体积比)在1:1.7。
其它部分均与实施例1相同。
实施例3
与实施例1区别在于：
富氧燃烧W火焰锅炉系统的下炉膛水冷壁敷设少量卫燃带。
富氧燃烧W火焰锅炉系统的燃烧工艺中，一次风中O2的体积份额为80％，炉拱二次风中O2的体积份额为60％，前后墙二次风中均为再循环烟气；进入炉膛的O2和再循环烟气的体积比(标准状态下的体积比)在1:1.5。
其它部分均与实施例1相同。
本发明提供的一种富氧燃烧W火焰锅炉系统将富氧燃烧技术和W火焰锅炉相结合，燃烧过程中几乎不产生NOx气体，可实现更低成本的脱硫、脱硝以及CO2捕捉，并实现零排放。
在本发明中，进入炉膛的O2和再循环烟气的体积比(标准状态下)在1:1.4～1:2的范围内，保证了无烟煤或低挥发分煤种着火所需的较高的局部热负荷，同时这一比例远低于空气中O2和N2的体积比(标准状态下)1:4，以及常规富氧锅炉中O2和再循环烟气的体积比(标准状态下)3:7，即在本发明中所需再循环烟气量比常规空气燃烧锅炉和常规富氧锅炉大为减少。这将大幅降低烟气再循环风机功率，从而进一步提高了系统的效率。
在本发明中，由于进入炉膛的O2和再循环烟气混合物的体积比常规情况大为减少，炉膛截面热负荷有较大程度的提高，燃料的着火条件大为改善，因此，下炉膛水冷壁只需敷设少量卫燃带，甚至不需要敷设卫燃带。这不仅使得下炉膛的辐射吸热面积有较大增加，而且下炉膛结渣的可能性也大幅度降低。
在本发明中，由于炉膛着火条件的大幅改善，下炉膛的宽深比缩小到常规范围内，不需将炉膛设计成狭长的形状。对于同样的炉膛截面热负荷，较小的炉膛宽深比具有较小的周长，这将使锅炉的钢耗和制造成本降低。

Claims (5)

1.一种富氧燃烧W火焰锅炉系统，其特征在于：包括W火焰炉膛(1)，尾部烟道与W火焰炉膛(1)连接；尾部烟道中设有过热器(2)、再热器(3)和省煤器(4)，气-气换热器(5)设于尾部烟道出口处；除水装置(7)一端通过除尘器(6)与气-气换热器(5)主烟道出口连接，除水装置(7)另一端连接脱硫装置(8)，除水装置(7)另一端同时通过再循环烟气通道与气-气换热器(5)再循环烟气入口连接；CO2回收装置(9)连接脱硫装置(8)另一端；
气-气换热器(5)再循环烟气入口旁还设有O2入口，气-气换热器(5)O2出口分为第一O2输出管路和第二O2输出管路，气-气换热器(5)再循环烟气出口分为第一再循环烟气输出管路、第二再循环烟气输出管路和第三再循环烟气输出管路，第一O2输出管路与第一再循环烟气输出管路汇合后与磨煤机(13)入口连接，第二O2输出管路与第二再循环烟气输出管路汇合后与炉拱二次风(B)管道一端连接，第三再循环烟气输出管路与前后墙二次风(C)管道一端连接；磨煤机(13)出口连接一次风(A)管道一端，一次风(A)管道另一端、炉拱二次风(B)管道另一端、前后墙二次风(C)管道另一端均连接W火焰炉膛(1)。
2.如权利要求1所述的一种富氧燃烧W火焰锅炉系统，其特征在于：所述一次风(A)管道和炉拱二次风(B)管道在炉拱上沿炉膛宽度方向间隔布置。
3.如权利要求1或2所述的一种富氧燃烧W火焰锅炉系统，其特征在于：所述W火焰炉膛(1)的下炉膛水冷壁敷设有卫燃带。
4.一种如权利要求1所述的富氧燃烧W火焰锅炉系统燃烧方法，其特征在于：无烟煤或干燥无灰基挥发分Vdaf低于10％的低挥发分煤在O2/CO2气氛中在W火焰锅炉炉膛(1)内充分燃烧，所形成的烟气经过各级过热器(2)、再热器(3)和省煤器(4)换热降温后，经过气-气换热器(5)进一步降温，随后依次经过除尘器(6)、除水装置(7)；
从除水装置(7)出来的烟气分为两股：一股依次进入脱硫装置(8)和CO2回收装置(9)，另一股为再循环烟气(10)，进入气-气换热器(5)受到主烟道烟气的加热；主烟道烟气在气-气换热器(5)中加热再循环烟气的同时还加热从空气中分离出来的O2(11)；
经加热后的再循环烟气分为三股，加热后的O2分为两股：第一股O2与第一股再循环烟气经混合后进入磨煤机(13)，并通过一次风(A)管道进入W火焰炉膛(1)；第二股O2与第二股再循环烟气经混合后通过炉拱二次风(B)管道进入W火焰炉膛(1)；第三股再循环烟气通过前后墙二次风(C)管道进入W火焰炉膛(1)。
5.如权利要求4所述的一种富氧燃烧W火焰锅炉系统燃烧方法，其特征在于：所述一次风(A)中O2的体积份额为50％～80％，炉拱二次风(B)中O2的体积份额为40％～60％，通过一次风(A)管道、炉拱二次风(B)管道和前后墙二次风(C)管道进入W火焰炉膛(1)的总的O2和再循环烟气的标准状态下体积比为1:1.4～1:2。
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