CN103104910A

CN103104910A - 一种微富氧燃烧w火焰锅炉及co2减排系统

Info

Publication number: CN103104910A
Application number: CN2013100526775A
Authority: CN
Inventors: 闫凯; 张翔; 陈楠; 张建文
Original assignee: Shanghai Boiler Works Co Ltd
Current assignee: Shanghai Boiler Works Co Ltd
Priority date: 2013-02-18
Filing date: 2013-02-18
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2033-02-18
Also published as: CN103104910B

Abstract

本发明公开了一种微富氧燃烧W火焰锅炉及CO₂减排系统，其特征在于，无烟煤或低挥发分煤进入W火焰锅炉炉膛内充分燃烧，形成的烟气经过换热区及气-气换热器降温后，烟气分为两股，其中一股作为再循环烟气；气-气换热器中同时加热空气和氧气，经加热后的空气分为三股，氧气分为两股，第一股氧气与第一股空气混合后进入炉拱一次风管道，第二股氧气与第二股空气混合后进入炉拱二次风管道，第三股空气通入前后墙二次风管道。本发明将微富氧燃烧技术和W火焰锅炉相结合，可实现更低成本的脱硫、脱硝以及捕捉，并实现零排放。在微富氧燃烧方式下单位质量的燃料燃烧所需的纯氧量与富氧燃烧相比显著降低，空分制氧的能耗与投资也随之大幅度降低。

Description

一种微富氧燃烧W火焰锅炉及CO2减排系统

技术领域

本发明涉及一种微富氧燃烧W火焰锅炉及CO₂减排系统，尤其是涉及微富氧燃烧和以无烟煤或低挥发份煤为主要燃料的W火焰锅炉及CO₂减排系统，属于锅炉设计技术领域。

背景技术

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，电站锅炉主要然用煤种为无烟煤、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份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，特别是低挥发份的无烟煤，大都倾向于采用W火焰燃烧技术，认为V_daf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份煤应用最为广泛的技术之一。

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

本发明所要解决的是W火焰锅炉减排，以及CO₂收集的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种微富氧燃烧W火焰锅炉及CO₂减排系统，其特征在于，无烟煤或低挥发分煤在助燃剂的气氛中经磨煤机从炉拱一次风管道进入W火焰锅炉炉膛内充分燃烧，所形成的烟气通过主烟道经过换热区及气-气换热器降温后，依次经过除尘器、除水装置分别除去烟气中的灰分和水分，随后烟气分为两股，第一股烟气依次进入脱硫装置、CO₂回收装置，第二股烟气从炉膛出口烟窗或大屏底部通入炉膛作为再循环烟气；烟气在气-气换热器中同时加热空气和从锅炉外部空气中分离出来的纯氧气，经加热后的空气分为三股，氧气分为两股，第一股氧气与第一股空气混合后经磨煤机进入炉拱一次风管道，第二股氧气与第二股空气混合后进入炉拱二次风管道，第三股空气通入前后墙二次风管道。

优选地，所述的助燃剂为空气、氧气的混合气体，氧气与空气的体积比为1∶6～1∶10。

优选地，所述的换热区包括从炉膛出口烟窗依次连接的过热器、再热器及省煤器。

优选地，通入所述炉拱一次风管道的气体中氧气的体积百分比为50％～80％。

优选地，通入所述前后墙二次风管道的气体均为空气。

优选地，所述第二股烟气的体积量为同等量无烟煤或低挥发分煤在纯空气中燃烧时所产生烟气体积量的0％～15％。

优选地，所述的炉膛生成烟气中的CO₂的体积比为25％～35％。

优选地，所述第一股烟气中的CO₂通过CO₂回收装置脱除回收，CO₂回收装置中的回收方法为物理或化学吸附技术，第一股烟气中的剩余气体排入大气。

优选地，所述炉膛上的炉拱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，所述炉膛的炉拱及其以下水冷壁不设有或设有卫燃带，设有卫燃带时，卫燃带体积不超过炉拱及其以下水冷壁面积的10％。

本发明将微富氧燃烧技术和W火焰锅炉相结合，可实现更低成本的脱硫、脱硝以及捕捉，并实现零排放。在微富氧燃烧方式下单位质量的燃料燃烧所需的纯氧量与富氧燃烧相比显著降低，空分制氧的能耗与投资也随之大幅度降低。

助燃剂中的一部分空气由纯氧气代替，减少了燃料着火时加热周围气体的体积，使燃料的着火条件大为改善，同时提高了炉膛截面热负荷。因此，炉拱及其以下水冷壁可以不敷设或少敷设卫燃带(不超过炉拱及其以下水冷壁面积的10％)。这不仅使得炉拱及其以下部分的辐射吸热面积有较大增加，而且结渣的可能性也大幅度降低。另外，炉膛理论燃烧温度的提高以及不敷设卫燃带也造成整个炉膛吸热量的增加。

再循环烟气在炉膛出口烟窗或大屏底部通入不仅能够保证炉膛吸热量有所增加，而且有助于保证放置于水平烟道的末级过热器和末级再热器不至于发生壁温过高现象，即保证过热器和再热器的安全运行。同时，再循环烟气还能够增强锅炉尾部受热面对流换热的程度，减少锅炉材料耗量。

再循环烟气体积量为纯空气燃烧时产生烟气体积量的5％～15％，较传统富氧锅炉中的再循环烟气体积量大为减少，使得烟气再循环风机功率大幅下降，从而进一步提高了系统的效率。

由于炉膛着火条件的大幅改善，炉膛的宽深可以回归到与燃用烟煤锅炉相当的情况。对于同样的炉膛截面热负荷，接近正方形的炉膛形状将使锅炉的材料耗量降低。

微富氧燃烧方式产生烟气的CO₂体积份额在25％～35％之间。此浓度范围是兼顾当前制氧成本、能耗和吸附分离CO₂的最佳综合效果。目前CO₂捕集主要有物理和化学两类方法。尤其对于物理吸附法，其最大技术瓶颈在于：当CO₂浓度较低(小于20％)时，吸附剂吸附CO₂效率非常低。而在常规空气燃烧模式下，煤燃烧产生的烟气中的浓度在15％左右。因此，空气燃烧方式下的CO₂低吸附率导致该技术不能被工业应用。而采用微富氧燃烧方式后，烟气中CO₂体积份额提高到30％时，吸附剂的吸收效率达到80％以上，这使物理吸附法回收火电厂排烟中CO₂的工业应用成为可能。同时，微富氧燃烧方式产生的烟气量约为空气燃烧方式的50％左右，所需进行CO₂吸附的体积量大幅减小。这又进一步增加了这种处理方法在工业中应用的可能性。

附图说明

图1为本发明提供的微富氧燃烧W火焰锅炉及CO₂减排系统的流程示意图。图中：

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-空气管道； 11-氧气管道； 12-助燃剂；

13-磨煤机； A-炉拱一次风管道； B-炉拱二次风管道；

C-前后墙二次风管道； SI-第一股烟气； SII-第二股烟气；

AirI-第一股空气； AirII-第二股空气； AirIII-第三股空气

O₂I-第一股氧气； O₂II-第二股氧气。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

实施例

如图1所示，为本发明提供的微富氧燃烧W火焰锅炉及CO₂减排系统的流程示意图，无烟煤或低挥发分煤在助燃剂12的气氛中经磨煤机13从炉拱一次风管道A进入W火焰锅炉炉膛1内充分燃烧。助燃剂为空气、氧气的混合气体，氧气与空气的体积比为1∶6～1∶10。燃烧所形成的烟气通过主烟道经过换热区及气-气换热器5降温后，依次经过除尘器6、除水装置7分别除去烟气中的灰分和水分。换热区包括从炉膛出口烟窗14依次连接的过热器2、再热器3及省煤器4。随后烟气分为两股，第一股烟气SI依次进入脱硫装置、CO₂回收装置，第二股烟气SII从炉膛出口烟窗14或大屏底部15通入炉膛1作为再循环烟气。烟气在气-气换热器5中同时，从空气管道10中通入空气进行加热，从氧气管道11中通入从锅炉外部空气中分离出来的纯氧气进行加热。经加热后的空气分为三股，氧气分为两股，第一股氧气O₂I与第一股空气AirI混合后经磨煤机13进入炉拱一次风管道A，第二股氧气O₂II与第二股空气AirII混合后进入炉拱二次风管道B，第三股空气AirIII通入前后墙二次风管道C。通入所述炉拱一次风管道A的气体中氧气的体积百分比为50％～80％。通入所述前后墙二次风管道C的气体均为空气。

第二股烟气SII的体积量为同等量无烟煤或低挥发分煤在纯空气燃烧时所产生烟气体积量的0％～15％；炉膛1生成烟气中的CO₂体积百分比为25％～35％；第一股烟气SI中的CO₂通过CO₂回收装置9采用物理或化学吸附技术进行脱除，剩余气体排入大气。

所述的W火焰锅炉炉膛1上的炉拱一次风管道A和炉拱二次风管道B在炉拱上沿炉膛宽度方向间隔布置；炉拱及其以下水冷壁不敷设卫燃带；炉膛炉拱及其以下宽深比为1.2∶1。

Claims

1.一种微富氧燃烧W火焰锅炉及CO₂减排系统，其特征在于，无烟煤或低挥发分煤在助燃剂(12)的气氛中经磨煤机(13)从炉拱一次风管道(A)进入W火焰锅炉炉膛(1)内充分燃烧，所形成的烟气通过主烟道经过换热区及气-气换热器(5)降温后，依次经过除尘器(6)、除水装置(7)分别除去烟气中的灰分和水分，随后烟气分为两股，第一股烟气(SI)依次进入脱硫装置、CO₂回收装置，第二股烟气(SII)从炉膛出口烟窗(14)或大屏底部(15)通入炉膛(1)作为再循环烟气；烟气在气-气换热器(5)中同时加热空气和从锅炉外部空气中分离出来的纯氧气，经加热后的空气分为三股，氧气分为两股，第一股氧气(O₂I)与第一股空气(AirI)混合后经磨煤机(13)进入炉拱一次风管道(A)，第二股氧气(O₂II)与第二股空气(AirII)混合后进入炉拱二次风管道(B)，第三股空气(AirIII)通入前后墙二次风管道(C)。

2.如权利要求1所述的一种微富氧燃烧W火焰锅炉及CO₂减排系统，其特征在于，所述的助燃剂为空气、氧气的混合气体，氧气与空气的体积比为1∶6～1∶10。

3.如权利要求1所述的一种微富氧燃烧W火焰锅炉及CO₂减排系统，其特征在于，所述的换热区包括从炉膛出口烟窗(14)依次连接的过热器(2)、再热器(3)及省煤器(4)。

4.如权利要求1所述的一种微富氧燃烧W火焰锅炉及CO₂减排系统，其特征在于，通入所述炉拱一次风管道(A)的气体中氧气的体积百分比为50％～80％。

5.如权利要求1所述的一种微富氧燃烧W火焰锅炉及CO₂减排系统，其特征在于，通入所述前后墙二次风管道(C)的气体均为空气。

6.如权利要求1所述的一种微富氧燃烧W火焰锅炉及CO₂减排系统，其特征在于，所述第二股烟气(S II)的体积量为同等量无烟煤或低挥发分煤在纯空气中燃烧时所产生烟气体积量的0％～15％。

7.如权利要求1所述的一种微富氧燃烧W火焰锅炉及CO₂减排系统，其特征在于，所述的炉膛(1)生成烟气中的CO₂的体积比为25％～35％。

8.如权利要求1所述的一种微富氧燃烧W火焰锅炉及CO₂减排系统，其特征在于，所述第一股烟气(SI)中的CO₂通过CO₂回收装置(9)脱除回收，CO₂回收装置(9)中的回收方法为物理或化学吸附技术，第一股烟气(SI)中的剩余气体排入大气。

9.如权利要求1所述的一种微富氧燃烧W火焰锅炉及CO₂减排系统，其特征在于，所述炉膛(1)上的炉拱一次风管道(A)和炉拱二次风管道(B)在炉拱上沿炉膛(1)宽度方向间隔布置。

10.如权利要求1所述的一种微富氧燃烧W火焰锅炉及CO₂减排系统，其特征在于，所述炉膛(1)的炉拱及其以下水冷壁不设有或设有卫燃带，设有卫燃带时，卫燃带体积不超过炉拱及其以下水冷壁面积的10％。