CN103196136A - 一种富氧燃烧热量梯级利用的方法及装置 - Google Patents

一种富氧燃烧热量梯级利用的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种富氧燃烧热量梯级利用的方法，该方法包括以下步骤：步骤A:将锅炉（1）出口烟气分流成第一部分烟气、第二部分烟气和第三部分烟气；所述第一部分烟气作为循环烟气，重新送入锅炉（1）的炉膛，所述第二部分烟气对送入锅炉（1）的氧气进行预热，所述第三部分烟气对锅炉（1）高、低压给水进行加热；步骤B:第二部分烟气和第三部分烟气经换热后混合送入烟气冷凝器(17)，冷凝至常温后送入烟气压缩机(10)；步骤C:空气经过空气压缩机(7)压缩后，经过压缩空气低压给水加热器(8)冷却后送入制氧系统(9)，制氧系统产生(9)的氧气送入氧气预热器(2)。该发明显著提高富氧燃烧电站的发电效率，降低燃煤电站CO2捕集的成本。

Description

一种富氧燃烧热量梯级利用的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种富氧燃烧热量梯级利用方法，属于能源技术和环保技术交叉领域。另外，本发明还涉及实施上述方法的装置。
背景技术
化石燃料燃烧排放的大量温室气体CO2对环境造成的危害已引起了全球的高度关注。在众多的CO2分离捕集技术当中，富氧燃烧技术作为一种新型的可低成本分离回收CO2且污染物排放较低的全新理念的燃烧方式已引起了各国研究者的重视。
由于增加了空气分离子系统和烟气净化压缩子系统，机组发电效率较常规机组降低8%～12%，制约了富氧燃烧技术商业化应用。富氧燃烧系统较为复杂，存在较大的优化空间。尤其是空分子系统和烟气净化压缩子系统中产生大量的低品位的废热，充分利用此部分废热加热锅炉低压给水，可以减少汽轮机抽气，提高汽轮机做功量。同时，采用烟气加热给水，可有效控制排烟温度，实现热量回收的利用，有效提高机组发电效率。
发明内容
发明问题：本发明的目的是公开一种富氧燃烧机组热量利用方法，该方法可以显著提高富氧燃烧电站的发电效率。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明公开一种富氧燃烧热量梯级利用的方法，该方法包括以下步骤：
步骤A:将锅炉出口烟气分流成第一部分烟气、第二部分烟气和第三部分烟气；所述第一部分烟气作为循环烟气，重新送入锅炉的炉膛，所述第二部分烟气对送入锅炉的氧气进行预热，所述第三部分烟气对锅炉高、低压给水进行加热；
步骤B:第二部分烟气和第三部分烟气经换热后混合送入烟气冷凝器，冷凝至常温后送入烟气压缩机；
步骤C:空气经过空气压缩机压缩后，经过压缩空气低压给水加热器冷却后送入制氧系统，制氧系统产生的氧气送入氧气预热器；
步骤D:空气压缩机产生的压缩空气及烟气压缩机产生的压缩烟气对锅炉低压给水进行加热。
优选的，步骤A中还包括将预热后的氧气实际温度与预定温度比较，如果低于预定温度，则增加第二部分烟气量；如果高于预定温度，则减少第二部分烟气量。
优选的，所述步骤A中第一部分烟气占全部烟气的50%～70%，第二部分烟气占全部烟气的15%～25%。
优选的，步骤A中经预热的氧气和循环烟气混合或者单独送入锅炉的炉膛。
本发明还提供了一种富氧燃烧热量梯级利用的装置，该装置包括锅炉、氧气预热器、烟气给水加热器、压缩空气低压给水加热器、制氧系统、压缩烟气低压给水加热器、空气压缩机、烟气压缩机、烟气冷凝器；
锅炉包括第一烟气出口端、第二烟气出口端和第三烟气出口端，第一烟气出口端与锅炉的第一烟气进口端相连；第二烟气出口端与氧气预热器的烟气进口端相连，第三烟气出口端与烟气给水加热器的烟气进口端相连；氧气预热器的烟气出口端烟气给水加热器的烟气出口端分别与烟气冷凝器的烟气进口端相连；
空气压缩机空气出口端与压缩空气低压给水加热器压缩空气进口端相连，压缩空气低压给水加热器的空气出口端与制氧系统的空气进口端相连，制氧系统的氧气出口端与氧气预热器的氧气进口端相连；
烟气压缩机烟气出口端与压缩烟气低压给水加热器压缩烟气进口端相连。
优选的，所述烟气给水加热器包括烟气高压给水加热器和烟气低压给水加热器，所述烟气高压给水加热器的烟气进口端与锅炉的第三烟气出口端相连；烟气高压给水加热器的烟气出口端与烟气低压给水加热器的烟气进口端相连，烟气低压给水加热的烟气出口端与冷凝的烟气进口端相连。
优选的，所述烟气高压给水加热器的给水进口端连接有用于抽取锅炉高压给水的第一水泵，烟气高压给水加热器设置第一流量控制器控制水泵的抽水量；所述烟气低压给水加热器的给水进口端连接有用于抽取锅炉低压给水的第二水泵，烟气低压给水加热器设置第二流量控制器控制水泵的抽水量；所述压缩空气低压给水加热器给水进口端连接有用与抽取锅炉低压给水的第三水泵，压缩空气低压给水加热器设置第三流量控制器控制水泵的抽水量；所述压缩烟气低压给水加热器给水进口端连接有用于抽取锅炉低压给水的第四水泵，压缩烟气低压给水加热器设置第四流量控制器控制水泵的抽水量。
有益效果：本发明采用上述技术方案后有益效果是：1)回收利用制氧系统及烟气净化压缩系统的废热，减少低压回热系统蒸汽抽气，增加汽轮机做功；2)综合利用烟气尾部余热，降低了锅炉排烟温度，提高富氧燃烧热量利用效率。
附图说明
图1为富氧燃烧热量梯级利用的结构示意图。
其中，锅炉1；氧气预热器2；高压给水加热器3；低压给水加热器4；高压回热器5；低压回热器6；空气压缩机7；压缩空气低压给水加热器8；制氧系统9；烟气压缩机10；压缩烟气低压给水加热器11；烟气净化压缩系统12；第一水泵13；第二水泵14；第三水泵15；第四水泵16，烟气冷凝器17。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
本发明涉及一种富氧燃烧热量梯级利用方法，该方法可以显著提高系统热量利用率。本发明的另一核心是提供一种实施上述方法的装置。结构如图1所示。
本发明提供的富氧燃烧热量梯级利用的方法：
对锅炉内排出的烟气进行分流，形成第一部分烟气、第二部分烟气和第三部分烟气。
利用所述第一部分烟气作为循环烟气，重新送入炉膛，所述第二部分烟气对送入锅炉的氧气进行预热，所述第三部分烟气对锅炉给水进行加热。
将送入炉膛的氧气的实际温度与预定温度比较。
如果实际温度明显大于预定温度，则减少第二部分的烟气量；如果小于预定温度，则增加第二部分的烟气量。
第一部分烟气、第二部分烟气和第三部分烟气的量可以根据烟气的用途进行调节，一般情况下，第一部分烟气的量占全部烟气量的50%～70%，第二部分的烟气量占全部烟气量的15%～25%。
第二部分烟气和第三部分烟气经换热后混合送入烟气冷凝器17，冷凝至常温后送入烟气压缩机10；
空气经过空气压缩机7压缩后，经过压缩空气低压给水加热器8冷却后送入制氧系统9，制氧系统9产生的氧气送入氧气预热器2，制氧系统9的产生的其他气体不作处理；
空气压缩机7产生的压缩空气及烟气压缩机10产生的压缩烟气对锅炉低压给水进行加热。
将所述压缩空气低压给水加热器8出口实际水温与预定温度比较，如果低于预定温度，则减少所述第三水泵15抽水量；如果高于预定温度，则增加所述第三水泵15抽水量。
将所述压缩烟气低压给水加热器11出口实际水温与预定温度比较，如果低于预定温度，则减少所述第四水泵16抽水量；如果高于预定温度，则增加所述第四水泵16抽水量。
本发明还提供了一种富氧燃烧热量梯级利用的装置，该装置包括锅炉1、氧气预热器2、烟气给水加热器、压缩空气低压给水加热器8、制氧系统9、压缩烟气低压给水加热器11、空气压缩机7、烟气压缩机10、烟气冷凝器17；
锅炉1包括第一烟气出口端、第二烟气出口端和第三烟气出口端，第一烟气出口端与锅炉1的第一烟气进口端相连；第二烟气出口端与氧气预热器2的烟气进口端相连，第三烟气出口端与烟气给水加热器的烟气进口端相连；氧气预热器2的烟气出口端烟气给水加热器的烟气出口端分别与烟气冷凝器17的烟气进口端相连；
空气压缩机7空气出口端与压缩空气低压给水加热器8压缩空气进口端相连，压缩空气低压给水加热器8的空气出口端与制氧系统9的空气进口端相连，制氧系统9的氧气出口端与氧气预热器2的氧气进口端相连；
烟气压缩机10烟气出口端与压缩烟气低压给水加热器11压缩烟气进口端相连。
所述烟气给水加热器包括烟气高压给水加热器3和烟气低压给水加热器4，所述烟气高压给水加热器3的烟气进口端与锅炉1的第三烟气出口端相连；烟气高压给水加热器3的烟气出口端与烟气低压给水加热器4的烟气进口端相连，烟气低压给水加热器4的烟气出口端与冷凝17的烟气进口端相连。
所述烟气高压给水加热器3的给水进口端连接有用于抽取锅炉高压给水的第一水泵13，烟气高压给水加热器3设置第一流量控制器控制水泵的抽水量；所述烟气低压给水加热器4的给水进口端连接有用于抽取锅炉低压给水的第二水泵14，烟气低压给水加热器4设置第二流量控制器控制水泵的抽水量；所述压缩空气低压给水加热器8给水进口端连接有用与抽取锅炉低压给水的第三水泵15，压缩空气低压给水加热器8设置第三流量控制器控制水泵的抽水量；所述压缩烟气低压给水加热器11给水进口端连接有用于抽取锅炉低压给水的第四水泵16，压缩烟气低压给水加热器11设置第四流量控制器控制水泵的抽水量。
上述烟气给水加热器包括烟气高压给水加热器3和烟气低压给水加热器4，烟气高压给水加热器3的烟气进口端与所述第三部分烟气出口端相连，第三部分烟气首先进入烟气高压给水加热器3对高压给水进行加热，然后再进入烟气低压给水加热器4对低压给水进行加热，实现了能量的梯级利用，减少汽轮机抽气量。
所述压缩空气低压给水加热器8的空气进口端与空气压缩机7空气出口端相连，所述压缩烟气低压给水加热器11的烟气进口端与烟气压缩机10烟气出口端相连。
当烟气给水加热器管路压降较高时，为顺利实现给水在烟气给水加热器和汽轮机之间的流动，可以在烟气高压给水加热器3与汽轮机之间设置第一水泵13，第一水泵13用于抽取高压给水，在高压给水加热器3完成对高压给水的加热后，该部分高压给水与高压回热器加热的给水混合，进行后续的加热处理。
同理，可以在低压给水加热器4和汽轮机的管路之间设置第二水泵114，用于抽取汽轮机的低压给水；在压缩空气低压给水加热器8和汽轮机之间设置第三水泵15，用于抽取汽轮机的低压给水；在压缩烟气低压给水加热器11和汽轮机之间设置第四水泵16，用于抽取汽轮机的低压给水。
如果给水能够自然地进入给水加热器，可以省略第一水泵13、第二水泵14、第三水泵15和第四水泵16。
本发明可以显著提高富氧燃烧电站的发电效率，降低燃煤电站CO2捕集的成本。锅炉的烟气热量、制氧系统中压缩空气的热量和烟气净化压缩系统中压缩烟气的热量得到了充分的利用，实现了富氧燃烧系统内部能量的梯级利用，从整体上提高了机组的发电效率。
以上对本发明所提供的富氧燃烧热量梯级利用的方法及装置进行了详细的介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种富氧燃烧热量梯级利用的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤A:将锅炉（1）出口烟气分流成第一部分烟气、第二部分烟气和第三部分烟气；所述第一部分烟气作为循环烟气，重新送入锅炉（1）的炉膛，所述第二部分烟气对送入锅炉（1）的氧气进行预热，所述第三部分烟气对锅炉（1）高、低压给水进行加热；
步骤B:第二部分烟气和第三部分烟气经换热后混合送入烟气冷凝器(17)，冷凝至常温后送入烟气压缩机(10)；
步骤C:空气经过空气压缩机(7)压缩后，经过压缩空气低压给水加热器(8)冷却后送入制氧系统(9)，制氧系统产生(9)的氧气送入氧气预热器(2)；
步骤D:空气压缩机(7)产生的压缩空气及烟气压缩机(10)产生的压缩烟气对锅炉低压给水进行加热。
2.如权利要求1所述的富氧燃烧热量梯级利用的方法，其特征在于，步骤A中还包括将预热后的氧气实际温度与预定温度比较，如果低于预定温度，则增加第二部分烟气量；如果高于预定温度，则减少第二部分烟气量。
3.如权利要求1或2所述的富氧燃烧热量梯级利用的方法，其特征在于，所述步骤A中第一部分烟气占全部烟气的50%～70%，第二部分烟气占全部烟气的15%～25%。
4.如权利要求1所述的富氧燃烧热量梯级利用的方法，其特征在于，步骤A中经预热的氧气和循环烟气混合或者单独送入锅炉的炉膛。
5.一种富氧燃烧热量梯级利用的装置，其特征在于，该装置包括锅炉(1)、氧气预热器(2)、烟气给水加热器、压缩空气低压给水加热器(8)、制氧系统（9）、压缩烟气低压给水加热器(11)、空气压缩机(7)、烟气压缩机(10)、烟气冷凝器(17)；
锅炉（1）包括第一烟气出口端、第二烟气出口端和第三烟气出口端，第一烟气出口端与锅炉（1）的第一烟气进口端相连；第二烟气出口端与氧气预热器（2）的烟气进口端相连，第三烟气出口端与烟气给水加热器的烟气进口端相连；氧气预热器（2）的烟气出口端烟气给水加热器的烟气出口端分别与烟气冷凝器（17）的烟气进口端相连；
空气压缩机(7)空气出口端与压缩空气低压给水加热器(8)压缩空气进口端相连，压缩空气低压给水加热器(8)的空气出口端与制氧系统（9）的空气进口端相连，制氧系统（9）的氧气出口端与氧气预热器（2）的氧气进口端相连；
烟气压缩机(10)烟气出口端与压缩烟气低压给水加热器(11)压缩烟气进口端相连。
6.如权利要求5所述的富氧燃烧热量梯级的装置，其特征在于，所述烟气给水加热器包括烟气高压给水加热器(3)和烟气低压给水加热器(4)，所述烟气高压给水加热器(3)的烟气进口端与锅炉（1）的第三烟气出口端相连；烟气高压给水加热器(3)的烟气出口端与烟气低压给水加热器(4)的烟气进口端相连，烟气低压给水加热器（4）的烟气出口端与冷凝（17）的烟气进口端相连。
7.如权利要求6所述的富氧燃烧热量梯级利用的装置，其特征在于，所述烟气高压给水加热器(3)的给水进口端连接有用于抽取锅炉高压给水的第一水泵(13)，烟气高压给水加热器(3)设置第一流量控制器控制水泵的抽水量；所述烟气低压给水加热器(4)的给水进口端连接有用于抽取锅炉低压给水的第二水泵(14)，烟气低压给水加热器(4)设置第二流量控制器控制水泵的抽水量；所述压缩空气低压给水加热器(8)给水进口端连接有用与抽取锅炉低压给水的第三水泵(15)，压缩空气低压给水加热器(8)设置第三流量控制器控制水泵的抽水量；所述压缩烟气低压给水加热器(11)给水进口端连接有用于抽取锅炉低压给水的第四水泵(16)，压缩烟气低压给水加热器(11)设置第四流量控制器控制水泵的抽水量。
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