CN103398397A

CN103398397A - 一种锅炉燃烧系统及利用该系统燃烧的方法

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Publication number: CN103398397A
Application number: CN2013103146994A
Authority: CN
Inventors: 张蕊
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-07-24
Filing date: 2013-07-24
Publication date: 2013-11-20

Abstract

本发明涉及一种锅炉燃烧系统及利用该系统进行燃烧的方法。所述锅炉燃烧系统在烟气进口处设置气体分离器（2），气体成分在线监测装置（6）设置于入口主烟道（5）内，并与氧气输送挡板门（4）相连接。利用该系统进行燃烧的方法中利用气体分离器用来分离空气以获得O₂。本发明结构简单，不需要改造原锅炉，不需要添加脱硝塔设备；节约能量，煤粉燃烧产生的部分能量由再循环烟道进入燃烧区，减少了燃料供应率。

Description

一种锅炉燃烧系统及利用该系统燃烧的方法

技术领域

本发明涉及大气污染控制领域，尤其涉及一种通过减少脱硝中NO_X的产生来达到大气污染治理的系统。

背景技术

目前锅炉常规的燃烧系统是由空气-燃料组成，空气中有21%的氧气参与助燃，78%的氮气不参与燃烧，其中大量的氮气被无谓的加热，在高温下排入大气，造成大量的热量损失，同时氮气在高温下还与氧气反应生成NO_X气体，排入大气极易形成酸雨，危害地表动植物的正常生存和生活，造成环境污染。传统脱硝方法是将反应后的烟气引入脱硝塔，用氨气或氨水来还原烟气中的NO_X，生成氮气和水后排入大气，这个过程也造成大量的热量损失，由于要满足化学反应的要求，脱硝塔投资成本也较大。

从节能和减少污染排放的需要出发，国内外开始研究一项高效节能的燃烧技术：纯氧燃烧技术。纯氧燃烧，即用纯氧代替空气作为助燃剂，直接在反应炉窑内喷射O₂。燃料在纯氧的环境下燃烧，燃烧速度快，温度高。由于理论燃气需要量减少，纯氧燃烧比空气-氧气燃烧产生的烟气量减少近80%，燃烧废气中的污染物（CO₂）浓度增加，可以使废气处理更有效率。而且，由于没有N₂参与，燃烧产物中NO_X极少，烟气可以不用脱硝即排入大气，省去了脱硝系统。

例如CN 101504150A公开了一种仓储式煤粉锅炉燃烧的控制方法及装置，其实利用纯氧进行燃烧的方法。所述方法包括：获取仓储式煤粉锅炉的三次风压力的平均值；依据所述平均值，预置的三次风前馈系数，锅炉内的氧量测量值和预置的氧量设定值，生成二次风量调整指令；将所述二次风量调整指令发送至二次风量调整执行器，以便于所述二次风量调整执行器依据所述二次风量调整指令控制所述仓储式煤粉锅炉的燃烧。根据该发明实施例，可以解决现有技术中因三次风量的急骤变化引起的锅炉燃烧不稳定的问题，可以提升仓储式煤粉锅炉燃烧的稳定性。

但是由于使用纯氧燃烧，炉膛内温度极高，高温炉膛需要大量回流烟道以降低温度避免损害炉体；烟气再循环量大，因此增加了操作成本；氧站建设成本高，所以目前纯氧燃烧在国内目前尚处于技术研发及封存潜能评估阶段。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种锅炉燃烧系统，本发明的另一目的在于提供一种利用本发明所述的锅炉燃烧系统燃烧燃料的方法。本发明的锅炉燃烧系统燃烧反应产生的NO_X含量低，烟气不用设置脱硝装置即可排入大气。可见利用本发明提供的锅炉燃烧系统具有成本低，投资小的巨大优势。

为达此目的，本发明采用如下技术方案：

一种锅炉燃烧系统，在烟气进口处设置气体分离器2，气体成分在线监测装置6设置于入口主烟道5内，并与氧气输送挡板门4相连接。

气体成分在线监测装置6用来检测进入入口主烟道5的气体成分含量，当入口主烟道5的气体成分含量达到设定值时，氧气输送挡板门4为输送氧气正常输送档，当入口主烟道5的气体成分含量未达到设定值时，氧气输送挡板门4转为输送氧气加量输送档，当入口主烟道5的成分含量超过设定值时，氧气输送挡板门4转为输送氧气减量输送档。通过气体成分在线监测装置6和氧气输送挡板门4的协调控制，使入口主烟道5的气体成分始终处于设定值。其中气体分离器2可以把氧气从空气中分离出来

作为优选技术方案，本发明所述的锅炉燃烧系统，在烟气出口8设置循环烟道9。为使资源得以充分利用，在烟气出口8设循环烟道9，使燃烧产生的CO₂与分离出的O₂重新组合成助燃气注入入口主烟道5参与燃烧。

作为优选技术方案，本发明所述的锅炉燃烧系统，在烟气进口处设置气体分离器2，气体成分在线监测装置6设置于入口主烟道5内，并与氧气输送挡板门4相连接；在烟气出口8设置循环烟道9。

本发明提供的锅炉燃烧系统可连接烟气脱硫装置、等离子点火及稳燃装置等中的1种或多种。

本发明提供的锅炉燃烧系统的具体为：气体分离器2、入口主烟道5、锅炉7、烟气出口8依次连接；经气体分离器2分离后的O₂进入入口主烟道5；在气体分离器2和入口主烟道5之间设置氧气输送挡板门4，气体成分在线监测装置6设置于入口主烟道5内，并与氧气输送挡板门4相连接；烟气出口8出来的烟气通过引风机1进入循环烟道9与经气体分离器2分离出的O₂重新组合成助燃气注入入口主烟道5参与燃烧。

本发明的目的之一还在于提供一种利用本发明所述锅炉燃烧系统的燃烧方法，所述的气体分离器2用来分离空气以获得O₂。

作为优选技术方案，本发明所述的方法，所述燃烧时的氧化剂为用气体分离获得的O₂和相当于2-6倍，优选3.7倍O₂的锅炉烟气（主要成分为CO₂）构成的混合气体。

作为优选技术方案，本发明所述的方法，所述分离出的O₂与烟气中的CO₂的比例为1:2-5，例如为1:2.2、1:2.4、1:3.1、1:3.3、1:3.5、1:4.2、1:4.4、1:4.7、1:4.9等。

作为优选技术方案，本发明所述的方法，所述分离出的O₂与烟气中的CO₂的比例为1:3-5。

作为优选技术方案，本发明所述的方法，所述分离出的O₂与烟气中的CO₂的比例为1:3.7。

作为优选技术方案，本发明所述的方法，在所述烟气出口8设循环烟道9。烟气出口8设循环烟道9，燃烧产生的CO₂与分离出的O₂重新组合成助燃气注入烟道参与燃烧。本发明的燃料可以为煤粉、生物质等。

作为优选技术方案，本发明所述的方法，在入口主烟道内5设气体成分在线监测装置6。入口主烟道内5设置在线监测装置6，用以监测烟道内CO₂和O₂的含量，从而使助燃气体中CO₂和O₂的比例与空气中N₂和O₂的比例相当。

采用烟气再循环，以烟气中的CO₂来代替助燃空气中的N₂，使CO₂与O₂的比例与N₂与O₂的比例相近，整个过程没有N₂参与。因此，燃烧反应产生的NO_X只来自于煤粉燃烧，其含量很低，烟气可以不用设置脱硝装置即可排入大气；由于采用烟气再循环，混合烟气中的O₂的浓度与空气中O₂浓度的近似，与纯氧燃烧相比，O₂浓度降低，发生氧化反应时产生的热量少，温度低，这样可有效解决纯氧燃烧所产生的绝热火焰温度过高的问题。二氧化碳热容比氮气高，煤粉在二氧化碳和氧气中燃烧比在空气中燃烧温度略高，但原炉膛完全可以承受，不用另外添加设备，大大减少投资成本。并且回流烟道中的所含热量可减少燃料供应率，减少热量流失。

本发明提供的锅炉燃烧系统结构简单，其包括气体分离器2、气体成分在线监测装置6、循环烟道9，这些装置均安装在原锅炉燃烧系统上，不需要改造原锅炉，不需要添加脱硝塔设备。

常规的空气助燃方式，燃料产生的能量被氮气带走，排入大气；而本发明提供的燃烧方法中煤粉燃烧产生的部分能量由循环烟道进入燃烧区，减少了燃料供应率，从而节约了能量。

附图说明

图1是本发明的锅炉燃烧系统示意图；

图中：1-引风机；2-气体分离器；3-氧气；4-氧气输送挡板门；5-入口主烟道；6-气体成分在线监测装置；7-锅炉；8-烟气出口；9-循环烟道。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

如无具体说明，本发明的各种原料均可以通过市售得到；或根据本领域的常规方法制备得到。除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。

下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。除非另外说明，否则所有的份数为重量份，所有的百分比为重量百分比。

以下参考附图1及实施例进一步详细描述本发明的特点及优点。

实施例

锅炉燃烧系统：

气体分离器2、入口主烟道5、锅炉7、烟气出口8依次连接；经气体分离器2分离后的N₂排出，O₂进入入口主烟道5；在气体分离器2和入口主烟道5之间设置氧气输送挡板门4，气体成分在线监测装置6设置于入口主烟道5内，并与氧气输送挡板门4相连接；烟气出口8出来的烟气通过引风机1进入循环烟道9与经气体分离器2分离出的O₂重新组合成助燃气注入入口主烟道5参与燃烧。

本发明的燃料燃烧方法，利用上述锅炉燃烧系统，所述的气体分离器用来分离空气以获得O₂，燃烧时的氧化剂为用气体分离获得的O₂和2-6倍O₂的锅炉烟气构成的混合气体，所述分离出的O₂与烟气中的CO₂的比例为1:3.7。

由空气分离器2分离的O₂由入口主烟道5进入锅炉7，与锅炉中的空气混合，这种混合气体中氧气的浓度远大于空气中O₂的浓度，煤粉在这种含高浓度氧气的混合气体中开始燃烧，燃烧后的气体含有大量CO₂，由出口烟道8排出，在出口烟道8处设循环烟道9。从出口烟道8排出的锅炉烟气中抽取相当于2-6倍O₂的锅炉烟气（烟气的主要成分是CO₂）到入口主烟道5，与分离出的氧气组成助燃气体后重新注入锅炉7的炉窑内。在气体成分在线监测装置6及与氧气输送挡板门4的协调控制下使混合气体中O₂：CO₂与空气中O₂：N₂的相近。后续燃烧的过程没有N₂参与，燃烧反应产生的NO_X只来自于煤粉燃烧，其含量很低，烟气可以不用设置脱硝装置即可排入大气。

利用本发明的锅炉燃烧系统，只需在原有锅炉上增加气体分离器、气体成分在线监测装置、再循环烟道。燃烧后气体可以不进行脱硝处理，这样减少了脱销系统的安装成本及运行成本，使烟气处理总成本大大降低，并且燃烧时的炉膛温度相比纯氧燃烧时的温度有明显降低。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims

1.一种锅炉燃烧系统，其特征在于，在烟气进口处设置气体分离器（2），气体成分在线监测装置（6）设置于入口主烟道（5）内，并与氧气输送挡板门（4）相连接。

2.根据权利要求1所述锅炉燃烧系统，其特征在于，在烟气出口（8）设置循环烟道（9）。

3.根据权利要求1或2所述的锅炉燃烧系统，其特征在于，在烟气进口处设置气体分离器（2），气体成分在线监测装置（6）设置于入口主烟道（5）内，并与氧气输送挡板门（4）相连接；在烟气出口（8）设置循环烟道（9）。

4.一种利用权利要求1-3任一项所述的锅炉燃烧系统的燃烧方法，其特征在于，所述的气体分离器（2）用来分离空气以获得O₂。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述燃烧时的氧化剂为用气体分离获得的O₂和相当于2-6倍，优选3.7倍氧气的锅炉烟气构成的混合气体。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述分离出的O₂与烟气中的CO₂的比例为1:2-5。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述分离出的O₂与烟气中的CO₂的比例为1:3-5。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述分离出的O₂与烟气中的CO₂的比例为1:3.7。

9.根据权利要求4-8任一项所述的方法，其特征在于，在所述烟气出口（8）设置循环烟道（9）。

10.根据权利要求4-9任一项所述的方法，其特征在于，在入口主烟道（5）内设置气体成分在线监测装置（6）。