CN105066113A - 煤粉炉富氧燃烧烟气近零排放发电系统 - Google Patents

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罗辉
黄卫霞
杨青兰
杨晓宏
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Abstract

本发明提供的煤粉炉富氧燃烧烟气近零排放发电系统，由锅炉、燃烧器、空气分离装置、制粉系统、多级换热器、多级除尘器、再循环风机、引风机、脱水装置、SO2分离装置、CO2捕捉装置、N2分离器、NOx反应装置等组成。通过改变一次风、二次风氧气的浓度以及总氧气量的大小保证不同煤种煤粉的及时着火、稳定燃烧、燃尽，提高了锅炉效率，增强了锅炉对负荷和煤种的适应性。通过各装置将煤粉燃烧烟气带来的灰尘、水蒸气、SO2、NOx以及CO2等回收利用，实现烟气中有害气体、微细颗粒及微量元素一体化脱除，同时将烟气排烟温度降到接近大气温度，实现燃烧烟气近零排放，既保护了环境，又实现了资源的利用的最大化。

Description

煤粉炉富氧燃烧烟气近零排放发电系统
技术领域
本发明涉及一种电站燃煤锅炉技术，尤其是煤粉炉富氧燃烧近零排放发电技术。
背景技术
随着人类工业的发展，环境、气候变化问题已经成为全世界关注的问题。电站行业化石燃料的燃烧产生的烟气带来了大量的灰尘、硫化物、氮氧化物以及大量的二氧化碳，化石燃料燃烧产生的燃烧产物对环境和气候产生了巨大的不良影响。然而以化石燃料为原料的电站行业在化石燃料使用中占有重要地位，同时也成为比较集中的二氧化碳和其他污染物排放源头，排放量巨大。所以针对火力发电厂二氧化碳排放和其他污染物排放的控制和处理十分关键。
当前针对硫化物、氮氧化物的去除等有相关的脱硫脱硝技术。富氧燃烧技术作为一种重要的CO2捕捉技术，也得到了越来越多的关注。在富氧燃烧技术中，纯氧和部分再循环烟气混合进入炉膛燃烧，可使烟气中CO2浓度达90％以上，大大利于CO2的捕捉。通过进一步的冷凝压缩纯化后，实现CO2的永久封存或资源化利用的一种燃烧方式。但是，这些针对化石燃料燃烧产物排放的措施没有很好的结合在一起，都是独立的考虑将其去除，也没有将硫化物、氮氧化物等化工原料加以回收利用，这样既增加运行成本，又造成了资源的浪费。
因此，需要一种能将化石燃料燃烧带来的灰尘、硫化物、氮氧化物以及二氧化碳回收利用，同时将烟气排烟温度降到接近大气温度的烟气近零排放发电系统。
发明内容
本发明目的在于提供一种煤粉炉富氧燃烧烟气近零排放发电系统，它不仅能将化石燃料燃烧带来的灰尘、水蒸气、硫化物、氮氧化物以及二氧化碳等回收利用，同时将烟气排烟温度降到接近大气温度，实现化石燃料燃烧烟气近零排放，既保护了环境，又实现了资源利用的最大化。
为了达到上述目的，本发明的技术方案提供的一种煤粉炉富氧燃烧烟气近零排放发电系统，其特征在于：煤粉炉富氧燃烧烟气近零排放发电系统由锅炉、燃烧器、空气分离装置、制粉系统、烟气预热器、低温换热器、除尘器、再循环风机、引风机、超低温换热器、冷凝换热器、脱水装置、SO2分离装置、CO2捕捉装置、过滤除尘器、N2分离器、NOx反应装置及烟囱组成。
空气分离装置与燃烧器和一次风管道相连，将分离出来的氧气通过阀门控制分别送入燃烧器和一次风管道，一次风管道与制粉系统出口侧相连，再循环烟气通过再循环风机送入烟气预热器加热，达到一定温度之后一部分直接送入燃烧器，与来至空气分离装置的氧气混合形成一定氧浓度的二次风气流送入锅炉，另一部分送入制粉系统干燥煤粉，与煤粉气流在一次风管内与来至空气分离装置的氧气混合形成一定氧浓度的一次风气流进入锅炉。
烟气预热器同时连接于锅炉尾部烟道，从尾部烟道来的烟气经过烟气预热器吸热后温度降低，再经过低温换热器将烟气温度降到最佳除尘温度后进入除尘器除尘，除尘后的烟气一部分通过阀门控制进入再循环烟道，除尘后的另一部分烟气经过引风机，引风机后通过阀门控制分别与烟囱和超低温换热器相连，超低温换热器后连接于冷凝换热器，冷凝换热器后设置脱水装置，脱水装置后依次设置SO2分离装置、CO2捕捉装置、过滤除尘器、N2分离器和NOx反应装置，最后剩余的高压气体在冷凝换热器中降压吸热后回到再循环烟道。
在尾部的烟气净化回收装置出现故障时，打开连接烟囱的控制阀，烟气直接通过烟囱排放，在脱水装置后设置旁通烟道，通过阀门控制连接于再循环烟道，通过调节脱水烟气的旁通份额控制总再循环烟气的水蒸气含量，在再循环烟道再循环风机前设置通过阀门控制的空气吸风口，在空气分离装置出现故障时，切断再循环烟气，吸入空气来提供氧气。
优选地，所述二次风气流氧气体积分数为20-35%。
优选地，所述一次风气流氧气体积分数为20-25%。
优选地，所述进入锅炉总气体中氧气的体积分数为20-30%。
优选地，所述除尘器后进入再循环烟道烟气份额为60-80%。
优选地，所述总再循环烟气中水蒸气体积分数小于5%。
本发明提供的煤粉炉富氧燃烧烟气近零排放发电系统，具有以下有益效果：
1、该系统可以实现烟气中有害气体、微细颗粒及微量元素一体化脱除，从而解决了现有烟气脱硫、脱氮、脱碳、脱除微细颗粒和有害微量元素工艺的分级治理难题；
2、该系统与传统的脱硫、脱NOx工艺技术相比，不需要脱硫和脱NOx所需的化学物质，也没有脱硫、脱NOx装置，避免了脱硫、脱NOx的运行费用和脱硫、脱NOx装置设备费用；
3、该系统实现水、CO2、SO2、N2以及NOx的回收，液化回收的水可作为输灰用水，不仅可防止或减轻输灰系统结垢，而且节约了水资源；回收的硝酸盐、SO2和N2等是重要的工业原料，具有很好的商业价值；脱水后，烟气中CO2体积分数达90％以上，便于回收利用CO2，CO2在制碱、食品等行业有很好的用途，也可填埋，以减缓温室效应；
4、该系统没有引入和产生新的污染物，也没有二次污染问题。系统正常运行时，没有烟气外排，通过设置多级换热器，将排烟温度降至接近于大气温度，将化石燃料产生的热量充分利用；
5、该系统可以通过改变一次风、二次风氧气的浓度以及总的氧气量的大小保证不同煤种煤粉的及时着火、稳定燃烧燃尽，提高了锅炉效率，增强了锅炉对负荷和煤种的适应性。
本发明提供的一种煤粉炉富氧燃烧烟气近零排放发电系统，它不仅能将化石燃料燃烧带来的灰尘、水蒸气、硫化物、氮氧化物以及二氧化碳等回收利用，同时将烟气排烟温度降到接近大气温度，实现化石燃料燃烧烟气近零排放，既保护了环境，又实现了资源利用的最大化。
附图说明
图1为实施例煤粉炉富氧燃烧烟气近零排放发电系统。
1----锅炉，2----燃烧器，3----空气分离装置，4----制粉系统，5----烟气预热器，6----低温换热器，7----除尘器，8----再循环风机，9----引风机，10----超低温换热器，11----冷凝换热器，12----脱水装置，13----SO2分离装置，14----CO2捕捉装置，15----过滤除尘器，16----N2分离器，17----NOx反应装置，18----烟囱，19----一次风管道。
具体实施方式
为了使本发明更明显易懂，兹以一个优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
图1为实施例煤粉炉富氧燃烧烟气近零排放发电系统，煤粉炉富氧燃烧烟气近零排放发电系统由锅炉（1）、燃烧器（2）、空气分离装置（3）、制粉系统（4）、烟气预热器（5）、低温换热器（6）、除尘器（7）、再循环风机（8）、引风机（9）、超低温换热器（10）、冷凝换热器（11）、脱水装置（12）、SO2分离装置（13）、CO2捕捉装置（14）、过滤除尘器（15）、N2分离器（16）、NOx反应装置（17）及烟囱（18）组成。
空气分离装置（3）与燃烧器（2）和一次风管道（19）相连，将分离出来的氧气通过阀门控制分别送入燃烧器（2）和一次风管道（19），一次风管道（19）与制粉系统（4）出口侧相连，再循环烟气通过再循环风机（8）送入烟气预热器（5）加热，达到一定温度之后一部分直接送入燃烧器（2），与来至空气分离装置（3）的氧气混合形成氧浓度为30%的二次风气流送入锅炉（1），另一部分送入制粉系统（4）干燥煤粉，与煤粉气流在一次风管（19）内与来至空气分离装置（3）的氧气混合形成氧浓度为25%的一次风气流进入锅炉。
烟气预热器（5）同时连接于锅炉尾部烟道，从尾部烟道来的烟气经过烟气预热器（5）吸热后温度降低至125℃，再经过低温换热器（6）将烟气温度降到最佳除尘温度90℃后进入除尘器（7）除尘，除尘后的70%烟气通过阀门控制进入再循环烟道，除尘后的另一部分烟气经过引风机（9），引风机（9）后通过阀门控制分别与烟囱（18）和超低温换热器（10）相连，超低温换热器（10）后连接于冷凝换热器（11），冷凝换热器（11）后设置脱水装置（12），脱水装置（12）后依次设置SO2分离装置（13）、CO2捕捉装置（14）、过滤除尘器（15）、N2分离器（16）和NOx反应装置（17），最后剩余的高压气体在冷凝换热器（11）中降压吸热后回到再循环烟道。
在尾部的烟气净化回收装置出现故障时，打开连接烟囱（18）的控制阀，烟气直接通过烟囱（18）排放，在脱水装置（12）后设置旁通烟道，通过阀门控制连接于再循环烟道，通过调节脱水烟气的旁通份额控制总再循环烟气的水蒸气含量小于5%，在再循环烟道再循环风机前设置通过阀门控制的空气吸风口，在空气分离装置（3）出现故障时，切断再循环烟气，吸入空气来提供氧气。
通过本系统将煤粉燃烧带来的灰尘、水蒸气、硫化物、氮氧化物以及二氧化碳等回收利用，同时将烟气排烟温度降到接近大气温度，实现化石燃料燃烧烟气近零排放，既保护了环境，又实现了资源利用的最大化。

Claims (6)

1.煤粉炉富氧燃烧烟气近零排放发电系统，其特征在于：所述系统由锅炉（1）、燃烧器（2）、空气分离装置（3）、制粉系统（4）、烟气预热器（5）、低温换热器（6）、除尘器（7）、再循环风机（8）、引风机（9）、超低温换热器（10）、冷凝换热器（11）、脱水装置（12）、SO2分离装置（13）、CO2捕捉装置（14）、过滤除尘器（15）、N2分离器（16）、NOx反应装置（17）及烟囱（18）组成；
空气分离装置（3）与燃烧器（2）和一次风管道（19）相连，将分离出来的氧气通过阀门控制分别送入燃烧器（2）和一次风管道（19），一次风管道（19）与制粉系统（4）出口侧相连，再循环烟气通过再循环风机（8）送入烟气预热器（5）加热，达到一定温度之后一部分直接送入燃烧器（2），与来至空气分离装置（3）的氧气混合形成一定氧浓度的二次风气流送入锅炉（1），另一部分送入制粉系统（4）干燥煤粉，与煤粉气流在一次风管（19）内与来至空气分离装置（3）的氧气混合形成一定氧浓度的一次风气流进入锅炉；
烟气预热器（5）同时连接于锅炉尾部烟道，从尾部烟道来的烟气经过烟气预热器（5）吸热后温度降低，再经过低温换热器（6）将烟气温度降到最佳除尘温度后进入除尘器（7）除尘，除尘后的一部分烟气通过阀门控制进入再循环烟道，除尘后的另一部分烟气经过引风机（9），引风机（9）后通过阀门控制分别与烟囱（18）和超低温换热器（10）相连，超低温换热器（10）后连接于冷凝换热器（11），冷凝换热器（11）后设置脱水装置（12），脱水装置（12）后依次设置SO2分离装置（13）、CO2捕捉装置（14）、过滤除尘器（15）、N2分离器（16）和NOx反应装置（17），最后剩余的高压气体在冷凝换热器（11）中降压吸热后回到再循环烟道；
在尾部的烟气净化回收装置出现故障时，打开连接烟囱（18）的控制阀，烟气直接通过烟囱（18）排放，在脱水装置（12）后设置旁通烟道，通过阀门控制连接于再循环烟道，通过调节脱水烟气的旁通份额控制总再循环烟气的水蒸气含量，在再循环烟道再循环风机前设置通过阀门控制的空气吸风口，在空气分离装置（3）出现故障时，切断再循环烟气，吸入空气来提供氧气。
2.如权利要求1所述煤粉炉富氧燃烧烟气近零排放发电系统，其特征在于：所述二次风气流氧气体积分数为20-35%。
3.如权利要求1所述煤粉炉富氧燃烧烟气近零排放发电系统，其特征在于：所述一次风气流氧气体积分数为20-25%。
4.如权利要求1所述煤粉炉富氧燃烧烟气近零排放发电系统，其特征在于：所述所述进入锅炉的总气体中氧气的体积分数为20-30%。
5.如权利要求1所述煤粉炉富氧燃烧烟气近零排放发电系统，其特征在于：所述除尘器后进入再循环烟道烟气份额为60-80%。
6.如权利要求1所述煤粉炉富氧燃烧烟气近零排放发电系统，其特征在于：所述总再循环烟气中水蒸气体积分数小于5%。
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