CN105509038A - 鼓泡流化床型o2/h2o增压富氧燃烧系统 - Google Patents

鼓泡流化床型o2/h2o增压富氧燃烧系统 Download PDF

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Abstract

一种鼓泡流化床型O2/H2O增压富氧燃烧系统，系统整体从空分制氧、锅炉燃烧与换热，直到CO2捕集的全过程均维持在6-8MPa的高压下进行，相比于传统的富氧燃烧技术大大减少压缩耗能与压降损失。利用蒸汽调节系统代替烟气再循环系统，由于水汽化时需要吸收大量的汽化潜热，其调温能力较强，因此同样条件下烟气量更小，与O2/CO2循环相比，可以大幅节省风机能耗和余热损失。此外，鼓泡流化床燃烧温度较低，可有效降低NOx的生成量。本发明采用增压O2/H2O富氧燃烧技术，既能够利用水蒸气的汽化潜热，又可以大幅节省风机能耗和余热损失，和常压相比增加了大约7%的毛发电功率，非常的可观。

Description

鼓泡流化床型O2/H2O增压富氧燃烧系统
技术领域
本发明属于能源技术应用与CO2捕集领域，具体涉及一种高压流化床蒸汽调节富氧燃烧系统。
背景技术
煤炭并不是一种清洁能源，因为煤炭资源的大量燃烧，将会产生一系列的环境问题。排放的大量污染物，不仅危害人类健康，也损害动植物，破坏臭氧层，而且也是引起温室效应，冰川融化，海平面上升，酸雨和光化学反应的主要原因。在环境危害日益严重的情况下，世界各国人民都已经意识到，保护环境刻不容缓。人们越来越担心大量的、无节制的向大气排放二氧化碳将会导致更加严重的温室效应。
目前主流的常压O2/CO2富氧燃烧技术是在原有的电站锅炉基础上进行改造，高纯度的氧气助燃，同时采用烟气再循环技术，可以获得浓度极高的CO2烟气，从而人们可以更经济地实现CO2的冷凝压缩、储存、资源再利用等。采用富氧燃烧技术的燃煤发电厂，烟气中的二氧化碳的浓度可提高到91%以上，所以我们可以直接压缩烟气得到液态二氧化碳；同时烟气中的其它污染物，例如硫化物、氮化物也可以在压缩的时候一起被除去。但是该技术空气分离制氧与高浓度CO2烟气压缩均在高压下进行，需要消耗大量的能量，富氧燃烧却在常压下进行，系统压力在经历—降—升之中，能量损失将会十分的严重。在纯氧下燃烧，火焰温度将非常高，传统的调节方法是通过循环使用处理洁净后的烟气，由于空分制氧不可能将全部N2都分离，加上锅炉内燃烧温度较高，氮气的积累将会导致许多NOx产生。同时富氧燃烧技术应用于煤粉锅炉时，还存在着烟气再循环量太大、功耗大、经济性不好的缺点。
因此，研究设计一种能够将烟气温度调节在合适的范围内，降低NOx气体排放量，并提高系统工作效率的方案是本领域急需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种鼓泡流化床型O2/H2O增压富氧燃烧系统，它既保留了增压富氧燃烧在常温下直接回收CO2的优点，又结合了常压O2/H2O富氧燃烧技术环保高效的特征。
本发明所称问题是由以下技术方案解决的：
一种鼓泡流化床型O2/H2O增压富氧燃烧系统，包括空分制氧机、气-气换热器、锅炉、高压烟气冷凝器、给水加热器、再循环水加热器和CO2冷凝器，所述空分制氧机的氧气出口与气-气换热器的氧气入口连接，气-气换热器的氧气出口与锅炉的氧气入口对接，所述锅炉的烟气出口连接气-气换热器的烟气入口，气-气换热器的烟气出口连接高压烟气冷凝器的烟气入口，高压烟气冷凝器的冷凝产物出口分别连接CO2冷凝器和再循环水加热器，再循环水加热器出水口连接锅炉，空分制氧机用于将空气中的O2分离出来用作锅炉燃烧的氧化剂，O2经过气-气换热器与锅炉排出的烟气换热，用于加热O2，锅炉烟气经过气-气换热器后进入高压烟气冷凝器，汽机凝结水换热，高压烟气中的水蒸气凝结成液态水，将大量汽化潜热传递给汽机凝结水而重新回到热力循环中；烟气凝结成的液态水，一部分经过再循环水加热器加热到合适温度后送回锅炉的炉膛作为稀释蒸汽；高压烟气经过高压烟气冷凝器后，剩余为高压气态CO2，高压气态CO2经过CO2冷凝器的冷却后转变成液态CO2
与现有技术相比，本发明的有益效果为：系统整体从空分制氧、锅炉燃烧与换热，直到CO2捕集的全过程均维持在6-8MPa的高压下进行，相比于传统的富氧燃烧技术大大减少压缩耗能与压降损失。利用蒸汽调节系统代替烟气再循环系统，由于水汽化时需要吸收大量的汽化潜热，其调温能力较强，因此同样条件下烟气量更小，与O2/CO2循环相比，可以大幅节省风机能耗和余热损失。此外，鼓泡流化床燃烧温度较低，可有效降低NOx的生成量。本发明采用增压O2/H2O富氧燃烧技术，既能够利用水蒸气的汽化潜热，又降低了烟气再循环的风机能耗，在6~8MPa下，锅炉排烟中的水分凝结温度高达200℃，因此我们就可以回收水蒸气汽化潜热，用来代替部分汽轮机抽气，和常压相比增加了大约7%的毛发电功率，非常的可观。在常温下直接回收液态CO2，相比于常压富氧燃烧采用多级压缩与制冷的方式节能巨大。
附图说明
图1为本发明的系统原理图。
图中标号：
1-气-气换热器；2-给水加热器（高加、低加）；3-高压烟气冷凝器；4-再循环水加热器；5-CO2冷凝器。
具体实施方式
本发明提供了一种：鼓泡流化床型O2/H2O增压富氧燃烧系统，下面结合附图1和具体实施方式对本发明作进一步说明。
一种鼓泡流化床型O2/H2O增压富氧燃烧系统，其特别之处是，它包括由流化床、蒸发受热面、再热器、过热器、汽机发电机组、余热锅炉、凝汽器、凝结水泵、低压加热器、高压加热器、除氧器和给水泵组成的工质再循环系统，所述蒸发受热面、再热器和过热器配置在流化床炉内；系统工质由给水泵至给定高压，依次流经高压加热器、余热锅炉、蒸发受热面吸收热量得到饱和蒸汽，随之经过加热器加热变成550-600℃过热蒸汽，过热蒸汽进入汽轮机高压缸做功，做工后的部分过热蒸汽自高压缸中抽出，进入再热器加热，提升温度到550-600℃，然后进入汽轮机中压缸和低压缸做功，做功后的蒸汽进入凝汽器凝结成凝结水，由凝结水泵打入低压加热器进行加热、经除氧器除氧，进入给水泵，完成工质的吸热做功循环；其中工质压力大于19.8MPa。
上述鼓泡流化床型O2/H2O增压富氧燃烧系统，所述系统还设有氧气供给系统和蒸汽调节系统，所述氧气供给系统由空分制氧机、气-气换热器、除尘器、再循环水加热器、高压烟气冷凝器构成；其中，空气经过空分制氧机（ASU）将空气中的O2分离出来用作锅炉燃烧的氧化剂，以水蒸气作为稀释剂，因此燃烧产物主要是CO2、水蒸气、灰分和少量其他气体。在O2进入炉膛前，经过气-气换热器与锅炉排出的烟气换热，吸收烟气余热以加热O2；锅炉烟气在经过气-气换热器后进入高压烟气冷凝器，与来自凝汽器的汽机凝结水换热，高压烟气中的水蒸气凝结成液态水，将大量汽化潜热传递给汽机凝结水而重新回到热力循环中；烟气凝结成的液态水，一部分经过再循环水加热器加热到合适温度后送回炉膛作为稀释蒸汽；高压烟气经过高压烟气冷凝器后，剩余绝大部分为高压气态CO2，只需经过冷凝器的冷却后，气态CO2便能转变成液态CO2。
系统还设有燃料输送装置，燃料输送装置包括煤仓，煤仓经燃料输送管道连通流化床，所述燃料输送管道与动力气体相连通，动力气体为所述高压混合气体。
本发明在增压富氧燃烧的基础上，提出了增压富氧燃烧+蒸汽调节富氧燃烧，它既保留了增压富氧燃烧在常温下直接回收CO2的优点，又结合了常压O2/H2O富氧燃烧技术环保高效的特征。
锅炉烟气侧运行在6-8MPa高压下，空气经过空分制氧机（ASU）将空气中的O2分离出来用作锅炉燃烧的氧化剂，以水蒸气作为稀释剂，因此燃烧产物主要是CO2、水蒸气、灰分和少量其他气体。在O2进入炉膛前，经过气-气换热器1与锅炉排出的烟气换热，吸收烟气余热以加热O2；锅炉烟气在经过气-气换热器1后进入高压烟气冷凝器3，与来自凝汽器的汽轮机凝结水换热，高压烟气中的水蒸气凝结成液态水，将大量汽化潜热传递给汽机凝结水而重新回到热力循环中；烟气凝结成的液态水，一部分经过再循环水加热器4加热到合适温度后送回炉膛作为稀释蒸汽；高压烟气经过高压烟气冷凝器3后，剩余绝大部分为高压气态CO2，只需经过CO2冷凝器5的冷却后，气态CO2便能转变成液态CO2。
所述系统具有以下优点：（1）由于CO2液化器维持在6-8MPa高压下，CO2液化温度为25-40℃，可利用电厂循环冷却水对其进行冷却使其液化；（2）利用蒸汽调节系统代替烟气再循环系统，由于水汽化时需要吸收大量的汽化潜热，其调温能力较强，因此同样条件下烟气量更小，与O2/CO2循环相比，可以大幅节省风机能耗和余热损失。此外，鼓泡流化床燃烧温度较低，可有效降低NOx的生成量；（3）在6~8MPa下，锅炉排烟中的水分凝结温度高达200℃，因此我们就可以回收水蒸气汽化潜热，用来代替部分汽轮机抽气，和常压相比增加了大约7%的毛发电功率，非常的可观。

Claims (1)

1.一种鼓泡流化床型O2/H2O增压富氧燃烧系统，其特征在于，包括空分制氧机、气-气换热器（1）、锅炉、高压烟气冷凝器（3）、给水加热器（2）、再循环水加热器（4）和CO2冷凝器（5），所述空分制氧机的氧气出口与气-气换热器（1）的氧气入口连接，气-气换热器（1）的氧气出口与锅炉的氧气入口对接，所述锅炉的烟气出口连接气-气换热器（1）的烟气入口，气-气换热器（1）的烟气出口连接高压烟气冷凝器（3）的烟气入口，高压烟气冷凝器（3）的冷凝产物出口分别连接CO2冷凝器（5）和再循环水加热器（4），再循环水加热器（4）出水口连接锅炉，空分制氧机用于将空气中的O2分离出来用作锅炉燃烧的氧化剂，O2经过气-气换热器（1）与锅炉排出的烟气换热，用于加热O2，锅炉烟气经过气-气换热器（1）后进入高压烟气冷凝器（3），汽机凝结水换热，高压烟气中的水蒸气凝结成液态水，将大量汽化潜热传递给汽机凝结水而重新回到热力循环中；烟气凝结成的液态水，一部分经过再循环水加热器（4）加热到合适温度后送回锅炉的炉膛作为稀释蒸汽；高压烟气经过高压烟气冷凝器（3）后，剩余为高压气态CO2，高压气态CO2经过CO2冷凝器（5）的冷却后转变成液态CO2。
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