CN105864755B - 循环流化床富氧燃烧装置及其燃烧方法 - Google Patents

循环流化床富氧燃烧装置及其燃烧方法 Download PDF

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Abstract

一种循环流化床富氧燃烧方法，包括步骤：(1)将再循环烟气和氧气分别通入多个混合器中进行氧气和再循环烟气的混合，形成多种混合烟气；(2)将所述多种混合烟气分别从所述循环流化床的流化床炉膛不同的高度通入。以及一种循环流化床富氧燃烧装置。该燃烧方法中通过多种混合物烟气在炉膛的不同高度通入，实现富氧燃烧气氛的富氧分级燃烧，不仅可以对助燃混合气进行分级，而且可以进行氧气分级，适用于高氧气浓度下燃烧污染物NOx排放深度控制，使燃烧物能够充分燃烧，从而减少燃烧物中含氮物质带来的污染。

Description

循环流化床富氧燃烧装置及其燃烧方法
技术领域
本发明涉及循环流化床燃烧技术领域，特别涉及循环流化床富氧燃烧装置及其燃烧方法。
背景技术
富氧燃烧技术是一种高效的二氧化碳温室气体减排和有效的工业燃烧技术。循环流化床富氧燃烧技术利用高纯氧气混合再循环烟气，辅助燃料燃烧。由于富氧燃烧技术将一部分再循环烟气替代了空气中的氮气，燃料燃烧过程减少了空气中的氮气，燃料燃烧产生的氮氧化物排放仅源于燃料氮，这就从助燃混合气中减少了空气中的氮气转化为氮氧化物的源头。
虽然传统的富氧燃烧方法减少了空气中的氮气参与燃烧，但是富氧燃烧的氮氧化物排放仍然难以满足日渐严格的大气污染物排放标准要求，目前在循环流化床富氧燃烧中减排氮氧化物的方法还难见报道。
一般而言，低氮氧化物控制技术主要集中于燃烧中和燃烧后氮氧化物减排，燃烧中氮氧化物减排主要包括低NOx燃烧器、空气分级和燃料分级，燃烧后的氮氧化物减排方法主要有烟气脱硝技术，包括选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)、选择性自动催化还原法(SACR)、喷氨湿式分离法和活性炭法等。循环流化床锅炉的燃烧中氮氧化物减排主要采用空气分级方法。常规循环流化床分级燃烧方法主要是对空气进行一/二次风分级，对于空气气氛的空气分级燃烧技术，主要集中于一二次风的分级燃烧，而富氧燃烧气氛的富氧分级燃烧，不仅可以对助燃混合气进行分级，而且可以进行氧气分级，此类技术还未见报道。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提出的一种循环流化床富氧燃烧方法以及燃烧装置。
为实现上述目的，本发明提供一种循环流化床富氧燃烧方法，包括步骤：
(1)将再循环烟气和氧气分为多路，分别通入多个混合器中进行氧气和再循环烟气的混合，形成多种混合烟气；
(2)将所述多种混合烟气分别从所述循环流化床的流化床炉膛不同的高度通入。
根据本发明的一优选实施方案，所述流化床炉膛不同的高度分别位于炉膛底部、炉膛中部和炉膛上部。
根据本发明的一优选实施方案，富氧燃烧后从所述循环流化床排出尾部烟气，其中部分所述的尾部烟气提供作为所述再循环烟气并再次进入循环流化床内参与反应。
根据本发明的一优选实施方案，通入所述炉膛底部的混合烟气为一级风，所述一级风的氧气份额为2.6-7.9％，过量氧气系数为0.2-0.6，通入该一级风后炉膛下部区域成为欠氧域，燃料在该区域热解气化。
根据本发明的一优选实施方案，通入所述炉膛中部的混合烟气为二级风，所述二级风的氧气份额为68.9-75.9％，过量氧气系数为1.0-1.2，通入该二级风后炉膛中部区域成为富氧域，燃料在该区域充分燃烧。
根据本发明的一优选实施方案，通入所述炉膛上部的混合烟气为三级风，所述三级风的氧气份额为16.2-28.5％，过量氧气系数为1.0-1.8，通入该三级风后炉膛上部区域成为过氧域，使剩余可燃物燃尽。
根据本发明的一优选实施方案，所述炉膛中部进一步分为2-4层设置。
根据本发明的一优选实施方案，所述炉膛上部进一步分为2-3层设置。
而且，本发明还提供一种循环流化床富氧燃烧装置，包括多个再循环烟气输送管道、多个氧气输送管道和一个流化床炉膛，其中，
所述富氧燃烧装置还包括多个混合器，所述多个再循环烟气输送管道和多个氧气输送管道分别连接至所述多个混合器，使氧气和再循环烟气分成多路并分别通入所述多个混合器中进行混合，形成多种混合烟气；
所述流化床炉膛在不同高度分别开设有多个入风口，且所述入风口与所述混合器的出口一一对应进行连接。
根据本发明的一优选实施方案，在富氧燃烧装置中，所述多个入风口位于炉膛底部、炉膛中部和炉膛上部。
根据本发明的一优选实施方案，在富氧燃烧装置中，所述循环流化床进一步包括尾部烟道，所述尾部烟道的至少部分支路连接至所述烟气输送管道。
根据本发明的一优选实施方案，在富氧燃烧装置中，所述炉膛中部进一步分为2-4层设置。
根据本发明的一优选实施方案，在富氧燃烧装置中，所述炉膛上部进一步分为2-3层设置。
通过上述技术方案，本发明的循环流化床富氧燃烧装置及其燃烧方法的有益效果在于：
(1)通过多种混合物烟气在炉膛的不同高度通入，实现富氧燃烧气氛的富氧分级燃烧，不仅可以对助燃混合气进行分级，而且可以进行氧气分级；
(2)该燃烧方法特别适用于高氧气浓度下燃烧污染物NOx排放深度控制，使燃烧物能够充分燃烧，从而减少燃烧物中含氮物质带来的污染；
(3)通过在炉膛中不同高度设置不同气氛，提高燃烧效率同时避免高氧气浓度燃烧局部高温问题。
(4)本方法适用范围广泛，适用于煤、生物质和其它碳氢燃料的循环流化床富氧燃烧。
附图说明
图1为本发明的实施例1循环流化床富氧燃烧方法的流程示意图。
其中附图标记具有如下含义：
炉膛1、一级风混合器2、二级风混合器3、三级风混合器4、旋风分离器5、尾部烟道6、烟囱7、制氧系统8、返料器9、一级风A、二级风B、三级风C
具体实施方式
在本发明中，“富氧燃烧”是指利用氧气和再循环烟气混合替代空气作为氧化剂进入燃烧炉后进行的燃烧反应；“氧气”是指单纯氧气，或者相对于体积百分比来说氧气浓度为95％以上的含氧气体；“底部”、“中部”、“上部”为相对概念，“底部”指的是炉膛的“底部”，该部位连接返料器，燃料在该部位进行初步反应，“中部”指的是炉膛的“中部”，燃料在该部位充分反应和燃烧；“上部”指的是炉膛的“上部”，在“中部”未反应完的剩余燃料在该部位进行反应和燃烧。
本发明提供一种循环流化床富氧燃烧方法，包括步骤：
(1)将再循环烟气和氧气分为多路，分别通入多个混合器中进行氧气和再循环烟气的混合，形成多种混合烟气；
(2)将所述多种混合烟气分别从所述循环流化床的流化床炉膛不同的高度通入。
对于炉膛不同的高度，优选的，所述流化床炉膛不同的高度分别位于炉膛底部、炉膛中部和炉膛上部。
优选的，通入所述炉膛底部的混合烟气为一级风，所述一级风中的氧气份额为2.6-7.9％，过量氧气系数为0.2-0.6，通入该一级风后炉膛下部区域成为欠氧域，燃料在该区域热解气化。通入所述炉膛中部的混合烟气为二级风，所述二级风的氧气份额为68.9-75.9％，过量氧气系数为1.0-1.2，通入该二级风后炉膛中部区域成为富氧域，燃料在该区域充分燃烧。通入所述炉膛上部的混合烟气为三级风，所述三级风的氧气份额为16.2-28.5％，过量氧气系数为1.0-1.8，通入该三级风后炉膛上部区域成为过氧域，使剩余可燃物燃尽。上述氧气份额指氧气量占通入炉膛的总氧气量的体积百分比；上述过量氧气系数指该区域实际供给的氧气量与该区域可燃物完全燃烧所需的理论氧气量的体积比值。
优选的，所述炉膛中部进一步分为2-4层设置。
优选的，所述炉膛上部进一步分为2-3层设置。
优选的，富氧燃烧后从所述循环流化床排出尾部烟气，其中部分所述的尾部烟气提供作为所述再循环烟气并再次进入循环流化床内参与反应。
本发明还提供一种循环流化床富氧燃烧装置，包括多个再循环烟气输送管道、多个氧气输送管道和一个流化床炉膛，其中，
所述富氧燃烧装置还包括多个混合器，所述多个再循环烟气输送管道和多个氧气输送管道分别连接至所述多个混合器，使氧气和再循环烟气分成多路并分别通入所述多个混合器中进行混合，形成多种混合烟气；
所述流化床炉膛在不同高度分别开设有多个入风口，且所述入风口与所述混合器的出口一一对应进行连接。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
如图1所示，提供循环流化床富氧燃烧装置，包括依次连接的炉膛1、旋风分离器5、返料器9，以及与旋风分离器5相连的尾部烟道6。炉膛1沿高度布置三级助燃风入口。尾部烟道6排出的烟气，一部分经过冷凝过滤后作为再循环烟气，另一部分通过烟囱7排出。
一级风A从设在炉膛底部的一级风入口通入，二级风B从设在炉膛中下部或中部的二级风入口通入，三级风C从设在炉膛中上部或上部的三级风入口通入。三级助燃风A、B、C均由再循环烟气和氧气分别按照特定比例组成。三级助燃风A、B、C的风量按照常规循环流化床炉膛内流化速度选取原则确定。
其中，一级风A中的氧气份额为2.6-7.9％，过量氧气系数为0.2-0.6，使炉膛下部区域成为欠氧域，燃料在该区域热解气化；二级风B的氧气份额为68.9-75.9％，过量氧气系数为1.0-1.2，使炉膛中部区域成为富氧域，燃料在该区域充分燃烧；三级风C的氧气份额为16.2-28.5％，过量氧气系数为1.0-1.8，使炉膛上部区域成为过氧域，使剩余可燃物燃尽。上述氧气份额指氧气量占通入炉膛的总氧气量的百分比；上述过量氧气系数指该区域实际供给的氧气量与该区域可燃物完全燃烧所需的理论氧气量的比值。
再循环烟气与来自制氧系统8的氧气分别在一级风混合器2、二级风混合器3、三级风混合器4中充分混合，分别输送至炉膛1上的各级助燃风入口进行富氧分级燃烧。除预混后通入炉膛外，再循环烟气也可采取其它方式与高纯氧气一起通入炉膛。
本发明的低氮氧化物排放的循环流化床富氧燃烧方法，对循环流化床锅炉炉膛采用三级配风、三区域燃烧方式控制氮氧化物排放，形成欠氧域-富氧域-过氧域的三大燃烧域，产生热解气化区-燃烧区-燃尽区的三大燃烧反应区，形成单炉膛低氮氧化物排放的高温热解-气化-燃烧的分级燃烧模式，即三域三区富氧分级燃烧。
该方法是一种对炉膛沿程采用高温热解气化(欠氧域)-充分燃烧(富氧域)-燃尽(过氧域)的富氧燃烧方法，结合了循环流化床富氧燃烧技术和传统分级燃烧技术而产生的一种新型低氮氧化物排放方法。在欠氧域形成富燃料热解气化、低氮氧化物生成，以及少部分燃烧放热和热解气化吸热的炉膛下部温度自平衡。在富氧域主要发生未完全热解气化的焦炭燃烧、热解气化气充分均相燃烧和部分生成的氮氧化物一次还原。在过氧域内主要发生剩余可燃物燃尽，同时少部分氮氧化物二次还原。
循环流化床锅炉底部送入一级风A，主要保持底部热解气化和少部分燃烧，维持底部燃烧温度不超温结焦，过量氧气系数范围是0.2-0.6，一级风A的氧气份额是2.6-7.9％，此区域属于欠氧域，产生大量的一氧化碳会还原一氧化氮生成，属于还原性气氛、低氮氧化物生成区域；随着未燃尽燃料和少部分热解气随气流上升，进入充分燃烧的富氧域，过量氧气系数范围是1.0-1.2，二级风B的氧气份额是68.9-75.9％，沿程分级送入富氧域，形成燃料充分且逐渐燃烧的强化燃烧区域，也防止燃料迅速爆燃超温，此时会增加氮氧化物生成，炉膛底部上升的大量一氧化碳会一次还原一氧化氮，大量的焦炭会催化、还原一氧化氮；随着气流上升，剩余可燃物进入可燃尽的过氧域，过量氧气系数范围是1.0-1.8，三级风C的氧气份额是16.2-28.5％，剩余可燃物迅速高效完全燃烧。
该方法可以降低循环流化床富氧燃烧过程中的氮氧化物排放，同时还能保证炉膛温度均衡和燃料充分燃尽。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种循环流化床富氧燃烧方法，其特征在于包括步骤：
(1)将再循环烟气和氧气分为多路，分别通入多个混合器中进行氧气和再循环烟气的混合，形成多种混合烟气；
(2)将所述多种混合烟气分别从所述循环流化床的流化床炉膛不同的高度通入；所述流化床炉膛不同的高度分别位于炉膛底部、炉膛中部和炉膛上部；
其中，所述炉膛底部通入的混合烟气为一级风，所述一级风的氧气份额为2.6-7.9％，过量氧气系数为0.2-0.6，通入该一级风后炉膛下部区域形成欠氧域，燃料在该区域热解气化；
炉膛中部通入的混合烟气为二级风，所述二级风的氧气份额为68.9-75.9％，过量氧气系数为1.0-1.2，通入该二级风后炉膛中部区域形成富氧域，燃料在该区域充分燃烧；
炉膛上部通入的混合烟气为三级风，所述三级风的氧气份额为16.2-28.5％，过量氧气系数为1.0-1.8，通入该三级风后炉膛上部区域形成过氧域，使剩余可燃物燃尽。
2.根据权利要求1所述的循环流化床富氧燃烧方法，其特征在于，富氧燃烧后从所述循环流化床排出尾部烟气，其中部分所述的尾部烟气提供作为所述再循环烟气并再次进入循环流化床内参与反应。
3.根据权利要求1所述的循环流化床富氧燃烧方法，其特征在于，所述炉膛中部进一步分为2-4层设置。
4.根据权利要求1所述的循环流化床富氧燃烧方法，其特征在于，所述炉膛上部进一步分为2-3层设置。
5.一种循环流化床富氧燃烧装置，包括多个再循环烟气输送管道、多个氧气输送管道和一个流化床炉膛，其特征在于，
所述富氧燃烧装置还包括多个混合器，所述多个再循环烟气输送管道和多个氧气输送管道分别连接至所述多个混合器，使氧气和再循环烟气分成多路并分别通入所述多个混合器中进行混合，形成多种混合烟气；
所述流化床炉膛在不同高度分别开设有多个入风口，且所述入风口与所述混合器的出口一一对应进行连接；其中，所述多个入风口位于炉膛底部、炉膛中部和炉膛上部；
所述的炉膛底部一级风氧气份额为2.6-7.9％，过量氧气系数为0.2-0.6；
所述的炉膛中部二级风氧气份额为68.9-75.9％，过量氧气系数为1.0-1.2；
所述的炉膛上部三级风氧气份额为16.2-28.5％，过量氧气系数为1.0-1.8。
6.根据权利要求5所述的循环流化床富氧燃烧装置，其特征在于，所述循环流化床进一步包括尾部烟道，所述尾部烟道的至少部分支路连接至所述烟气输送管道。
7.根据权利要求5所述的循环流化床富氧燃烧装置，其特征在于，所述炉膛中部进一步分为2-4层设置。
8.根据权利要求5所述的循环流化床富氧燃烧装置，其特征在于，所述炉膛上部进一步分为2-3层设置。
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