CN105910098A - 一种水煤浆富氧燃烧系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水煤浆富氧燃烧系统，所述系统包括：炉膛、燃烧器、供浆系统、供氧系统、烟气循环系统以及烟气排放回收系统；供浆系统包括储浆罐、输浆泵、搅拌过滤器、供浆泵；供氧系统包括空分装置压缩机和氧气罐；烟气循环系统包括烟气换热器、除尘器、循环风机、冷凝器；烟气排放回收系统包括CO2压缩储存装置和烟囱。本发明通过将水煤浆与高温烟气进行换热，提高初始温度，降低其着火热；点火阶段利用纯氧射流燃烧降低水煤浆的着火温度，迅速地提高水煤浆的燃烧速率，再结合富氧燃烧技术，解决目前水煤浆锅炉着火较为困难，燃烧效率较低、NOx排放高、CO2捕集成本高等问题。

Description

一种水煤浆富氧燃烧系统
技术领域
本发明属于水煤浆燃烧技术领域，更具体地，涉及一种水煤浆富氧燃烧系统。
背景技术
水煤浆是一种由60～70％的煤粉、30～40％的水以及少量化学添加剂组合而成的燃料。与固态煤相比,水煤浆既保持了煤炭原有的物理特性，又具有液态燃料一样的流动性和稳定性。水煤浆的燃烧会产生大量的温室气体CO2和较高浓度的氮氧化物NOx，带来很大的环境问题，因此开发具有CO2捕集和低NOx排放功能的水煤浆燃烧技术十分必要。
富氧燃烧是目前燃煤锅炉发电技术中极具发展前景的规模化CO2减排技术之一，它是利用纯氧与部分循环烟气混合代替空气进行燃烧，烟气中的CO2浓度可达到80％以上，从而利于CO2的后续捕集与利用。烟气的循环换热减少了排烟热量损失，使燃烧效率得到较大提高。
目前，传统的水煤浆燃烧技术存在以下问题:(1)水煤浆燃烧初期必然有一个水蒸发的过程，着火热较大；(2)较低的O2浓度使得水煤浆的着火温度高，点火较为困难；(3)采用空气作为氧化剂，由于空气中的N2含量较高，因此烟气中也含有大量N2，不利于CO2的捕集；(4)较高的炉膛温度及空气中的N2容易导致热力型NOx生成，对环境污染大。
发明内容
针对现有技术的以上问题或改进需求，本发明提供了一种水煤浆富氧燃烧系统，通过将水煤浆与高温烟气进行换热，提高了初始温度，降低了着火热；纯氧射流降低了水煤浆的着火温度，迅速地提高了水煤浆的燃烧速率，再结合以纯氧与部分循环烟气混合代替空气进行燃烧的富氧燃烧技术，解决目前水煤浆锅炉着火较为困难，燃烧效率较低、NOx排放高、CO2捕集成本高等问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种水煤浆富氧燃烧系统，其特征在于，包括炉膛、燃烧器、供浆系统、供氧系统、烟气循环系统和烟气排放回收系统；其中：
所述烟气循环系统包括烟气换热器、除尘器、循环风机、冷凝器；所述烟气换热器设有高温烟气进口、一次换热烟气出口、水煤浆进口、水煤浆出口、二次换热烟气进口和二次换热烟气出口；
高温烟气进口与炉膛高温烟气出口连接，一次换热烟气出口与除尘器入口端连接，除尘器出口端分两路，一路连接烟气排放回收系统，一路先后串接循环风机、冷凝器；二次换热烟气进口与冷凝器出口连接，二次换热烟气出口与燃烧器连接；水煤浆进口与供浆泵输出端连接，水煤浆出口与燃烧器连接，用于通过燃烧器向炉膛供水煤浆；
工作时，炉膛排出的高温烟气经过烟气换热器换热降温后形成一次换热烟气；经除尘器后分两路，一路送烟气排放回收系统，一路经循环风机加压、冷凝器除去水汽后送回烟气换热器，与高温烟气换热升温后形成二次换热烟气，通过燃烧器送入炉膛；
所述供浆系统包括储浆罐、输浆泵、搅拌过滤器、供浆泵，它们依序串接；工作时，水煤浆依次经过所述储浆罐、输浆泵、搅拌过滤器、供浆泵，送至烟气换热器，水煤浆在此与从炉膛排放出的高温烟气换热升温后，送至燃烧器，由其喷射进入炉膛；
所述供氧系统包括依序串接的空分装置、压缩机和氧气罐，空分装置输出的O2经压缩机压缩后，存储于氧气罐；
所述烟气排放回收系统包括烟囱和CO2压缩储存装置，两者与除尘器的输出端并联；经过除尘器除尘的烟气，一部分烟气通过烟囱向外排出；另一部分烟气经CO2净化处理装置净化后，由CO2压缩储存装置回收储存。
进一步的，所述烟气换热器为套管式换热器，且采用三种不同直径组成的同心套管结构，从内到外的流体依次为水煤浆、高温烟气、二次换热烟气。
进一步的，所述氧气罐输出端连接两路，一路与燃烧器供气管路之间接有第一流量阀，另一路与烟气循环系统连接燃烧器的供气管路之间接有第二流量阀；在点火阶段，所述供氧系统释放的氧气单独通过燃烧器进入炉膛，根据射入炉膛水煤浆的质量流量，通过第一流量阀，能改变送入燃烧器氧气的流量；燃烧阶段，第一流量阀关闭，所述供氧系统释放的氧气与二次换热烟气混合后通过燃烧器进入炉膛；，通过第二流量阀，能改变送入燃烧器的氧气与二次换热烟气的比例，使水煤浆迅速点燃后稳定地燃烧。
进一步的，所述烟气循环系统中设有第三流量阀；所述烟气排放回收系统的烟囱支路设有第四流量阀；所述烟气排放回收系统的CO2压缩储存装置支路设有第五流量阀。
进一步的，所述供氧系统释放的氧气体积流量占进入炉膛总气体体积流量的20％～36％。
工作时，供氧系统提供氧气经烟气循环系统换热后由燃烧器射入炉膛，供浆系统提供水煤浆经换热后由燃烧器射入炉膛，高温烟气经烟气循环系统换热后一部分进入烟气排放回收系统，一部分循环进入炉膛继续与水煤浆进行燃烧。
总体而言，本发明的以上技术方案与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
(1)本发明以纯氧与部分循环烟气混合代替空气进行燃烧，一方面解决了传统燃烧中因烟气中含有大量N2、CO2浓度不高而导致CO2捕集成本过高的问题，另一方面，燃烧过程中无热力型NOx的生成，从而大幅降低了NOx的排放；
(2)本发明利用水煤浆较好的流动性及较高的比热容，采用三种不同直径组成的同心套管结构的烟气换热器，增加了水煤浆的初始温度，降低了着火热，提高了燃烧效率；
(3)本发明通过调节流量阀，既可以使氧气单独地通过燃烧器射入炉膛，又可以与换热后的二次换热烟气混合再通过燃烧器一起射入炉膛。射入纯氧有效地降低了水煤浆的着火温度，迅速地提高了水煤浆的燃烧速率，利于水煤浆的点火。与换热后的二次换热烟气混合射入炉膛将使CO2浓度大幅上升，利于CO2的捕集。
附图说明
图1为本发明水煤浆富氧燃烧系统的结构示意图；
图2为本发明烟气换热器的结构示意图；
在图中，1-炉膛，2-储浆罐，3-输浆泵，4-搅拌过滤器，5-供浆泵，6-空分装置，7-氧气罐，8-燃烧器，9-烟气换热器，10-除尘器，11-循环风机，12-冷凝器，13-CO2净化处理装置，14-CO2压缩捕集装置，15-烟囱，16-水煤浆，17-高温烟气，18-一次换热烟气，18-二次换热烟气，61-空气进口，62-N2出口，63-O2出口，64-压缩机，71-第一流量阀，72-第二流量阀，73-第三流量阀，74-第四流量阀，75-第五流量阀。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1～图2所示，本实施例所述水煤浆富氧燃烧系统，其特征在于，所述系统包括：炉膛1、燃烧器8、供浆系统、供氧系统、烟气循环系统以及烟气排放回收系统。
所述供浆系统包括储浆罐2、输浆泵3、搅拌过滤器4、供浆泵5，它们依序串接；水煤浆依次经过所述储浆罐2、输浆泵3、搅拌过滤器4、供浆泵5，送至烟气换热器9；水煤浆在烟气换热器9中与从炉膛1排放出的高温烟气17换热升温后，送至燃烧器8，由其喷射进入炉膛1。实施例中，锅炉尾部的高温烟气17温度约为150℃，由供浆泵输出的水煤浆温度约为20℃，进过烟气换热器9热之后，水煤浆的入射温度可达40℃以上，高温烟气19则变为温度约为50℃的一次换热烟气18。
所述供氧系统包括依序串接的空分装置6、压缩机64和氧气罐7，空气通过空气进口61进入空分装置6产生N2和O2，N2通过N2出口62排放到大气中，也可送往其它回收利用装置；O2通过O2出口63经压缩机64压缩后存储于氧气罐7。
所述烟气循环系统包括烟气换热器9、除尘器10、循环风机11、冷凝器12；所述烟气换热器9包括高温烟气进口91、一次换热烟气出口92、水煤浆进口93、水煤浆出口94、二次换热烟气进口95和二次换热烟气出口96。高温烟气进口91与炉膛1高温烟气出口连接，一次换热烟气出口92与接除尘器10连接；一次换热烟气出口92接除尘器10后分两路，一路连接烟气排放回收系统，一路先后串接循环风机11、冷凝器12；二次换热烟气进口95与冷凝器12出口连接，二次换热烟气出口96与燃烧器8连接；水煤浆进口93与供浆泵5输出端连接，水煤浆出口94与燃烧器8连接；
运行时，炉膛1排出的高温烟气17经过烟气换热器9换热降温后形成一次换热烟气18；经除尘器10后分两路，一路接烟气排放回收系统，一路通过第三流量阀73并经循环风机11、冷凝器12除去水汽后送回烟气换热器9，与高温烟气17换热升温后形成二次换热烟气19，送入燃烧器8。
所述烟气排放回收系统包括烟囱15和CO2压缩储存装置14，两者与除尘器10的输出端并联；经过除尘器10除尘的烟气，一部分烟气通过烟囱15向外排出；另一部分烟气经CO2净化处理装置13净化，除去是SO2、NO、重金属等有害物质后，由CO2压缩储存装置14回收储存；进入烟囱15的烟气流量由第四流量阀74控制，进入CO2净化处理装置13的烟气流量由第五流量阀75控制。
进一步，图2给出了本发明烟气换热器的结构示意图，所述烟气换热器9为套管式换热器，并采用三种不同直径组成的同心套管结构，且从内到外的流体依次为水煤浆16、高温烟气17、二次换热烟气19。通过换热增加了水煤浆的初始温度，降低了着火热，经过烟气换热器9换热之后，二次换热烟气19的温度可达60℃以上。
再进一步，根据水煤浆锅炉的实际情况，本实施例中供氧系统释放的氧气体积流量占进入炉膛1总气体体积流量的20％～36％。特别地，点火阶段，打开第一流量阀71，关闭第二流量阀72，所述供氧系统释放的氧气通过燃烧器8进入炉膛，且通过控制第一流量阀，能改变送入燃烧器氧气的质量流量；纯氧的射入增加了炉内主燃区的O2浓度从而降低了水煤浆的着火温度，因此迅速地提高了水煤浆的燃烧速率和燃烧规模，利于水煤浆的点火。待水煤浆燃烧趋于稳定后，关闭第一流量阀71，打开第二流量阀72，所述供氧系统释放的氧气与二次换热烟气混合后由燃烧器8喷射进入炉膛，水煤浆将进行富氧燃烧。并与水煤浆进行反应。随着烟气不断地循环，CO2浓度逐渐上升，待CO2的浓度足够高(本实施例取大于80％)时，通过调节第五流量阀75控制通入CO2净化处理装置13和CO2压缩储存装置的烟气量并进行捕集，从而大大降低了CO2的捕集成本。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种水煤浆富氧燃烧系统，其特征在于，包括炉膛(1)、燃烧器(8)、供浆系统、供氧系统、烟气循环系统和烟气排放回收系统；其中：
所述烟气循环系统包括烟气换热器(9)、除尘器(10)、循环风机(11)、冷凝器(12)；所述烟气换热器(9)设有高温烟气进口(91)、一次换热烟气出口(92)、水煤浆进口(93)、水煤浆出口(94)、二次换热烟气进口(95)和二次换热烟气出口(96)；
高温烟气进口(91)与炉膛(1)高温烟气出口连接，一次换热烟气出口(92)与除尘器(10)入口端连接，除尘器(10)出口端分两路，一路连接烟气排放回收系统，一路先后串接循环风机(11)、冷凝器(12)；二次换热烟气进口(95)与冷凝器(12)出口连接，二次换热烟气出口(96)与燃烧器(8)连接；水煤浆进口(93)与供浆泵(5)输出端连接，水煤浆出口(94)与燃烧器(8)连接，用于通过燃烧器向炉膛(1)供水煤浆；
工作时，炉膛(1)排出的高温烟气(17)经过烟气换热器(9)换热降温后形成一次换热烟气(18)；经除尘器(10)后分两路，一路送烟气排放回收系统，一路经循环风机(11)加压、冷凝器(12)除去水汽后送回烟气换热器(9)，与高温烟气(17)换热升温后形成二次换热烟气(19)，通过燃烧器(8)送入炉膛(1)；
所述供浆系统包括储浆罐(2)、输浆泵(3)、搅拌过滤器(4)、供浆泵(5)，它们依序串接；工作时，水煤浆依次经过所述储浆罐(2)、输浆泵(3)、搅拌过滤器(4)、供浆泵(5)，送至烟气换热器(9)，水煤浆在此与从炉膛(1)排放出的高温烟气(17)换热升温后，送至燃烧器(8)，由其喷射进入炉膛(1)；
所述供氧系统包括依序串接的空分装置(6)、压缩机(64)和氧气罐(7)，空分装置(6)输出的O2经压缩机(64)压缩后，存储于氧气罐(7)；
所述烟气排放回收系统包括烟囱(15)和CO2压缩储存装置(14)，两者与除尘器(10)的输出端并联；经过除尘器(10)除尘的烟气，一部分烟气通过烟囱(15)向外排出；另一部分烟气经CO2净化处理装置(13)净化后，由CO2压缩储存装置(14)回收储存。
2.根据权利要求1所述的一种富氧燃烧系统，所述烟气换热器(9)为套管式换热器，且采用三种不同直径组成的同心套管结构，从内到外的流体依次为水煤浆(16)、高温烟气(17)、二次换热烟气(19)。
3.根据权利要求1或2所述的一种水煤浆富氧燃烧系统，所述氧气罐(7)输出端连接两路，一路与燃烧器(8)供气管路之间接有第一流量阀(71)，另一路与烟气循环系统连接燃烧器(8)的供气管路之间接有第二流量阀(72)；在点火阶段，所述供氧系统释放的氧气单独通过燃烧器(8)进入炉膛，通过第一流量阀(71)，能改变送入燃烧器(8)氧气的流量；燃烧阶段，第一流量阀(71)关闭，所述供氧系统释放的氧气与二次换热烟气(19)混合后通过燃烧器(8)进入炉膛；通过第二流量阀(72)，能改变送入燃烧器(8)的氧气与二次换热烟气的比例。
4.根据权利要求2或3所述的一种富氧燃烧系统，其特征在于：所述烟气循环系统中设有第三流量阀(73)；所述烟气排放回收系统的烟囱支路设有第四流量阀(74)；所述烟气排放回收系统的CO2压缩储存装置(14)支路设有第五流量阀(75)。
5.根据权利要求3所述的一种富氧燃烧系统，所述供氧系统释放的氧气体积流量占进入炉膛(1)总气体体积流量的20％～36％。
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