CN106322367A - 一种可兼容富氧与空气燃烧的锅炉系统 - Google Patents

一种可兼容富氧与空气燃烧的锅炉系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可兼容富氧与空气燃烧的锅炉系统，该系统可以兼容富氧和空气两种工况燃烧。锅炉系统设计尾部双烟道，省煤器与预热器交替布置，循环一二次风独立预热，解决了不同燃烧工况对循环一二次风温度、压力以及热风温度的不同需求。同时尾部设计GGH系统，提高助燃气进气温度，减少预热器中的换热以提高排烟温度，降低低温腐蚀。循环一二次风注氧位置分别设计，其中一次风在预热器单元之后注氧，二次风在预热器单元之前注氧，以提高热风温度，使富氧工况下的热风温度与空气工况更加接近，最终达到兼容富氧与空气两种燃烧工况的顺利切换运行。

Description

一种可兼容富氧与空气燃烧的锅炉系统
技术领域
本发明属于锅炉技术领域，更具体地，涉及一种可兼容富氧与空气燃烧的锅炉系统。
背景技术
富氧燃烧技术被认为是最有潜力进行大规模CO2捕获的技术之一。该技术由于在技术和工艺上与传统的空气燃烧锅炉具有较好的承接性，因而适用于新建或现有空气锅炉的改造。富氧燃烧方式下，由于燃烧气氛的显著变化，煤粉的燃烧特性、火焰特性、烟气成分以及辐射、对流传热都发生较大的改变，进而导致锅炉受热面的吸热发生变化。由于缺乏新建富氧燃烧锅炉系统的设计标准与规范，在原有空气燃烧锅炉基础上进行兼容性改造就成为当前最可行的方案。
然而，如专利CN201410161979.0所揭示的一种富养燃烧锅炉系统及其运行方法，虽然给出了尽量模拟空气燃烧的压力及风况的方案，但在对现有空气锅炉进行富氧燃烧改造时，仍存在以下问题：
(1)一二次风热风温度要求不同，一二次风压相差也较大，系统实际运行中要兼顾富氧燃烧及空气燃烧切换运行难度很大。
(2)富氧燃烧中，受热面换热能力有不同程度的加强，且烟气热容增大，排烟温度常低于空气燃烧排烟温度，极有可能发生低温腐蚀现象。
(3)在富氧燃烧中，热风温度也常常较空气燃烧热风温度低。这种较大温度差异对同一套锅炉系统很难适应。富氧工况下，热风从预热器输出后，高浓度氧气与高温煤粉混合在一起很容易引起一次风在未进炉膛前局部自燃，影响制粉系统的安全。对于直接进入炉膛的二次风来说，空气工况与富氧工况温度差距较大，在同一个燃烧器系统运行时，对燃烧器的破坏也较大，不利于长久两种工况切换或安全运行。
另外，富氧燃烧中，不同的注氧方式会影响局部助燃气的气体量与成分，进而引起助燃气换热能力的变化，这种变化在预热器体现尤为明显。介于常见锅炉系统设计往往选择预热器前一次性注入，这样过多的助燃气会使得烟气放热量增大，排烟温度过低。
发明内容
针对现有技术的以上问题或改进需求，本发明提供一种可兼容富氧与空气燃烧的锅炉系统，能够独立给循环一次风和循环二次风分别加热，并且能够提高预热温度，从而实现兼容富氧与空气燃烧，其包括：
锅炉、尾部双烟道单元、预热器单元、省煤器单元、GGH装置(12)、脱硫塔(13)与冷凝塔(14)；
尾部双烟道单元位于锅炉尾部，包括锅炉一次风侧烟道、锅炉二次风侧烟道；
省煤器单元包括位于尾部双烟道单元前端的上级省煤器(1)、位于锅炉一次风侧烟道内的锅炉一次风侧下级省煤器(4)、位于锅炉二次风侧烟道内的锅炉二次风侧下级省煤器(5)；
预热器单元，包括位于位于锅炉一次风侧烟道内的锅炉一次风侧预热器单元、位于锅炉二次风侧烟道内的锅炉二次风侧预热器单元；省煤器单元的省煤器与预热器单元的预热器交替布置；
锅炉尾部双烟道单元排出的烟气先进入GGH装置(12)，在从GGH装置(12)出来之后先后经过脱硫塔(13)与冷凝塔(14)进行脱硫冷凝，然后脱硫冷凝的烟气重新送入GGH装置(12)，在GGH装置(12)中与没有脱硫冷凝的烟气换热，利用没有脱硫冷凝的烟气的热量对脱硫冷凝的烟气加热；
脱硫冷凝的烟气经过GGH装置(12)加热后分为两部分，一部分通过烟囱(20)排出，另一部分分为经过锅炉一次风侧烟道的循环一次风(22)和经过锅炉二次风侧烟道的循环二次风(21)；
在锅炉一次风侧预热器单元之后设置循环一次风注氧点(18)，循环一次风(22)被锅炉一次风侧预热器单元预热后经过循环一次风注氧点(18)的注氧，生成热一次风(24)，然后送入磨煤机(19)携带煤粉进入锅炉；
在锅炉二次风侧预热器单元之前设置循环二次风注氧点(15)，循环二次风(21)经过循环二次风注氧点(15)注氧后送入锅炉二次风侧烟道生成热二次风(23)，然后进入锅炉。
进一步地，锅炉一次风侧预热器单元包括锅炉一次风侧上级预热器(2)、锅炉一次风侧下级预热器上组(6)、锅炉一次风侧下级预热器下组(8)；锅炉二次风侧预热器单元包括锅炉二次风侧上级预热器(3)、锅炉二次风侧下级预热器上组(7)、锅炉二次风侧下级预热器下组(9)；
锅炉一次风烟道内从上至下依次布置锅炉一次风侧上级预热器(2)、锅炉一次风侧下级省煤器(4)、锅炉一次风侧下级预热器上组(6)、锅炉一次风侧下级预热器下组(8)；
锅炉二次风烟道内从上至下依次布置锅炉二次风侧上级预热器(3)、锅炉二次风侧下级省煤器(5)、锅炉二次风侧下级预热器上组(7)、锅炉二次风侧下级预热器下组(9)。
进一步地，循环一次风注氧点(18)、循环二次风注氧点(15)内的氧气为通过ASU技术分离出来的浓度95％以上的纯氧。
进一步地，GGH装置(12)内为单管道换热，经过脱硫冷凝的烟气与没有脱硫冷凝的烟气二者之一在管道内流动，另一个在管道外流动。
进一步地，没有脱硫冷凝的烟气在管道内流动，经过脱硫冷凝的烟气在管道外流动。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下优点：
(1)尾部烟道设计双烟道单元，预热器单元在尾部双烟道单元内独立对循环一次风、循环二次风加热，使得这两种风况都能较好的满足系统后续的运行要求。
(2)增设GGH装置，适当提高助燃气进气温度，以减少换热，提高排烟温度，降低低温腐蚀。
(3)使循环二次风在预热器单元之前注氧，循环一次风在预热器单元之后注氧，与省煤器预热器交替布置相结合，可以避免富氧工况下排烟温度过低的缺陷，也可以改善热风温度过低的问题。
附图说明
图1为本发明一种可兼容富氧空气燃烧锅炉系统总示意图；
图2为本发明可兼容富氧空气燃烧锅炉尾部双烟道、省煤器预热器交替布置示意图；
图3为本发明GGH装置换热示意图；
图4为本发明注氧单元注氧点示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-上级省煤器，2-锅炉一次风侧上级预热器，3-锅炉二次风侧上级预热器，4-锅炉一次风侧下级省煤器，5-锅炉二次风侧下级省煤器，6-锅炉一次风侧下级预热器上组，7-锅炉二次风侧下级预热器上组，8-锅炉一次风侧下级预热器下组，9-锅炉二次风侧下级预热器下组，10-除尘器，11-引风机，12-GGH，13-脱硫塔，14-冷凝塔，15-二次风注氧点，16-二次风机，17-一次风机，18-一次风注氧点，19-磨煤机，20-烟囱，21-二次风，22-一次风，23-热二次风，24-热一次风。
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1-4所示，为本发明第一实施例，包括：锅炉、尾部双烟道单元、预热器单元、省煤器单元、GGH烟气-烟气再热器装置12、脱硫塔13与冷凝塔14、注氧单元。
省煤器单元包括位于尾部双烟道单元前端的上级省煤器1、位于锅炉一次风侧烟道内的锅炉一次风侧下级省煤器4、位于锅炉二次风侧烟道内的锅炉二次风侧下级省煤器5。
预热器单元，包括位于位于锅炉一次风侧烟道内的锅炉一次风侧预热器单元、位于锅炉二次风侧烟道内的锅炉二次风侧预热器单元；省煤器单元的省煤器与预热器单元的预热器交替布置。
更具体地，锅炉一次风侧预热器单元包括锅炉一次风侧上级预热器2、锅炉一次风侧下级预热器上组6、锅炉一次风侧下级预热器下组8；锅炉二次风侧预热器单元包括锅炉二次风侧上级预热器3、锅炉二次风侧下级预热器上组7、锅炉二次风侧下级预热器下组9。
如图1、2，锅炉一次风烟道内从上至下依次布置锅炉一次风侧上级预热器2、锅炉一次风侧下级省煤器4、锅炉一次风侧下级预热器上组6、锅炉一次风侧下级预热器下组8；锅炉二次风烟道内从上至下依次布置锅炉二次风侧上级预热器3、锅炉二次风侧下级省煤器5、锅炉二次风侧下级预热器上组7、锅炉二次风侧下级预热器下组9。
如图1、3，锅炉尾部烟气先后经过除尘器10和引风机11到达GGH装置12，在通过GGH装置12之后，再经过脱硫塔13与冷凝塔14，然后重新送入GGH装置12，经过脱硫冷凝的烟气与没有脱硫冷凝的烟气在GGH装置12中换热。GGH装置12内为单管道换热，本实施例中，经过脱硫冷凝的烟气在管道内流动，没有脱硫冷凝的烟气在管道外流动。让经过脱硫冷凝的烟气加热到一定温度后从GGH装置12中排出，一部分从烟囱20排出，一部分分两路烟气循环送入预热器。
如图1、4，注氧单元，包括循环一次风注氧点18，循环二次风注氧点15；脱硫冷凝的烟气经过GGH装置12加热后分为两部分，一部分通过烟囱20排出，另一部分分为两路风循环回到锅炉。第一路包括，在预热器单元之后设置循环一次风注氧点18，循环一次风22被预热器单元预热后生成热一次风24，然后送入磨煤机19携带煤粉进入锅炉；第二路包括，在预热器单元之前设置循环二次风注氧点15，循环二次风21注氧后送入预热器9生成热二次风23，然后进入锅炉。在本实施例中，循环一次风注氧点18、循环二次风注氧点15内的氧气为通过ASU技术分离出来的浓度95％以上的纯氧。
下面结合附图说明本发明第一实施例的各系统组成部分的作用原理及效果。一般技术人员能够理解，图1为了绘图简便，简化了管路，只绘制了烟气流向，图1仅仅是系统布置及烟气流向示意图，不作为对具体烟道管路设置形式的限制。
图1、图2给出了尾部双烟道、省煤器预热器交替布置图，通过省煤器与预热器交替布置，使高温空气置于烟温更高处换热，从而得到较高的热风温度。通过这种设计调整，可以减少两种不同气体工况下的温度差距，并且可以提高高温预热器的烟温区间，提升热风温度输出，适当提高助燃气的进气温度，以减少换热，提高排烟温度，降低低温腐蚀的可能性。将双烟道内的尾部的下级省煤器分成了下级省煤器上组和下组，即在交替布置的前提下增设一组省煤器的目的是为了在锅炉尾部更多的对循环一、二次风进行加热，使得循环一、二次风在到达高温的预热器时，不至于因与高温的预热器温度差值太大而吸热过大，导致对烟气加热不足，排烟温度过低，造成低温腐蚀。
同时，将烟道设计为双烟道单元，将循环一次风、循环二次风独立加热，该设计可更好的改善富氧燃烧工况下一二次风压相差较大，风机在调整压力、输送风量时难达到负荷需求，从而导致温度也难以控制等问题。能够满足循环一次风和循环二次风温度、压力不同的要求，使得热风更能灵活满足后续系统的要求，也能提高在富氧工况下热风温度，使之与空气工况更加接近。
图3给出了在GGH装置12内部，原烟气没有经过脱硫冷凝的烟气与净烟气经过脱硫冷凝的烟气之间通过管道换热的系统原理示意图。原烟气温度通常比净烟气温度高20℃左右，经过脱硫后的烟气，再经过冷凝，烟气温度下降，如果不经过GGH装置12换热，而直接送入预热器单元直接进行预热，会导致预热器单元吸热量较大，排烟温度较低，有可能发生低温腐蚀。GGH装置12可提高助燃气温度，使之在预热器中不至于吸热太高，提高排烟温度，降低低温腐蚀。在GGH装置12内部采用单管道换热，原烟气和净烟气其中一个在管内流动，另一个在管外流动，不仅简化了GGH装置12的结构，而且能够增大换热面积，更有利于换热。本实施例中具体设置为没有脱硫冷凝的烟气在管道内流动，经过脱硫冷凝的烟气在管道外流动。由于经过脱硫冷凝的烟气在进入GGH装置12后，在管道外流动时，流动路径突然变得开阔，流速会减缓。没有脱硫冷凝的烟气虽然在管道内流动，流速比管道外部经过脱硫冷凝的烟气快，却正因为如此能使管道内部一直是刚进入GGH装置12的没有脱硫冷凝的烟气而保持高温。这样，管道内一直保持高温的没有脱硫冷凝的烟气与管道外低速的经过脱硫冷凝的烟气换热，对经过脱硫冷凝的烟气的加热效果最好。
图4给出了注氧单元的示意图，循环二次风注氧点选择设在预热器单元前面，而循环一次风注氧点选择设在预热器单元之后。这种设计可以使助燃气在进入预热器时不至于让助燃气量达到最高值，减少助燃气在预热器中的吸热，也能提高排烟温度，同时改善富氧工况下热风温度与空气工况下的热风温度。如果全部都在预热器单元前注氧，大量助燃气会在预热器单元中换热吸热，导致排烟温度过低的情况加剧。
而两个注氧点注入的氧气均为ASU所分离出来95％以上浓度的纯氧，在锅炉运行时持续注氧，与循环烟气混合可以增强助燃特性，从而提高排烟温度，降低低温腐蚀，同时可以提高热风温度，使之与空气燃烧工况下温度更加接近，可兼容富氧空气燃烧锅炉的风况温度要求。
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)

1.一种可兼容富氧与空气燃烧的锅炉系统，其特征在于，包括：
锅炉、尾部双烟道单元、预热器单元、省煤器单元、GGH装置(12)、脱硫塔(13)与冷凝塔(14)；
尾部双烟道单元位于锅炉尾部，包括锅炉一次风侧烟道、锅炉二次风侧烟道；
省煤器单元包括位于尾部双烟道单元前端的上级省煤器(1)、位于锅炉一次风侧烟道内的锅炉一次风侧下级省煤器(4)、位于锅炉二次风侧烟道内的锅炉二次风侧下级省煤器(5)；
预热器单元，包括位于位于锅炉一次风侧烟道内的锅炉一次风侧预热器单元、位于锅炉二次风侧烟道内的锅炉二次风侧预热器单元；省煤器单元的省煤器与预热器单元的预热器交替布置；
锅炉尾部双烟道单元排出的烟气先进入GGH装置(12)，在从GGH装置(12)出来之后先后经过脱硫塔(13)与冷凝塔(14)进行脱硫冷凝，然后脱硫冷凝的烟气重新送入GGH装置(12)，在GGH装置(12)中与没有脱硫冷凝的烟气换热，利用没有脱硫冷凝的烟气的热量对脱硫冷凝的烟气加热；
脱硫冷凝的烟气经过GGH装置(12)加热后分为两部分，一部分通过烟囱(20)排出，另一部分分为经过锅炉一次风侧烟道的循环一次风(22)和经过锅炉二次风侧烟道的循环二次风(21)；
在锅炉一次风侧预热器单元之后设置循环一次风注氧点(18)，循环一次风(22)被锅炉一次风侧预热器单元预热后经过循环一次风注氧点(18)的注氧，生成热一次风(24)，然后送入磨煤机(19)携带煤粉进入锅炉；
在锅炉二次风侧预热器单元之前设置循环二次风注氧点(15)，循环二次风(21)经过循环二次风注氧点(15)注氧后送入锅炉二次风侧烟道生成热二次风(23)，然后进入锅炉。
2.根据权利要求1所述的一种可兼容富氧与空气燃烧的锅炉系统，其特征在于：
锅炉一次风侧预热器单元包括锅炉一次风侧上级预热器(2)、锅炉一次风侧下级预热器上组(6)、锅炉一次风侧下级预热器下组(8)；锅炉二次风侧预热器单元包括锅炉二次风侧上级预热器(3)、锅炉二次风侧下级预热器上组(7)、锅炉二次风侧下级预热器下组(9)；
锅炉一次风烟道内从上至下依次布置锅炉一次风侧上级预热器(2)、锅炉一次风侧下级省煤器(4)、锅炉一次风侧下级预热器上组(6)、锅炉一次风侧下级预热器下组(8)；
锅炉二次风烟道内从上至下依次布置锅炉二次风侧上级预热器(3)、锅炉二次风侧下级省煤器(5)、锅炉二次风侧下级预热器上组(7)、锅炉二次风侧下级预热器下组(9)。
3.根据权利要求1所述的一种可兼容富氧与空气燃烧的锅炉系统，其特征在于：循环一次风注氧点(18)、循环二次风注氧点(15)内的氧气为通过ASU技术分离出来的浓度95％以上的纯氧。
4.根据权利要求1所述的一种可兼容富氧与空气燃烧的锅炉系统，其特征在于：GGH装置(12)内为单管道换热，经过脱硫冷凝的烟气与没有脱硫冷凝的烟气二者之一在管道内流动，另一个在管道外流动。
5.根据权利要求4所述的一种可兼容富氧与空气燃烧的锅炉系统，其特征在于：没有脱硫冷凝的烟气在管道内流动，经过脱硫冷凝的烟气在管道外流动。
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