CN106594715A - 湿烟气再循环的循环流化床富氧燃烧的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种湿烟气再循环的循环流化床富氧燃烧的方法和装置，其中上述方法包括步骤：使循环流化床炉膛出口的高温烟气依次经过高温过热器、低温过热器和省煤器后，分为两部分烟气；一部分烟气依次通过氧气预热器降温和除尘器除尘后，再经压缩纯化后进行封存或者直接利用；另一部分烟气作为再循环烟气注入循环流化床炉膛。本发明的方法和装置能够克服再循环烟气在降温除水过程中热量的损失及再循环管道和相关设备的腐蚀问题，提高循环流化床富氧燃烧锅炉的热效率，保证安全稳定运行，并增加循环流化床富氧燃烧系统经济性。

Description

湿烟气再循环的循环流化床富氧燃烧的方法和装置
技术领域
本发明涉及富氧燃烧技术，特别涉及一种湿烟气再循环的循环流化床富氧燃烧方法和装置。
背景技术
碳捕集、利用与封存(CCUS)技术是减少CO2排放量的最可行技术之一。其中富氧燃烧技术为燃烧中的CCUS技术，具有相对成本低、易规模化、可改造存量机组等诸多优势，被认为是最有可能大规模推广和商业化应用的CCUS技术之一。
富氧燃烧技术是一种燃烧中的CO2捕集及封存利用(CCUS)技术，在现有的传统空气气氛电站锅炉系统上，利用氧气和部分再循环烟气混合取代空气作为氧化剂，提高尾部烟气中CO2浓度，以实现CO2捕集的目的。利用空气分离装置制取高纯度的氧气(一般达到95％以上)，同时利用再循环风机从尾部烟道引回一部分烟气(称为再循环烟气)；将氧气和再循环烟气以一定的比例混合后通入炉膛，锅炉可以是煤粉炉或者循环流化床锅炉；锅炉燃烧后尾部排出的烟气中含有高浓度的CO2和H2O，以及少量的O2和SO2、NOx等污染物；除了返回炉膛的部分烟气，其余部分烟气通过干燥和纯化处理，便能得到高浓度的CO2，再经过压缩后就可以进行运输、利用或填埋，最终达到CO2捕集和封存的目的。
专利201210058765.1、201310403707.2和201310138427.3公布了几种富氧燃烧方式，包括煤粉炉富氧燃烧和循环流化床富氧燃烧，采用的烟气再循环方式都为干烟气循环，即再循环烟气的取气点在布袋除尘器后，并在再循环烟气管道上进行降温和除水后再与氧气混合，最后注入炉膛参与燃烧。
采用干烟气再循环的循环流化床富氧燃烧系统，再循环烟气的取气点在布袋除尘器后，并在再循环烟气管道上进行降温和除水，在这过程中消耗浪费了大量的烟气热量，降低了富氧燃烧锅炉的热效率。而且在再循环烟气降温除水过程中，由于水的析出，水将和再循环烟气中高浓度的SO2发生反应生成H2SO4，导致再循环烟气管道及相关设备的腐蚀，增加运行风险和成本。
发明内容
本发明的目的在于提出一种湿烟气再循环的循环流化床富氧燃烧的方法和装置，以解决以上所述的至少一项技术问题。
根据本发明的一方面，提供一种湿烟气再循环的循环流化床富氧燃烧的方法，包括步骤：
(1)使循环流化床炉膛出口的高温烟气依次经过高温过热器、低温过热器和省煤器后，分为两部分烟气；
(2)一部分烟气依次通过氧气预热器降温和除尘器除尘后，再经压缩纯化后进行封存或者直接利用；
(3)另一部分烟气作为再循环烟气注入循环流化床炉膛。
进一步的，步骤(1)中，高温烟气到达省煤器后端的温度为300-400℃，含水率为20％-40％。
进一步的，步骤(2)中，所述一部分烟气占烟气总量的体积比为25％-50％。
进一步的，步骤(2)中，所述压缩具体为：经过一CO2压缩纯化系统压缩，压缩后得到CO2浓度大于95％的液体。
进一步的，步骤(3)中另一部分烟气经过高温除尘器，再经过再循环风机进行增压，增压后和预热后的氧气进行混合得到混合气，混合气分为若干股注入循环流化床炉膛。
进一步的，所述预热后的氧气为通过所述氧气预热器进行预热。
根据本发明的另一方面，提供一种湿烟气再循环的循环流化床富氧燃烧的装置，包括循环流化床炉膛，其中
所述使循环流化床炉膛的出口依次连接高温过热器、低温过热器和省煤器后，分为两条支路；其中，一条支路依次通过氧气换热器和除尘器，再经压缩纯化装置；另一条支路连接至循环流化床炉膛。
进一步的，所述另一条支路经过高温除尘器，再经过再循环风机，然后混合预热后的氧气，再分为若干股注入循环流化床炉膛。
进一步的，所述预热后的氧气为经过所述氧气预热器换热后形成。
进一步的，所述若干股分为两股以上，分别从循环流化床炉膛的不同高度注入。
通过上述技术方案，可知本发明的有益效果在于：
a)再循环烟气的取气点在省煤器后，在再循环烟气管路中并不降温，避免了烟气热量的损失，增加了富氧燃烧锅炉的热效率；
b)省煤器出口的烟气温度在300-400℃之间，保证了再循环烟气在管道运输中没有水分的析出，抑制了再循环烟气中高浓度SO2的腐蚀作用，保证了循环流化床富氧燃烧系统的安全稳定运行；
c)由于只有部分烟气需要经过氧气预热器，大大的降低了气体预热器的换热面积。
附图说明
图1为根据本发明的一个实施例下的湿烟气再循环循环流化床富氧燃烧的装置示意图。
图2为根据本发明的一个实施例的湿烟气再循环的循环流化床富氧燃烧的方法流程图。
附图标记说明：
循环流化床本体 1 低温布袋除尘器 6
高温过热器 2 CO2纯化压缩系统 7
低温过热器 3 高温除尘器 8
省煤器 4 再循环风机 9
氧气换热器 5 空气分离装置 10
具体实施方式
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。
在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
在本发明中，用语“低温”和“高温”为相对概念，如“高温过热器”为对相对较高温度的烟气进行处理、低温过热器是对相比较而言较低温度的烟气进行处理。
本发明的原理是：再循环烟气的取气点设置在省煤器后，高温、高CO2浓度和高含水量的烟气在再循环管道只进行除尘和加压，避免了烟气热量的损失，增加了富氧燃烧锅炉的热效率；而且省煤器出口的烟气温度在300-400℃之间，保证了再循环烟气在管道运输中没有水分的析出，抑制了再循环烟气中高浓度SO2的腐蚀作用，保证了循环流化床富氧燃烧系统的安全稳定运行；而且由于只有部分烟气需要经过氧气预热器，大大的降低了氧气预热器的换热面积。
图1为根据本发明的一个实施例下的湿烟气再循环循环流化床富氧燃烧的装置示意图。本发明的实施例还提供一种湿烟气再循环的循环流化床富氧燃烧的装置，包括循环流化床炉膛，其中：
所述使循环流化床炉膛的出口依次连接高温过热器、低温过热器和省煤器后，分为两条支路；其中，一条支路依次通过氧气预热器和除尘器，再经压缩装置压缩；另一条支路连接至循环流化床炉膛。
图2为根据本发明的一个实施例的湿烟气再循环的循环流化床富氧燃烧的方法流程图。根据本发明实施例，参见图1所示，提供一种湿烟气再循环的循环流化床富氧燃烧的方法，包括步骤：
(1)使循环流化床本体1炉膛出口的高温烟气依次经过高温过热器2、低温过热器3和省煤器4后，分为两部分烟气；
(2)一部分烟气依次通过氧化预热器降温和除尘器除尘后，再经压缩纯化后进行封存或者直接利用；
(3)另一部分烟气作为再循环烟气注入循环流化床炉膛。
参见图2并结合图1，相对于步骤(1)，在循环流化床本体1内进行氧气浓度为25％-50％的富氧燃烧，燃烧温度控制在900-950℃之间。循环流化床本体1将产生温度为900-950℃之间，CO2浓度为80-90％(也就是干烟气浓度)，含水量为30％左右的烟气，烟气依次经过高温过热器2、低温过热器3和省煤器4进行降温，省煤器4出口烟气的温度在300-400℃之间，经过省煤器4后的烟气将分为两部分：
以下分为同步骤的(2)和(3)，对于步骤(2)，一部分烟气将经过一个氧气换热器5，将温度降至135℃左右。该部分烟气大约占总烟气比例的25％-50％(体积百分比)，具体比例根据循环流化床本体1富氧燃烧的氧气浓度决定。温度降至135℃左右的烟气接着进入低温布袋除尘器6进行除尘，得到含尘量小于30mg/m3的低温无尘烟气，最后进入CO2纯化压缩系统7，得到CO2浓度大于95％，含水量小于5％的CO2液体，之后对烟气进行运输、再利用或者进行填埋处理。对于步骤(3)，另一部分烟气作为再循环烟气将直接经过一个高温除尘器8，得到含尘量小于30mg/m3的高温无尘烟气，该无尘烟气的含水量可以在20％-40％之间，烟气在经过高温除尘器8后温度会下降10-15℃，后经过再循环风机9进行升压，压力可升高至50kPa左右。为保证设备的安全稳定运行，高温除尘器8和再循环风机9的耐热温度为400℃以上。氧气由空气分离装置10产生，并经过氧气换热器5进行预热，得到温度为80-120℃的预热氧气。除尘升压后的再循环湿烟气将和预热后的氧气进行混合得到混合气，混合气的温度为200-300℃之间。混合气进入气体混合罐，之后分为若干股作为一次风、二次风、三次风、返料风和播煤风等注入炉膛。
其中一次风再循环烟气压力可以为10-20kPa，而返料风再循环烟气的压力可以为30-50kPa。氧气由空气分离装置10产生后，经过氧气换热器5后进行预热，可以通过压力装置，调整氧气压力后，以二次风、三次风和四次风的形式注入炉膛。其中一次风再循环烟气，二次风氧气，三次风氧气和四次风氧气的流量都可以利用布置在其管道上的气动调节阀13进行调节，可以实现整体循环流化床富氧燃烧。根据燃烧和污染物排放控制的需要，二次风氧气流量、三次风氧气流量和四次风氧气流量在保证总量不变的前提下，可以通过气流调节装置实现任意的组合。
该技术方案实现了湿烟气的再循环循环流化床富氧燃烧方式，再循环烟气的取气点在省煤器后，在再循环烟气管路中并不降温，避免了烟气热量的损失，增加了富氧燃烧锅炉的热效率；而且省煤器出口的烟气温度在300-400℃之间，保证了再循环烟气在管道运输中没有水分的析出，抑制了再循环烟气中高浓度SO2的腐蚀作用，保证了循环流化床富氧燃烧系统的安全稳定运行；而且由于只有部分烟气需要经过氧气预热器，大大的降低了气体预热器的换热面积。
本发明实施例的方法和装置能够克服再循环烟气在降温除水过程中热量的损失及再循环管道和相关设备的腐蚀问题，提高循环流化床富氧燃烧锅炉的热效率，保证安全稳定运行，并增加循环流化床富氧燃烧系统经济性。
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 (10)

1.一种湿烟气再循环的循环流化床富氧燃烧的方法，其特征在于包括步骤：
(1)使循环流化床炉膛出口的高温烟气依次经过高温过热器、低温过热器和省煤器后，分为两部分烟气；
(2)一部分烟气依次通过氧气预热器降温和除尘器除尘后，再经压缩纯化后进行封存或者直接利用；
(3)另一部分烟气作为再循环烟气注入循环流化床炉膛。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，高温烟气到达省煤器后端的温度为300-400℃，含水率为20％-40％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述一部分烟气占烟气总量的体积比为25％-50％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述压缩具体为：经过一CO2压缩纯化系统压缩，压缩后得到CO2浓度大于95％的液体。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中另一部分烟气经过高温除尘器，再经过再循环风机进行增压，增压后和预热后的氧气进行混合得到混合气，混合气分为若干股注入循环流化床炉膛。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预热后的氧气为通过所述氧气预热器进行预热。
7.一种湿烟气再循环的循环流化床富氧燃烧的装置，包括循环流化床炉膛，其特征在于：
所述使循环流化床炉膛的出口依次连接高温过热器、低温过热器和省煤器后，分为两条支路；其中，一条支路依次通过氧气换热器和除尘器，再经压缩纯化装置；另一条支路连接至循环流化床炉膛。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述另一条支路经过高温除尘器，再经过再循环风机，然后混合预热后的氧气，再分为若干股注入循环流化床炉膛。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述预热后的氧气为经过所述氧气预热器换热后形成。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述若干股分为两股以上，分别从循环流化床炉膛的不同高度注入。
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