CN108302549A - 一种富氧燃烧深度调峰及节能减排综合系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种富氧燃烧深度调峰及节能减排综合系统及方法，其特征在于：机组调节灵活性的系统包括锅炉侧灵活性系统和汽机侧灵活性系统，其中所述锅炉侧灵活性系统包括内燃式燃烧器；所述内燃式燃烧器的供应系统中包括氧气供应系统，氧气供应系统包括制氧装置，锅炉烟道的脱硫塔前端设有臭氧脱硝装置，臭氧脱硝装置的臭氧供应系统包括制臭氧装置，制臭氧装置中的氧气也由所述制氧装置提供。有益效果：一方面通过使用廉价的电力，制氧成本，同时也解决了臭氧脱硝装置的运行成本；另一方面使用锅炉侧和汽机侧的协同操作，共同提升机组的灵活性，满足供暖需求。

Description

一种富氧燃烧深度调峰及节能减排综合系统及方法
技术领域
本发明属于清洁能源电力利用与火力发电领域，特别涉及一种富氧燃烧深度调峰及节能减排综合系统及方法。
背景技术
当前环境的保护理念逐渐加强，一方面越来越推荐使用清洁能源电力，另一方面对火力发电的生产和排放要求越来越高。清洁能源电力的产量不受人为控制，导致我国各地不断出现弃风、弃光和弃水电事件，这些清洁能源电力不断的被浪费，实在让人痛心，因此必须想尽办法提高消纳清洁能源的能力。与此同时对火力发电燃煤锅炉的烟气排放标准正在逐渐降低，对于氮氧化物甚至提出了近零排放，单纯使用SCR脱硝已经不能满足国家需求。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种富氧燃烧深度调峰及节能减排综合系统及方法。
一种富氧燃烧深度调峰及节能减排综合系统，其特征在于：机组调节灵活性的系统包括锅炉侧灵活性系统和汽机侧灵活性系统，其中所述锅炉侧灵活性系统包括内燃式燃烧器；所述内燃式燃烧器的供应系统中包括氧气供应系统，氧气供应系统包括制氧装置，锅炉烟道的脱硫塔前端设有臭氧脱硝装置，臭氧脱硝装置的臭氧供应系统包括制臭氧装置，制臭氧装置中的氧气也由所述制氧装置提供。
采用上述结构，分别从锅炉侧和汽机侧两方面提升机组调节灵活性，可以根据电量及供热需求，及时的调整锅炉的负荷。使用内燃式燃烧器解决锅炉的本质安全，使燃煤火电即使在低负荷下也可以稳燃。在烟道中设置臭氧脱硝装置，对烟道影响小，污染小，除氮氧化物效果好，并且充分利用制氧装置，使燃煤火电实现低成本的近零排放。
进一步，所述制氧装置的供电由清洁能源电力或厂用直销电提供。
采用上述结构，消纳可再生电力，规模化制氧，使空气得以转化为有用的氧气；充分利用可再生能源，节省能源消耗。清洁能源电力或厂用直销电都是相对来说较为便宜的电力，可以节约电厂运行成本。
进一步，所述制氧装置是采用的深冷空分或变压吸附式制氧。
进一步，所述制氧装置的出口设有储氧装置，储氧装置的供电由清洁能源电力或厂用直销电提供。
采用上述结构，充分利用可再生能源，节省能源消耗。清洁能源电力或厂用直销电都是相对来说较为便宜的电力，可以节约电厂运行成本。
进一步，所述汽机侧灵活性系统包括汽机抽汽减温减压装置或电极加热装置或储热装置。
采用上述结构，将能量在锅炉高负荷运行是存储起来，补充锅炉低负荷运行时的供暖不足。
一种富氧燃烧深度调峰及节能减排综合方法，使用富氧燃烧深度调峰及节能减排综合系统，
当机组处于非供暖期时，使用锅炉侧灵活性系统进行调峰；
当机组处于供暖期时，使用锅炉侧灵活性系统进行主要调峰，汽机侧灵活性系统进行供暖热量补充；
锅炉侧灵活性系统进行调峰的方法包括同时整体的改变每一个内燃式燃烧器的燃料供应量，或单个的关闭或开启部分内燃式燃烧器。
进一步，制氧装置的节能减排方法包括：
当清洁能源电力处于高峰时，使用清洁能源电力为制氧装置全负荷运行供电，大量产出氧气，一部分供后序装置使用，绝大部分通过储氧装置将清洁能源电力转化为氧气储存；
当清洁能源电力处于低谷时，使用清洁能源电力或厂用直销电为制氧装置低负荷运行供电，后序装置消耗的氧气由储氧装置中的氧气提供或者由储氧装置中的氧气结合低负荷运行的制氧装置产出氧气共同提供。
采用上述方法，积极响应国家号召，大量消耗处于高峰时的清洁能源电力。制成氧气通过储氧装置储存起来，当清洁能源电力不足时，在消耗储氧装置中的氧气。
进一步，当机组使用的是W型锅炉时，使用单个的关闭或开启部分内燃式燃烧器的方法是：根据负荷计算出投运的内燃式燃烧器数量，在前拱上均匀选择开启的内燃式燃烧器位置，或在后拱上均匀选择开启的内燃式燃烧器位置，或在前拱与后拱上均匀选择开启的内燃式燃烧器位置。
采用上述方法，保证锅炉内的燃烧均匀。
进一步，当机组使用的是对冲燃烧锅炉时，使用单个的关闭或开启部分内燃式燃烧器的方法是：根据负荷计算出投运的内燃式燃烧器数量，在锅炉中任意选择开启的内燃式燃烧器位置。
采用上述方法，保证锅炉内的燃烧均匀。
进一步，当机组使用的是切圆燃烧锅炉时，使用单个的关闭或开启部分内燃式燃烧器的方法是：根据负荷计算出投运的内燃式燃烧器数量，在锅炉中至少两列上任意选择开启的内燃式燃烧器位置。
采用上述方法，保证锅炉内的燃烧均匀。
如上所述，本发明的有益效果是：
一方面通过使用廉价的电力，制氧成本，同时也解决了臭氧脱硝装置的运行成本；另一方面使用锅炉侧和汽机侧的协同操作，共同提升机组的灵活性，满足供暖需求。
消纳可再生电力，规模化制氧，使大自然“赐予”人类的空气得以应用；内燃烧燃烧器使用氧气保证锅炉的本质安全，使燃煤火电可以低负荷稳燃，为可再生电力的大规模应用保驾护航；制氧装置与制臭氧装置结合，降低臭氧脱硝成本，使燃煤火电实现低成本的近零排放。从而，实现人与自然的和谐共存，达到“循环经济，循环减排”目的。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例2的结构示意图；
图3为本发明实施例3的W型锅炉的结构示意图；
图4为本发明实施例4的对冲燃烧锅炉的结构示意图；
图5为本发明实施例5的切圆燃烧锅炉的结构示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
实施例1
如图1所示一种富氧燃烧深度调峰及节能减排综合系统，图1中包括锅炉13，烟道14和脱硫塔11，锅炉上使用的是内燃式燃烧器5，内燃式燃烧器5的燃料可以包括煤粉，氧气，天然气，燃油等。机组调节灵活性的系统包括锅炉侧灵活性系统和汽机侧灵活性系统，其中所述锅炉侧灵活性系统包括内燃式燃烧器5；所述内燃式燃烧器5的供应系统中包括氧气供应系统，氧气供应系统包括制氧装置2，烟道14的脱硫塔11前端设有臭氧脱硝装置9，臭氧脱硝装置9的臭氧供应系统包括制臭氧装置10，制臭氧装置10中的氧气也由所述制氧装置2提供。
整个系统当中需要消耗电力的地方都建议使用清洁能源电力1，达到节能环保的目的。清洁能源电力1可以是由水利，太阳能，风能，核能等制成。制氧装置2的供电可以由清洁能源电力1或厂用直销电或者市电提供。汽机侧灵活性系统15包括汽机抽汽减温减压装置或电极加热装置或储热装置。
烟道14中还包括空预器7、电除尘装置8、风机和烟囱12等，在空预器7前端可以设置或不设置SCR脱硝系统6。所述内燃式燃烧器5可指燃料在燃烧器中完成点火并着火燃烧着喷出的燃烧器，燃料在内燃式燃烧器5中提前着火燃烧，其燃烧条件可控，在炉膛13内完全燃烧后进去烟道14中，在烟道14中被SCR脱硝系统6进行初步脱硝(也可以不设置SCR脱硝系统6)，然后经过空预器7和电除尘装置8，过滤后的烟气进入臭氧脱硝装置9，臭氧脱销装置9中的臭氧与氮氧化物反应将烟气中的氮氧化物氧化成高价态，高价态的氮氧化物被脱硫塔洗涤从而达到烟气脱硝的目的。
本实施例当机组处于非供暖期时，使用锅炉侧灵活性系统进行调峰；当机组处于供暖期时，使用锅炉侧灵活性系统进行调峰进行主要调峰，汽机侧灵活性系统进行供暖热量补充；
锅炉侧灵活性系统进行调峰的方法包括同时整体的改变每一个内燃式燃烧器的燃料供应量，或单个的关闭或开启部分内燃式燃烧器。
实施例2
如图2所示一种富氧燃烧深度调峰及节能减排综合系统，图1中包括锅炉13，烟道14和脱硫塔11，锅炉上使用的是内燃式燃烧器5，内燃式燃烧器5的燃料可以包括煤粉，氧气，天然气，燃油等。机组调节灵活性的系统包括锅炉侧灵活性系统和汽机侧灵活性系统，其中所述锅炉侧灵活性系统包括内燃式燃烧器5；所述内燃式燃烧器5的供应系统中包括氧气供应系统，氧气供应系统包括制氧装置2，烟道14的脱硫塔11前端设有臭氧脱硝装置9，臭氧脱硝装置9的臭氧供应系统包括制臭氧装置10，制臭氧装置10中的氧气也由所述制氧装置2提供。
整个系统当中需要消耗电力的地方都建议使用清洁能源电力1，达到节能环保的目的。清洁能源电力1可以是由水利，太阳能，风能，核能等制成。制氧装置2的供电可以由清洁能源电力1或厂用直销电或者市电提供。由于清洁能源电力会随着自然条件的改变和增多或减少，因此清洁能源电力具有处于低谷和高峰，当清洁能源电力处于高峰时，为了更多利用清洁能源电力可以在制氧装置末端设立储氧装置，在清洁能源电力多的时候尽可能制造氧气储存起来，在清洁能源电力少的时候就消耗所储存的氧气。储氧装置的供电也可以由清洁能源电力或厂用直销电或者市电提供。所述制氧装置是采用的深冷空分或变压吸附式制氧。当使用深冷空分方式制氧的时候，还可以从空气中分离出氮气和氩气，制氧装置的出口设有储氮装置22和储氩装置23，创造更大的经济收益。当清洁能源电力处于高峰时，使用清洁能源电力为制氧装置全负荷运行供电，大量产出氧气，一部分供后序装置使用，绝大部分通过储氧装置将清洁能源电力转化为氧气储存；当清洁能源电力处于低谷时，使用清洁能源电力或厂用直销电为制氧装置低负荷运行供电，后序装置消耗的氧气由储氧装置中的氧气提供或者由储氧装置中的氧气结合低负荷运行的制氧装置产出氧气共同提供。
汽机侧灵活性系统15包括汽机抽汽减温减压装置或电极加热装置或储热装置。抽凝机组往往有供热需求，当锅炉低负荷时，蒸汽发热量难以满足供热，因此需要提供额外进行热量补充。因此在汽机侧添加汽机抽汽减温减压装置或电极加热装置或储热装置，当锅炉负荷高时，把富余的能量通过这些装置储存起来，当需要锅炉低负荷发电时，降低锅炉的负荷，当低负荷发电的同时又需要供暖时，就可以释放储存的能量进行补充供暖，从而提升火电机组的灵活性。
烟道14中还包括空预器7、电除尘装置8、风机和烟囱12等，在空预器7前端可以设置或不设置SCR脱硝系统6。所述内燃式燃烧器5可指燃料在燃烧器中完成点火并着火燃烧着喷出的燃烧器，燃料在内燃式燃烧器5中提前着火燃烧，其燃烧条件可控，在炉膛13内完全燃烧后进去烟道14中，在烟道14不设置SCR脱硝系统，然后经过空预器7和电除尘装置8，过滤后的烟气进入臭氧脱硝装置9，臭氧脱销装置9中的臭氧与氮氧化物反应将烟气中的氮氧化物氧化成高价态，高价态的氮氧化物被脱硫塔洗涤从而达到烟气脱硝的目的。
臭氧脱硝和SCR脱硝系统相比的具有以下优点
a、对锅炉烟风道系统的影响极小，几乎不增加烟气系统阻力(30Pa)。
b、作为NOx超低排放目标实现的辅助控制手段，臭氧法装置投运的灵活性和可调节性好。
c、杜绝空预器堵塞风险和除尘器积灰隐患。
所述臭氧脱硝装置9的臭氧由制臭氧装置10提供，该制臭氧装置10的原料氧气由所述制氧装置2提供。所述内燃式燃烧器的氮氧化物排放量低，在锅炉侧就降低了氮氧化物的生成，因此可以取代SCR脱硝系统。由于不再设置SCR脱销系统，则无需考虑原风机、风量、风压不能满足使用要求带来的风机更换、使用后的风阻、清尘、还原剂、氨水、氨逃逸等，以及使用蒸气和建立氨区、报装等手续，所以臭氧脱硝比SCR脱硝更加便捷有效。
本实施例当机组处于非供暖期时，使用锅炉侧灵活性系统进行调峰；当机组处于供暖期时，使用锅炉侧灵活性系统进行调峰进行主要调峰，汽机侧灵活性系统进行供暖热量补充；
锅炉侧灵活性系统进行调峰的方法包括同时整体的改变每一个内燃式燃烧器的燃料供应量，或单个的关闭或开启部分内燃式燃烧器。
实施例3
如图3所示，图3是W型锅炉的一种内燃式燃烧器位置分布示意图，本实施例中可以使用实施例1或实施例2的系统，与上述两个的区别之处在于，本实施例锅炉是W型锅炉，其他与实施例1或实施例2相同的地方不再赘述。
使用整体的改变每一个内燃式燃烧器的燃料供应量的方法是：根据负荷大小，改变每一个内燃式燃烧器的燃料供应量，如锅炉需要以30％的负荷运行，则可以每一个内燃式燃烧器都以30％的燃料供应量运行。
使用单个的关闭或开启部分内燃式燃烧器的方法有多种，满足均匀分布即可，图中共有24个内燃式燃烧器，则选择合适的内燃式燃烧器数量，再将燃料供应量均分给每一个内燃式燃烧器。第一种方法可以是在前拱上开启所有的内燃式燃烧器或者在后拱上开启所有的内燃式燃烧器；第二种方法在所有内燃式燃烧器均匀选择开启的燃烧器，即可以选择开启A1、A2、A5、B3、B6开启，也可以选择C2、C5、D1、D4、D6开启,还可以选择A1,A2、A3、A4、A5、A6,C1,C2、C3、C4、C5、C6开启，还可以有别的选择A1、B1、A2、B2、A3、B3、D4、C4、D5、C5、D6、C6,只要满足尽量均匀分布内燃式燃烧器，使W型锅炉燃烧更均衡即可。
实施例4
如图4所示，图4是对冲燃烧锅炉的一种内燃式燃烧器位置分布示意图，本实施例中可以使用实施例1或实施例2的系统，与上述两个的区别之处在于，本实施例锅炉是对冲燃烧锅炉，其他与实施例1或实施例2相同的地方不再赘述。
使用整体的改变每一个内燃式燃烧器的燃料供应量的方法是：根据负荷大小，改变每一个内燃式燃烧器的燃料供应量，如锅炉需要以30％的负荷运行，则可以每一个内燃式燃烧器都以30％的燃料供应量运行。
使用单个的关闭或开启部分内燃式燃烧器的方法有多种，满足均匀分布即可，图中共有3层前、后墙内燃式燃烧器。第一种方法选择任意一层或多层前墙和任意一层或多层后墙的全部内燃式燃烧器，每一个内燃式燃烧器均分燃料供应量运行，也可以全部选择前墙，或者全部选择后墙的多层和单层；第二种方法是根据负荷计算出燃料供应量及对应的内燃式燃烧器个数以后，在所有内燃式燃烧器中任意一层或多层的任意前和/或后墙选择开启的全部的内燃式燃烧器。即可以选择开启A1的所有燃烧器，也可以选择开启A1、B1的所有燃烧器，也可以选择开启A1、A3的所有燃烧器,还可以选择开启A1、B3的所有燃烧器。
实施例5
如图5所示，图5是切圆燃烧锅炉的一种内燃式燃烧器位置分布示意图，本实施例中可以使用实施例1或实施例2的系统，与上述两个的区别之处在于，本实施例锅炉是切圆燃烧锅炉，其他与实施例1或实施例2相同的地方不再赘述。
使用整体的改变每一个内燃式燃烧器的燃料供应量的方法是：根据负荷大小，改变每一个内燃式燃烧器的燃料供应量，如锅炉需要以30％的负荷运行，则可以每一个内燃式燃烧器都以30％的燃料供应量运行。
使用单个的关闭或开启部分内燃式燃烧器的方法有多种，满足均匀分布即可，图中共有六层多列内燃式燃烧器。第一种方法选择任意两列或两列以上的全部内燃式燃烧器，每一个内燃式燃烧器均分燃料供应量运行；第二种方法是根据负荷计算出燃料供应量及对应的内燃式燃烧器个数以后，在所有内燃式燃烧器中根据数量至少两列中任意选择开启，对每一列具体选择的层数没有位置要求。即可以至少选择任意两列中的任意A1、A2、B1、B2、C1、C2。
任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种富氧燃烧深度调峰及节能减排综合系统，其特征在于：机组调节灵活性的系统包括锅炉侧灵活性系统和汽机侧灵活性系统，其中所述锅炉侧灵活性系统包括内燃式燃烧器；所述内燃式燃烧器的供应系统中包括氧气供应系统，氧气供应系统包括制氧装置，锅炉烟道的脱硫塔前端设有臭氧脱硝装置，臭氧脱硝装置的臭氧供应系统包括制臭氧装置，制臭氧装置中的氧气也由所述制氧装置提供。
2.根据权利要求1所述富氧燃烧深度调峰及节能减排综合系统，其特征在于：所述制氧装置的供电由清洁能源电力或厂用直销电提供。
3.根据权利要求1所述富氧燃烧深度调峰及节能减排综合系统，其特征在于：所述制氧装置是采用的深冷空分或变压吸附式制氧。
4.根据权利要求1所述富氧燃烧深度调峰及节能减排综合系统，其特征在于：所述制氧装置的出口设有储氧装置，储氧装置的供电由清洁能源电力或厂用直销电提供。
5.根据权利要求1所述富氧燃烧深度调峰及节能减排综合系统，其特征在于：所述汽机侧灵活性系统包括汽机抽汽减温减压装置或电极加热装置或储热装置。
6.一种富氧燃烧深度调峰及节能减排综合方法，其特征在于：使用如权利要求1-5任一所述富氧燃烧深度调峰及节能减排综合系统，
当机组处于非供暖期时，使用锅炉侧灵活性系统进行调峰；
当机组处于供暖期时，使用锅炉侧灵活性系统进行主要调峰，汽机侧灵活性系统进行供暖热量补充；
锅炉侧灵活性系统进行调峰的方法包括同时整体的改变每一个内燃式燃烧器的燃料供应量，或单个的关闭、开启或部分开启内燃式燃烧器。
7.根据权利要求6所述富氧燃烧深度调峰及节能减排综合方法，其特征在于：制氧装置的节能减排方法包括：
当清洁能源电力处于高峰时，使用清洁能源电力为制氧装置全负荷运行供电，大量产出氧气，一部分供后序装置使用，绝大部分通过储氧装置将清洁能源电力转化为氧气储存；
当清洁能源电力处于低谷时，使用清洁能源电力或厂用直销电为制氧装置低负荷运行供电，后序装置消耗的氧气由储氧装置中的氧气提供或者由储氧装置中的氧气结合低负荷运行的制氧装置产出氧气共同提供。
8.根据权利要求6所述富氧燃烧深度调峰及节能减排综合方法，其特征在于：当机组使用的是W型锅炉时，使用单个的关闭或开启部分内燃式燃烧器的方法是：根据负荷计算出投运的内燃式燃烧器数量，在前拱上均匀选择开启的内燃式燃烧器位置，或在后拱上均匀选择开启的内燃式燃烧器位置，或在前拱与后拱上均匀选择开启的内燃式燃烧器位置。
9.根据权利要求6所述富氧燃烧深度调峰及节能减排综合方法，其特征在于：当机组使用的是对冲燃烧锅炉时，使用单个的关闭或开启部分内燃式燃烧器的方法是：根据负荷计算出投运的内燃式燃烧器数量，在锅炉中在任意一层或多层的任意前和/或后墙选择开启的全部的内燃式燃烧器位置。
10.根据权利要求6所述富氧燃烧深度调峰及节能减排综合方法，其特征在于：当机组使用的是切圆燃烧锅炉时，使用单个的关闭或开启部分内燃式燃烧器的方法是：根据负荷计算出投运的内燃式燃烧器数量，在锅炉中至少两列上任意选择开启的内燃式燃烧器位置。
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