CN110529839B - 一种布朗气催化助燃的燃煤电站掺烧半焦的系统和方法 - Google Patents

一种布朗气催化助燃的燃煤电站掺烧半焦的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种布朗气催化助燃的燃煤电站掺烧半焦的系统和方法。本发明对低阶煤热解半焦和烟煤进行混燃，通过夹心风的方式将布朗气布置在一次风喷口处，对半焦进行催化助燃，可以有效地解决半焦难燃且燃尽性能差的问题。将深冷空分制氮机产生的富氧空气利用烟气预热后作为富氧燃尽风，控制主燃区过量空气系数在0.8以下，增强主燃区的还原性，在有效控制NOx排放的同时可以保证燃料充分燃烧，提高锅炉的燃烧效率。利用液氮对烟气和汽轮机排汽进行冷凝，并利用空气预热器前的烟气对深冷空分制氮机的设备进行加热，收集烟气中的水分和减少电厂循环冷却水利用的同时也可制得高纯度的氮气，提高了锅炉和深冷空分制氮机的效率。

Description

一种布朗气催化助燃的燃煤电站掺烧半焦的系统和方法
技术领域
本发明属于电站煤粉炉发电技术领域，特别涉及一种布朗气催化助燃的燃煤电站掺烧半焦的系统和方法。
背景技术
根据2018年《世界能源统计年鉴》，在当今我国能源消费中，煤炭消费占比创历史新低，但是仍高达60.4％，说明很长一段时间我国能源消耗依旧以煤炭为主。目前，我国低阶煤储量为5000亿吨，约占已探明煤炭储量的42％。随着我国低阶煤分级转化产业的不断发展，每年会产生数千万吨的半焦。半焦作为碳基固体燃料，具有灰分含量高和挥发分含量低等特点，导致其着火燃尽性能差且燃尽时NOx排放高，所以目前采用烟煤与半焦混燃的方式，以此来改善半焦的燃烧特性。与此同时，国家对于污染物排放的标准日益严苛，所以大多数火力发电厂采用空气和燃料分级燃烧技术以及各种脱硝技术用来降低NOx排放。在半焦与烟煤的混燃过程中，如何实现半焦的大规模清洁利用，是目前亟待解决的问题。
布朗气是指通过布朗发生器以碱性水溶液为原料电解生成2：1比例的氢氧混合可燃气体。这种混合气体具有一定的催化特性，并且水资源的来源十分丰富，所以是一种可以大量获取的可以提高反应活性的物质。
深冷空分制氮技术作为一种应用最广泛的工业制氮技术，可以生产出浓度高达99.999％的氮气。但是，在制氮过程中，会产生部分氧气浓度为35％左右的富氧空气，在生产过程中通常会排空，这部分资源是可以利用的。
通过布朗气对半焦进行催化燃烧，改善半焦的燃烧性能；利用深冷空分制氮排空的富氧空气作为富氧燃尽风，控制主燃区过量空气系数，这样提高燃尽效率的同时可以降低NOx排放；并且制氮过程中的液氮吸热生产氮气过程可以冷凝烟气和汽轮机排汽，降低烟气中的水分含量，消除白色烟羽视觉污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种布朗气催化助燃的燃煤电站掺烧半焦的系统和方法。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种布朗气催化助燃的燃煤电站掺烧半焦的系统，包括布朗气发生器、磨煤机、一次风喷口、二次风喷口、燃尽风喷口、空气预热器、风机、加压输送设备深冷空分制氮机、凝汽器、烟气冷凝器、烟气再热器、烟囱和锅炉本体，以及自下而上布置在锅炉本体内的锅炉主燃区和燃尽区；其中，
一次风喷口和二次风喷口分别布置在锅炉主燃区，燃尽风喷口布置在锅炉燃尽区，空气预热器布置在锅炉本体的尾部烟道内；
工作时，利用布朗气发生器产生布朗气，将布朗气布置在一次风喷口处，与半焦一次风和烟煤一次风一起经过磨煤机和一次风喷口通入锅炉主燃区；空气经过风机通入空气预热器进行加热，产生的一次风和二次风分别通入一次风喷口和二次风喷口；深冷空分制氮机制得的富氧空气经过加压输送设备通入空气预热器进行加热，然后再经过燃尽风喷口通入锅炉燃尽区；深冷空分制氮机制得的液氮，一部分通入凝汽器中，冷凝大量汽轮机排汽，产生的冷凝水进入锅炉继续利用，另一部分通入烟气冷凝器中，对锅炉烟气进行冷凝，冷凝后的烟气依次经过烟气再热器和烟囱排放。
本发明进一步的改进在于，通过夹心风的方式将布朗气布置在一次风喷口处，加强对半焦的催化燃烧的同时并利用一次风对布朗气进行预热。
本发明进一步的改进在于，在一次风喷口布置时，将半焦一次风布置在烟煤一次风之上，利用烟煤燃烧助燃半焦。
本发明进一步的改进在于，深冷空分制氮机能够产生氧浓度为35％的富氧空气，经空气预热器预热后通入锅炉作为燃尽风。
本发明进一步的改进在于，利用空气预热器前烟气的热能为深冷空分制氮机中的分子筛设备进行加热。
本发明进一步的改进在于，利用集水器收集烟气中的水，作为电厂的循环水加以利用，同时液氮吸热能够生产高纯度的氮气。
一种布朗气催化助燃的掺烧半焦方法，该方法基于上述一种布朗气催化助燃的燃煤电站掺烧半焦的系统，包括以下内容：
一次风喷口布置过程中，半焦一次风布置在上，利用烟煤燃烧产生的热量助燃半焦，布朗气则通过夹心风的方式布置在一次风喷口处；
利用分级配风的方式，延长半焦在炉膛内的停留时间，使半焦能够充分燃烧；
调整二次风风量，控制主燃区过量空气系数在0.8以下，以增强主燃区还原性，达到控制NOx排放的目的；
将富氧空气预热后作为燃尽风通入燃尽区，使燃料能够充分燃烧。
一种布朗气催化助燃的燃煤电站掺烧半焦的方法，该方法基于上述一种布朗气催化助燃的燃煤电站掺烧半焦的系统，包括以下内容：
利用空气预热器前烟气的热能为深冷空分制氮机中的分子筛设备进行加热；
收集深冷空分制氮机产生的富氧空气，预热后送入炉膛充当富氧燃尽风；
利用液氮在烟气冷凝器中冷凝烟气，并收集烟气中的水作为电厂的循环水加以利用，同时用于生产高纯度的氮气；
在凝汽器利用液氮冷凝汽轮机排汽，冷凝水继续循环使用，液氮吸热生产高纯度氮气。
本发明提供的布朗气催化助燃的燃煤电站掺烧半焦的系统和方法，具有以下有益的技术效果：
(1)利用布朗气催化燃烧半焦，将布朗气以夹心风的方式布置在一次风喷口处，可以促进半焦的燃烧；
(2)利用深冷空分制氮机常用于排空的氧浓度为35％左右的富氧空气，经过空气预热器集热后通入燃尽区作为富氧燃尽风，与此同时控制主燃区过量空气系数在0.8以下，这样能达到既控制NOx排放又促进燃料燃烧完全的目的。
(3)利用液氮冷凝烟气，既可以回收烟气中的水作为循环水使用，又可以利用液氮吸热生产高纯度的氮气；
(4)利用液氮冷凝汽轮机排汽，冷凝水循环利用，液氮吸热后可以生产高纯度的氮气；
(5)深冷空分制氮机中分子筛等设备通常需要加热到150～200℃，可以利用空气预热器之前的烟气进行加热，充分利用锅炉燃烧产生的热能。
综上所述，本发明对低阶煤热解半焦和烟煤进行混燃，通过夹心风的方式将布朗气布置在一次风喷口处，对半焦进行催化助燃，可以有效地解决半焦难燃且燃尽性能差的问题。将深冷空分制氮机产生的富氧空气利用烟气预热后作为富氧燃尽风，控制主燃区过量空气系数在0.8以下，增强主燃区的还原性，在有效控制NOx排放的同时可以保证燃料充分燃烧，提高锅炉的燃烧效率。利用液氮对烟气和汽轮机排汽进行冷凝，并利用空气预热器前的烟气对深冷空分制氮机的设备进行加热，收集烟气中的水分和减少电厂循环冷却水利用的同时也可制得高纯度的氮气，提高了锅炉和深冷空分制氮机的效率。
附图说明
图1是本发明一种布朗气催化助燃的燃煤电站掺烧半焦的系统示意图。
图2是本发明一次风喷口的示意图。
附图标记说明：
1为布朗气发生器，2为磨煤机，3为一次风喷口，4为二次风喷口，5为燃尽风喷口，6为空气预热器，7为风机，8为加压输送设备，9为深冷空分制氮机，10为凝汽器，11为烟气冷凝器，12为集水器，13为烟气再热器，14为烟囱，15为锅炉本体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1和图2，本发明提供的一种布朗气催化助燃的燃煤电站掺烧半焦的系统，包括布朗气发生器1、磨煤机2、一次风喷口3、二次风喷口4、燃尽风喷口5、空气预热器6、风机7、加压输送设备8、深冷空分制氮机9、凝汽器10、烟气冷凝器11、集水器12、烟气再热器13、烟囱14和锅炉本体15，以及自下而上布置的锅炉主燃区和燃尽区。
其中，一次风喷口3和二次风喷口4分别布置在锅炉主燃区，燃尽风喷口5布置在锅炉燃尽区，空气预热器6布置在锅炉本体15的尾部烟道内；工作时，利用布朗气发生器1产生布朗气，将布朗气布置在一次风喷口3处，与半焦一次风和烟煤一次风一起经过磨煤机2和一次风喷口3通入锅炉主燃区；空气经过风机7通入空气预热器6进行加热，产生的一次风和二次风分别通入一次风喷口3和二次风喷口4；深冷空分制氮机9制得的富氧空气经过加压输送设备8通入空气预热器6进行加热，然后再经过燃尽风喷口5通入锅炉燃尽区；深冷空分制氮机9制得的液氮，一部分通入凝汽器10中，冷凝大量汽轮机排汽，产生的冷凝水进入锅炉继续利用，另一部分通入烟气冷凝器11中，对锅炉烟气进行冷凝，冷凝后的烟气依次经过烟气再热器13和烟囱14排放。
进一步地，采用分级配风方式，利用布朗气发生器1产生布朗气，通过夹心风的方式将布朗气布置在一次风喷口3处，加强对半焦的催化燃烧的同时也可以利用一次风对布朗气进行预热。
进一步地，将布朗气发生器1布置在一次风喷口3附近，利用布朗气发生器1产生布朗气，最大程度保证布朗气的反应活性。
进一步地，在一次风喷口3布置时，将半焦一次风布置在烟煤一次风之上，利用烟煤燃烧助燃半焦。
进一步地，深冷空分制氮机9会产生氧浓度为35％左右的富氧空气，通常会进行放空，本文将富氧空气通过加压输送设备8通入空气预热器6进行加热，最后通入锅炉燃尽区进行利用，既可以保证燃料燃尽也可以控制锅炉NOx排放。
进一步地，利用空气预热器6前烟气的热能为深冷空分制氮机9中的分子筛等设备进行加热。
进一步地，利用深冷空分制氮机9生产的液氮在烟气冷凝器11中对烟气进行冷凝，用集水器12收集烟气中的水，可以作为电厂的循环水加以利用，同时液氮吸热可以生产高纯度的氮气。
进一步地，将深冷空分制氮机9生产的液氮通入凝汽器10，冷凝大量汽轮机排汽，产生的冷凝水进入锅炉继续利用，同时液氮吸热可以生产高纯度的氮气。
参见图1，本发明提供的一种布朗气催化助燃的半焦烟煤混燃方法，包括：
(1)一次风喷口3布置过程中，半焦一次风布置在上，利用烟煤燃烧产生的热量助燃半焦，布朗气则通过夹心风的方式布置在一次风喷口3处；
(2)利用分级配风的方式，延长半焦在炉膛内的停留时间，使半焦可以充分燃烧；
(3)调整二次风风量，控制主燃区过量空气系数在0.8以下，以增强主燃区还原性，达到控制NOx排放的目的；
(4)将富氧空气预热后作为燃尽风通入燃尽区，使燃料可以充分燃烧。
参见图1，本发明提供的一种布朗气催化助燃的燃煤电站掺烧半焦的方法，包括：
(1)利用空气预热器6前烟气的热能为深冷空分制氮机9中的分子筛等设备进行加热；
(2)收集深冷空分制氮机9产生的富氧空气，预热后送入炉膛充当富氧燃尽风；
(3)利用液氮在烟气冷凝器11中冷凝烟气，并用集水器12收集烟气中的水作为电厂的循环水加以利用，同时也可以生产高纯度的氮气；
(4)在凝汽器10利用液氮冷凝汽轮机排汽，冷凝水继续循环使用，液氮吸热可以生产高纯度氮气。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种布朗气催化助燃的燃煤电站掺烧半焦的系统，包括磨煤机(2)、空气预热器(6)、风机(7)、锅炉本体(15)，以及自下而上布置在锅炉本体(15)内的锅炉主燃区和燃尽区，空气预热器(6)布置在锅炉本体(15)的尾部烟道内，空气经过风机(7)通入空气预热器(6)进行加热，产生一次风和二次风，其特征在于，
还包括布朗气发生器(1)、一次风喷口(3)、二次风喷口(4)、燃尽风喷口(5)、加压输送设备(8)、深冷空分制氮机(9)、凝汽器(10)、烟气冷凝器(11)、烟气再热器(13)和烟囱(14)；其中，
一次风喷口(3)和二次风喷口(4)分别布置在锅炉主燃区，燃尽风喷口(5)布置在锅炉燃尽区；
工作时，利用布朗气发生器(1)产生布朗气，将布朗气布置在一次风喷口(3)处，与半焦一次风和烟煤一次风一起经过磨煤机(2)和一次风喷口(3)通入锅炉主燃区；产生的一次风和二次风分别通入一次风喷口(3)和二次风喷口(4)；深冷空分制氮机(9)制得的富氧空气经过加压输送设备(8)通入空气预热器(6)进行加热，然后再经过燃尽风喷口(5)通入锅炉燃尽区；深冷空分制氮机(9)制得的液氮，一部分通入凝汽器(10)中，冷凝大量汽轮机排汽，产生的冷凝水进入锅炉继续利用，另一部分通入烟气冷凝器(11)中，对锅炉烟气进行冷凝，冷凝后的烟气依次经过烟气再热器(13)和烟囱(14)排放。
2.根据权利要求1所述的一种布朗气催化助燃的燃煤电站掺烧半焦的系统，其特征在于，通过夹心风的方式将布朗气布置在一次风喷口(3)处，加强对半焦的催化燃烧的同时并利用一次风对布朗气进行预热。
3.根据权利要求1所述的一种布朗气催化助燃的燃煤电站掺烧半焦的系统，其特征在于，在一次风喷口(3)布置时，将半焦一次风布置在烟煤一次风之上，利用烟煤燃烧助燃半焦。
4.根据权利要求1所述的一种布朗气催化助燃的燃煤电站掺烧半焦的系统，其特征在于，深冷空分制氮机(9)能够产生氧浓度为35％的富氧空气，经空气预热器(6)预热后通入锅炉作为燃尽风。
5.根据权利要求1所述的一种布朗气催化助燃的燃煤电站掺烧半焦的系统，其特征在于，利用空气预热器(6)前烟气的热能为深冷空分制氮机(9)中的分子筛设备进行加热。
6.根据权利要求1所述的一种布朗气催化助燃的燃煤电站掺烧半焦的系统，其特征在于，利用集水器(12)收集烟气中的水，作为电厂的循环水加以利用，同时液氮吸热能够生产高纯度的氮气。
7.一种布朗气催化助燃的掺烧半焦方法，其特征在于，该方法基于权利要求1至6中任一项所述的一种布朗气催化助燃的燃煤电站掺烧半焦的系统，包括以下内容：
一次风喷口(3)布置过程中，半焦一次风布置在上，利用烟煤燃烧产生的热量助燃半焦，布朗气则通过夹心风的方式布置在一次风喷口(3)处；
利用分级配风的方式，延长半焦在炉膛内的停留时间，使半焦能够充分燃烧；
调整二次风风量，控制主燃区过量空气系数在0.8以下，以增强主燃区还原性，达到控制NOx排放的目的；
将富氧空气预热后作为燃尽风通入燃尽区，使燃料能够充分燃烧。
8.一种布朗气催化助燃的燃煤电站掺烧半焦的方法，其特征在于，该方法基于权利要求1至6中任一项所述的一种布朗气催化助燃的燃煤电站掺烧半焦的系统，包括以下内容：
利用空气预热器(6)前烟气的热能为深冷空分制氮机(9)中的分子筛设备进行加热；
收集深冷空分制氮机(9)产生的富氧空气，预热后送入炉膛充当富氧燃尽风；
利用液氮在烟气冷凝器(11)中冷凝烟气，并收集烟气中的水作为电厂的循环水加以利用，同时用于生产高纯度的氮气；
在凝汽器(10)利用液氮冷凝汽轮机排汽，冷凝水继续循环使用，液氮吸热生产高纯度氮气。
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