CN117128506A - 直产高浓度co2的生物质锅炉燃烧系统及调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种直产高浓度CO2的生物质锅炉燃烧系统及调节方法，直产高浓度CO2的生物质锅炉燃烧系统包括锅炉、送风机构、灰循环机构和污染物处理机构，锅炉顶部的烟气出口与高温分离器相连，高温分离器与烟道相连，烟道内预热器与锅炉炉膛相连通，烟道与除尘器相连，除尘器与冷凝器相连，冷凝器与烟囱相连，一次风机构和二次风机构送风进入锅炉炉膛，纯氧发生器与一次风机构和二次风机构相连，灰循环机构包括返料器、灰斗和灰调节器，返料器与锅炉炉膛和高温分离器的底部相连，污染物处理机构位于锅炉内进行脱硫脱硝。本发明提供的直产高浓度CO2的生物质锅炉燃烧系统具备温度分布均匀、减少炉膛结渣、提高锅炉效率的优点。
Description
技术领域
本发明涉及生物质锅炉技术领域，尤其涉及一种直产高浓度CO2的生物质锅炉燃烧系统及调节方法。
背景技术
富氧燃烧作为一种“燃烧中”碳减排技术，已成为全球研究者的关注热点。富氧燃烧被认为是一种能有效减少CO2排放、最具潜力的新型燃烧技术，截止目前，对于富氧燃烧技术的研究主要还侧重于燃煤锅炉，且大多处于小试、中试或项目的可行性研究阶段，而对以生物质燃料的锅炉系统及燃烧调节研究还较少，难以解决因富氧燃烧造成的局部超温和温度不均匀，烟气循环富集作用使得锅炉内污染物增加。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种直产高浓度CO2的生物质锅炉燃烧系统，该直产高浓度CO2的生物质锅炉燃烧系统具有温度分布均匀、减少炉膛结渣、提高锅炉效率的优点。
根据本发明实施例的直产高浓度CO2的生物质锅炉燃烧系统，直产高浓度CO2的生物质锅炉燃烧系统包括锅炉、送风机构、灰循环机构和污染物处理机构，所述锅炉的进料口与燃料供给装置相连，锅炉顶部的烟气出口与高温分离器相连，所述高温分离器的出气口与烟道相连，所述烟道内设有预热器，所述预热器与锅炉炉膛相连通，所述烟道与所述除尘器相连，所述除尘器与冷凝器相连，所述冷凝器的出口与烟囱相连，所述送风机构包括启动风机、再循环风机、纯氧发生器、一次风机构和二次风机构，所述一次风机构和二次风机构均与所述启动风机和所述再循环风机相连，所述一次风机构和二次风机构与所述预热器相连通并送风进入所述锅炉炉膛，所述纯氧发生器与所述一次风机构和二次风机构相连，所述灰循环机构包括返料器、灰斗和灰调节器，所述返料器与所述锅炉炉膛和所述高温分离器的底部相连，所述灰斗与锅炉炉膛相连，所述灰调节器与炉膛相连，所述污染物处理机构位于所述锅炉内进行脱硫脱硝。
根据本发明实施例的直产高浓度CO2的生物质锅炉燃烧系统具有温度分布均匀、减少炉膛结渣、提高锅炉效率的优点。本申请通过送风机构实现对一次风和二次风氧浓度的调节控制，一次风、二次风配合调节锅炉内氧分布，通过灰循环机构实现锅炉内燃烧物料的补充。
在一些实施例中，所述污染物处理机构包括位于所述锅炉内的脱硝装置和氧化钙投注装置。
在一些实施例中，所述一次风机构包括一次风风室和一次风引风机，所述二次风机构包括二次风风室和二次风引风机，所述一次风引风机和二次风引风机与所述预热器相连，所述一次风风室和二次风风室与所述启动风机相连。
在一些实施例中，所述除尘器与所述烟气冷凝器之间设置压缩装置。
在一些实施例中，所述锅炉的一次风进风口位于锅炉炉内布风板下方，所述锅炉的二次风进风口高于一次风进口，所述二次风进风口位于所述炉内布风板上方。
在一些实施例中，所述返料器与所述预热器相连通。
根据本发明实施例的直产高浓度CO2的生物质锅炉燃烧系统的调节方法，直产高浓度CO2的生物质锅炉燃烧系统的调节方法包括以下步骤：
启动燃烧，启动风机向一次风风室和二次风风室输送助燃气体，经一次风风机和二次风风机抽引进入预热器内预热，预热后气流进入锅炉炉膛燃烧；
富氧燃烧模式，启动纯氧发生器向所述一次风风室和二次风风室输送纯氧，调节一次风风室和二次风风室中氧浓度控制进入锅炉的氧分布；
烟气处理，所述锅炉的烟气经过高温分离器进行气固分离，分离得到的固态烟尘进入返料器作为返料灰，分离得到的气体进入烟道经过预热器降温后进入除尘器，除尘后烟气经过压缩进入冷凝器，冷凝后烟气分成两部分，一部分烟气经过再循环风机引出进入二次风风室，另一部分烟气进入烟囱。
灰调节，控制返料器的控制阀调节进入炉膛的返料灰量，控制灰调节器调节炉膛底部的灰斗进入锅炉的灰量。
在一些实施例中，所述冷凝后烟气引出进入二次风风室的比例为55％～75％。
在一些实施例中，所述二次风中氧气浓度为10％～15％。
在一些实施例中，所述返料灰与二次风混合并以二次风为输送动力。
附图说明
图1是根据本发明实施例中直产高浓度CO2的生物质锅炉燃烧系统的前视图。
附图标记：1、燃料供给装置；2、锅炉；3、灰斗；4、灰调节器；5、脱硝装置；6、氧化钙投注装置；7、高温分离器；8、返料器；9、烟道；10、预热器；11、一次风引风机；12、二次风引风机；13、除尘器；14、二次风风室15、一次风风室；16、压缩装置；17、冷凝器；18、再循环风机；19、启动风机；20、纯氧发生器；21、烟囱。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
根据本发明实施例的直产高浓度CO2的生物质锅炉2燃烧系统，直产高浓度CO2的生物质锅炉燃烧系统包括锅炉2、送风机构、灰循环机构和污染物处理机构，锅炉2的进料口与燃料供给装置1相连，锅炉2顶部的烟气出口与高温分离器7相连，高温分离器7的出气口与烟道9相连，烟道9内设有预热器10，预热器10与锅炉炉膛相连通，烟道9与除尘器13相连，除尘器13与冷凝器17相连，冷凝器17的出口与烟囱21相连，送风机构包括启动风机19、再循环风机18、纯氧发生器20、一次风机构和二次风机构，一次风机构和二次风机构均与启动风机19和再循环风机18相连，一次风机构和二次风机构与预热器10相连通并送风进入锅炉炉膛，纯氧发生器20与一次风机构和二次风机构相连，灰循环机构包括返料器8、灰斗3和灰调节器4，返料器8与锅炉炉膛和高温分离器7的底部相连，灰斗3与锅炉炉膛相连，灰调节器4与炉膛相连，污染物处理机构位于锅炉2内进行脱硫脱硝。送风机构通过一次风机构和二次风加工成本向炉膛内输送富氧气体，改变纯氧发生器20进入一次风机构和二次风机构的比例和流量能控制进入锅炉2的氧分布，避免锅炉2富氧燃烧因氧浓度过高导致的局部过烧，灰循环机构通过返料器8向炉膛返灰和灰调节器4将灰斗3的灰向锅炉2内补充，灰循环机构向锅炉2内补充循环物料来带动燃烧热量传递便于热量快速传递至炉膛的上部受热面，能够避免锅炉2下部因高氧浓度超温燃烧。纯氧发生器20中纯氧的获得可以来自空分装置(深冷分离法、吸附分离法、膜分离法)，也可以来自电解水制氢过程的副产氧气，也可来自其他具有稳定供应条件且经济性好的氧源。
根据本发明实施例的直产高浓度CO2的生物质锅炉2燃烧系统具有温度分布均匀、减少炉膛结渣、提高锅炉2效率的优点和技术效果。
在一些实施例中，污染物处理机构包括位于锅炉2内的脱硝装置5和氧化钙投注装置6。
具体地，脱硝装置5可以采用SNCR方法，氧化钙投注装置6用来进行氧化钙干法脱硫脱硝工艺。
在一些实施例中，一次风机构包括一次风风室15和一次风引风机11，二次风机构包括二次风风室14和二次风引风机12，一次风引风机11和二次风引风机12与预热器10相连，一次风风室15和二次风风室14与启动风机19相连。
具体地，一次风风室15和二次风风室14与启动风机19相连接受来自启动风机19输送的气流，一次风引风机11和二次风引风机12将一次风风室15和二次风风室14内的空气输送到预热器10内与烟道9的高温烟气进行气气换热，预热器10为气气类换热器。换热后的一次风和二次风分别送入锅炉2的一次风进风口和二次风进风口。
在一些实施例中，除尘器13与烟气冷凝器17之间设置压缩装置16。
具体地，除尘器13除去烟气中的粉尘和其他一些固体污染物，烟气进入压缩装置16经过压缩机压缩后成为高压浓缩气体，然后在冷凝器17中利用气体组分的冷凝温度不同，将易凝结的VOC组分通过降温凝结成液体而得到分离，给后续烟气处理减轻了负担。
在一些实施例中，锅炉2的一次风进风口位于锅炉2炉内布风板下方，锅炉2的二次风进风口高于一次风进口，二次风进风口位于炉内布风板上方。
具体地，锅炉2的一次风进风口位置置于炉内布风板下，进入炉内分布更均匀；锅炉2的二次风进风口高于一次风进口，二次风进风口位于炉内布风板之上。二次风是再循环风机18提供的烟气，二次风高于一次风，能够对锅炉2内起到扰动作用改变炉内物料浓度分布。可选的，锅炉2的进风口数量和位置沿炉体竖向和径向多点布置，使得一次风和二次风的分布更均匀，二次风也进一步强化炉内流化燃烧过程。
在一些实施例中，返料器8与预热器10相连通。
具体地，返料器8与预热器10相连通，来自预热器10的二次风吹扫返料器8内的未燃尽灰，借助二次风作用气力输送动力将返料器8内的返料灰送入炉膛内补充循环物料。
根据本发明实施例的直产高浓度CO2的生物质锅炉2燃烧系统的调节方法，直产高浓度CO2的生物质锅炉2燃烧系统的调节方法包括以下步骤：
启动燃烧，启动风机19向一次风风室15和二次风风室14输送助燃气体，经一次风风机和二次风风机抽引进入预热器10内预热，预热后气流进入锅炉炉膛燃烧；在启动燃烧阶段，由启动风机19输送助燃气体，助燃气体分别进入一次风和二次风的风室内，风机抽引风室内气体进入预热器10与烟气换热实现预热，预热后的气体进入炉膛参与燃烧。
富氧燃烧模式，启动纯氧发生器20向一次风风室15和二次风风室14输送纯氧，调节一次风风室15和二次风风室14中氧浓度控制进入锅炉2的氧分布；燃烧启动后，锅炉2进入纯氧一次风供给下的富氧燃烧模式，富氧条件下锅炉2燃烧增强、炉温更高，可以通过控制二次风流量、一次风和二次风流量互调方式调节一次风和二次风的氧浓度，控制进入锅炉2的氧分布避免局部过烧。
烟气处理，锅炉2的烟气经过高温分离器7进行气固分离，分离得到的固态烟尘进入返料器8作为返料灰，分离得到的气体进入烟道9经过预热器10降温后进入除尘器13，除尘后烟气经过压缩进入冷凝器17，冷凝后烟气分成两部分，一部分烟气经过再循环风机18引出进入二次风风室14，另一部分烟气进入外排烟囱21。
固态成型后的生物质燃料经过燃料供给装置1送入生物质锅炉2的进料口后在炉膛内燃烧，燃烧热传递至炉内受热面产于驱动汽轮机发电的过热蒸汽，锅炉2烟气排出进入高温分离器7，高温分离器7为旋风分离器，烟气在烟道9内经过预热器10换热降温，经过除尘器13除尘，压缩机压缩，冷凝器17将烟气冷凝至温度约40℃，冷凝后的烟气内二氧化碳浓度可达85％以上，部分烟气进入二次风风室14作为二次风进入炉膛辅助燃烧，另一部分烟气进入外排烟囱21后根据需要进行进一步技术处理。
灰调节，控制返料器8的控制阀调节进入炉膛的返料灰量，控制灰调节器4调节炉膛底部的灰斗3进入锅炉2的灰量。灰调节通过返料器8、灰调节器4实现对锅炉炉膛内循环物料的补充，控制锅炉2内燃料灰的总量实现热量传递。
在一些实施例中，冷凝后烟气引出进入二次风风室14的比例为55％～75％。
具体地，冷凝后烟气作为循环风引入的比例为55％～75％时效果最适宜。
在一些实施例中，二次风中氧气浓度为10％～15％。
具体地，冷凝后烟气作为循环风，循环风中O2浓度约10-15％，循环风氧气浓度此时对锅炉炉膛氧分布调节最适宜，还可以控制纯氧发生器20向循环风中补充氧气。
在一些实施例中，返料灰与二次风混合并以二次风为输送动力。
具体地，返料灰与二次风混合既能提升返料灰温度又能将返料器8内未燃烬灰充分送入炉膛内。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种直产高浓度CO2的生物质锅炉燃烧系统，其特征在于，包括：
锅炉，所述锅炉的进料口与燃料供给装置相连，锅炉顶部的烟气出口与高温分离器相连，所述高温分离器的出气口与烟道相连，所述烟道内设有预热器，所述预热器与锅炉炉膛相连通，所述烟道与所述除尘器相连，所述除尘器与冷凝器相连，所述冷凝器的出口与烟囱相连；
送风机构，所述送风机构包括启动风机、再循环风机、纯氧发生器、一次风机构和二次风机构，所述一次风机构和二次风机构均与所述启动风机和所述再循环风机相连，所述一次风机构和二次风机构与所述预热器相连通并送风进入所述锅炉炉膛，所述纯氧发生器与所述一次风机构和二次风机构相连；
灰循环机构，所述灰循环机构包括返料器、灰斗和灰调节器，所述返料器与所述锅炉炉膛和所述高温分离器的底部相连，所述灰斗与锅炉炉膛相连，所述灰调节器与炉膛相连；
污染物处理机构，所述污染物处理机构位于所述锅炉内进行脱硫脱硝。
2.根据权利要求1所述的直产高浓度CO2的生物质锅炉燃烧系统，其特征在于，所述污染物处理机构包括位于所述锅炉内的脱硝装置和氧化钙投注装置。
3.根据权利要求1所述的直产高浓度CO2的生物质锅炉燃烧系统，其特征在于，所述一次风机构包括一次风风室和一次风引风机，所述二次风机构包括二次风风室和二次风引风机，所述一次风引风机和二次风引风机与所述预热器相连，所述一次风风室和二次风风室与所述启动风机相连。
4.根据权利要求1所述的直产高浓度CO2的生物质锅炉燃烧系统，其特征在于，所述除尘器与所述烟气冷凝器之间设置压缩装置。
5.根据权利要求1所述的直产高浓度CO2的生物质锅炉燃烧系统，其特征在于，所述锅炉的一次风进风口位于锅炉炉内布风板下方，所述锅炉的二次风进风口高于一次风进口，所述二次风进风口位于所述炉内布风板上方。
6.根据权利要求1所述的直产高浓度CO2的生物质锅炉燃烧系统，其特征在于，所述返料器与所述预热器相连通。
7.一种直产高浓度CO2的生物质锅炉燃烧系统的调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
启动燃烧，启动风机向一次风风室和二次风风室输送助燃气体，经一次风风机和二次风风机抽引进入预热器内预热，预热后气流进入锅炉炉膛燃烧；
富氧燃烧模式，启动纯氧发生器向所述一次风风室和二次风风室输送纯氧，调节一次风风室和二次风风室中氧浓度控制进入锅炉的氧分布；
烟气处理，所述锅炉的烟气经过高温分离器进行气固分离，分离得到的固态烟尘进入返料器作为返料灰，分离得到的气体进入烟道经过预热器降温后进入除尘器，除尘后烟气经过压缩进入冷凝器，冷凝后烟气分成两部分，一部分烟气经过再循环风机引出进入二次风风室，另一部分烟气进入烟囱。
灰调节，控制返料器的控制阀调节进入炉膛的返料灰量，控制灰调节器调节炉膛底部的灰斗进入锅炉的灰量。
8.根据权利要求7所述的直产高浓度CO2的生物质锅炉燃烧系统的调节方法，其特征在于，所述冷凝后烟气引出进入二次风风室的比例为55％～75％。
9.根据权利要求7所述的直产高浓度CO2的生物质锅炉燃烧系统的调节方法，其特征在于，所述二次风中氧气浓度为10％～15％。
10.根据权利要求7所述的直产高浓度CO2的生物质锅炉燃烧系统的调节方法，其特征在于，所述返料灰与二次风混合并以二次风为输送动力。
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