CN1959208A - 富氧燃烧循环流化床锅炉系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种富氧燃烧循环流化床锅炉系统。该系统采用带有外置式流化床换热器的循环流化床锅炉，将空气分离器分离出来的高浓度氧气和锅炉尾部的再循环烟气组成的混合气体(氧气体积浓度为29％－60％左右)与燃料一起进行燃烧，并通过调节进入外置式流化床换热器中飞灰颗粒的流量来控制锅炉负荷和炉膛温度。本发明不仅具有CO2回收容易的特点，还具有燃烧效率高，污染物排放少，系统占地面积少和投资成本低的优点，有非常广阔的应用前景。

Description

富氧燃烧循环流化床锅炉系统
技术领域
本发明涉及富氧燃烧循环流化床锅炉系统，主要适用于燃用煤等以碳为主要成分的固体燃料。
背景技术
目前，国内外大部分锅炉都是以空气作为燃料的氧化剂，将燃烧产生的烟气经一定处理后排向大气。虽然空气随处可得，无需专门的制取设备，但是由于空气中的N2不能参与燃烧，且带走了燃烧产生的部分热量，从而增大了排烟热损失；同时，N2在燃烧过程中会被氧化生成对环境产生污染的氮氧化物。此外，在燃烧以碳为主要成分的固体燃料(例如煤)时，产生的烟气中含有温室气体CO2，不能直接排向大气，需要对CO2进行分离回收，但是由于烟气中含有的CO2浓度比较低(约13％-15％)，在较低的压力下，从以N2为主的烟气中分离出CO2的难度很大，导致分离设备复杂，成本较高。
O2/CO2燃烧技术是解决上述问题的有效途径之一，即用空气分离获得的高浓度氧气和一部分锅炉尾部的再循环烟气混合，得到的混合气代替空气作为燃料燃烧时的氧化剂。混合气中氧气的浓度一般为21％，通过多次循环来提高锅炉尾部烟气中的CO2浓度以便于回收。
《Energy Conversion and Management》(能量转换和管理)杂志在1992年第33卷发表了一篇文章，文章题目为《Pulverized coal combustion inO2/CO2 mixture on a power plant for CO2 recovery》(发电设备中用于回收CO2的O2/CO2混合物中的粉煤燃烧)，文章的作者Nakayama等人在文中提出了一套带有废气清洁过程和CO2液体回收装置的O2/CO2燃烧锅炉系统。该系统回收的CO2浓度能够达到90％以上，系统的效率相比采用空气燃烧的系统提高了4.5％左右。但是，O2/CO2燃烧锅炉系统也只是将空气中的氮气换成了锅炉尾部烟气，氧气所占的体积份额基本不变，仍然有很大一部分气体不能参与燃烧，气体流量很大，使得锅炉的体积比较大，成本较高。此外，炉膛内温度难于控制，预加热器容易发生气体泄漏。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足之处，提出一种富氧燃烧循环流化床锅炉系统。该系统采用带有外置式流化床换热器的循环流化床锅炉，并在O2/CO2燃烧技术的基础上，提高进入锅炉的氧化剂中的氧气浓度(达到29％-60％)，不仅燃烧效率高，污染物排放少，能够方便地回收烟气中的CO2，而且锅炉体积比较小，降低了锅炉成本。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：循环流化床炉膛、下排气旋风分离器和尾部对流换热器依次相连，尾部对流换热器、预加热器、除尘与脱硫装置和气体冷却器依次相连，气体冷却器通过引风机、第一气体流量调节阀与CO2回收装置相连，气体冷却器通过引风机、第一气体流量调节阀、第二气体流量调节阀、烟气再循环风机与预加热器相连，气体冷却器通过引风机、第一气体流量调节阀、第二气体流量调节阀、流化风送风机与外置式流化床换热器相连，空气分离器和预加热器通过同一个管道与循环流化床炉膛相连，下排气旋风分离器的底部出口与返料控制器相连，返料控制器的出口分别与循环流化床炉膛、外置式流化床换热器相连，外置式流化床换热器的出口与循环流化床炉膛相连，循环流化床炉膛的底部与灰渣冷却器相连。
本发明与现有技术相比优点在于：
(1)采用外置式流化床换热器，利用返料控制器调节进入外置式流化床换热器的飞灰颗粒的流量，可以方便地实现炉膛温度控制，克服了其它锅炉在氧气浓度提高后炉膛温度难于控制的问题。
(2)利用气体流量调节阀提高进入炉膛内的燃料氧化剂中氧气的浓度，气固比(烟气量与固体颗粒量之比)明显下降，即在给煤量相同的条件下，烟气流量大大地减少，从而使得锅炉的体积和重量明显减少，节省了成本。
(3)采用返料控制器，提高了炉内SO2与脱硫剂的接触时间和脱硫剂的利用效率，从而提高脱硫效率，降低了SO2的排放。
(4)从空气分离器出来的氧气不经过预加热器，直接进入循环流化床炉膛，避免了采用预加热器加热氧气发生气体泄漏的问题。
(5)本发明进入CO2回收装置的CO2浓度达到了98％以上，能够容易地回收，降低了CO2的回收成本。
附图说明
图1为本发明富氧燃烧循环流化床锅炉系统一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，本发明富氧燃烧循环流化床锅炉系统一种实施例的结构为，循环流化床炉膛1、下排气旋风分离器2和尾部对流换热器3依次相连，尾部对流换热器3、预加热器4、除尘与脱硫装置5和气体冷却器6依次相连，气体冷却器6通过引风机13、第一气体流量调节阀16与CO2回收装置7相连，气体冷却器6通过引风机13、第一气体流量调节阀16、第二气体流量调节阀17、烟气再循环风机14与预加热器4相连，气体冷却器6通过引风机13、第一气体流量调节阀16、第二气体流量调节阀17、流化风送风机15与外置式流化床换热器10相连，以上均通过管道相连。空气分离器9和预加热器4通过同一个管道与循环流化床炉膛1相连，下排气旋风分离器2的底部出口与返料控制器12相连，返料控制器12的出口通过两个管道分别与循环流化床炉膛1、外置式流化床换热器10相连，外置式流化床换热器10的出口通过管道与循环流化床炉膛1相连，循环流化床炉膛1的底部与灰渣冷却器11相连。
灰渣冷却器11可为风水共冷式流化床冷渣器；预加热器4可为管式换热器；气体冷却器6可为直接接触式气体冷却器；空气分离器9可为低温空气分离器。
本发明还可包含N2回收装置8，N2回收装置8与空气分离器9相连。
燃料可选用煤或者主要成分为碳的固体燃料；脱硫剂可选石灰石或白云石。
空气经空气分离器9分离后得到高浓度氧气，高浓度氧气和经过预加热器4预加热后的再循环烟气混合(混合气中，氧气的浓度为29％-60％)作为燃料的氧化剂。氧化剂分为两路分别作为一次风、二次风送入循环流化床炉膛1，然后与循环流化床炉膛1中的燃料和脱硫剂一起燃烧，燃烧生成的炉渣由灰渣冷却器11冷却并排出。燃烧生成的含灰烟气(主要是CO2，水蒸汽和飞灰颗粒)离开循环流化床炉膛1进入下排气旋风分离器2，在下排气旋风分离器2中，大部分的飞灰颗粒从烟气中分离出来。分离下来的飞灰颗粒在返料控制器12的调节作用下，一部分直接返回到炉膛1中，另一部分经外置式流化床换热器10冷却后再返回循环流化床炉膛1。利用返料控制器12调节进入外置式流化床换热器10的飞灰颗粒的流量来达到调节锅炉负荷和炉膛温度的目的。当炉膛温度过高时，通过调节返料控制器12增大进入外置式流化床换热器10的飞灰量来降低炉膛的温度；反之，如果炉膛温度过低，则减少进入外置式流化床换热器10的飞灰量。经过下排气旋风分离器2分离后的烟气主要是CO2和水蒸气，它们依次经过尾部对流换热器3和预加热器4降温，降温后在除尘与脱硫装置5中进行除尘和脱硫处理，得到的气体为湿CO2气体，它在气体冷却器6中进一步降温，然后通过引风机13在第一气体流量调节阀16和第二气体流量调节阀17的作用下分成三部分，大部分在CO2回收装置7中回收，小部分作为再循环烟气通过烟气再循环风机14和预加热器4与由空气分离器9分离后得到的氧气混合，还有一部分通过流化风送风机15送入外置式流化床换热器10作为飞灰颗粒的流化风。

Claims (6)

1.一种富氧燃烧循环流化床锅炉系统，其特征在于：循环流化床炉膛(1)、下排气旋风分离器(2)和尾部对流换热器(3)依次相连，尾部对流换热器(3)、预加热器(4)、除尘与脱硫装置(5)和气体冷却器(6)依次相连，气体冷却器(6)通过引风机(13)、第一气体流量调节阀(16)与CO2回收装置(7)相连，气体冷却器(6)通过引风机(13)、第一气体流量调节阀(16)、第二气体流量调节阀(17)、烟气再循环风机(14)与预加热器(4)相连，气体冷却器(6)通过引风机(13)、第一气体流量调节阀(16)、第二气体流量调节阀(17)、流化风送风机(15)与外置式流化床换热器(10)相连，空气分离器(9)和预加热器(4)通过同一个管道与循环流化床炉膛(1)相连，下排气旋风分离器(2)的底部出口与返料控制器(12)相连，返料控制器(12)的出口分别与循环流化床炉膛(1)、外置式流化床换热器(10)相连，外置式流化床换热器(10)的出口与循环流化床炉膛(1)相连，循环流化床炉膛(1)的底部与灰渣冷却器(11)相连。
2.根据权利要求1所述的富氧燃烧循环流化床锅炉系统，其特征在于：灰渣冷却器(11)为风水共冷式流化床冷渣器。
3.根据权利要求1所述的富氧燃烧循环流化床锅炉系统，其特征在于：预加热器(4)为管式换热器。
4.根据权利要求1所述的富氧燃烧循环流化床锅炉系统，其特征在于：气体冷却器(6)为直接接触式气体冷却器。
5.根据权利要求1所述的富氧燃烧循环流化床锅炉系统，其特征在于：空气分离器(9)为低温空气分离器。
6.根据权利要求1所述的富氧燃烧循环流化床锅炉系统，其特征在于：还包含N2回收装置(8)，N2回收装置(8)与空气分离器(9)相连。
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