CN215336284U - 一种纯氧燃烧碳捕集炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种纯氧燃烧碳捕集炉，所述纯氧燃烧碳捕集炉包括锅炉壳体、纯氧燃烧器、锅筒、烟管和烟气回流混合装置，所述锅筒、烟管设置在所述锅炉壳体内，所述纯氧燃烧器与所述锅筒连接，所述纯氧燃烧器、烟管与所述烟气回流混合装置连接，所述烟气回流混合装置包括烟气换热器、烟气冷凝器和循环烟气管路，所述烟管与烟气换热器连接，所述烟气换热器与烟气冷凝器连接，所述烟气冷凝器与烟囱连接，在所述烟气冷凝器与烟囱之间设置CO₂捕集装置，与现有技术相比，本实用新型所述的一种纯氧燃烧碳捕集炉烟气的热量损失少，提高了锅炉效率，并且降低CO₂的排放量。

Description

一种纯氧燃烧碳捕集炉

技术领域

本实用新型涉及燃气锅炉领域，具体而言，涉及一种纯氧燃烧碳捕集炉。

背景技术

锅炉是我们主要的能源提取方式，它是通过燃料在空气中燃烧产生热能来为人们提供能源的。通常低氮氧化物燃气锅炉都是以空气作为助燃剂，空气中含有21％的氧气，其余79％是氮气。在燃烧过程中，氮气是不会参与燃烧，但需要被加热，这将消耗不必要的燃料。燃烧产生的烟气中存在大量氮气，造成烟气排放热量损失，降低锅炉效率。炉内传热主要由辐射传热和对流传热两种形式。氮气为对称型双原子气体，几乎无辐射能力，在常规空气助燃的情况下，无辐射能力的氮气所占比例越高烟气的黑度越低，影响了辐射换热面的传热；同时还会反应生成热力学氮氧化物，增加污染物排放。

纯氧燃烧是以纯氧代替了空气，助燃剂中没有氮气存在，助燃剂气体量大大减少。燃料和氧气直接燃烧反应，生成高浓度的CO₂，便于收集和捕集。烟气排放量大幅减少，热损失减少，提高了锅炉的效率，同时没有NO_X生成，从而达到节能减排的目的。

现有技术中申请号CN201520393699.2的专利公开了一种燃气锅炉，包括波形炉胆，所述波形炉胆内设有纯氧燃烧器，所述纯氧燃烧器包括底座和通气机构。该专利虽然设有纯氧燃烧器，但是烟气的热量损失较多，降低锅炉效率，烟气中存在高浓度的CO₂会造成温室效应。

而如何设计一种纯氧燃烧碳捕集炉能够减少烟气的热量损失，并降低CO₂的排放量是燃气锅炉领域目前亟待解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种纯氧燃烧碳捕集炉，以解决现有技术中烟气的热量损失较多，降低锅炉效率，烟气中存在高浓度的CO₂会造成温室效应的问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种纯氧燃烧碳捕集炉，所述纯氧燃烧碳捕集炉包括锅炉壳体、纯氧燃烧器、锅筒、烟管和烟气回流混合装置，所述锅筒、烟管设置在所述锅炉壳体内，所述纯氧燃烧器、烟管与所述锅筒连接，所述纯氧燃烧器与所述烟气回流混合装置连接，所述烟气回流混合装置包括烟气换热器、烟气冷凝器和循环烟气管路，所述烟管与烟气换热器连接，所述烟气换热器与烟气冷凝器连接，所述烟气冷凝器与烟囱连接，在所述烟气冷凝器与烟囱之间设置CO₂捕集装置。

进一步的，所述纯氧燃烧器与纯氧管路、燃气管路连接，在所述纯氧燃烧器内设置氧气分布器，所述纯氧管路通过所述氧气分布器与所述纯氧燃烧器连接。

纯氧管路、燃气管路的设置便于纯氧、燃气进入纯氧燃烧器内。氧气分布器的设置便于氧气均匀的进入纯氧燃烧器内，保证了氧气和纯氧燃烧器内的助燃介质充分混合，从而使得燃烧反应更为充分，进而有效控制燃料燃烧火焰区的温度。

更进一步的，在所述氧气分布器上设置氧气集气管，所述氧气分布器通过氧气集气管与纯氧管路连接。

氧气集气管的设置便于氧气进入氧气分布器中。

更进一步的，在所述氧气分布器上设置氧气喷孔。

氧气喷孔的设置便于氧气从氧气集气管中喷出进入纯氧燃烧器内。

更进一步的，在所述氧气分布器上设置氧气分支管，所述氧气喷孔设置在所述氧气分支管上。

氧气分支管作为氧气进入纯氧燃烧器内的通道，使得氧气均匀的进入纯氧燃烧器内，当氧气喷孔出现问题时，只需更换氧气分支管即可。

更进一步的，在所述氧气分布器上设置氧气分布环管，所述氧气喷孔设置在所述氧气分布环管上。

氧气分布环管作为氧气进入纯氧燃烧器内的通道，使得氧气在氧气分布环管的圆周方向上均匀的进入纯氧燃烧器内，当氧气喷孔出现问题时，只需更换氧气分布环管即可。

更进一步的，所述氧气分布环管通过氧气分支管与所述氧气分布器连接。氧气分支管的设置增加了氧气分布环管与氧气分布器的连接稳定性。

进一步的，在所述烟管与所述烟气换热器之间设置高温循环烟气掺和管路，在所述高温循环烟气掺和管路上设置高温循环烟气控制阀门。

高温循环烟气掺和管路和高温循环烟气控制阀门的设置，便于将循环烟气温度要控制在130～150℃。

更进一步的，所述高温循环烟气掺和管路的一端与所述烟管的出口连接，所述高温循环烟气掺和管路的另一端与所述烟气换热器的出口连接。

循环烟气温度要控制在130～150℃，当烟气换热器出口温度低于130℃时，便于从烟管出口的引出高温烟气来调节从烟气换热器的出口出来的烟气的温度，便于将循环烟气温度调节至130～150℃。

进一步的，在所述循环烟气管路上设置循环烟气调节阀门和空气旁通管路，在所述循环烟气管路与所述空气旁通管路之间设置空气阀门和消声器。

循环烟气管路上设置有连通大气的空气阀门及消声器，便于锅炉开工阶段没有氧气的情况下正常开工。

本实用新型的提出一种纯氧燃烧碳捕集炉，相对于现有技术而言，本实用新型所述的一种纯氧燃烧碳捕集炉具有以下有益效果：

1)本实用新型所述的一种纯氧燃烧碳捕集炉，采用纯氧燃烧技术，结合烟气回流混合技术，有效控制火焰燃烧温度，满足炉内辐射室和对流室的传热需求。

2)本实用新型所述的一种纯氧燃烧碳捕集炉，氧气分布器的设置便于氧气均匀的进入纯氧燃烧器内，保证了氧气和纯氧燃烧器内的循环烟气充分混合，从而使得燃烧反应更为充分，进而有效控制燃料燃烧火焰区的温度。

3)本实用新型所述的一种纯氧燃烧碳捕集炉，循环烟气管路连接在烟气换热器、烟气冷凝器之间，可以保证循环烟气温度控制在130～150℃，防止循环烟气温度过低，烟气中的水蒸气出现冷凝造成腐蚀和阻塞烟气循环风机和循环烟气管路；同时防止循环烟气温度过高影响烟气循环风机的运行。

4)本实用新型所述的一种纯氧燃烧碳捕集炉，高温循环烟气掺和管路和高温循环烟气控制阀门的设置，便于将循环烟气温度要控制在130～150℃。

5)本实用新型所述的一种纯氧燃烧碳捕集炉，在所述循环烟气管路与所述空气旁通管路之间设置空气阀门和消声器，便于锅炉开工阶段没有氧气的情况下正常开工。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述的一种纯氧燃烧碳捕集炉的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述的一种纯氧燃烧碳捕集炉的氧气分布器之一的立体结构示意图；

图3为本实用新型实施例所述的一种纯氧燃烧碳捕集炉的氧气分布器之二的立体结构示意图；

图4为本实用新型实施例所述的一种纯氧燃烧碳捕集炉的氧气分布器之三的立体结构示意图；

图5为本实用新型实施例所述的一种纯氧燃烧碳捕集炉的氧气分布器之三的侧视结构示意图。

附图标记说明：

1、消声器；2、空气阀门；3、循环烟气管路；4、烟气循环风机；5、纯氧管路；6、燃气管路；7、烟气换热器；8、烟管；9、纯氧燃烧器；10、循环烟气调节阀门；11、烟气冷凝器；12、水管路；13、烟气阀门；14、锅筒；15、CO₂捕集装置；16、烟囱；17、冷凝水出口管；18、排凝阀门；19、氧气分布器；20、锅炉壳体；21、高温循环烟气掺和管路；22、高温循环烟气控制阀门；23、氧气集气管；24、氧气分支管；25、氧气喷孔；26、氧气分布环管；27、CO₂管路。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本实用新型的实施例中所提到的“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

实施例1

本实施例提供了一种纯氧燃烧碳捕集炉，如图1所示，所述纯氧燃烧碳捕集炉包括锅炉壳体20、纯氧燃烧器9、锅筒14、烟管8和烟气回流混合装置，所述锅筒14、烟管8设置在所述锅炉壳体20内，所述纯氧燃烧器9、烟管8与所述锅筒14连接，所述纯氧燃烧器9与所述烟气回流混合装置连接，所述烟气回流混合装置包括烟气换热器7、烟气冷凝器11和循环烟气管路3，所述烟管8与烟气换热器7连接，所述烟气换热器7与烟气冷凝器11连接，所述烟气冷凝器11与烟囱16连接，在所述烟气冷凝器11与烟囱16之间设置CO₂捕集装置15。

具体的，所述烟管8与所述烟气换热器7连接，烟气换热器7设置在烟管8的出口，烟气换热器7利用水或者水和其他吸热介质将烟气温度由230～250℃降至130～150℃。

具体的，所述烟气换热器7与所述烟气冷凝器11连接，烟气冷凝器11设置在烟气换热器7之后，在烟气冷凝器11中，烟气通过冷水换热，将烟气温度降至露点以下。烟气出口温度冷凝至50～60℃，大量气态水被冷凝成液态水，由排凝管路排出。

更具体的，在所述烟气冷凝器11上设置水管路12和冷凝水出口管17，在所述冷凝水出口管17上设置排凝阀门18。水管路12的设置便于向烟气冷凝器11内进水。冷凝水出口管17和排凝阀门18的设置，当烟气中的大部分水蒸气被冷凝成液态水时，便于从冷凝水出口管17排出。

具体的，所述烟气冷凝器11与烟囱16连接。所述烟气冷凝器11与烟囱16通过管路连接，在连接烟气冷凝器11与烟囱16的管路上设置烟气阀门13。烟气阀门13设置便于调节排除的烟气量。

更具体的，如图1所示，在所述烟气冷凝器11与烟囱16之间设置CO₂捕集装置15，在CO₂捕集装置15上设置CO₂管路27。CO₂捕集装置15的设置用于将烟气中的CO₂进一步浓缩提纯。CO₂管路27的设置用于收集输送浓缩提纯后的CO₂。

具体的，如图1所示，所述纯氧燃烧器9包括烟气循环风机4、氧气分布器19和燃气喷枪(图中未显示)。所述纯氧燃烧器9与纯氧管路5、燃气管路6连接。纯氧管路5、燃气管路6的设置便于纯氧、燃气进入纯氧燃烧器9内。

具体的，如图2、图3和图4所示，所述的氧气分布器19设置在纯氧燃烧器9的内部，所述纯氧管路5通过所述氧气分布器19与所述纯氧燃烧器9连接。氧气分布器19的设置便于氧气均匀的进入纯氧燃烧器9内，保证了氧气和纯氧燃烧器9内的循环烟气充分混合，从而使得燃烧反应更为充分，进而有效控制燃料燃烧火焰区的温度。

具体的，如图2、图3和图4所示，在所述氧气分布器19上设置氧气集气管23，所述氧气分布器19通过氧气集气管23与纯氧管路5连接。氧气集气管23的设置便于氧气进入氧气分布器19中。

更具体的，所述氧气集气管23设置在靠近所述氧气分布器19下端。

具体的，在所述氧气分布器19上设置氧气喷孔25。氧气喷孔25的设置便于氧气从氧气集气管23中喷出进入纯氧燃烧器9内。

更具体的，所述氧气喷孔25均匀分布在靠近所述氧气分布器19的上端。

更具体的，如图2所示，所述氧气喷孔25的圈数不做限制，所述氧气喷孔25的圈数可以为1圈、2圈或4圈等。

更具体的，如图2所示，在本实施例中，优选的，所述氧气喷孔25的圈数为3圈，相邻两圈的氧气喷孔25交错排列。

在所述循环烟气管路3上设置空气旁通管路，在所述循环烟气管路3与所述空气旁通管路之间设置空气阀门2和消声器1。在循环烟气管路3上设置空气阀门2和消声器1，空气通过消声器1、空气阀门2和空气旁通管路进入循环烟气管路3，便于锅炉的开工阶段在没有氧气的情况下也能正常开工。

所述循环烟气管路3的一端连接所述烟气循环风机4，所述循环烟气管路3的另一端连接在烟气换热器7、烟气冷凝器11之间。循环烟气管路3连接在烟气换热器7、烟气冷凝器11之间，可以保证循环烟气温度控制在130～150℃之间，防止循环烟气温度过低，烟气中的水蒸气出现冷凝造成腐蚀和阻塞烟气循环风机4和循环烟气管路3；同时防止循环烟气温度过高影响烟气循环风机4的运行。

具体的，如图1所示，在所述烟管8与所述烟气换热器7之间设置高温循环烟气掺和管路21，在所述高温循环烟气掺和管路21设置高温循环烟气控制阀门22。高温循环烟气掺和管路21和高温循环烟气控制阀门22的设置，便于将循环烟气温度要控制在130～150℃。

更具体的，如图1所示，所述高温循环烟气掺和管路21的一端与所述烟管8的出口连接，所述高温循环烟气掺和管路21的另一端与所述烟气换热器7的出口连接。循环烟气温度要控制在130～150℃，当烟气换热器7出口温度低于130℃时，便于从烟管8出口的引出高温烟气来调节从烟气换热器7的出口出来的烟气的温度，便于将循环烟气温度调节至130～150℃。

本实施例所述的一种纯氧燃烧碳捕集炉的工作原理如下：

开工状态：空气阀门2打开，循环烟气调节阀门10关闭，烟气阀门13打开。烟气循环风机4打开，空气经过消声器1进入烟气循环风机4。燃气喷枪喷出的燃料和烟气循环风机4鼓进的空气混合接触，在锅筒14内进行燃烧，通过辐射和对流传热，高温烟气通过锅筒14将热量传递给锅炉中的水。锅炉内烟气然后进入烟管8，进一步将热量传递给炉内的水。烟气进入烟气换热器7中进一步降温，热量被烟气换热器7的水吸走，在烟气换热器7出口的烟气温度在130～150℃之间。从烟气换热器7出来的烟气，再经过烟气冷凝器11，热量进一步被烟气冷凝器11的水吸收。烟气温度降至50～60℃后，烟气中的大部分水蒸气被冷凝成液态水由冷凝水出口管17排出。烟气可直接由烟囱16排入大气；也可以剩余烟气进入CO₂捕集装置15，CO₂被收集后，少量烟气由烟囱16排入大气。

纯氧状态：空气阀门2关闭，循环烟气调节阀门10开启，烟气阀门13关闭。氧气由纯氧管路5经氧气分布器19喷入纯氧燃烧器9内部，烟气由循环烟气管路3经过循环烟气调节阀门10进入烟气循环风机4，氧气和烟气循环风机4鼓进的烟气混合后与燃料接触燃烧。热量通过辐射和对流传热，高温烟气通过锅筒14将热量传递给锅炉中的水。锅炉内的烟气然后进入烟管8，进一步将热量传递给炉内的水。烟气进入烟气换热器7中进一步降温，热量被烟气换热器7的水吸走，在烟气换热器7出口的烟气温度在130～150℃之间。烟气的主要成分为CO₂和H₂O、极少的过剩氧。从烟气换热器7出来的烟气，一部分烟气由循环烟气管路3经过循环烟气调节阀门10进入烟气循环风机4和纯氧燃烧器9中的氧气混合。另一部分烟气再经过烟气冷凝器11，热量进一步被水吸收。烟气温度降至50～60℃后，烟气中80％的水蒸气被冷凝成液态水由冷凝水出口管17排出。烟气中的CO₂浓度可以达到80％以上，这一部分烟气进入CO₂捕集装置15进行回收，回收后的少量烟气由烟囱16排出。

助燃介质为烟气和循环烟气混合物，通过调整循环烟气调节阀门10的开度，调节助燃介质的氧气含量。助燃介质氧气浓度控制在25％～50％之间。循环烟气的量优选控制烟气量的0.68～2.2倍之间。

实施例2

与实施例1不同的是，具体的，如图3所示，在所述氧气分布器19上设置氧气分支管24，所述氧气喷孔25设置在所述氧气分支管24上。氧气分支管24作为氧气进入纯氧燃烧器9内的通道，使得氧气均匀的进入纯氧燃烧器9内，当氧气喷孔25出现问题时，只需更换氧气分支管24即可。

更具体的，如图3所示，所述氧气分支管24设置在靠近所述氧气分布器19的上端。所述氧气分支管24的数量至少为3个。

更具体的，如图3所示，在本实施例中，优选的，所述氧气分支管24的数量为8个。在每个所述氧气分支管24都均匀的设置氧气喷孔25。

实施例3

与实施例1不同的是，具体的，如图4和图5所示，在所述氧气分布器19上设置氧气分布环管26，所述氧气喷孔25设置在所述氧气分布环管26上。氧气分布环管26作为氧气进入纯氧燃烧器9内的通道，使得氧气在氧气分布环管26的圆周方向上均匀的进入纯氧燃烧器9内，当氧气喷孔25出现问题时，只需更换氧气分布环管26即可。

具体的，如图4和图5所示，所述氧气分布环管26通过氧气分支管24与所述氧气分布器19连接。氧气分支管24的设置增加了氧气分布环管26与氧气分布器19的连接稳定性。

更具体的，如图4和图5所示，所述氧气分支管24设置在靠近所述氧气分布器19的上端，所述氧气分支管24向外延伸与所述氧气分布环管26连接。

更具体的，如图4所示，所述氧气喷孔25在所述氧气分布环管26上均匀设置，所述氧气喷孔25的中心线与所述氧气分布器19的中心线夹角在30°～70°之间。

具体的，所述氧气分支管24的数量至少为2个。

更具体的，如图4所示，在本实施例中，优选的，所述氧气分支管24的数量为3个。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种纯氧燃烧碳捕集炉，其特征在于，所述纯氧燃烧碳捕集炉包括锅炉壳体(20)、纯氧燃烧器(9)、锅筒(14)、烟管(8)和烟气回流混合装置，所述锅筒(14)、烟管(8)设置在所述锅炉壳体(20)内，所述纯氧燃烧器(9)、烟管(8)与所述锅筒(14)连接，所述纯氧燃烧器(9)与所述烟气回流混合装置连接，所述烟气回流混合装置包括烟气换热器(7)、烟气冷凝器(11)和循环烟气管路(3)，所述烟管(8)与烟气换热器(7)连接，所述烟气换热器(7)与烟气冷凝器(11)连接，所述烟气冷凝器(11)与烟囱(16)连接，在所述烟气冷凝器(11)与烟囱(16)之间设置CO₂捕集装置(15)。

2.根据权利要求1所述的一种纯氧燃烧碳捕集炉，其特征在于，所述纯氧燃烧器(9)与纯氧管路(5)、燃气管路(6)连接，在所述纯氧燃烧器(9)内设置氧气分布器(19)，所述纯氧管路(5)通过所述氧气分布器(19)与所述纯氧燃烧器(9)连接。

3.根据权利要求2所述的一种纯氧燃烧碳捕集炉，其特征在于，在所述氧气分布器(19)上设置氧气集气管(23)，所述氧气分布器(19)通过氧气集气管(23)与纯氧管路(5)连接。

4.根据权利要求3所述的一种纯氧燃烧碳捕集炉，其特征在于，在所述氧气分布器(19)上设置氧气喷孔(25)。

5.根据权利要求4所述的一种纯氧燃烧碳捕集炉，其特征在于，在所述氧气分布器(19)上设置氧气分支管(24)，所述氧气喷孔(25)设置在所述氧气分支管(24)上。

6.根据权利要求4所述的一种纯氧燃烧碳捕集炉，其特征在于，在所述氧气分布器(19)上设置氧气分布环管(26)，所述氧气喷孔(25)设置在所述氧气分布环管(26)上。

7.根据权利要求6所述的一种纯氧燃烧碳捕集炉，其特征在于，所述氧气分布环管(26)通过氧气分支管(24)与所述氧气分布器(19)连接。

8.根据权利要求1所述的一种纯氧燃烧碳捕集炉，其特征在于，在所述烟管(8)与所述烟气换热器(7)之间设置高温循环烟气掺和管路(21)，在所述高温循环烟气掺和管路(21)上设置高温循环烟气控制阀门(22)。

9.根据权利要求8所述的一种纯氧燃烧碳捕集炉，其特征在于，所述高温循环烟气掺和管路(21)的一端与所述烟管(8)的出口连接，所述高温循环烟气掺和管路(21)的另一端与所述烟气换热器(7)的出口连接。

10.根据权利要求1所述的一种纯氧燃烧碳捕集炉，其特征在于，在所述循环烟气管路(3)上设置循环烟气调节阀门(10)和空气旁通管路，在所述循环烟气管路(3)与所述空气旁通管路之间设置空气阀门(2)和消声器(1)。

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