循环流化床富氧燃烧装置及其运行方法 |
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| 申请号 | CN201510228263.2 | 申请日 | 2015-05-07 | 公开(公告)号 | CN104848213B | 公开(公告)日 | 2017-03-15 |
| 申请人 | 东方电气集团东方锅炉股份有限公司; | 发明人 | 毛宇; 陈灿; 胡修奎; 霍锁善; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种循环 流化床 富 氧 燃烧装置，包括 风 室、设置在风室上方的布风装置和设置在布风装置上方的 炉膛 ，在所述炉膛上部连接有高温旋风分离器，在所述高温旋风分离器上部连接有受热面，在所述受热面下部连接有省 煤 器；同时公开了一种循环流化床富氧燃烧装置的运行方法。本发明能够改善 现有技术 存在的不足，采用中温烟气作为一次风和二次风，分别进入炉膛作为再循环风，并对一次风和二次风进行分别注氧，实现注氧量的调节，同时为炉膛燃烧提供 氧化剂 ，能够使循环流化床 锅炉 排出的CO2浓度富集到80%以上，利于煤燃烧后烟气中CO2的捕集。 | ||||||
| 权利要求 | 1.循环流化床富氧燃烧装置，包括风室（101）、设置在风室（101）上方的布风装置（102）和设置在布风装置（102）上方的炉膛（103），在所述炉膛（103）上部连接有高温旋风分离器（104），在所述高温旋风分离器（104）上部连接有受热面（106），在所述受热面（106）下部连接有省煤器（107），其特征在于：所述高温旋风分离器（104）下端通过回料器（105）与布风装置（102）相连接，所述省煤器（107）下部连接有中温旋风分离器（108），所述中温旋风分离器（108）依次通过一次烟气再循环风机（109）和一次风氧注入器（111）与风室（101）相连接，并且所述中温旋风分离器（108）下部依次通过二次烟气再循环风机（110）和二次风氧注入器（112）与布风装置（102）相连接，所述省煤器（107）下部依次通过烟气预热器（114）、除尘器（115）与引风机（116）相连接，所述引风机（116）远离烟气预热器（114）一端与CO2压缩纯化装置（118）相连接，在所述布风装置（102）上设置有播煤管（125）。 |
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| 说明书全文 | 循环流化床富氧燃烧装置及其运行方法技术领域背景技术[0002] 二氧化碳因具有温室效应被普遍认为是导致全球气候变暖的重要原因之一，化石能源的利用是大气中最重要的CO2来源，如果将全球温室气体排放量按行业统计，发电行业是最大的排放源。而燃煤发电又是发电行业中CO2排放的最主要来源，全球发电行业燃煤发电占40%。全球有大量的化石燃料电厂在运行，这就需要找到一种针对化石燃料发电的CO2减排解决方案。因此，国际社会在《联合国气候变化框架公约》基础上对全球气候变化问题进行了广泛合作。缔约国于1997年签定的《京都议定书》设定了主要工业化国家减少温室气体排放的目标。降低CO2排放从此成了全球应对气候变化共同努力的目标。 [0003] 富氧燃烧是在现有电站锅炉系统基础上，富氧燃烧系统是用纯氧或富氧代替空气作为化石燃料燃烧的氧化介质，燃烧产物主要是CO2和水蒸气，另外还有多余的氧气以保证燃烧完全，以及燃料中所有组成成分的氧化产物、燃料或泄漏进入系统的空气中的惰性成分等。经过冷却水蒸汽冷凝后，烟气中CO2含量在80% ~98%之间。这样高浓度的CO2经过压缩、干燥和进一步的净化后进行利用或存储，从而以较小的代价冷凝压缩后实现CO2的永久封存或资源化利用，较为容易实现大规模化CO2富集和减排，并且由于这种新型燃烧方式与现有电站燃烧方式在技术具有良好的承接性，也容易被电力行业接受。 [0004] 现有的富氧燃烧装置存在CO2大量排放等问题，导致CO2捕集率低的问题，同时，大量烟气直接排放之后，造成资源的浪费。 发明内容[0005] 本发明的目的在于提供一种循环流化床富氧燃烧装置及其运行方法，能够改善现有技术存在的不足，采用中温烟气作为一次风和二次风，分别进入炉膛作为再循环风，并对一次风和二次风进行分别注氧，实现注氧量的调节，同时为炉膛燃烧提供氧化剂，能够使循环流化床锅炉排出的CO2浓度富集到80%以上，利于煤燃烧后烟气中CO2的捕集。 [0006] 本发明通过以下技术方案实现： [0007] 循环流化床富氧燃烧装置，包括风室、设置在风室上方的布风装置和设置在布风装置上方的炉膛，在所述炉膛上部连接有高温旋风分离器，在所述高温旋风分离器上部连接有受热面，在所述受热面下部连接有省煤器，所述高温旋风分离器下端通过回料器与布风装置相连接，所述省煤器下部连接有中温旋风分离器，所述中温旋风分离器依次通过一次烟气再循环风机和一次风氧注入器与风室相连接，并且所述中温旋风分离器下部依次通过二次烟气再循环风机和二次风氧注入器与布风装置相连接，所述省煤器下部依次通过烟气预热器、除尘器与引风机相连接，所述引风机远离烟气预热器一端与CO2压缩纯化装置相连接，在所述布风装置上设置有播煤管。 [0008] 通过布风装置使床料均匀流化，防止大颗粒床料沉积，避免结渣和漏渣，经过中温旋风分离器和烟气再循环风机，通过烟气再循环风机抽取中温湿烟气进行烟气再循环，中温湿烟气含有大量的水蒸气，湿烟气进入炉膛，将大量的水蒸气带入炉内，相当于向炉内增湿，提高脱硫效率。通过中温旋风分离器输出的烟气经过一次烟气再循环风机并通过一次风氧注入器注入氧气之后输入到炉膛，作为一次风；通过中温旋风分离器输出的烟气经过二次烟气再循环风机增压，并由二次风氧注入器注入氧气后作为二次风输入到炉膛。由于一次风和二次风分别注入氧气，因此可以根据需要调整注氧比例。经过炉内脱除硫氧化物的多余烟气可以直接送至CO2压缩纯化装置进行压缩纯化，作为工业原料或封存，也可以直接经烟囱排向大气。 [0009] 由于采用中温烟气注氧之后作为一次风和二次风进行再循环，为炉膛燃烧提供氧化剂，能够使循环流化床锅炉排出的CO2浓度富集到80%以上，利于煤燃烧后烟气中CO2的捕集；并且经过中温湿烟气参与再循环过程，湿烟气进入炉膛，能够将大量水蒸气带入炉内，相当于向炉内增湿，能够提高脱硫效率，因而尾部不需要设置专门的脱硫装置即可满足硫氧化物的排放要求，可以降低尾部设备的规模，降低成本。 [0010] 进一步地，为更好的实现本发明，所述引风机远离烟气预热器一端连接有烟冷器，所述烟冷器远离引风机一端通过冷烟气再循环风机与烟气预热器相连接，所述烟气预热器与播煤管相连接。对于收到基水分含量高于10%以上的煤种，需要进行处理，故采用经烟冷器冷凝脱水处理后的干冷烟气，并将干冷烟气经冷烟气再循环风机增压后作为播煤风。采用烟冷器实现冷凝脱水处理，能够避免富氧燃烧烟气再循环过程中硫氧化物、水蒸气出现富集，造成再循环烟气管道及受热面腐蚀及制粉系统干燥输送困难等问题。 [0011] 进一步地，为更好的实现本发明，所述冷烟气再循环风机远离CO2压缩纯化装置一端与罗茨风机相连接，所述罗茨风机分别与回料器、播煤管相连接。对于收到基水分含量高于10%以上的煤种，为了防止煤粉散落，本发明设置罗茨风机对经过烟冷器冷凝脱水处理后的冷烟气进行增压处理后作为播煤密封风。 [0012] 进一步地，为更好的实现本发明，所述二次烟气再循环风机的输出口与所述播煤管相连接。对于收到基水分含量不高于10%的煤种，本发明中可以采用二次烟气再循环风机出口、注氧之前的中温烟气作为播煤风。 [0013] 进一步地，为更好的实现本发明，所述一次烟气再循环风机的输出口与所述播煤管的入口相连接。对于收到基水分含量不高于10%的煤种，本发明中采用一次烟气再循环风机出口、注氧之前的中温烟气作为播煤密封风，用于防止煤粉反窜。 [0014] 进一步地，为更好的实现本发明，在所述省煤器与烟气预热器之间设置有烟气挡板。为了调整进入烟气预热器内的烟气的量，调整烟道中的阻力，本发明通过设置烟气挡板来调整烟道中的放热量，调整烟气挡板两侧的放热量，实现调节汽温的效果。 [0015] 进一步地，为更好的实现本发明，在所述布风装置上设置有石灰石添加口。可以采用向炉内添加石灰石的方式脱硫，并通过布置在炉膛出口的高温旋风分离器将经烟气携带出来的含有大量未反应的石灰石或石灰分离出来，并通过回料装置即回料器送回炉膛继续参与脱硫，提高石灰石的利用率和提高脱硫效率。采用石灰石，能够脱除烟气中的硫氧化物SOx，防止烟气中的硫氧化物随烟气循环而出现富集的问题，控制在循环烟气及排放烟气中硫氧化物浓度在合适的范围内，防止烟道及受热面酸腐蚀。 [0016] 进一步地，为更好的实现本发明，所述石灰石添加口位于所述播煤管上和/或位于所述回料器的回料腿上。石灰石添加口的位置可以根据锅炉容量来布置，对于大容量锅炉，为提高脱硫效率，保证石灰石尽可能均匀散播在炉内，石灰石添加口可以布置在播煤管的给煤口上或者回料器的回料腿上，也可以同时安装在给煤口或者回料器的回料腿上。 [0017] 进一步地，为更好的实现本发明，在所述烟气预热器与除尘器之间设置有低温省煤器。 [0018] 进一步地，为更好的实现本发明，在风室或风道内设置有床下点火装置。 [0019] 本发明同时公开了一种循环流化床富氧燃烧装置的运行方法，所述中温旋风分离器分离烟气占高温旋风分离器输出烟气的65% 80%作为再循环烟气并分别作为一次风和二~次风。 [0020] 进一步地，为更好的实现本发明，高温旋风分离器输出烟气的20% 35%依次经预热~器、除尘器、引风机后，抽取约15%-30%经烟冷器冷凝脱水处理，作为回料器用风和播煤用风，其余烟气送至CO2压缩纯化装置压缩或通过烟囱排入大气。 [0021] 进一步地，为更好的实现本发明，所述一次风氧注入器注入燃烧所需的40%-60%的氧气，所述二次风氧注入器注入燃烧所需60%-40%的氧气。 [0022] 本发明与现有技术相比，具有以下有益效果： [0023] （1）本发明采用中温烟气注氧后进行再循环，并作为床料流化介质及燃烧氧化剂，有效控制锅炉排烟中CO2浓度富集到80％以上，利于煤燃烧后烟气中CO2的捕集； [0024] （2）本发明采用炉内石灰石脱硫，通过中温湿烟气再循环，湿烟气进入炉膛，将大量的水蒸气带入炉内，相当于向炉内增湿，提高脱硫效率，尾部不需布置专门的脱硫装置即可满足硫氧化物SOx的排放要求； [0025] （3）本发明采用在风道内或风室内布置床下富氧点火装置，采用床下富氧点火方式，提高循环流化床床下点火着火稳定性； [0026] （4）本发明采用在炉膛下部布置有布置装置，使床料均匀流化，防止大颗粒床料沉积，避免结渣和漏渣； [0027] （5）本发明采用向中温湿烟气中注氧，充分混合后作为燃烧氧化剂，并且一次风、二次风按不同比例分开注氧，能够实现根据需要调节注氧量，实现一次风和二次风含氧量的方便调节； [0028] （6）本发明密封风和回料器用风采用未注氧的循环烟气，安全性更高； [0029] （7）本发明采用中温湿烟气循环，系统尾部设备部件规模大大缩小，降低初投资和运行成本； [0030] （8）本发明针对高水分煤采用在富氧燃烧锅炉系统中布置烟冷器，冷凝脱水处理避免富氧燃烧烟气再循环过程中硫氧化物、水蒸气出现富集，造成再循环烟气管道及受热面腐蚀及制粉系统煤粉干燥输送困难等问题。附图说明 [0031] 图1为本发明实施例1结构示意图； [0032] 图2为本发明实施例2结构示意图。 [0033] 其中：101—风室；102—布风装置；103—炉膛；104—高温旋风分离器；105—回料器；106—受热面；107—省煤器；108—中温旋风分离器；109—一次烟气再循环风机；110—二次烟气再循环风机；111—一次风氧注入器；112—二次风氧注入器；113—烟气挡板；114—烟气预热器；115—除尘器；116—引风机；117—烟冷器；118—CO2压缩纯化装置； 119—冷烟气再循环风机；120—罗茨风机；125—播煤管。 具体实施方式[0034] 下面结合具体实施例对本发明进行进一步详细介绍，但本发明的实施方式不限于此。 [0035] 如图1所示，该循环流化床富氧燃烧装置包括风室101、布风装置102、炉膛103、高温旋风分离器104、回料器105、受热面106、省煤器107、中温旋风分离器108、一次烟气再循环风机109、二次烟气再循环风机110、一次氧注入器111、二次氧注入器112、烟气预热器114、除尘器115、引风机116、烟冷器117、CO2压缩纯化装置118、烟冷器再循环风机119、播煤管125，运行过程中，煤和脱硫剂送入炉膛103后，立即被大量处于硫化状态中的惰性高温物料包围，充分混合，迅速着火燃烧，同时进行脱硫反应，在上升气流中，粗大粒子进入悬浮区域后在重力及外力作用下偏离主气流，从而贴壁下流，加强了炉内热量向受热面106内工质的传送，从而保证稍大煤颗粒在炉内反复循环完全燃烧。含有细小物料的气固混合物离开炉膛103后进入高温旋风分离器104，气固两相流中的大量固体颗粒（惰性物料、未燃尽的煤粒、脱硫剂）被分离出来送回至炉膛103，重新参与炉内的流化和燃烧换热，循环燃烧。 [0036] 未被分离出来的细小粒子成为飞灰，随烟气进入尾部烟道，经过受热面106进行热量交换，经过省煤器107吸收烟气中的热量之后，经中温旋风分离器108除尘的350℃－450℃的烟气分成两路：一路为一次风回路，通过一次烟气再循环风机109升压后，进入一次风氧注入器111将燃烧所需的40%-60%的氧气注入，并通过一次风氧注入器111将氧气与循环烟气混合均匀，作为一次风，经等压风室101作为流化风通过布风装置102进入炉膛3，对床料起流化作用，并作为煤燃烧的氧化介质；另一路为二次风回路，通过二次烟气再循环风机110升压后，进入二次风氧注入器112将燃烧所需的60%-40%的氧气注入，并通过二次风氧注入器112将氧气与循环烟气混合均匀，通过二次风口进入炉膛103，为燃烧补充氧量。 [0037] 燃料通过给煤装置进入播煤管125，在播煤风的作用下，播撒进炉膛103。播煤风的作用主要是为了保证炉内的热烟气不外窜；给给煤机下来的煤能更好的播撒进炉床内，防止燃料在播煤管125形成堆积，以使煤和炉膛103内的热物料更好的混合，促使炉膛103内温度均匀。 [0038] 本发明所述播煤风来源可以为两种方式，对于高水分煤种（收到基水分含量高于10％以上），如图1所示，采用经烟冷器117冷凝脱水处理后的干冷烟气，干冷烟气再经过冷烟气再循环风机119增压后，经过烟气预热器114后输入到播煤管125作为播煤风；对于水分不高的煤种（收到基水分含量不高于10％），如图2所示，采用二次烟气再循环风机110出口、注氧之前的中温烟气作为播煤风。 [0039] 为了防止煤粉外露污染环境，本发明对应两种来源的播煤风，相应地可以设置两种播煤密封风，对于高水分煤种，如图1所示，播煤密封风采用经烟冷器117冷凝脱水处理后的冷烟气，冷烟气再经过罗茨风机120增压后作为播煤密封风；对于水分不高的煤种，采用一次烟气再循环风机109出口、注氧之前的中温烟气作为播煤密封风。 [0040] 燃烧产生的烟气经炉膛103出口进入高温旋风分离器104，分离下来的灰粒通过高温旋风分离器104下部的回料器105送回炉膛103。从高温旋风分离器104出来的烟气经各级受热面106和省煤器107后，大部分烟气（约50%-65%）在一次烟气再循环风机109以及二次烟气再循环风机110的作用下被抽入中温旋风分离器108，烟气在中温旋风分离器108中二次除尘后，分别作为一次风和二次风；剩余的40%-30%的烟气依次经烟气预热器114、除尘器115、引风机116后，抽取约15%-30%经烟冷器117冷凝脱水处理，作为回料器105用风和播煤用风，其余的脱硫净烟气送至CO2压缩纯化装置118压缩纯化或通过烟囱排入大气。 [0041] 循环流化床锅炉对煤种的适应性较煤粉炉好，污染物排放也比煤粉炉低。对于富氧燃烧煤粉炉而言，由于制粉系统需要采用大量的循环干烟气作为煤粉干燥和输送的介质，锅炉尾部烟风系统需要布置体积庞大的脱硫装置和烟冷器。采用热烟气再循环的循环流化床富氧燃烧技术作为一种全新的燃烧方式，在燃煤电厂实现污染物的较低排放和大规模化CO2富集、减排将具有较大的潜力。 [0042] 实施例1： [0043] 如图1所示，本实施例中公开了一种循环流化床富氧燃烧装置，包括风室101、设置在风室101上方的布风装置102和设置在布风装置102上方的炉膛103，在所述炉膛103上部连接有高温旋风分离器104，在所述高温旋风分离器104上部连接有受热面106，在所述受热面106下部连接有省煤器107，所述高温旋风分离器104下端通过回料器105与布风装置102相连接，所述省煤器107下部连接有中温旋风分离器108，所述中温旋风分离器108依次通过一次烟气再循环风机109和一次风氧注入器111与风室101相连接，并且所述中温旋风分离器108下部依次通过二次烟气再循环风机110和二次风氧注入器112与布风装置102相连接，所述省煤器107下部依次通过烟气预热器114、除尘器115与引风机116相连接，所述引风机116远离烟气预热器114一端与CO2压缩纯化装置118相连接，在所述布风装置102上设置有播煤管125。 [0044] 本实施例中，采用高温旋风分离器104和中温旋风分离器108，一次烟气再循环风机109输出的烟气经过一次风氧注入器111混合氧气之后作为一次风，二次烟气再循环风机110输出的烟气经过二次风氧注入器112混合氧气之后作为二次风，由于一次风和二次风军采用省煤器出口的烟气，一次烟气再循环风机109和二次烟气再循环风机110均采用独立配置，一次风和二次风均采用分开不同比例注氧，可以方便分别控制一次风和二次风的风量，进而有效控制炉膛103内物料流化。而回料器105用风和播煤管125用风均可采用经烟冷器 117冷凝脱水的烟气。 [0045] 为了使输入到烟气预热器114的风具有一定压力，优选地，本实施例中，所述省煤器107与烟气预热器114之间设置有烟气挡板113。通过设置烟气挡板113，能够在风管内形成一个屏障，使烟气挡板113两侧的烟气不会互窜，实现密封作用。 [0046] 为了提高本装置的脱硫效果，本实施例中，优选地，在所述布风装置102上设置有石灰石添加口。循环流化床锅炉内添加石灰石，在正常运行床温（850 ℃- 900 ℃）下，石灰粉被煅烧成氧化钙( 850 ℃是钙基脱硫剂最佳脱硫温度 ) ，从而达到与二氧化硫结合脱硫效果。煤及石灰石燃烧后，大部分颗粒经旋风分离器进行气固分离 ，从底部被送回炉膛103。石灰石脱硫剂在流化床燃烧室内的脱硫性能，通常采用以脱除一定含量 SO2所添加的 CaCO3与煤中含硫量的物质的量之比来表示，称为摩尔比。本发明中，一次风和二次风均为含有大量水蒸气的湿烟气，其进入炉内相当于向炉内增湿，起到增湿脱硫的效果，可以大大提高脱硫效率，可省略尾部脱硫系统。优选地，本实施例中，石灰石添加口位于所述播煤管 125上或位于所述回料器105的回料腿上。 [0047] 为了保证除尘器115的安全运行，本实施例中，优选地，在所述烟气预热器114与除尘器115之间设置有低温省煤器。低温省煤器能将烟气温度降到除尘器115允许的温度范围，确保除尘器115的安全运行，同时，能够起到吸收烟气余热的作用，回收部分余热，实现热量利用。 [0048] 优选地，本发明采用采用床下点火装置实现点火，即风室101或风道内设置有床下点火装置。将点火装置设置在风室101内时，将点火装置设置在风室101后侧，在循环流化床布风板以下两个等压风室101后侧各设一台，每台点火装置配一只点火油枪，一次风出来后，分别从风室101两侧和两台点火装置进入一次风室101，在主风道及每台点火装置上设置风门。 [0049] 本实施例中，布风装置102上设置有排渣口，利用气固两相流的流动性将多余的物料排出炉膛103，从而实现炉内物料进出的平衡，维持物料在合理范围。 [0050] 申请人实验发现，本发明循环流化床富氧燃烧装置，经省煤器107后的尾部除尘器115和引风机116的烟气量仅相当于常规空气燃烧的约30%，经烟冷器117的烟气也仅为总烟气量的5%-10%，尾部烟风系统的设备部件规模大为缩小，能够起到降低初投资及运行成本的效果。 [0051] 实施例2： [0052] 本实施例在实施例1的基础上，所述冷烟气再循环风机119远离CO2压缩纯化装置118一端与罗茨风机120相连接，所述罗茨风机120分别与回料器105、播煤管125相连接。所述二次烟气再循环风机110的输出口与所述播煤管125相连接。 [0053] 如图2所示，从高温旋风分离器104出来的烟气经各级受热面106和省煤器107后，烟气分成两部分，一部分进入中温旋风分离器108（约占烟气的70%），另一部分经尾部除尘器等进入CO2压缩纯化装置118压缩纯化或者经烟囱排入大气。经中温旋风分离器108除尘的烟气分成三路：一路作为一次风回路，经过一次烟气再循环风机109升压进入一次风氧注入器111，从而将燃烧所需的40%-60%的氧气注入，并通过一次风氧注入器111将氧气与循环烟气混合均匀，作为一次风，经等压风室101后作为流化风通过布风装置102进入炉膛103，对床料起流化作用，并作为煤燃烧的氧化介质，并在一次烟气再循环风机109出口、一次风氧注入器111前抽取一部分作为播煤风；第二路为二次回路，通过二次烟气再循环风机110升压后，进入二次风氧注入器112将燃烧所需的60%-40%的氧气注入，并通过二次风氧注入器112将氧气与循环烟气混合，通过二次风口进入炉膛103，为煤燃烧补充氧气；第三路为罗茨风回路，通过罗茨风机120升压后，一部分作为回料器105的流化风、回料风、松动风，一部分作为锅炉测点等的密封风。 [0054] 尾部进入CO2压缩纯化装置118压缩纯化或烟囱排入大气的烟气，在除尘器115之前通过低温省煤器实现降温。 [0055] 实施例3： [0056] 本实施例中，为了保证循环流化床锅炉燃烧过程中的稳定运行，将烟气再循环倍率设置在65% 80%之间，即将中温旋风分离器108分离烟气占高温旋风分离器104输出烟气~的65% 80%作为再循环烟气并分别作为一次风和二次风。通过将再循环倍率控制在该范围，~ 通过采用中温烟气作为再循环风，在对其进行注氧后进行再循环，使其作为床料流化介质及燃烧氧化剂，有效控制锅炉排烟中CO2浓度富集到80％以上，利于煤燃烧后烟气中CO2的捕集；相应地，高温旋风分离器104输出烟气的20% 35%依次经烟气预热器114、除尘器115、引~ 风机116后，抽取约15%-30%经烟冷器117冷凝脱水处理，作为回料器105用风和播煤用风，其余烟气送至CO2压缩纯化装置118压缩或通过烟囱排入大气。由于将中温湿烟气进行循环，能够使系统尾部设备部件规模大大缩小，降低初投资和运行成本，而由于针对高水分煤采用在富氧燃烧锅炉系统中布置烟冷器，冷凝脱水处理避免富氧燃烧烟气再循环过程中硫氧化物、水蒸气出现富集，造成再循环烟气管道及受热面腐蚀及制粉系统煤粉干燥输送困难等问题。 |
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