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一种高浓度富氧粉分级燃烧方法及装置

阅读:769发布:2024-02-07

专利汇可以提供一种高浓度富氧粉分级燃烧方法及装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种高 氧 浓度富氧 煤 粉 分级燃烧方法及装置,其技术方案是:它采用三级 串联 炉膛 的 锅炉 型式,在燃烧中将 煤粉 及氧气按比例分别投入各炉膛燃烧,所有再循环烟气抽回第一炉膛,与投入该炉膛的部分氧气掺混为第一炉膛输送煤粉,第一炉膛燃烧所产生的部分烟气与投第二炉膛的部分氧气掺混为第二炉膛输送煤粉输送煤粉,第二炉膛燃烧所产生的部分烟气与投第三炉膛的部分氧气掺混为第二炉膛输送煤粉输送煤粉。本 发明 锅炉O2总体浓度可达70~80%,由于后级炉膛采用前级炉膛燃烧产生的烟气作为稀释气体,每级炉膛内实际O2浓度在30%~45%范围。再循环烟气量远少于当前富氧燃烧锅炉,烟气循环 风 机运行电耗显著下降。,下面是一种高浓度富氧粉分级燃烧方法及装置专利的具体信息内容。

1.一种高浓度富氧粉分级燃烧方法,其特征在于:它以多级串联炉膛锅炉作为燃烧装置,所述多级串联炉膛为三级,分别称为第一炉膛、第二炉膛和第三炉膛;在燃烧过程中将煤粉总量及O2总量的15%~20%、28%~33%、47%~57%分别投入到第一、第二、第三炉膛,所有再循环烟气抽回至第一炉膛,其中,再循环烟气占烟气总量的15%~23%;
投入第一炉膛O2中按照O2总量的7%~9.6%与再循环烟气掺混输送煤粉,其余燃烧所需的氧气直接送入第一炉膛;第一炉膛燃烧所产生烟气的46%~50%由机引出,冷却至
120℃~150℃,再与O2总量的6%~7%混合后输送第二炉膛燃烧所用煤粉,投入第二炉膛的其余燃烧所需氧气直接送入第二炉膛,第一炉膛燃烧产生的其余烟气则直接流入第二炉膛;第二炉膛燃烧产生烟气中的46%~50%由风机引出,冷却至120℃~150℃,再与O2总量的8%~10%混合后输送第三炉膛燃烧用煤粉,投入第三炉膛的其余燃烧所需氧气直接送入第三炉膛,第二炉膛燃烧产生的其余烟气则直接流入第三炉膛。
2.一种如权利要求1所述方法使用的高氧浓度富氧煤粉分级燃烧装置,其特征在于:
它包括锅炉本体、引风机(28)、循环风机(9)、空气分离器(24)、送氧风机(23)和输送煤粉的料仓,所述锅炉本体由第一炉膛(1)、第二炉膛(2)、第三炉膛(3)串联组成;所述料仓为三个,分别是第一炉膛料仓、第二炉膛料仓和第三炉膛料仓,三个料仓分别由输煤通道连通第一、第二、第三炉膛;所述第一、第二炉膛之间由第一炉膛排烟道(4)连通,第二、第三炉膛之间由第二炉膛排烟道(5)连通;第三炉膛排烟道(6)的出口设有除尘装置(7),除尘装置经排烟管路(8)连通引风机(28);所述送氧风机(23)分别连通空气分离器(24)和送氧管路(30),三条燃烧供氧支路分别将送氧管路和第一、第二、第三炉膛连通,三条输煤供氧支路分别将送氧管路和第一、第二、第三炉膛输煤通道连通;所述循环风机(9)经管道连通排烟管(8)和第一炉膛输煤通道(26),所述第二炉膛输煤通道(17)经第一炉膛烟气引风机(20)、第一冷却器(21)与第一炉膛排烟道(4)连通,所述第三炉膛输煤通道(11)经第二炉膛烟气引风机(14)、第二冷却器(15)与第二炉膛排烟道(5)连通。
3.根据权利要求2所述的高氧浓度富氧煤粉分级燃烧装置,其特征在于:所述第一炉膛排烟道(4)上口设置在第一炉膛上部、下口设置在第二炉膛下部,所述第二炉膛排烟道(5)上口设置在第二炉膛上部、下口设置在第三炉膛下部,第三炉膛排烟道(6)位于第三炉膛上部。
4.根据权利要求3所述的高氧浓度富氧煤粉分级燃烧装置,其特征在于:所述三条燃烧供养支路和三条输煤供氧支路上均设有流量调节(29)。

说明书全文

一种高浓度富氧粉分级燃烧方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及燃煤电站煤粉清洁燃烧,特别是一种高氧浓度富氧煤粉分级燃烧方法,属锅炉技术领域。

背景技术

[0002] 燃煤电站是CO2的集中排放源,从烟气中分离与捕集CO2是实施CO2捕获与封存(CCS)技术的关键。目前大部分锅炉以空气作为燃料氧化剂,常规空气燃烧产生的烟气中CO2浓度为10%~14%,其余则主要是N2。从N2中分离与捕集CO2耗能巨大。而富氧燃烧技术产生烟气中的N2含量很少,便于压缩冷却得到液态CO2,并同时除去或回收其它污染物,如SO2等有害气体。富氧燃烧过程中,一般利用空气制造纯氧气,然后将纯氧气与一定量的CO2掺混供煤粉燃烧使用,因此富氧燃烧也称为O2/CO2气氛燃烧,此时煤粉燃烧产生的烟气经简单处理其CO2浓度可达到90%以上。而与O2掺混的CO2则取自煤粉燃烧产生烟气的一部分,也就是说烟气中一部分是利用循环机回输利用,其余部分则压缩存储起来。由于煤燃烧产生的烟气中含有蒸汽(一般在15%以上),因此O2/CO2气氛燃烧过程中,助燃气体主要含有O2、CO2、H2O。现有的富氧燃烧技术中助燃气体中O2一般占30%左右,在这一条件下,由于助燃气体中O2比例小,需要的循环烟气量大,烟气循环风机电耗也比较大,锅炉运行费用较高。由于现有的富氧燃烧技术烟气中CO2比例远高于空气燃烧条件下烟气中CO2比例,因此理论燃烧温度略低于空气燃烧条件。提高助燃气体中O2的比例,可降低循环烟气量,从而有效减少烟气循环风机电耗。但在当前燃烧方式下,由于煤粉需由助燃气体输送至锅炉进行燃烧,若循环烟气量过少,将导致煤粉输送气体中氧浓度过高,易造成导致煤粉输送管内发生煤粉自燃甚至爆燃。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的问题是:提供一种可有效减少烟气循环风机电耗、理论燃烧温度较高的高氧浓度富氧煤粉分级燃烧方法及装置。
[0004] 本发明所称问题是由以下技术方案解决的:
[0005] 一种高氧浓度富氧煤粉分级燃烧方法,其特别之处是:它以多级串联炉膛的锅炉作为燃烧装置,所述多级串联炉膛为三级,分别称为第一炉膛、第二炉膛和第三炉膛;燃烧过程将煤粉总量及O2总量的15%~20%、28%~33%、47%~57%分别投入到第一、第二、第三炉膛,所有再循环烟气抽回至第一炉膛,其中,再循环烟气占烟气总量的15%~23%,投入第一炉膛O2中按照O2总量的7%~9.6%与再循环烟气掺混输送煤粉,其余燃烧所需氧气直接送入第一炉膛;第一炉膛燃烧所产生烟气的46%~50%由风机引出,冷却至120℃~150℃,再与O2总量的6%~7%混合后输送第二炉膛燃烧用煤粉,投入第二炉膛的其余燃烧所需氧气直接送入第二炉膛,第一炉膛燃烧产生的其余烟气则直接流入第二炉膛;第二炉膛燃烧产生烟气中的46%~50%由风机引出,冷却至120℃~150℃,再与O2总量的8%~10%混合后输送第三炉膛燃烧用煤粉,投入第三炉膛的其余燃烧所需氧气直接送入第三炉膛,第二炉膛燃烧产生的其余烟气则直接流入第三炉膛。
[0006] 一种高氧浓度富氧煤粉分级燃烧装置,它包括锅炉本体、引风机、循环风机、空气分离器、送氧风机和煤粉料仓,所述锅炉本体由第一炉膛、第二炉膛、第三炉膛组成,所述煤粉料仓为三个,它们分别由三条输煤通道连通第一、第二、第三炉膛,所述第一、第二炉膛之间由第一炉膛排烟道连通,第二、第三炉膛之间由第二炉膛排烟道连通,第三炉膛排烟道的出口设有除尘装置,除尘装置经排烟管路连通引风机,所述送氧风机分别连通空气分离器和送氧管路,三条燃烧供氧支路分别将送氧管路和第一、第二、第三炉膛连通,三条输煤供氧支路分别将送氧管路和第一、第二、第三炉膛输煤通道连通,所述循环风机经管道连通排烟管和第一炉膛输煤通道,所述第二炉膛输煤通道经第一炉膛烟气引风机、第一冷却器与第一炉膛排烟道连通,所述第三炉膛输煤通道经第二炉膛烟气引风机、第二冷却器与第二炉膛排烟道连通。
[0007] 上述高氧浓度富氧煤粉分级燃烧装置,所述第一炉膛排烟道上口设置在第一炉膛上部、下口设置在第二炉膛下部,所述第二炉膛排烟道上口设置在第二炉膛上部、下口设置在第三炉膛下部,第三炉膛排烟道位于第三炉膛上部。
[0008] 上述高氧浓度富氧煤粉分级燃烧装置,所述三条燃烧供氧支路和三条输煤供氧支路上均设有流量调节
[0009] 本发明针对富氧燃烧技术降低循环烟气量,并控制助燃气体中O2比例而引起的问题,提出了一种三级炉膛高氧浓度富氧燃烧技术,与现有技术相比,本发明的主要特点如下:1.锅炉O2总体浓度可达75~80%,再循环烟气量明显减少,有效减少烟气循环风机电耗;2.煤粉分级燃烧,使三级炉膛燃烧过程实际O2浓度控制在33%~45%;三级炉膛理论燃烧温度在2200~2600℃范围,均比常规富氧煤粉炉和空气燃烧炉高,有利于燃料的充分燃尽;3.由于理论燃烧 温度高,三级炉膛均可采用液态排渣方式进行排渣,有利于减少炉膛受热面积,而且由于全部烟气均被回收,燃烧过程因高温产生的NOx也不再成为问题;4.前级炉膛燃烧产生的烟气作为后级炉膛燃烧的稀释气体,一方面起到控制燃烧温度的作用;而另一方面后级炉膛燃烧又起到将前面炉膛燃烧产生烟气在降温后重新升温的作用,使沿整个烟气流动方向烟气温度保持在较高水平,有利于各受热面换热。 附图说明
[0010] 图1是本发明装置示意图。
[0011] 附图中标号表示如下:1.第一炉膛;2.第二炉膛;3.第三炉膛;4.第一炉膛排烟道;5.第二炉膛排烟道;6.第三炉膛排烟道;7.除尘装置;8.排烟管;9.循环风机;10.第三炉膛燃烧供氧支路;11.第三炉膛输煤通道;12.第三炉膛料仓;13.第三炉膛输煤供氧支路;14.第二炉膛烟气引风机;15.第二冷却器;16.第二炉膛燃烧供氧支路;17.第二炉膛输煤通道;18.第二炉膛输煤供氧支路;19.第二炉膛料仓;20.第一炉膛烟气引风机;21.第一冷却器;22.第一炉膛输煤供氧支路;23.送氧风机;24.空气分离器;25.第一炉膛料仓;26.第一炉膛输煤通道;27.第一炉膛燃烧供氧支路;28.引风机;29.流量调节阀、
30.送氧管路。

具体实施方式

[0012] 本发明提出的高氧浓度富氧煤粉分级燃烧方法,在具有三级串联炉膛的锅炉上实施,它可将助燃气体中O2比例提高至75%~80%,煤粉输送气体中氧浓度控制在18%~22%,燃烧过程理论燃烧温度控制在2200~2600℃。本发明方法将煤粉投入到三个炉膛中分级燃烧,各炉膛内及炉膛间布置有受热面。燃烧过程将煤粉总量及O2总量的15%~
20%、28%~33%、47%~57%分别投入到第一、第二、第三炉膛,所有再循环烟气也通过再循环风机抽回至第一炉膛。其中,再循环烟气占烟气总量的15%~23%,因此,投入在第一炉膛的实际O2与烟气中,O2仅占到36%~44.4%,理论燃烧温度为2200℃~2600℃。将再循环烟气全部用于输送第一炉膛所需煤粉,为保证煤粉在第一炉膛内及时着火,O2总量的7%~9.6%与再循环烟气掺混,为第一炉膛输送煤粉,这样送粉气体中O2的比例可控制在18%~22%,与空气中O2浓度相当,可避免煤粉的自燃与爆燃。其余投入第一炉膛的氧气由管路直接送入第一炉膛。
[0013] 将第一炉膛燃烧产生烟气中的46%~50%由风机引出,经烟气冷却器冷却至120~150℃,再与总O2的6%~7%混合后输送第二炉膛燃烧所需煤粉进入第二炉膛,这样送粉气体中O2比例也可 控制在17%~22%范围。第一炉膛燃烧产生的其余烟气则直接流入第二炉膛,第二炉膛燃烧需要的其余氧气直接送入第二炉膛,不与煤粉掺混。由于第一炉膛产生烟气的稀释作用,第二炉膛总气体中O2可控制在36%~39%范围。若直接进入第二炉膛烟气温度为300~500℃,则第二炉膛理论燃烧温度为2300~2520℃。 [0014] 将第二炉膛内煤粉燃烧产生烟气中的46%~50%由风机引出,经换热器冷至却
120~150℃,与总O2的8%~10%混合后,用于输送第三级炉膛燃烧用煤粉,送粉气体O2浓度也可控制在18%~21%。第三级炉膛燃烧所需其余O2直接送入第三级炉膛。由于第二炉膛产生烟气的稀释作用,第三级炉膛实际O2浓度可控制在33%~43%范围,若假设由第二炉膛流入烟气温度为300~500℃,第三炉膛理论燃烧温度为2200~2600℃。 [0015] 由于是O2/CO2气氛燃烧,且由于烟气回收,三个炉膛均可采用液态排渣方式排渣,不必考虑NOx生成量高的问题,而且可以看出,将前面炉膛燃烧产生的烟气作为后级炉膛燃烧的稀释气体,一方面起到控制燃烧温度的作用;而另一方面后级炉膛燃烧又起到将前面炉膛燃烧产生烟气在降温后重新升温的作用,使沿整个烟气流动方向,烟气温度保持在较高水平,有利于各受热面换热。
[0016] 参看图1,本发明装置包括锅炉本体、引风机28、循环风机9、空气分离器24、送氧风机23和煤粉料仓。锅炉本体由三个连通的第一炉膛1、第二炉膛2、第三炉膛3组成,对应三个炉膛,煤粉料仓也设置了三个,它们分别由三条输煤通道26、17、11连通第一、第二、第三炉膛。第一、第二炉膛之间由上口设置在第一炉膛上部、下口设置在第二炉膛下部的第一炉膛排烟道4连通,第二、第三炉膛之间由上口设置在第二炉膛上部、下口设置在第三炉膛下部的第二炉膛排烟道5连通。第三炉膛排烟道6设置在第三炉膛上部,第三炉膛排烟道的出口设有除尘装置7,除尘装置经排烟管路8连通引风机28,上述结构设置,有利于烟气充分分布在各炉膛内。所述送氧风机23分别连通空气分离器24和送氧管路30,三条燃烧供氧支路27、16、10分别将送氧管路30和第一、第二、第三炉膛连通,用以向各炉膛直接输送供燃烧用的氧气。三条输煤供氧支路22、18、13分别将送氧管路30和第一炉膛输煤通道26、第二炉膛输煤通道17、第三炉膛输煤通道11连通,用以与烟气掺混后输送煤粉。所述循环风机9经管道将排烟管8和第一炉膛输煤通道26连通,全部再循环烟气掺混一定量的氧气后输送第一炉膛所需煤粉。所述第二炉膛输煤通道17经第一炉膛烟气引风机20、第一冷却器21与第一炉膛排烟道4连通,第一炉膛的部分烟气由第一炉膛烟气引风机20抽出后,与一定量的氧气掺混后输送第二炉膛所 需煤粉。所述第三炉膛输煤通道11经第二炉膛烟气引风机14、第二冷却器15与第二炉膛排烟道5连通,第二炉膛的部分烟气由第二炉膛烟气引风机14抽出后,与一定量的氧气掺混后输送第三炉膛所需煤粉。由图可见,为调节氧气流量,所述三条燃烧供氧支路27、16、10和三条输煤供氧支路22、18、13上均设有流量调节阀29。
[0017] 顺便指出,本发明所提供的分级燃烧方法及装置是按照三级炉膛设计的,根据本发明的设计思路,高氧浓度富氧煤粉分级燃烧方法完全可以依照本发明的设计思路推广应用到二级、四级、五级等富氧煤粉多级燃烧中。
[0018] 以下提供几个具体的实施例
[0019] 实施例1:燃煤按阜新煤计算,煤的成分分析为:Car=48.3%,Har=3.3%,Oar=8.6%,Nar=0.8%Sar=1.0%,Aar=23%,Mar=15%,Qnet,ar=18645(kJ/kg),Vdaf=
41%。以锅炉燃煤量为100t/h为例,以秒为时间单位,每秒燃煤27.78kg/s。为保证煤粉
3
充分燃烧,令过量O2系数为1.05,则需O2为30.09m/s。使助燃气体中O2浓度为80%,需
3 3
循环烟气7.52m/s,则燃烧过程产生总烟气量48.27m/s,再循环烟气占总烟气的15.58%。
以上体积均为标准状态体积。具体方案为:
[0020] 总煤粉量及总O2的15%、28%和57%分别投入在第一、第二和第三炉膛。也就3
是第一炉膛燃煤量为4.17kg/s,氧量为4.51m/s;第二炉膛燃煤量为7.78kg/s,氧量为
3 3
8.43m/s;第三炉膛燃煤量为15.83kg/s,氧量为17.15m/s。
[0021] 所有的再循环烟气也就是7.52m3/s烟气通过再循环风机抽回至第一炉膛,因此,投入在第一炉膛的实际O2与烟气中,O2仅占到37.5%,理论燃烧温度为2483℃。再循环烟3
气也就是7.52m/s烟气可全部用于输送煤粉,为保证煤粉在第一炉膛内及时着火,将总O2的6.64%与烟气掺混输送煤粉,这样送粉气体中O2的比例为21%,与空气中O2浓度相当,可避免煤粉的自燃与爆燃。第一炉膛燃烧所需其余氧(占总氧的8.36%)不与煤粉掺混,
3
直接送入第一炉膛。第一炉膛燃烧产生的烟气量为13.63m/s。
[0022] 第一炉膛燃烧产生烟气中的48.8%由风机引出,经烟气冷却器冷却至120~150℃,再与总O2的5.88%混合后输送7.78kg/s煤粉进入第二炉膛,这样送粉气体中O2比例也为21%。第一炉膛燃烧产生的其余烟气则直接流入第二炉膛,第二炉膛燃烧所需的其余氧(占总氧的22.12%)不与煤粉掺混,直接送入第二炉膛。由于第一炉膛燃烧产生烟气的稀释作用,投入在第二炉膛的总气体中O2占37.22%。若直接进入第二炉膛烟气温度为300~500℃,第二炉膛理论燃烧温度为2476~2514℃。第二炉膛燃烧产生的烟气量为
3
25.04m/s。
[0023] 在第三级炉膛投入57%的煤粉及所需O2(15.83kg/s煤粉,17.15m3/sO2),将第二炉膛内煤粉燃烧产生烟气中的54.1%,经换热器冷至却120~150℃,并与总O2的12%混合,用于输送第三级炉膛燃烧用煤粉,送粉气体O2浓度为21%。第三级炉膛燃烧所需其余O2直接送入第三级炉膛。由于第二级炉膛产生烟气的稀释作用,第三级炉膛实际O2浓度为40.64%,若假设由第二炉膛流入烟气温度为300~500℃,第三炉膛理论燃烧温度为2371℃~2421℃。
[0024] 实施例2:燃煤按阳泉烟煤计算,煤的成分分析为:Car=68.9%,Har=2.9%,Oar=2.4%,Nar=1%Sar=0.8%,Aar=19%,Mar=5%,Qnet,ar=26400(kJ/kg),Vdaf=9%。以锅炉燃煤量为100t/h为例,以秒为时间单位,每秒燃煤27.78kg/s。为保证煤粉充
3
分燃烧,令过量O2系数为1.05,则需O2为41.87m/s。使助燃气体中O2浓度为75%,需循
3 3
环烟气13.95m/s,则燃烧过程产生总烟气量55.83m/s,再循环烟气占总烟气的22.9%。以上体积均为标准状态体积。具体方案为:
[0025] 总煤粉量及总O2的20%、33%和47%分别投入在第一、第二和第三炉膛。也就3
是第一炉膛燃煤量为5.56kg/s,氧量为8.37m/s;第二炉膛燃煤量为9.17kg/s,氧量为
3 3
13.82m/s;第三炉膛燃煤量为13.06kg/s,氧量为19.68m/s。
[0026] 所有的再循环烟气也就是13.95m3/s烟气通过再循环风机抽回至第一炉膛,因此,投入在第一炉膛的实际O2与烟气中,O2仅占到37.5%,理论燃烧温度为2222℃。再循环烟3
气也就是13.95m/s烟气可全部用于输送煤粉,为保证煤粉在第一炉膛内及时着火,将总O2的9.55%与烟气掺混输送煤粉,这样送粉气体中O2的比例为21%,与空气中O2浓度相当,可避免煤粉的自燃与爆燃。第一炉膛燃烧所需其余氧(占总氧的10.45%)不与煤粉掺混,
3
直接送入第一炉膛。第一炉膛燃烧产生的烟气量为23.31m/s。
[0027] 第一炉膛燃烧产生烟气中的46.83%由风机引出,经烟气冷却器冷却至120~150℃,再与总O2的7.17%混合后输送9.17kg/s煤粉进入第二炉膛,这样送粉气体中O2比例也为21%。第一炉膛燃烧产生的其余烟气则直接流入第二炉膛,第二炉膛燃烧所需的其余氧(占总氧的25.83%)不与煤粉掺混,直接送入第二炉膛。由于第一炉膛燃烧产生烟气的稀释作用,投入在第二炉膛的总气体中O2占38.2%。若直接进入第二炉膛烟气温度为300~500℃,第二炉膛理论燃烧温度为2476~2514℃。第二炉膛燃烧产生的烟气量为
3
25.04m/s。
[0028] 在第三级炉膛投入57%的煤粉及所需O2(15.83kg/s煤粉,17.15m3/s O2),将第二炉膛内煤粉燃烧产生烟气中的54.1%,经换热器冷至却120~150℃,并与总O2的12%混合,用于输送第三级炉膛燃烧用煤粉,送粉气体O2浓度为21%。第三级炉膛燃烧所需其余O2直接送入第三级炉膛。由于第二级炉膛产生烟气的稀释作用,第三级炉膛实际O2浓度为40.64%,若假设由第二炉膛流入烟气温度为300~500℃,第三炉膛理论燃烧温度为2558℃~2590℃。
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