一種微富氧燃燒W火焰鍋爐及CO₂減排系統的製作方法

2023-06-04 09:20:26 1

專利名稱：一種微富氧燃燒W火焰鍋爐及CO2減排系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種微富氧燃燒W火焰鍋爐及CO2減排系統，尤其是涉及微富氧燃燒和以無煙煤或低揮發份煤為主要燃料的W火焰鍋爐及CO2減排系統，屬於鍋爐設計技術領域。
背景技術：
以煤為主要能源的電力生產中CO2的排放佔所有人類活動中CO2排放總量的25%左右，是CO2最大的單點排放源。常規煤粉鍋爐空氣助燃燃燒的排煙中CO2的濃度只有13% 15%，這給CO2的分離與捕捉帶來很大的技術和經濟難題。富氧燃燒技術，也稱作O2ZCO2燃燒技術，為組織煤粉在O2和CO2的混合氣中燃燒，可以大幅度的提高排煙中CO2的濃度(脫水後CO2的濃度能達到95%以上)，大大簡化了 CO2的回收成本和難度。N2的含量很少，便於壓縮冷卻得到液態C02，同時去除、回收其它汙染物，如SO2等有害氣體。因此，越來越多的國家都相繼展開了富氧燃燒技術的技術經濟性研究。目前，國內外在富氧燃燒領域技術已經開展了大量卓有成效的工作，積累了相當數量的科學試驗數據。在我國的煤炭資源儲蓄中，無煙煤的儲量佔到總儲量的13%。依據我國目前的燃燒政策和能源利用情況，電站鍋爐主要然用煤種為無煙煤、貧煤、劣質煤等低反應、劣質煤種，燃燒無煙煤的電站約佔總數的24.2%。W火焰鍋爐綜合了強化無煙煤燃燒的各種措施，非常適合於燃燒無煙煤，在西方是燃燒劣質煤尤其是低揮發份劣質煤的典型鍋爐燃燒技術。美國的CE公司、FW公司、英國的Babcock公司、法國的Stein公司、德國的MAN公司等公司對於劣質煤，特別是低揮發份的無煙煤，大都傾向於採用W火焰燃燒技術，認為Vdaf低於10%的煤必須採用W型火焰鍋爐。W火焰燃燒技術也是我國目前燃用低揮發份煤應用最為廣泛的技術之一。目前，雖然對富氧燃燒技術已經進行了大量的科學研究和試驗，但絕大多數相關研究均是針對煙煤等常規煤種，而對於採用富氧技術燃燒無煙煤或低揮發分煤種的研究則很不充分。作為燃燒無煙煤或低揮發分煤種主力機組的W火焰鍋爐仍然未能考慮CO2的收集、減排問題。

發明內容
本發明所要解決的是W火焰鍋爐減排，以及CO2收集的問題。為了解決上述問題，本發明提供了一種微富氧燃燒W火焰鍋爐及CO2減排系統，其特徵在於，無煙煤或低揮發分煤在助燃劑的氣氛中經磨煤機從爐拱一次風管道進入W火焰鍋爐爐膛內充分燃燒，所形成的煙氣通過主煙道經過換熱區及氣-氣換熱器降溫後，依次經過除塵器、除水裝置分別除去煙氣中的灰分和水分，隨後煙氣分為兩股，第一股煙氣依次進入脫硫裝置、CO2回收裝置，第二股煙氣從爐膛出口煙窗或大屏底部通入爐膛作為再循環煙氣；煙氣在氣-氣換熱器中同時加熱空氣和從鍋爐外部空氣中分離出來的純氧氣，經加熱後的空氣分為三股，氧氣分為兩股，第一股氧氣與第一股空氣混合後經磨煤機進入爐拱一次風管道，第二股氧氣與第二股空氣混合後進入爐拱二次風管道，第三股空氣通入前後牆二次風管道。優選地，所述的助燃劑為空氣、氧氣的混合氣體，氧氣與空氣的體積比為1: 6 I: 10。優選地，所述的換熱區包括從爐膛出口煙窗依次連接的過熱器、再熱器及省煤器。優選地，通入所述爐拱一次風管道的氣體中氧氣的體積百分比為50% 80%。優選地，通入所述前後牆二次風管道的氣體均為空氣。優選地，所述第二股煙氣的體積量為同等量無煙煤或低揮發分煤在純空氣中燃燒時所產生煙氣體積量的0% 15%。優選地，所述的爐膛生成煙氣中的CO2的體積比為25% 35%。優選地，所述第一股煙氣中的CO2通過CO2回收裝置脫除回收，CO2回收裝置中的回收方法為物理或化學吸附技術，第一股煙氣中的剩餘氣體排入大氣。優選地，所述爐膛上的爐拱一次風管道和爐拱二次風管道在爐拱上沿爐膛寬度方向間隔布置。優選地，所述爐膛的爐拱及其以下水冷壁不設有或設有衛燃帶，設有衛燃帶時，衛燃帶體積不超過爐拱及其以下水冷壁面積的10%。本發明將微富氧燃燒技術和W火焰鍋爐相結合，可實現更低成本的脫硫、脫硝以及捕捉，並實現零排放。在微富氧燃燒方式下單位質量的燃料燃燒所需的純氧量與富氧燃燒相比顯著降低，空分制氧的能耗與投資也隨之大幅度降低。助燃劑中的一部分空氣由純氧氣代替，減少了燃料著火時加熱周圍氣體的體積，使燃料的著火條件大為改善，同時提高了爐膛截面熱負荷。因此，爐拱及其以下水冷壁可以不敷設或少敷設衛燃帶(不超過爐拱及其以下水冷壁面積的10% )。這不僅使得爐拱及其以下部分的輻射吸熱面積有較大增加，而且結渣的可能性也大幅度降低。另外，爐膛理論燃燒溫度的提高以及不敷設衛燃帶也造成整個爐膛吸熱量的增加。再循環煙氣在爐膛出口煙窗或大屏底部通入不僅能夠保證爐膛吸熱量有所增加，而且有助於保證放置於水平煙道的末級過熱器和末級再熱器不至於發生壁溫過高現象，即保證過熱器和再熱器的安全運行。同時，再循環煙氣還能夠增強鍋爐尾部受熱面對流換熱的程度，減少鍋爐材料耗量。再循環煙氣體積量為純空氣燃燒時產生煙氣體積量的5% 15%，較傳統富氧鍋爐中的再循環煙氣體積量大為減少，使得煙氣再循環風機功率大幅下降，從而進一步提高了系統的效率。 由於爐膛著火條件的大幅改善，爐膛的寬深可以回歸到與燃用煙煤鍋爐相當的情況。對於同樣的爐膛截面熱負荷，接近正方形的爐膛形狀將使鍋爐的材料耗量降低。微富氧燃燒方式產生煙氣的CO2體積份額在25% 35%之間。此濃度範圍是兼顧當前制氧成本、能耗和吸附分離CO2的最佳綜合效果。目前CO2捕集主要有物理和化學兩類方法。尤其對於物理吸附法，其最大技術瓶頸在於:當CO2濃度較低(小於20%)時，吸附劑吸附CO2效率非常低。而在常規空氣燃燒模式下，煤燃燒產生的煙氣中的濃度在15%左右。因此，空氣燃燒方式下的CO2低吸附率導致該技術不能被工業應用。而採用微富氧燃燒方式後，煙氣中CO2體積份額提高到30%時，吸附劑的吸收效率達到80%以上，這使物理吸附法回收火電廠排煙中CO2的工業應用成為可能。同時，微富氧燃燒方式產生的煙氣量約為空氣燃燒方式的50%左右，所需進行CO2吸附的體積量大幅減小。這又進一步增加了這種處理方法在工業中應用的可能性。


圖1為本發明提供的微富氧燃燒W火焰鍋爐及CO2減排系統的流程示意圖。圖中:1-爐膛；2-過熱器；3-再熱器；4-省煤器；5-氣-氣換熱器；6-除塵器；7-除水裝置；8-脫硫裝置；9_C02回收裝置；10-空氣管道；11-氧氣管道；12-助燃劑；13-磨煤機；A-爐拱一次風管道； B-爐拱二次風管道；

C-前後牆二次風管道；S1-第一股煙氣；SI1-第二股煙氣；Air1-第一股空氣；AirI1-第二股空氣； AirII1-第三股空氣O21-第一股氧氣；O2I1-第二股氧氣。
具體實施例方式為使本發明更明顯易懂，茲以優選實施例，並配合附圖作詳細說明如下。實施例如圖1所示，為本發明提供的微富氧燃燒W火焰鍋爐及CO2減排系統的流程示意圖，無煙煤或低揮發分煤在助燃劑12的氣氛中經磨煤機13從爐拱一次風管道A進入W火焰鍋爐爐膛I內充分燃燒。助燃劑為空氣、氧氣的混合氣體，氧氣與空氣的體積比為1: 6 I: 10。燃燒所形成的煙氣通過主煙道經過換熱區及氣-氣換熱器5降溫後，依次經過除塵器6、除水裝置7分別除去煙氣中的灰分和水分。換熱區包括從爐膛出口煙窗14依次連接的過熱器2、再熱器3及省煤器4。隨後煙氣分為兩股，第一股煙氣SI依次進入脫硫裝置、CO2回收裝置，第二股煙氣SII從爐膛出口煙窗14或大屏底部15通入爐膛I作為再循環煙氣。煙氣在氣-氣換熱器5中同時,從空氣管道10中通入空氣進行加熱,從氧氣管道11中通入從鍋爐外部空氣中分離出來的純氧氣進行加熱。經加熱後的空氣分為三股，氧氣分為兩股，第一股氧氣O2I與第一股空氣AirI混合後經磨煤機13進入爐拱一次風管道A，第二股氧氣O2II與第二股空氣AirII混合後進入爐拱二次風管道B，第三股空氣AirIII通入前後牆二次風管道C。通入所述爐拱一次風管道A的氣體中氧氣的體積百分比為50% 80%。通入所述前後牆二次風管道C的氣體均為空氣。第二股煙氣SII的體積量為同等量無煙煤或低揮發分煤在純空氣燃燒時所產生煙氣體積量的0% 15% ;爐膛I生成煙氣中的CO2體積百分比為25% 35% ;第一股煙氣SI中的CO2通過CO2回收裝置9採用物理或化學吸附技術進行脫除，剩餘氣體排入大氣。所述的W火焰鍋爐爐膛I上的爐拱一次風管道A和爐拱二次風管道B在爐拱上沿爐膛寬度方向間隔布置；爐拱及其以下水冷壁不敷設衛燃帶；爐膛爐拱及其以下寬深比為
1.2: I。
權利要求
1.一種微富氧燃燒W火焰鍋爐及CO2減排系統，其特徵在於，無煙煤或低揮發分煤在助燃劑(12)的氣氛中經磨煤機(13)從爐拱一次風管道(A)進入W火焰鍋爐爐膛(I)內充分燃燒，所形成的煙氣通過主煙道經過換熱區及氣-氣換熱器(5)降溫後，依次經過除塵器(6)、除水裝置(7)分別除去煙氣中的灰分和水分，隨後煙氣分為兩股，第一股煙氣(SI)依次進入脫硫裝置、CO2回收裝置，第二股煙氣(SII)從爐膛出口煙窗(14)或大屏底部(15)通入爐膛(I)作為再循環煙氣；煙氣在氣-氣換熱器(5)中同時加熱空氣和從鍋爐外部空氣中分離出來的純氧氣，經加熱後的空氣分為三股，氧氣分為兩股，第一股氧氣(O2I)與第一股空氣(AirI)混合後經磨煤機(13)進入爐拱一次風管道(A)，第二股氧氣(O2II)與第二股空氣(AirII)混合後進入爐拱二次風管道(B)，第三股空氣(AirIII)通入前後牆二次風管道(C)。
2.如權利要求1所述的一種微富氧燃燒W火焰鍋爐及CO2減排系統，其特徵在於，所述的助燃劑為空氣、氧氣的混合氣體，氧氣與空氣的體積比為1: 6 1: 10。
3.如權利要求1所述的一種微富氧燃燒W火焰鍋爐及CO2減排系統，其特徵在於，所述的換熱區包括從爐膛出口煙窗(14)依次連接的過熱器(2)、再熱器(3)及省煤器(4)。
4.如權利要求1所述的一種微富氧燃燒W火焰鍋爐及CO2減排系統，其特徵在於，通入所述爐拱一次風管道(A)的氣體中氧氣的體積百分比為50% 80%。
5.如權利要求1所述的一種微富氧燃燒W火焰鍋爐及CO2減排系統，其特徵在於，通入所述前後牆二次風管道(C)的氣體均為空氣。
6.如權利要求1所述的一種微富氧燃燒W火焰鍋爐及CO2減排系統，其特徵在於，所述第二股煙氣(S II)的體積量為同等量無煙煤或低揮發分煤在純空氣中燃燒時所產生煙氣體積量的0% 15%。
7.如權利要求1所述的一種微富氧燃燒W火焰鍋爐及CO2減排系統，其特徵在於，所述的爐膛⑴生成煙氣中的CO2的體積比為25% 35%。
8.如權利要求1所述的一種微富氧燃燒W火焰鍋爐及CO2減排系統，其特徵在於，所述第一股煙氣(SI)中的CO2通過CO2回收裝置(9)脫除回收，CO2回收裝置(9)中的回收方法為物理或化學吸附技術，第一股煙氣(SI)中的剩餘氣體排入大氣。
9.如權利要求1所述的一種微富氧燃燒W火焰鍋爐及CO2減排系統，其特徵在於，所述爐膛(I)上的爐拱一次風管道(A)和爐拱二次風管道(B)在爐拱上沿爐膛(I)寬度方向間隔布置。
10.如權利要求1所述的一種微富氧燃燒W火焰鍋爐及CO2減排系統，其特徵在於，所述爐膛(I)的爐拱及其以下水冷壁不設有或設有衛燃帶，設有衛燃帶時，衛燃帶體積不超過爐拱及其以下水冷壁面積的10%。
全文摘要
本發明公開了一種微富氧燃燒W火焰鍋爐及CO2減排系統，其特徵在於，無煙煤或低揮發分煤進入W火焰鍋爐爐膛內充分燃燒，形成的煙氣經過換熱區及氣-氣換熱器降溫後，煙氣分為兩股，其中一股作為再循環煙氣；氣-氣換熱器中同時加熱空氣和氧氣，經加熱後的空氣分為三股，氧氣分為兩股，第一股氧氣與第一股空氣混合後進入爐拱一次風管道，第二股氧氣與第二股空氣混合後進入爐拱二次風管道，第三股空氣通入前後牆二次風管道。本發明將微富氧燃燒技術和W火焰鍋爐相結合，可實現更低成本的脫硫、脫硝以及捕捉，並實現零排放。在微富氧燃燒方式下單位質量的燃料燃燒所需的純氧量與富氧燃燒相比顯著降低，空分制氧的能耗與投資也隨之大幅度降低。
文檔編號F23C9/00GK103104910SQ20131005267
公開日2013年5月15日 申請日期2013年2月18日 優先權日2013年2月18日
發明者閆凱, 張翔, 陳楠, 張建文 申請人:上海鍋爐廠有限公司