煙氣再循環煤粉鍋爐燃燒系統及其工況切換方法
2023-08-08 18:36:46 4
煙氣再循環煤粉鍋爐燃燒系統及其工況切換方法
【專利摘要】煙氣再循環煤粉鍋爐燃燒系統及其工況切換方法，屬於煤粉鍋爐富氧燃燒調節及控制方法，解決煤粉鍋爐從空氣燃燒向富氧燃燒工況切換過程中的調節難題。本發明的煤粉鍋爐燃燒系統，包括給煤機、燃燒器、鍋爐、脫硝器、空預器、除灰裝置、脫硫裝置和引風機；本發明的工況切換方法，包括布置檢測設備、再循環閥和進氣閥控制、控制送風機出口流量以及控制注氧量步驟；本發明從燃燒系統中的相關檢測點，獲得工況切換過程的變化參數，以再循環煙氣量來確定循環倍率、以爐膛出口氧量確定一、二次風注氧流量，使循環煙氣量、空氣流量、氧氣注入量在切換過程中的波動在合理範圍內，安全、穩定地實現從空氣燃燒到富氧燃燒工況的切換，並維持煙氣中的CO2濃度。
【專利說明】煙氣再循環煤粉鍋爐燃燒系統及其工況切換方法【技術領域】
[0001]本發明屬於煤粉鍋爐富氧燃燒調節及控制方法，具體涉及一種煙氣再循環煤粉鍋爐燃燒系統及其工況切換方法，適用於燃煤鍋爐由空氣燃燒到富氧燃燒工況切換過程中的控制。
【背景技術】
[0002]二氧化碳是引起全球氣溫上升和極端氣候頻發的主要原因。「富煤、少氣、缺油」的資源條件決定了中國的能源結構在今後相當長時間內仍是以煤炭作為主要能源。2011年，中國CO2排放量8241Mt，居世界首位，佔世界總排放量的24.6%。鑑於我國的能源結構以及碳減排任務，急需尋找一種減少碳排放的潔淨煤燃燒技術。根據聯合國政府間氣候變化委員會(IPCC)報告，碳捕捉與封存技術(CCS)可行性強，能有效大幅減少溫室氣體排放；另據國際能源局(IEA)的預測，2050年90%的電力將來自於新型富氧燃燒電廠。
[0003]二氧化碳捕集技術主要有三種方式:燃燒前捕捉、富氧燃燒技術和燃燒後捕捉。燃燒前捕集技術主要為整體煤氣化聯合循環發電技術(IGCC);燃燒後碳捕集技術主要有胺法-MEA、冷卻氨法等；富氧燃燒技術是將O2與以CO2為主要成份的再循環煙氣以一定比例送入爐膛與燃料混合燃燒，因入爐氣氛中不含有傳統燃燒方式中的氮氣，煙氣中的CO2濃度會逐漸富集，燃燒後煙氣一部分通過煙氣以再循環的方式進入爐膛與氧氣混合後，用於輸送燃料和作為燃燼風，另一部分經除塵、冷凝、乾燥後進入CO2壓縮設備，可以實現燃煤鍋爐汙染物與CO2近零排放。因此，富氧燃燒技術具有較大的技術優勢和工業可行性，其相對投資成本低，既能用於現有鍋爐的改造，又可在新建電廠中應用。 [0004]目前國內外學者對富氧燃燒系統的技術經濟進行了較詳細的模擬分析，但基於富氧燃燒控制系統的應用研究未見報導。韓國的Ade等採用非線性模型的預測控制算法從汽水側和煙氣側著手，建立了富氧燃燒鍋爐的動態機理數學模型，並針對氧氣質量流量、煤耗量、主蒸汽質量流量等做了階躍擾動模擬，得到富氧燃燒條件下一些狀態參數的變化曲線(Computers and Chemical Engineering, 2011, 35:25-40.);美國的 M.Pottmann 開展了富氧燃燒過程的動態模擬研究，對模擬過程的設計概念和準則、控制策略及優化進行了討論(Energy Procedia, 2011,4:951-957.);西班牙的1.Guedea等研究了流化床煙氣循環過程的控制策略，通過調節送風機的轉速控制循環煙氣流量，保證爐膛燃燒穩定，在此條件下建立反饋控制策略，並進行了模擬和試驗研究，其煙氣循環控制策略對富氧燃燒的試驗研究提供了指導(Energy Procedia，2011，4:972-979)。
[0005]由於富氧燃煤鍋爐採用了全新的工藝流程，實現從空氣燃燒到富氧燃燒工況的平穩切換是一個技術難題。上述的研究大多處於實驗室階段，實際的空氣/富氧燃燒切換運行條件依賴於煙氣循環倍率的變化速率以及空氣流量的協調。
【發明內容】
[0006]本發明提供一種煙氣再循環煤粉鍋爐燃燒系統，同時提供其工況切換方法，解決煤粉鍋爐從空氣燃燒向富氧燃燒工況切換過程中的調節難題，使系統穩定地實現空氣和富氧燃燒工況的相互切換，並維持煙氣中的CO2濃度。
[0007]本發明所提供的一種煙氣再循環煤粉鍋爐燃燒系統，包括依次連接的給煤機、燃燒器、鍋爐、脫硝器、空預器、除灰裝置、脫硫裝置和引風機，其特徵在於:
[0008]所述引風機通過管路分別連接排煙閥入口和再循環閥入口，排煙閥出口連通煙囪，進氣閥入口連通空氣，進氣閥出口和再循環閥出口通過管路連接送風機入口，送風機出口通過管路同時連接空預器空氣入口、一次風截止閥入口及二次風截止閥出口，一次風截止閥出口連接一次風機入口，一次風機出口通過一次風管路連接給煤機出口和燃燒器入口，第一注氧器通過第一注氧閥連接所述一次風管路；空預器空氣出口和二次風截止閥入口連接二次風管路，二次風管路連接燃燒器二次風入口，第二注氧器通過第二注氧閥連接所述二次風管路。
[0009]空氣和再循環煙氣分別從進氣閥和再循環煙氣閥進入，經送風機後分為兩路:一路由空預器加熱作為二次風，另一路經二次風截止閥出口和一次風截止閥入口混合，經一次風機和給煤機，將煤粉混合後通過燃燒器送入鍋爐燃燒，煙氣經脫硝器、空預器、除灰裝置、脫硫裝置，經引風機將煙氣排入煙囪。
[0010]所述煙氣再循環煤粉鍋爐燃燒系統的工況切換方法，包括布置檢測設備步驟、再循環閥和進氣閥控制步驟、控制送風機出口流量步驟和控制注氧量步驟，其特徵在於:
[0011](I)布置檢測設備步驟:
[0012]在引風機出口、再循環煙氣閥出口、送風機出口分別設置測點，測量壓力、溫度和
流量；
[0013]在第一注氧閥出口、第二注氧閥出口和鍋爐爐膛尾部煙道出口設置測點，測量氧量;
[0014](2)再循環閥和進氣閥控制步驟，包括下述子步驟:
[0015](2.1).計算所設置測點的標準體積流量W:
【權利要求】
1.一種煙氣再循環煤粉鍋爐燃燒系統，包括依次連接的給煤機(GM)、燃燒器(RSQ)、鍋爐(GL)、脫硝器(TX)、空預器(KY)、除灰裝置(CH)、脫硫裝置(TL)和引風機(YF)，其特徵在於: 所述引風機(YF)通過管路分別連接排煙閥(Hl)入口和再循環閥(H3)入口，排煙閥(Hl)出口連通煙囪(YC)，進氣閥(H2)入口連通空氣(KQ)，進氣閥(H2)出口和再循環閥(H3)出口通過管路連接送風機(SF)入口，送風機(SF)出口通過管路同時連接空預器(KY)空氣入口、一次風截止閥(H5)入口及二次風截止閥(H4)出口，一次風截止閥(H5)出口連接一次風機(FG)入口，一次風機(FG)出口通過一次風管路連接給煤機(GM)出口和燃燒器(RSQ)入口，第一注氧器(ZYl)通過第一注氧閥(H7)連接所述一次風管路；空預器(KY)空氣出口和二次風截止閥(H4)入口連接二次風管路，二次風管路連接燃燒器(RSQ) 二次風入口，第二注氧器(ZY2)通過第二注氧閥(H6)連接所述二次風管路。
2.權利要求1所述煙氣再循環煤粉鍋爐燃燒系統的工況切換方法，包括布置檢測設備步驟、再循環閥和進氣閥控制步驟、控制送風機出口流量步驟和控制注氧量步驟，其特徵在於: (1)布置檢測設備步驟: 在引風機(YF)出口、再循環煙氣閥(H3)出口、送風機(SF)出口分別設置測點，測量壓力、溫度和流量； 在第一注氧閥(H7)出口、第二注氧閥(H6)出口和鍋爐(GL)爐膛尾部煙道出口設置測點，測量氧量； (2)再循環閥和進氣閥控制步驟，包括下述子步驟: (2.1).計算所設置測點的標準體積流量Xn:
【文檔編號】F23N5/00GK103968415SQ201410202855
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月14日 優先權日:2014年5月14日
【發明者】羅自學, 柳朝暉, 程強 申請人:華中科技大學