專利名稱:一種富氧燃燒w火焰鍋爐系統(tǒng)及其燃燒工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種富氧燃燒W火焰鍋爐系統(tǒng)及其燃燒工藝,尤其是涉及以純氧作為氧化劑并以無煙煤或低揮發(fā)分煤為主要燃料的W火焰鍋爐系統(tǒng)及其燃燒工藝,屬于鍋爐燃燒技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
目前,以煤為主要能源的電力生產(chǎn)中CO2的排放占所有人類活動(dòng)中CO2排放總量的25%左右,是CO2最大的單點(diǎn)排放源。常規(guī)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(shù)和經(jīng)濟(jì)難題。富氧燃燒技術(shù),也稱作O2ZCO2燃燒技術(shù),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(脫水后CO2的濃度能達(dá)到95%以上),大大簡化了 CO2的回收成本和難度。N2的含量很少,便于壓縮冷卻得到液態(tài)C02,同時(shí)去除、回收其它污染物,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(shù)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性研究。目前,國內(nèi)外在富氧燃燒領(lǐng)域技術(shù)已經(jīng)開展了大量卓有成效的工作,積累了相當(dāng)數(shù)量的科學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。在我國的煤炭資源儲(chǔ)蓄中,無煙煤的儲(chǔ)量占到總儲(chǔ)量的13%。依據(jù)我國目前的燃燒政策和能源利用情況,電站鍋爐主要燃用煤種為無煙煤、貧煤、劣質(zhì)煤等低反應(yīng)、劣質(zhì)煤種,燃燒無煙煤的電站約占總數(shù)的24. 2%。W火焰鍋爐綜合了強(qiáng)化無煙煤燃燒的各種措施,非常適合于燃燒無煙煤,在西方是燃燒劣質(zhì)煤尤其是低揮發(fā)分劣質(zhì)煤的典型鍋爐燃燒技術(shù)。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公司等公司對于劣質(zhì)煤,特別是低揮發(fā)分的無煙煤,大都傾向于采用W火焰燃燒技術(shù),認(rèn)為干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf低于10%的煤必須采用W型火焰鍋爐。W火焰燃燒技術(shù)也是我國目前燃用低揮發(fā)分煤應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一。為了保證低揮發(fā)分、難著火煤種的正常著火,W火焰鍋爐通常將爐膛形狀設(shè)計(jì)為狹長型并敷設(shè)衛(wèi)燃帶,以保證爐膛局部具有較高的局部熱負(fù)荷。目前,雖然對富氧燃燒技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了大量的科學(xué)研究和試驗(yàn),但絕大多數(shù)相關(guān)研究均是針對煙煤等常規(guī)煤種,而對于采用富氧技術(shù)燃燒無煙煤或低揮發(fā)分煤種的研究則很不充分。作為燃燒無煙煤或低揮發(fā)分煤種主力機(jī)組的W火焰鍋爐仍然未能考慮CO2的收集、減排問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種簡單、經(jīng)濟(jì)且能減排CO2的富氧燃燒W火焰鍋爐系統(tǒng)及其燃燒工藝。為了解決上述第一個(gè)技術(shù)問題,本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種富氧燃燒W火焰鍋爐系統(tǒng),其特征在于包括W火焰爐膛,尾部煙道與W火焰爐膛連接;尾部煙道中設(shè)有過熱器、再熱器和省煤器,氣-氣換熱器設(shè)于尾部煙道出口處;除水裝置一端通過除塵器與氣-氣換熱器主煙道出口連接,除水裝置另一端連接脫硫裝置,除水裝置另一端同時(shí)通過再循環(huán)煙氣通道與氣-氣換熱器再循環(huán)煙氣入口連接;co2回收裝置連接脫硫裝置另一端;氣-氣換熱器再循環(huán)煙氣輸入端一側(cè)還設(shè)有O2輸入端,氣-氣換熱器O2出口分為第一02輸出管路和第二02輸出管路,第一 02輸出管路連接氣-氣換熱器再循環(huán)煙氣輸出管路,第二02輸出管路連接氣-氣換熱器再循環(huán)煙氣輸出管路和爐拱二次風(fēng)管道一端;氣-氣換熱器再循環(huán)煙氣輸出管路還連接磨煤機(jī)入口和前后墻二次風(fēng)管道一端,磨煤機(jī)出口連接一次風(fēng)管道一端,一次風(fēng)管道另一端、爐拱二次風(fēng)管道另一端、前后墻二次風(fēng)管道另一端均連接W火焰爐膛。優(yōu)選地,所述一次風(fēng)管道和爐拱二次風(fēng)管道在爐拱上沿爐膛寬度方向間隔布置。優(yōu)選地,所述W火焰爐膛的下爐膛水冷壁敷設(shè)有衛(wèi)燃帶。為了解決上述第二個(gè)技術(shù)問題,本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種富氧燃燒W火焰鍋爐系統(tǒng)燃燒工藝,其特征在于無煙煤或干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf低于10%的低揮發(fā)分煤在02/0)2氣氛中在W火焰鍋爐爐膛內(nèi)充分燃燒,所形成的煙氣經(jīng)過過熱器、再熱器和省煤器換熱降溫后,經(jīng)過氣-氣換熱器進(jìn)一步降溫,隨后依次經(jīng)過除塵器、除水裝置;若煙氣不需要除水可不經(jīng)過除水裝置。從除水裝置出來的煙氣分為兩股一股依次進(jìn)入脫硫裝置和CO2回收裝置,另一股為再循環(huán)煙氣,進(jìn)入氣-氣換熱器受到主煙道煙氣的加熱;主煙道煙氣在氣-氣換熱器中加熱再循環(huán)煙氣的同時(shí)還加熱從空氣中分離出來的O2 ;經(jīng)加熱后的再循環(huán)煙氣分為三股,加熱后的O2分為兩股第一股O2與第一股再循環(huán)煙氣經(jīng)混合后進(jìn)入磨煤機(jī),并通過一次風(fēng)管道進(jìn)入W火焰爐膛;第二股O2與第二股再循環(huán)煙氣經(jīng)混合后通過爐拱二次風(fēng)管道進(jìn)入W火焰爐膛;第三股再循環(huán)煙氣通過前后墻二次風(fēng)管道進(jìn)入W火焰爐膛。優(yōu)選地,所述一次風(fēng)中O2的體積份額為50% 80%,爐拱二次風(fēng)中O2的體積份額為40% 60%,通過一次風(fēng)管道、爐拱二次風(fēng)管道和前后墻二次風(fēng)管道進(jìn)入W火焰爐膛的總的O2和再循環(huán)煙氣的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下體積比為1: 1.4 1: 2。本發(fā)明提供的一種富氧燃燒W火焰鍋爐系統(tǒng)將富氧燃燒技術(shù)和W火焰鍋爐相結(jié)合,燃燒過程中幾乎不產(chǎn)生NOx氣體,可實(shí)現(xiàn)更低成本的脫硫、脫硝以及CO2捕捉,并實(shí)現(xiàn)零排放。進(jìn)入爐膛的O2和再循環(huán)煙氣的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下體積比在1: 1.4 1: 2的范圍內(nèi),保證了無煙煤或低揮發(fā)分煤種著火所需的較高的局部熱負(fù)荷。同時(shí)所需再循環(huán)煙氣量比常規(guī)空氣燃燒鍋爐和常規(guī)富氧鍋爐大為減少,大幅降低了煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)功率,從而進(jìn)一步提聞了系統(tǒng)的效率。由于進(jìn)入爐膛的O2和再循環(huán)煙氣混合物的體積比常規(guī)情況大為減少,爐膛截面熱負(fù)荷有較大程度的提高,燃料的著火條件大為改善,因此,下爐膛水冷壁只需敷設(shè)少量衛(wèi)燃帶,甚至不需要敷設(shè)衛(wèi)燃帶。這不僅使得下爐膛的輻射吸熱面積有較大增加,而且下爐膛結(jié)渣的可能性也大幅度降低。由于爐膛著火條件的大幅改善,下爐膛的寬深比縮小到常規(guī)范圍內(nèi),不需將爐膛設(shè)計(jì)成狹長的形狀。對于同樣的爐膛截面熱負(fù)荷,較小的爐膛寬深比具有較小的周長,這將使鍋爐的鋼耗和制造成本降低。本發(fā)明提供的系統(tǒng)克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足,大幅改善了爐膛著火條件,下爐膛輻射吸熱面積有較增加的同時(shí)結(jié)渣可能性大幅降低,提高了整個(gè)系統(tǒng)的效率,且鍋爐的鋼耗和制造成本降低,還能實(shí)現(xiàn)CO2零排放。
圖1為本發(fā)明提供的一種富氧燃燒W火焰鍋爐系統(tǒng)示意圖;附圖標(biāo)記說明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-再循環(huán)煙氣;I1-O2 ;12_煤;13-磨煤機(jī);A_爐拱一次風(fēng);B-爐拱二次風(fēng);C-前后墻二次風(fēng)。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明更明顯易懂,茲以幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例,并配合附圖作詳細(xì)說明如下。實(shí)施例1圖1為本發(fā)明提供的一種富氧燃燒W火焰鍋爐系統(tǒng)示意圖,所述的一種富氧燃燒W火焰鍋爐系統(tǒng)包括W火焰爐膛I,過熱器2位于頂部煙道中,尾部煙道中依次布置有再熱器3、省煤器4和氣-氣換熱器5 ;除水裝置7 —端通過除塵器6與氣-氣換熱器5主煙道出口連接,除水裝置7另一端連接脫硫裝置8 一端,除水裝置7另一端同時(shí)通過再循環(huán)煙氣通道與氣-氣換熱器5再循環(huán)煙氣輸入端連接;C02回收裝置9連接脫硫裝置8另一端;氣-氣換熱器5再循環(huán)煙氣輸入端一側(cè)還設(shè)有O2輸入端,氣-氣換熱器502出口分為第一 O2輸出管路和第二 O2輸出管路,第一 O2輸出管路連接氣-氣換熱器5再循環(huán)煙氣輸出管路,第二 O2輸出管路連接氣-氣換熱器5再循環(huán)煙氣輸出管路和爐拱二次風(fēng)B管道一端;氣-氣換熱器5再循環(huán)煙氣輸出管路還連接磨煤機(jī)13輸入端和前后墻二次風(fēng)C管道一端,磨煤機(jī)13出口連接一次風(fēng)A管道一端,一次風(fēng)A管道另一端、爐拱二次風(fēng)B管道另一端、前后墻二次風(fēng)C管道另一端均連接W火焰爐膛I。一次風(fēng)A管道和爐拱二次風(fēng)B管道在爐拱上沿爐膛寬度方向以一定規(guī)律間隔布置;下爐膛水冷壁不敷設(shè)衛(wèi)燃帶。上述富氧燃燒W火焰鍋爐系統(tǒng)的燃燒工藝如下無煙煤或干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf低于10%的低揮發(fā)分煤在含高濃度O2的02/0)2氣氛中在W火焰鍋爐爐膛I內(nèi)充分燃燒,所形成的煙氣經(jīng)過過熱器2、再熱器3和省煤器4等換熱區(qū)降溫后,經(jīng)過氣-氣換熱器5進(jìn)一步降溫,隨后依次經(jīng)過除塵器6、除水裝置7分別除去煙氣中的灰分和大部分水分,隨后煙氣分為兩股;一股依次進(jìn)入脫硫裝置8和CO2回收裝置9,另一股為再循環(huán)煙氣10,進(jìn)入氣-氣換熱器5受到主煙道煙氣的加熱;主煙道煙氣在氣-氣換熱器5中加熱再循環(huán)煙氣的同時(shí)還加熱從空氣中分離出來的O2Il ;經(jīng)加熱后的再循環(huán)煙氣分為三股,第一股進(jìn)入磨煤機(jī)13,第二股進(jìn)入爐拱二次風(fēng)B管道,第三股通過前后墻二次風(fēng)C管道進(jìn)入W火焰爐膛I ;加熱后的O2分為兩股,第一股O2與第一股再循環(huán)煙氣經(jīng)混合后進(jìn)入磨煤機(jī)13 (煤12經(jīng)磨煤機(jī)13磨碎),并通過一次風(fēng)A管道進(jìn)入W火焰爐膛1,第二股O2與第二股再循環(huán)煙氣經(jīng)混合后通過爐拱二次風(fēng)B管道進(jìn)入W火焰爐膛I。一次風(fēng)中O2的體積份額為50%,爐拱二次風(fēng)中O2的體積份額為50%,前后墻二次風(fēng)中均為再循環(huán)煙氣;進(jìn)入爐膛的O2和再循環(huán)煙氣的體積比(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積比)在1: 1.9。實(shí)施例2與實(shí)施例1區(qū)別在于富氧燃燒W火焰鍋爐系統(tǒng)的下爐膛水冷壁敷設(shè)少量衛(wèi)燃帶。富氧燃燒W火焰鍋爐系統(tǒng)的燃燒工藝中,一次風(fēng)中O2的體積份額為65%,爐拱二次風(fēng)中O2的體積份額為40%,前后墻二次風(fēng)中均為再循環(huán)煙氣;進(jìn)入爐膛的O2和再循環(huán)煙氣的體積比(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積比)在1:1. 7。其它部分均與實(shí)施例1相同。實(shí)施例3與實(shí)施例1區(qū)別在于富氧燃燒W火焰鍋爐系統(tǒng)的下爐膛水冷壁敷設(shè)少量衛(wèi)燃帶。富氧燃燒W火焰鍋爐系統(tǒng)的燃燒工藝中,一次風(fēng)中O2的體積份額為80%,爐拱二次風(fēng)中O2的體積份額為60%,前后墻二次風(fēng)中均為再循環(huán)煙氣;進(jìn)入爐膛的O2和再循環(huán)煙氣的體積比(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積比)在1:1. 5。其它部分均與實(shí)施例1相同。本發(fā)明提供的一種富氧燃燒W火焰鍋爐系統(tǒng)將富氧燃燒技術(shù)和W火焰鍋爐相結(jié)合,燃燒過程中幾乎不產(chǎn)生NOx氣體,可實(shí)現(xiàn)更低成本的脫硫、脫硝以及CO2捕捉,并實(shí)現(xiàn)零排放。在本發(fā)明中,進(jìn)入爐膛的O2和再循環(huán)煙氣的體積比(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)在1:1. 4
I 2的范圍內(nèi),保證了無煙煤或低揮發(fā)分煤種著火所需的較高的局部熱負(fù)荷,同時(shí)這一比例遠(yuǎn)低于空氣中O2和N2的體積比(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)I 4,以及常規(guī)富氧鍋爐中O2和再循環(huán)煙氣的體積比(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)3 7,即在本發(fā)明中所需再循環(huán)煙氣量比常規(guī)空氣燃燒鍋爐和常規(guī)富氧鍋爐大為減少。這將大幅降低煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)功率,從而進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的效率。在本發(fā)明中,由于進(jìn)入爐膛的O2和再循環(huán)煙氣混合物的體積比常規(guī)情況大為減少,爐膛截面熱負(fù)荷有較大程度的提高,燃料的著火條件大為改善,因此,下爐膛水冷壁只需敷設(shè)少量衛(wèi)燃帶,甚至不需要敷設(shè)衛(wèi)燃帶。這不僅使得下爐膛的輻射吸熱面積有較大增力口,而且下爐膛結(jié)渣的可能性也大幅度降低。在本發(fā)明中,由于爐膛著火條件的大幅改善,下爐膛的寬深比縮小到常規(guī)范圍內(nèi),不需將爐膛設(shè)計(jì)成狹長的形狀。對于同樣的爐膛截面熱負(fù)荷,較小的爐膛寬深比具有較小的周長,這將使鍋爐的鋼耗和制造成本降低。
權(quán)利要求
1.一種富氧燃燒W火焰鍋爐系統(tǒng),其特征在于包括W火焰爐膛(1),尾部煙道與W火焰爐膛(I)連接;尾部煙道中設(shè)有過熱器(2)、再熱器(3)和省煤器(4),氣-氣換熱器(5)設(shè)于尾部煙道出口處;除水裝置(7) —端通過除塵器(6)與氣-氣換熱器(5)主煙道出口連接,除水裝置(7)另一端連接脫硫裝置(8),除水裝置(7)另一端同時(shí)通過再循環(huán)煙氣通道與氣-氣換熱器(5)再循環(huán)煙氣入口連接;C02回收裝置(9)連接脫硫裝置(8)另一端; 氣-氣換熱器(5)再循環(huán)煙氣入口旁還設(shè)有O2入口,氣-氣換熱器(5) O2出口分為第一 O2輸出管路和第二 O2輸出管路,第一 O2輸出管路連接氣-氣換熱器(5)再循環(huán)煙氣輸出管路,第二 O2輸出管路連接氣-氣換熱器(5)再循環(huán)煙氣輸出管路和爐拱二次風(fēng)(B)管道一端;氣-氣換熱器(5)再循環(huán)煙氣輸出管路還連接磨煤機(jī)(13)入口和前后墻二次風(fēng)(C)管道一端,磨煤機(jī)(13)出口連接一次風(fēng)(A)管道一端,一次風(fēng)(A)管道另一端、爐拱二次風(fēng)(B)管道另一端、前后墻二次風(fēng)(C)管道另一端均連接W火焰爐膛(I)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種富氧燃燒W火焰鍋爐系統(tǒng),其特征在于所述一次風(fēng)(A)管道和爐拱二次風(fēng)(B)管道在爐拱上沿爐膛寬度方向間隔布置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種富氧燃燒W火焰鍋爐系統(tǒng),其特征在于所述W火焰爐膛(I)的下爐膛水冷壁敷設(shè)有衛(wèi)燃帶。
4.一種如權(quán)利要求1所述的富氧燃燒W火焰鍋爐系統(tǒng)燃燒工藝,其特征在于 無煙煤或干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf低于10 %的低揮發(fā)分煤在02/C02氣氛中在W火焰鍋爐爐膛(I)內(nèi)充分燃燒,所形成的煙氣經(jīng)過各級過熱器(2)、再熱器(3)和省煤器(4)換熱降溫后,經(jīng)過氣-氣換熱器(5)進(jìn)一步降溫,隨后依次經(jīng)過除塵器¢)、除水裝置(7);若煙氣不需要除水可不經(jīng)過除水裝置(7)。
從除水裝置(7)出來的煙氣分為兩股一股依次進(jìn)入脫硫裝置(8)和CO2回收裝置(9),另一股為再循環(huán)煙氣(10),進(jìn)入氣-氣換熱器(5)受到主煙道煙氣的加熱;主煙道煙氣在氣-氣換熱器(5)中加熱再循環(huán)煙氣的同時(shí)還加熱從空氣中分離出來的O2(Il); 經(jīng)加熱后的再循環(huán)煙氣分為三股,加熱后的O2分為兩股第一股O2與第一股再循環(huán)煙氣經(jīng)混合后進(jìn)入磨煤機(jī)(13),并通過一次風(fēng)(A)管道進(jìn)入W火焰爐膛(I);第二股O2與第二股再循環(huán)煙氣經(jīng)混合后通過爐拱二次風(fēng)(B)管道進(jìn)入W火焰爐膛(I);第三股再循環(huán)煙氣通過前后墻二次風(fēng)(C)管道進(jìn)入W火焰爐膛(I)。
5.如權(quán)利要求4所述的一種富氧燃燒W火焰鍋爐系統(tǒng)燃燒工藝,其特征在于所述一次風(fēng)⑷中O2的體積份額為50 % 80 %,爐拱二次風(fēng)⑶中O2的體積份額為40 % 60 %,通過一次風(fēng)(A)管道、爐拱二次風(fēng)(B)管道和前后墻二次風(fēng)(C)管道進(jìn)入W火焰爐膛(I)的總的O2和再循環(huán)煙氣的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下體積比為1: 1.4 1: 2。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種富氧燃燒W火焰鍋爐系統(tǒng)及其燃燒工藝,從除水裝置出來的煙氣分為兩股一股依次進(jìn)入脫硫裝置和CO2回收裝置,另一股進(jìn)入氣-氣換熱器受主煙道煙氣加熱;主煙道煙氣加熱再循環(huán)煙氣的同時(shí)還加熱空氣中分離的O2;加熱后的再循環(huán)煙氣分為三股、O2分為兩股第一股O2與第一股再循環(huán)煙氣混合后進(jìn)入磨煤機(jī),并進(jìn)入一次風(fēng)管道;第二股O2與第二股再循環(huán)煙氣混合后進(jìn)入爐拱二次風(fēng)管道;第三股再循環(huán)煙氣進(jìn)入前后墻二次風(fēng)管道。本發(fā)明提供的系統(tǒng)克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足,大幅改善了爐膛著火條件,下爐膛輻射吸熱面積有較增加的同時(shí)結(jié)渣可能性大幅降低,提高了整個(gè)系統(tǒng)的效率,且鍋爐的鋼耗和制造成本降低,還能實(shí)現(xiàn)CO2零排放。
文檔編號F23C9/06GK103017151SQ20121053179
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者閆凱, 馬勝, 張建文, 烏曉江 申請人:上海鍋爐廠有限公司