專利名稱：一種用于煤粉鍋爐的水蒸汽循環(huán)調(diào)節(jié)式富氧燃燒方法
一種用于煤粉鍋爐的水蒸汽循環(huán)調(diào)節(jié)式富氧燃燒方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于煤粉燃燒技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于煤粉鍋爐的水蒸汽循環(huán) 調(diào)節(jié)式富氧燃燒方法。
背景技術(shù)：
富氧燃燒是指利用純氧或富氧(含氧濃度高于21%的混合氣)代替空氣作為助燃介 質(zhì)的燃燒技術(shù)，由于其相比于傳統(tǒng)空氣燃燒，可以排除大量不參與反應(yīng)的氮?dú)猓沟酶蔁煔?中的CO2濃度達(dá)到80%以上，易于實(shí)現(xiàn)CO2捕獲和儲(chǔ)存，因此成為當(dāng)今燃煤燃燒過(guò)程中捕獲 CO2最有前景的技術(shù)。
現(xiàn)有技術(shù)中的煤粉鍋爐富氧燃燒方式主要包括以下流程從空氣中分離出濃度高 達(dá)95%以上的氧氣與循環(huán)煙氣相混合，經(jīng)過(guò)預(yù)熱器加熱到適當(dāng)溫度后送入爐膛并與煤粉燃 燒反應(yīng)，所生成的煙氣經(jīng)過(guò)換熱設(shè)備處理后從爐膛出口排出；煙氣成分主要是CO2、少量的 水蒸汽和少量的02、N2等，經(jīng)過(guò)除塵設(shè)備后流經(jīng)脫硫、脫硝設(shè)備，然后通過(guò)冷凝處理得到干 燥的高濃度CO2煙氣其中大部分煙氣作為循環(huán)煙氣與O2混合送回爐膛，另外一部分經(jīng)過(guò)壓 縮設(shè)備壓縮后予以貯存。
然而，研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)的富氧燃燒方式仍然存在著以下的缺陷或不足第一、 由于大量煙氣(60-80%)的循環(huán)，導(dǎo)致煙氣中NOx和SO2的含量會(huì)隨著循環(huán)次數(shù)的增加而不 斷富集，同時(shí)多次的煙氣循環(huán)會(huì)增加漏風(fēng)現(xiàn)象，并使得煙氣中N2含量增加；第二，上述現(xiàn)象 還會(huì)大大降低富氧燃燒煙氣中CO2的濃度，進(jìn)而增加后續(xù)壓縮純化的難度，降低CO2的捕獲 效率；第三，大量的煙氣循環(huán)會(huì)導(dǎo)致整體富氧燃燒系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)切換繁瑣，并存在輔助設(shè)備 復(fù)雜、難以操控等問題。相應(yīng)地，在相關(guān)領(lǐng)域中存在著對(duì)用于煤粉鍋爐的水蒸汽循環(huán)調(diào)節(jié)式 富氧燃燒方式作出進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)需求。發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷和/或技術(shù)需求，本發(fā)明的目的在于提供一種用于煤粉 鍋爐的水蒸汽循環(huán)調(diào)節(jié)式富氧燃燒方法，其通過(guò)水蒸汽的循環(huán)代替或減少煙氣的循環(huán)量， 可以提高燃燒產(chǎn)物中CO2的濃度，同時(shí)減少NOx和SO2等污染物的生成和排放。
按照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，提供了一種用于煤粉鍋爐的水蒸汽循環(huán)調(diào)節(jié)式 富氧燃燒方法，其特征在于，在整個(gè)富氧燃燒過(guò)程中
(a)對(duì)燃燒所產(chǎn)生的煙氣依次執(zhí)行熱能提取、冷凝和凈化處理，并利用所提取的熱 能將冷凝處理后所獲得的冷凝水加熱轉(zhuǎn)換成水蒸汽，然后將其中一部分水蒸汽作為一次風(fēng) 送入煤粉鍋爐的爐膛；
(b)將所述水蒸汽的剩余部分與氧氣混合后作為二次風(fēng)送入煤粉鍋爐的爐膛。
通過(guò)以上構(gòu)思，由于可以利用煙氣冷凝水加熱所生成的水蒸汽循環(huán)來(lái)調(diào)節(jié)爐膛中 火焰的溫度和鍋爐換熱狀態(tài)，與傳統(tǒng)的富氧燃燒方式相比，可以完全避免循環(huán)煙氣的使用， 減少空氣泄漏的影響，并提高對(duì)煙氣中CO2的捕獲效果；此外，由于不再使用煙氣循環(huán)，相應(yīng)可大大降低煙氣中NOx和SO2等污染物濃度，提高環(huán)保程度，同時(shí)使得電廠鍋爐系統(tǒng)中的循 環(huán)和凈化設(shè)備得到簡(jiǎn)化，提高生產(chǎn)效率。
在步驟(a)中，還可以將所述一部分水蒸汽與氧氣混合后作為一次風(fēng)送入煤粉鍋 爐的爐膛。
按照本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式，提供了一種用于煤粉鍋爐的水蒸汽循環(huán)調(diào)節(jié)式 富氧燃燒方法，其特征在于，在整個(gè)富氧燃燒過(guò)程中
(i)對(duì)燃燒所產(chǎn)生的煙氣依次執(zhí)行熱能提取、冷凝和凈化處理，并將所獲得的冷循 環(huán)煙氣利用所提取的熱能予以加熱，然后將其作為一次風(fēng)返回至煤粉鍋爐的爐膛；
(ii)將煙氣冷凝處理后所獲得的冷凝水利用所提取的熱能加熱轉(zhuǎn)換成水蒸汽，然 后將其與氧氣混合后作為二次風(fēng)送入煤粉鍋爐的爐膛。
通過(guò)以上構(gòu)思，由于可以利用煙氣冷凝水加熱所生成的水蒸汽循環(huán)來(lái)調(diào)節(jié)爐膛中 火焰的溫度和鍋爐換熱狀態(tài)，與傳統(tǒng)的富氧燃燒方式相比，可以部分避免循環(huán)煙氣的使用， 并有助于提高對(duì)煙氣中CO2的捕獲效果，降低煙氣中NOx和SO2等污染物濃度；此外，通過(guò)采 用循環(huán)煙氣作為一次風(fēng)，能夠在實(shí)現(xiàn)上述效果的同時(shí)，有效保證對(duì)煤粉的順利輸送。
作為進(jìn)一步優(yōu)選地，在步驟(i)中，還可以將煙氣和氧氣相混合后共同作為一次風(fēng) 送入煤粉鍋爐的爐膛，有利于氧氣和煤粉在輸運(yùn)過(guò)程中混合，易于煤粉的著火和燃燒。
作為進(jìn)一步優(yōu)選地，在步驟(i )中，作為一次風(fēng)的循環(huán)煙氣占總熱煙氣量的20 40%。
通過(guò)將作為一次風(fēng)的循環(huán)煙氣體積進(jìn)行以上具體限定，這樣既保證一次風(fēng)有足夠 的動(dòng)力輸運(yùn)煤粉，又對(duì)于后續(xù)的二次風(fēng)而言，則所需的水蒸汽等介質(zhì)的調(diào)節(jié)范圍相對(duì)較大， 由此便于對(duì)整體燃燒過(guò)程中送風(fēng)量的調(diào)節(jié)。
作為進(jìn)一步優(yōu)選地，作為一次風(fēng)的水蒸汽溫度為150 200°C。
通過(guò)對(duì)作為一次風(fēng)的水蒸汽溫度進(jìn)行以上限定，較多的比較測(cè)試表明，這樣水蒸 汽自身溫度較高易于保持為氣態(tài)，從而便于對(duì)煤粉的順利輸送。
作為進(jìn)一步優(yōu)選地，作為二次風(fēng)的水蒸汽溫度為120 150°C。
通過(guò)對(duì)作為二次風(fēng)的水蒸汽溫度進(jìn)行以上限定，較多的比較測(cè)試表明，這樣便于 利用爐膛中的預(yù)熱器來(lái)進(jìn)行加熱，這樣可以減少能量消耗，降低生產(chǎn)成本。
作為進(jìn)一步優(yōu)選地，進(jìn)入到爐膛中的氧氣總量占所有助燃?xì)怏w的體積比為21% 35%。
之所以對(duì)進(jìn)入到爐膛中的氧氣總量進(jìn)行以上限定，主要是對(duì)于富氧燃燒技術(shù)來(lái) 說(shuō)，采用25%-30%的氧氣濃度就能達(dá)到良好的燃燒效果；而考慮到本發(fā)明中利用水蒸汽來(lái) 執(zhí)行循環(huán)調(diào)節(jié)，為了使其與氧氣更好地配合并獲得更高的燃燒效率，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比測(cè)試后 對(duì)其體積比作出以上限定。
作為進(jìn)一步優(yōu)選地，當(dāng)冷凝水不足時(shí)，還可以直接補(bǔ)充水，并利用所述提取的熱能 將其加熱轉(zhuǎn)換成水蒸汽。
總體而言，按照本發(fā)明的水蒸汽循環(huán)調(diào)節(jié)式富氧燃燒方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要 具備以下的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)
1、由于利用煙氣冷凝水加熱所生成的水蒸汽循環(huán)來(lái)調(diào)節(jié)爐膛中火焰的溫度和鍋 爐換熱狀態(tài)，與傳統(tǒng)的富氧燃燒方式相比，可以完全或部分避免循環(huán)煙氣的使用，減少空氣泄漏的影響，并可提高對(duì)煙氣中CO2的捕獲效果；2、由于大量減少或取消了煙氣循環(huán)，相應(yīng)還可大大降低煙氣中的中NOx和SO2等污染物濃度，提高環(huán)保程度，同時(shí)使得電廠鍋爐系統(tǒng)中的循環(huán)和凈化設(shè)備得到簡(jiǎn)化，提高生產(chǎn)效率；3、按照本發(fā)明富氧燃燒方式適于與現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造，便于操控，在煙氣富集CO2的同時(shí)能夠協(xié)同脫除多種污染物，同時(shí)有助于提高燃燒效率，因而尤其適用于煤粉鍋爐或類似場(chǎng)合的應(yīng)用。


圖1是按照本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的流程示意圖；圖2是按照本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施方式的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。圖1是按照本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的流程示意圖。如圖1中所示，按照本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施方式的富氧燃燒方法的整體工藝流程及基礎(chǔ)設(shè)備與傳統(tǒng)相類似，其主要區(qū)別或特點(diǎn)在于Ca)對(duì)燃燒所產(chǎn)生的煙氣依次執(zhí)行熱能提取、凈化和冷凝處理，并利用所提取的熱能將冷凝處理后所獲得的冷凝水加熱轉(zhuǎn)換成水蒸汽，然后將其中一部分水蒸汽作為一次風(fēng)送入煤粉鍋爐的爐膛；(b)將水蒸汽的剩余部分與氧氣混合后作為二次風(fēng)送入煤粉鍋爐的爐膛。具體而言，煤粉燃燒所產(chǎn)生的煙氣會(huì)依次執(zhí)行熱能提取、凈化和冷凝處理，其中冷凝處理后所獲得的冷凝水可以利用熱能提取操作所獲得的熱能，譬如經(jīng)過(guò)預(yù)熱器加熱轉(zhuǎn)換成優(yōu)選150-200°C的水蒸汽，然后將其中一部分水蒸汽單獨(dú)作為一次風(fēng)送入煤粉鍋爐的爐膛；其余的水蒸汽(若需要，也可以直接補(bǔ)充水來(lái)生成水蒸汽)則與空氣分離所獲得的氧氣相混合，然后作為二次風(fēng)(以及三次風(fēng))送入爐膛點(diǎn)火燃燒。鍋爐燃燒所生成的高溫?zé)煔鈩t全部經(jīng)過(guò)上述熱能提取、凈化和冷凝后壓縮成液體。以下為按照第一優(yōu)選實(shí)施方式的具體實(shí)施例，可以從該實(shí)施例獲知相應(yīng)的技術(shù)效果如下。實(shí)施例1煙氣冷凝后獲得水蒸汽，經(jīng)測(cè)試表明，每kg煤獲得的水蒸氣質(zhì)量為3. 7Nm3，該水蒸汽經(jīng)預(yù)熱器加熱至150°C，其中的30%作為一次風(fēng)輸送煤粉，其余部分作為二次風(fēng)進(jìn)入爐膛燃燒；爐膛燃燒后的高溫?zé)煔饨?jīng)熱交換、冷凝凈化后，進(jìn)壓縮系統(tǒng)處理成液態(tài)C02。進(jìn)入爐膛的氧氣含量占整個(gè)助燃?xì)怏w的24. 7%，高溫?zé)煔庵械乃羝繛?5. 6%，冷凝后的煙氣中CO2濃度為91. 5%。圖2是按照本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施方式的流程示意圖。如圖2中所示，按照本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施方式的富氧燃燒方法的的主要特點(diǎn)在于(i)對(duì)燃燒所產(chǎn)生的煙氣依次執(zhí)行熱能提取、凈化和冷凝處理，并將所獲得的冷循環(huán)煙氣利用所提取的熱能予以加熱，然后將其作為一次風(fēng)返回至煤粉鍋爐的爐膛；(ii)將煙氣冷凝處理后所獲得的冷凝水利用所提取的熱能加熱轉(zhuǎn)換成水蒸汽，然后將其與氧氣混合后作為二次風(fēng)送入煤粉鍋爐的爐膛。具體而言，煤粉燃燒所產(chǎn)生的煙氣會(huì)依次執(zhí)行熱能提取、凈化和冷凝處理，其中冷凝處理后所獲得的冷凝水可以利用熱能提取操作所獲得的熱能，譬如經(jīng)過(guò)預(yù)熱器加熱轉(zhuǎn)換成優(yōu)選120_150°C的水蒸汽，然后將其作為二次風(fēng)(以及三次風(fēng))送入煤粉鍋爐的爐膛；而經(jīng)過(guò)上述熱能提取、凈化和冷凝后的煙氣，其中一部分作為一次風(fēng)返回至爐膛，另外一部分被壓縮制成液體。以下為按照第二優(yōu)選實(shí)施方式的具體實(shí)施例，可以從該實(shí)施例獲知相應(yīng)的技術(shù)效果如下。實(shí)施例2采用燃燒所產(chǎn)生的煙氣作為一次風(fēng)進(jìn)入爐膛，然后煙氣冷凝后獲得水蒸汽，經(jīng)測(cè)試表明，每kg煤獲得的水蒸氣質(zhì)量為3. ONm3,該水蒸汽經(jīng)預(yù)熱器加熱至120°C，將其與空氣分離獲得的純氧混合后作為二次風(fēng)進(jìn)入爐膛；爐膛燃燒后的高溫?zé)煔饨?jīng)熱交換、冷凝凈化后，其中的51% (相當(dāng)于冷凝前的26%)經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)作為一次風(fēng)輸送煤粉進(jìn)入爐膛燃燒，其余部分進(jìn)壓縮系統(tǒng)處理成液態(tài)C02。進(jìn)入爐膛中的氧氣含量占整個(gè)助燃?xì)怏w的25. 6%，高溫?zé)煔庵械乃羝繛?6%，冷凝后的煙氣中CO2濃度為88. 6%。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于煤粉鍋爐的水蒸汽循環(huán)調(diào)節(jié)式富氧燃燒方法，其特征在于，在整個(gè)富氧燃燒過(guò)程中Ca)對(duì)燃燒所產(chǎn)生的煙氣依次執(zhí)行熱能提取、冷凝和凈化處理，并利用所提取的熱能將冷凝處理后所獲得的冷凝水加熱轉(zhuǎn)換成水蒸汽，然后將其中一部分水蒸汽作為一次風(fēng)送入煤粉鍋爐的爐膛；(b)將所述水蒸汽的剩余部分與氧氣混合后作為二次風(fēng)送入煤粉鍋爐的爐膛。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(a)中，還可以將所述一部分水蒸汽與氧氣混合后作為一次風(fēng)送入煤粉鍋爐的爐膛。
3.一種用于煤粉鍋爐的水蒸汽循環(huán)調(diào)節(jié)式富氧燃燒方法，其特征在于，在整個(gè)富氧燃燒過(guò)程中(i)對(duì)燃燒所產(chǎn)生的煙氣依次執(zhí)行熱能提取、冷凝和凈化處理，并將所獲得的冷循環(huán)煙氣利用所提取的熱能予以加熱，然后將其作為一次風(fēng)返回至煤粉鍋爐的爐膛；(ii)將煙氣冷凝處理后所獲得的冷凝水利用所提取的熱能加熱轉(zhuǎn)換成水蒸汽，然后將其與氧氣混合后作為二次風(fēng)送入煤粉鍋爐的爐膛。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在步驟(i)中，還可以將循環(huán)煙氣和氧氣混合后共同作為一次風(fēng)送入煤粉鍋爐的爐膛。
5.如權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，在步驟(i)中，作為一次風(fēng)的循環(huán)煙氣占總熱煙氣量的20 40%。
6.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，作為一次風(fēng)的水蒸汽溫度為150 200℃。
7.如權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，作為二次風(fēng)的水蒸汽溫度為 120 150℃
8.如權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，進(jìn)入到爐膛中的氧氣總量占所有助燃介質(zhì)的體積比為21% 35%。
9.如權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，當(dāng)冷凝水不足時(shí)，還可以直接補(bǔ)充水，并利用所述提取的熱能將其加熱轉(zhuǎn)換成水蒸汽。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于煤粉鍋爐的水蒸汽循環(huán)調(diào)節(jié)式富氧燃燒方法，該方法的特征為，在整個(gè)富氧燃燒過(guò)程中(a)對(duì)燃燒所產(chǎn)生的煙氣依次執(zhí)行熱能提取、凈化和冷凝處理，并利用所提取的熱能將冷凝處理后所獲得的冷凝水加熱轉(zhuǎn)換成水蒸汽，然后將其中一部分水蒸汽作為一次風(fēng)送入煤粉鍋爐的爐膛；(b)將所述水蒸汽的剩余部分與氧氣混合后作為二次風(fēng)送入煤粉鍋爐的爐膛。本發(fā)明還公開了其他形式的利用水蒸汽執(zhí)行循環(huán)調(diào)節(jié)的富氧燃燒方式。通過(guò)本發(fā)明，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中不易獲得高濃度CO2煙氣、NOx和SO2等污染物濃度高、系統(tǒng)啟停切換繁瑣等問題，因而尤其適用于煤粉鍋爐等場(chǎng)合的應(yīng)用。
文檔編號(hào)F23L7/00GK103062745SQ20121054969
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者張立麒, 易寶軍, 朱海躍, 胡鵬, 鄭楚光 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)