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領域
本發(fā)明屬于煤粉燃燒技術領域，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：
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，由于其相比于傳統(tǒng)空氣燃燒，可以排除大量不參與反應的氮氣，使得干煙氣 中的CO2濃度達到80%以上，易于實現(xiàn)CO2捕獲和儲存，因此成為當今燃煤燃燒過程中捕獲 CO2最有前景的技術。
現(xiàn)有技術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95%以上的氧氣與循環(huán)煙氣相混合，經(jīng)過預熱器加熱到適當溫度后送入爐膛并與煤粉燃 燒反應，所生成的煙氣經(jīng)過換熱設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)過除塵設備后流經(jīng)脫硫、脫硝設備，然后通過冷凝處理得到干 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)過壓 縮設備壓縮后予以貯存。
然而，研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術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)，導致煙氣中NOx和SO2的含量會隨著循環(huán)次數(shù)的增加而不 斷富集，同時多次的煙氣循環(huán)會增加漏風現(xiàn)象，并使得煙氣中N2含量增加；第二，上述現(xiàn)象 還會大大降低富氧燃燒煙氣中CO2的濃度，進而增加后續(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)會導致整體富氧燃燒系統(tǒng)在運行時切換繁瑣，并存在輔助設備 復雜、難以操控等問題。相應地，在相關領域中存在著對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一步改進的技術需求。發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術的以上缺陷和/或技術需求，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，同時減少NOx和SO2等污染物的生成和排放。
按照本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式，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，在整個富氧燃燒過程中
(a)對燃燒所產(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換成水蒸汽，然后將其中一部分水蒸汽作為一次風 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送入煤粉鍋爐的爐膛。
通過以上構思，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，并提高對煙氣中CO2的捕獲效果；此外，由于不再使用煙氣循環(huán)，相應可大大降低煙氣中NOx和SO2等污染物濃度，提高環(huán)保程度，同時使得電廠鍋爐系統(tǒng)中的循 環(huán)和凈化設備得到簡化，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送入煤粉鍋 爐的爐膛。
按照本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式，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，在整個富氧燃燒過程中
(i)對燃燒所產(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換成水蒸汽，然 后將其與氧氣混合后作為二次風送入煤粉鍋爐的爐膛。
通過以上構思，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，通過采 用循環(huán)煙氣作為一次風，能夠在實現(xiàn)上述效果的同時，有效保證對煤粉的順利輸送。
作為進一步優(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 送入煤粉鍋爐的爐膛，有利于氧氣和煤粉在輸運過程中混合，易于煤粉的著火和燃燒。
作為進一步優(yōu)選地，在步驟(i )中，作為一次風的循環(huán)煙氣占總熱煙氣量的20 40%。
通過將作為一次風的循環(huán)煙氣體積進行以上具體限定，這樣既保證一次風有足夠 的動力輸運煤粉，又對于后續(xù)的二次風而言，則所需的水蒸汽等介質(zhì)的調(diào)節(jié)范圍相對較大， 由此便于對整體燃燒過程中送風量的調(diào)節(jié)。
作為進一步優(yōu)選地，作為一次風的水蒸汽溫度為150 200°C。
通過對作為一次風的水蒸汽溫度進行以上限定，較多的比較測試表明，這樣水蒸 汽自身溫度較高易于保持為氣態(tài)，從而便于對煤粉的順利輸送。
作為進一步優(yōu)選地，作為二次風的水蒸汽溫度為120 150°C。
通過對作為二次風的水蒸汽溫度進行以上限定，較多的比較測試表明，這樣便于 利用爐膛中的預熱器來進行加熱，這樣可以減少能量消耗，降低生產(chǎn)成本。
作為進一步優(yōu)選地，進入到爐膛中的氧氣總量占所有助燃氣體的體積比為21% 35%。
之所以對進入到爐膛中的氧氣總量進行以上限定，主要是對于富氧燃燒技術來 說，采用25%-30%的氧氣濃度就能達到良好的燃燒效果；而考慮到本發(fā)明中利用水蒸汽來 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，通過試驗對比測試后 對其體積比作出以上限定。
作為進一步優(yōu)選地，當冷凝水不足時，還可以直接補充水，并利用所述提取的熱能 將其加熱轉換成水蒸汽。
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)有技術相比，主要 具備以下的技術優(yōu)點
1、由于利用煙氣冷凝水加熱所生成的水蒸汽循環(huán)來調(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，同時使得電廠鍋爐系統(tǒng)中的循環(huán)和凈化設備得到簡化，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)有設備進行改造，便于操控，在煙氣富集CO2的同時能夠協(xié)同脫除多種污染物，同時有助于提高燃燒效率，因而尤其適用于煤粉鍋爐或類似場合的應用。


圖1是按照本發(fā)明一個優(yōu)選實施方式的流程示意圖；圖2是按照本發(fā)明另一優(yōu)選實施方式的流程示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實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)明一個優(yōu)選實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)選實施方式的富氧燃燒方法的整體工藝流程及基礎設備與傳統(tǒng)相類似，其主要區(qū)別或特點在于Ca)對燃燒所產(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換成水蒸汽，然后將其中一部分水蒸汽作為一次風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)過預熱器加熱轉換成優(yōu)選150-200°C的水蒸汽，然后將其中一部分水蒸汽單獨作為一次風送入煤粉鍋爐的爐膛；其余的水蒸汽(若需要，也可以直接補充水來生成水蒸汽)則與空氣分離所獲得的氧氣相混合，然后作為二次風(以及三次風)送入爐膛點火燃燒。鍋爐燃燒所生成的高溫煙氣則全部經(jīng)過上述熱能提取、凈化和冷凝后壓縮成液體。以下為按照第一優(yōu)選實施方式的具體實施例，可以從該實施例獲知相應的技術效果如下。實施例1煙氣冷凝后獲得水蒸汽，經(jīng)測試表明，每kg煤獲得的水蒸氣質(zhì)量為3. 7Nm3，該水蒸汽經(jīng)預熱器加熱至150°C，其中的30%作為一次風輸送煤粉，其余部分作為二次風進入爐膛燃燒；爐膛燃燒后的高溫煙氣經(jīng)熱交換、冷凝凈化后，進壓縮系統(tǒng)處理成液態(tài)C02。進入爐膛的氧氣含量占整個助燃氣體的24. 7%，高溫煙氣中的水蒸汽含量為65. 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)選實施方式的富氧燃燒方法的的主要特點在于(i)對燃燒所產(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換成水蒸汽，然后將其與氧氣混合后作為二次風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)過預熱器加熱轉換成優(yōu)選120_150°C的水蒸汽，然后將其作為二次風(以及三次風)送入煤粉鍋爐的爐膛；而經(jīng)過上述熱能提取、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)選實施方式的具體實施例，可以從該實施例獲知相應的技術效果如下。實施例2采用燃燒所產(chǎn)生的煙氣作為一次風進入爐膛，然后煙氣冷凝后獲得水蒸汽，經(jīng)測試表明，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進入爐膛；爐膛燃燒后的高溫煙氣經(jīng)熱交換、冷凝凈化后，其中的51% (相當于冷凝前的26%)經(jīng)循環(huán)風機作為一次風輸送煤粉進入爐膛燃燒，其余部分進壓縮系統(tǒng)處理成液態(tài)C02。進入爐膛中的氧氣含量占整個助燃氣體的25. 6%，高溫煙氣中的水蒸汽含量為56%，冷凝后的煙氣中CO2濃度為88. 6%。本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，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、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
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，在整個富氧燃燒過程中Ca)對燃燒所產(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換成水蒸汽，然后將其中一部分水蒸汽作為一次風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送入煤粉鍋爐的爐膛。
2.如權利要求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，在整個富氧燃燒過程中(i)對燃燒所產(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換成水蒸汽，然后將其與氧氣混合后作為二次風送入煤粉鍋爐的爐膛。
4.如權利要求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送入煤粉鍋爐的爐膛。
5.如權利要求3或4所述的方法，其特征在于，在步驟(i)中，作為一次風的循環(huán)煙氣占總熱煙氣量的20 40%。
6.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，作為一次風的水蒸汽溫度為150 200℃。
7.如權利要求1-6任意一項所述的方法，其特征在于，作為二次風的水蒸汽溫度為 120 150℃
8.如權利要求1-7任意一項所述的方法，其特征在于，進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.如權利要求1-8任意一項所述的方法，其特征在于，當冷凝水不足時，還可以直接補充水，并利用所述提取的熱能將其加熱轉換成水蒸汽。
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，在整個富氧燃燒過程中(a)對燃燒所產(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換成水蒸汽，然后將其中一部分水蒸汽作為一次風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。通過本發(fā)明，能夠解決現(xiàn)有技術中不易獲得高濃度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合的應用。
文檔編號F23L7/00GK103062745SQ20121054969
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月17日 優(yōu)先權日2012年12月17日
發(fā)明者張立麒, 易寶軍, 朱海躍, 胡鵬, 鄭楚光 申請人:華中科技大學