O增壓富氧燃燒系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于能源技術應用與CO2捕集領域，具體涉及一種高壓流化床蒸汽調(diào)節(jié)富氧燃燒系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]煤炭并不是一種清潔能源，因為煤炭資源的大量燃燒，將會產(chǎn)生一系列的環(huán)境問題。排放的大量污染物，不僅危害人類健康，也損害動植物，破壞臭氧層，而且也是引起溫室效應，冰川融化，海平面上升，酸雨和光化學反應的主要原因。在環(huán)境危害日益嚴重的情況下，世界各國人民都已經(jīng)意識到，保護環(huán)境刻不容緩。人們越來越擔心大量的、無節(jié)制的向大氣排放二氧化碳將會導致更加嚴重的溫室效應。
[0003]目前主流的常壓02/C02富氧燃燒技術是在原有的電站鍋爐基礎上進行改造，高純度的氧氣助燃，同時采用煙氣再循環(huán)技術，可以獲得濃度極高的CO2煙氣，從而人們可以更經(jīng)濟地實現(xiàn)CO2的冷凝壓縮、儲存、資源再利用等。采用富氧燃燒技術的燃煤發(fā)電廠，煙氣中的二氧化碳的濃度可提高到91%以上，所以我們可以直接壓縮煙氣得到液態(tài)二氧化碳;同時煙氣中的其它污染物，例如硫化物、氮化物也可以在壓縮的時候一起被除去。但是該技術空氣分離制氧與高濃度CO2煙氣壓縮均在高壓下進行，需要消耗大量的能量，富氧燃燒卻在常壓下進行，系統(tǒng)壓力在經(jīng)歷一降一升之中，能量損失將會十分的嚴重。在純氧下燃燒，火焰溫度將非常高，傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法是通過循環(huán)使用處理潔凈后的煙氣，由于空分制氧不可能將全部N2都分離，加上鍋爐內(nèi)燃燒溫度較高，氮氣的積累將會導致許多NOx產(chǎn)生。同時富氧燃燒技術應用于煤粉鍋爐時，還存在著煙氣再循環(huán)量太大、功耗大、經(jīng)濟性不好的缺點。
[0004]因此，研究設計一種能夠?qū)煔鉁囟日{(diào)節(jié)在合適的范圍內(nèi)，降低NOx氣體排放量，并提高系統(tǒng)工作效率的方案是本領域急需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種鼓泡流化床型02/H20增壓富氧燃燒系統(tǒng)，它既保留了增壓富氧燃燒在常溫下直接回收CO2的優(yōu)點，又結合了常壓02/H20富氧燃燒技術環(huán)保高效的特征。
[0006]本發(fā)明所稱問題是由以下技術方案解決的:
一種鼓泡流化床型o2/H2o增壓富氧燃燒系統(tǒng)，包括空分制氧機、氣-氣換熱器、鍋爐、高壓煙氣冷凝器、給水加熱器、再循環(huán)水加熱器和CO2冷凝器，所述空分制氧機的氧氣出口與氣-氣換熱器的氧氣入口連接，氣-氣換熱器的氧氣出口與鍋爐的氧氣入口對接，所述鍋爐的煙氣出口連接氣-氣換熱器的煙氣入口，氣-氣換熱器的煙氣出口連接高壓煙氣冷凝器的煙氣入口，高壓煙氣冷凝器的冷凝產(chǎn)物出口分別連接CO2冷凝器和再循環(huán)水加熱器，再循環(huán)水加熱器出水口連接鍋爐，空分制氧機用于將空氣中的02分離出來用作鍋爐燃燒的氧化劑，O2經(jīng)過氣-氣換熱器與鍋爐排出的煙氣換熱，用于加熱02，鍋爐煙氣經(jīng)過氣-氣換熱器后進入高壓煙氣冷凝器，汽機凝結水換熱，高壓煙氣中的水蒸氣凝結成液態(tài)水，將大量汽化潛熱傳遞給汽機凝結水而重新回到熱力循環(huán)中；煙氣凝結成的液態(tài)水，一部分經(jīng)過再循環(huán)水加熱器加熱到合適溫度后送回鍋爐的爐膛作為稀釋蒸汽；高壓煙氣經(jīng)過高壓煙氣冷凝器后，剩余為高壓氣態(tài)CO2，高壓氣態(tài)CO2經(jīng)過CO2冷凝器的冷卻后轉(zhuǎn)變成液態(tài)CO2
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為:系統(tǒng)整體從空分制氧、鍋爐燃燒與換熱，直到CO2捕集的全過程均維持在6-8MPa的高壓下進行，相比于傳統(tǒng)的富氧燃燒技術大大減少壓縮耗能與壓降損失。利用蒸汽調(diào)節(jié)系統(tǒng)代替煙氣再循環(huán)系統(tǒng)，由于水汽化時需要吸收大量的汽化潛熱，其調(diào)溫能力較強，因此同樣條件下煙氣量更小，與02/C02循環(huán)相比，可以大幅節(jié)省風機能耗和余熱損失。此外，鼓泡流化床燃燒溫度較低，可有效降低NOx的生成量。本發(fā)明采用增壓02/H20富氧燃燒技術，既能夠利用水蒸氣的汽化潛熱，又降低了煙氣再循環(huán)的風機能耗，在6?SMPa下，鍋爐排煙中的水分凝結溫度高達200°C，因此我們就可以回收水蒸氣汽化潛熱，用來代替部分汽輪機抽氣，和常壓相比增加了大約7%的毛發(fā)電功率，非常的可觀。在常溫下直接回收液態(tài)C02，相比于常壓富氧燃燒采用多級壓縮與制冷的方式節(jié)能巨大。
【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖。
[0008]圖中標號:
1-氣-氣換熱器;2-給水加熱器(高加、低加)；3_高壓煙氣冷凝器;4-再循環(huán)水加熱器；5- CO2冷凝器。
【具體實施方式】
[0009]本發(fā)明提供了一種:鼓泡流化床型02/H20增壓富氧燃燒系統(tǒng)，下面結合附圖1和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明。
[0010]一種鼓泡流化床型02/H20增壓富氧燃燒系統(tǒng)，其特別之處是，它包括由流化床、蒸發(fā)受熱面、再熱器、過熱器、汽機發(fā)電機組、余熱鍋爐、凝汽器、凝結水栗、低壓加熱器、高壓加熱器、除氧器和給水栗組成的工質(zhì)再循環(huán)系統(tǒng)，所述蒸發(fā)受熱面、再熱器和過熱器配置在流化床爐內(nèi)；系統(tǒng)工質(zhì)由給水栗至給定高壓，依次流經(jīng)高壓加熱器、余熱鍋爐、蒸發(fā)受熱面吸收熱量得到飽和蒸汽，隨之經(jīng)過加熱器加熱變成550_600°c過熱蒸汽，過熱蒸汽進入汽輪機高壓缸做功，做工后的部分過熱蒸汽自高壓缸中抽出，進入再熱器加熱，提升溫度到550-600°C，然后進入汽輪機中壓缸和低壓缸做功，做功后的蒸汽進入凝汽器凝結成凝結水，由凝結水栗打入低壓加熱器進行加熱、經(jīng)除氧器除氧，進入給水栗，完成工質(zhì)的吸熱做功循環(huán);其中工質(zhì)壓力大于19.8MPa。
[0011]上述鼓泡流化床型02/H20增壓富氧燃燒系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還設有氧氣供給系統(tǒng)和蒸汽調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述氧氣供給系統(tǒng)由空分制氧機、氣-氣換熱器、除塵器、再循環(huán)水加熱器、高壓煙氣冷凝器構成;其中，空氣經(jīng)過空分制氧機(ASU)將空氣中的O2分離出來用作鍋爐燃燒的氧化劑，以水蒸氣作為稀釋劑，因此燃燒產(chǎn)物主要是C02、水蒸氣、灰分和少量其他氣體。在O2進入爐膛前，經(jīng)過氣-氣換熱器與鍋爐排出的煙氣換熱，吸收煙氣余熱以加熱O2;鍋爐煙氣在經(jīng)過氣-氣換熱器后進入高壓煙氣冷凝器，與來自凝汽器的汽機凝結水換熱，高壓煙氣中的水蒸氣凝結成液態(tài)水，將大量汽化潛熱傳遞給汽機凝結水而重新回到熱力循環(huán)中；煙氣凝結成的液態(tài)水，一部分經(jīng)過再循環(huán)水加熱器加熱到合適溫度后送回爐膛作為稀釋蒸汽;高壓煙氣經(jīng)過高壓煙氣冷凝器后，剩余絕大部分為高壓氣態(tài)CO2，只需經(jīng)過冷凝器的冷卻后，氣態(tài)CO2便能轉(zhuǎn)變成液態(tài)CO2。
[0012]系統(tǒng)還設有燃料輸送裝置，燃料輸送裝置包括煤倉，煤倉經(jīng)燃料輸送管道連通流化床，所述燃料輸送管道與動力氣體相連通，動力氣體為所述高壓混合氣體。
[0013]本發(fā)明在增壓富氧燃燒的基礎上，提出了增壓富氧燃燒+蒸汽調(diào)節(jié)富氧燃燒，它既保留了增壓富氧燃燒在常溫下直接回收CO2的優(yōu)點，又結合了常壓02/H20富氧燃燒技術環(huán)保尚效的特征。
[0014]鍋爐煙氣側(cè)運行在6_8MPa高壓下，空氣經(jīng)過空分制氧機(ASU)將空氣中的O2分離出來用作鍋爐燃燒的氧化劑，以水蒸氣作為稀釋劑，因此燃燒產(chǎn)物主要是co2、水蒸氣、灰分和少量其他氣體。在O2進入爐膛前，經(jīng)過氣-氣換熱器I與鍋爐排出的煙氣換熱，吸收煙氣余熱以加熱O2;鍋爐煙氣在經(jīng)過氣-氣換熱器I后進入高壓煙氣冷凝器3，與來自凝汽器的汽輪機凝結水換熱，高壓煙氣中的水蒸氣凝結成液態(tài)水，將大量汽化潛熱傳遞給汽機凝結水而重新回到熱力循環(huán)中；煙氣凝結成的液態(tài)水，一部分經(jīng)過再循環(huán)水加熱器4加熱到合適溫度后送回爐膛作為稀釋蒸汽；高壓煙氣經(jīng)過高壓煙氣冷凝器3后，剩余絕大部分為高壓氣態(tài)CO2，只需經(jīng)過CO2冷凝器5的冷卻后，氣態(tài)CO2便能轉(zhuǎn)變成液態(tài)CO2。
[0015]所述系統(tǒng)具有以下優(yōu)點:(I)由于CO2液化器維持在6-8MPa高壓下，CO2液化溫度為25-40°C，可利用電廠循環(huán)冷卻水對其進行冷卻使其液化；(2)利用蒸汽調(diào)節(jié)系統(tǒng)代替煙氣再循環(huán)系統(tǒng)，由于水汽化時需要吸收大量的汽化潛熱，其調(diào)溫能力較強，因此同樣條件下煙氣量更小，與02/C02循環(huán)相比，可以大幅節(jié)省風機能耗和余熱損失。此外，鼓泡流化床燃燒溫度較低，可有效降低NOx的生成量；(3)在6~810^下，鍋爐排煙中的水分凝結溫度高達200°C，因此我們就可以回收水蒸氣汽化潛熱，用來代替部分汽輪機抽氣，和常壓相比增加了大約7%的毛發(fā)電功率，非常的可觀。
【主權項】
1.一種鼓泡流化床型o2/H2o增壓富氧燃燒系統(tǒng)，其特征在于，包括空分制氧機、氣-氣換熱器(1)、鍋爐、高壓煙氣冷凝器(3)、給水加熱器(2)、再循環(huán)水加熱器(4)和CO2冷凝器(5)，所述空分制氧機的氧氣出口與氣-氣換熱器(I)的氧氣入口連接，氣-氣換熱器(I)的氧氣出口與鍋爐的氧氣入口對接，所述鍋爐的煙氣出口連接氣-氣換熱器(I)的煙氣入口，氣-氣換熱器(I)的煙氣出口連接高壓煙氣冷凝器(3 )的煙氣入口，高壓煙氣冷凝器(3 )的冷凝產(chǎn)物出口分別連接⑶2冷凝器(5)和再循環(huán)水加熱器(4)，再循環(huán)水加熱器(4)出水口連接鍋爐，空分制氧機用于將空氣中的O2分離出來用作鍋爐燃燒的氧化劑，O2經(jīng)過氣-氣換熱器(I)與鍋爐排出的煙氣換熱，用于加熱02，鍋爐煙氣經(jīng)過氣-氣換熱器(I)后進入高壓煙氣冷凝器(3)，汽機凝結水換熱，高壓煙氣中的水蒸氣凝結成液態(tài)水，將大量汽化潛熱傳遞給汽機凝結水而重新回到熱力循環(huán)中；煙氣凝結成的液態(tài)水，一部分經(jīng)過再循環(huán)水加熱器(4)加熱到合適溫度后送回鍋爐的爐膛作為稀釋蒸汽;高壓煙氣經(jīng)過高壓煙氣冷凝器(3)后，剩余為高壓氣態(tài)CO2，高壓氣態(tài)CO2經(jīng)過CO2冷凝器(5)的冷卻后轉(zhuǎn)變成液態(tài)CO2。
【專利摘要】一種鼓泡流化床型O2/H2O增壓富氧燃燒系統(tǒng)，系統(tǒng)整體從空分制氧、鍋爐燃燒與換熱，直到CO2捕集的全過程均維持在6-8MPa的高壓下進行，相比于傳統(tǒng)的富氧燃燒技術大大減少壓縮耗能與壓降損失。利用蒸汽調(diào)節(jié)系統(tǒng)代替煙氣再循環(huán)系統(tǒng)，由于水汽化時需要吸收大量的汽化潛熱，其調(diào)溫能力較強，因此同樣條件下煙氣量更小，與O2/CO2循環(huán)相比，可以大幅節(jié)省風機能耗和余熱損失。此外，鼓泡流化床燃燒溫度較低，可有效降低NOx的生成量。本發(fā)明采用增壓O2/H2O富氧燃燒技術，既能夠利用水蒸氣的汽化潛熱，又可以大幅節(jié)省風機能耗和余熱損失，和常壓相比增加了大約7%的毛發(fā)電功率，非常的可觀。
【IPC分類】F23J15/06, F23C10/18, F23L7/00
【公開號】CN105509038
【申請?zhí)枴緾N201510949402
【發(fā)明人】雷鳴, 黃星智, 王春波, 郭泰成
【申請人】華北電力大學（保定）
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月18日