專利名稱：富氧燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及富氧燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)，主要適用于燃用煤等以碳為主要成分的固體燃料。
背景技術(shù)：
目前，國(guó)內(nèi)外大部分鍋爐都是以空氣作為燃料的氧化劑，將燃燒產(chǎn)生的煙氣經(jīng)一定處理后排向大氣。雖然空氣隨處可得，無需專門的制取設(shè)備，但是由于空氣中的N2不能參與燃燒，且?guī)ё吡巳紵a(chǎn)生的部分熱量，從而增大了排煙熱損失；同時(shí)，N2在燃燒過程中會(huì)被氧化生成對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染的氮氧化物。此外，在燃燒以碳為主要成分的固體燃料(例如煤)時(shí)，產(chǎn)生的煙氣中含有溫室氣體CO2，不能直接排向大氣，需要對(duì)CO2進(jìn)行分離回收，但是由于煙氣中含有的CO2濃度比較低(約13％-15％)，在較低的壓力下，從以N2為主的煙氣中分離出CO2的難度很大，導(dǎo)致分離設(shè)備復(fù)雜，成本較高。
O2/CO2燃燒技術(shù)是解決上述問題的有效途徑之一，即用空氣分離獲得的高濃度氧氣和一部分鍋爐尾部的再循環(huán)煙氣混合，得到的混合氣代替空氣作為燃料燃燒時(shí)的氧化劑。混合氣中氧氣的濃度一般為21％，通過多次循環(huán)來提高鍋爐尾部煙氣中的CO2濃度以便于回收。
《Energy Conversion and Management》(能量轉(zhuǎn)換和管理)雜志在1992年第33卷發(fā)表了一篇文章，文章題目為《Pulverized coal combustion inO2/CO2 mixture on a power plant for CO2 recovery》(發(fā)電設(shè)備中用于回收CO2的O2/CO2混合物中的粉煤燃燒)，文章的作者Nakayama等人在文中提出了一套帶有廢氣清潔過程和CO2液體回收裝置的O2/CO2燃燒鍋爐系統(tǒng)。該系統(tǒng)回收的CO2濃度能夠達(dá)到90％以上，系統(tǒng)的效率相比采用空氣燃燒的系統(tǒng)提高了4.5％左右。但是，O2/CO2燃燒鍋爐系統(tǒng)也只是將空氣中的氮?dú)鈸Q成了鍋爐尾部煙氣，氧氣所占的體積份額基本不變，仍然有很大一部分氣體不能參與燃燒，氣體流量很大，使得鍋爐的體積比較大，成本較高。此外，爐膛內(nèi)溫度難于控制，預(yù)加熱器容易發(fā)生氣體泄漏。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提出一種富氧燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用帶有外置式流化床換熱器的循環(huán)流化床鍋爐，并在O2/CO2燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)上，提高進(jìn)入鍋爐的氧化劑中的氧氣濃度(達(dá)到29％-60％)，不僅燃燒效率高，污染物排放少，能夠方便地回收煙氣中的CO2，而且鍋爐體積比較小，降低了鍋爐成本。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為循環(huán)流化床爐膛、下排氣旋風(fēng)分離器和尾部對(duì)流換熱器依次相連，尾部對(duì)流換熱器、預(yù)加熱器、除塵與脫硫裝置和氣體冷卻器依次相連，氣體冷卻器通過引風(fēng)機(jī)、第一氣體流量調(diào)節(jié)閥與CO2回收裝置相連，氣體冷卻器通過引風(fēng)機(jī)、第一氣體流量調(diào)節(jié)閥、第二氣體流量調(diào)節(jié)閥、煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)與預(yù)加熱器相連，氣體冷卻器通過引風(fēng)機(jī)、第一氣體流量調(diào)節(jié)閥、第二氣體流量調(diào)節(jié)閥、流化風(fēng)送風(fēng)機(jī)與外置式流化床換熱器相連，空氣分離器和預(yù)加熱器通過同一個(gè)管道與循環(huán)流化床爐膛相連，下排氣旋風(fēng)分離器的底部出口與返料控制器相連，返料控制器的出口分別與循環(huán)流化床爐膛、外置式流化床換熱器相連，外置式流化床換熱器的出口與循環(huán)流化床爐膛相連，循環(huán)流化床爐膛的底部與灰渣冷卻器相連。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比優(yōu)點(diǎn)在于(1)采用外置式流化床換熱器，利用返料控制器調(diào)節(jié)進(jìn)入外置式流化床換熱器的飛灰顆粒的流量，可以方便地實(shí)現(xiàn)爐膛溫度控制，克服了其它鍋爐在氧氣濃度提高后爐膛溫度難于控制的問題。
(2)利用氣體流量調(diào)節(jié)閥提高進(jìn)入爐膛內(nèi)的燃料氧化劑中氧氣的濃度，氣固比(煙氣量與固體顆粒量之比)明顯下降，即在給煤量相同的條件下，煙氣流量大大地減少，從而使得鍋爐的體積和重量明顯減少，節(jié)省了成本。
(3)采用返料控制器，提高了爐內(nèi)SO2與脫硫劑的接觸時(shí)間和脫硫劑的利用效率，從而提高脫硫效率，降低了SO2的排放。
(4)從空氣分離器出來的氧氣不經(jīng)過預(yù)加熱器，直接進(jìn)入循環(huán)流化床爐膛，避免了采用預(yù)加熱器加熱氧氣發(fā)生氣體泄漏的問題。
(5)本發(fā)明進(jìn)入CO2回收裝置的CO2濃度達(dá)到了98％以上，能夠容易地回收，降低了CO2的回收成本。


圖1為本發(fā)明富氧燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
如圖1所示，本發(fā)明富氧燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)為，循環(huán)流化床爐膛1、下排氣旋風(fēng)分離器2和尾部對(duì)流換熱器3依次相連，尾部對(duì)流換熱器3、預(yù)加熱器4、除塵與脫硫裝置5和氣體冷卻器6依次相連，氣體冷卻器6通過引風(fēng)機(jī)13、第一氣體流量調(diào)節(jié)閥16與CO2回收裝置7相連，氣體冷卻器6通過引風(fēng)機(jī)13、第一氣體流量調(diào)節(jié)閥16、第二氣體流量調(diào)節(jié)閥17、煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)14與預(yù)加熱器4相連，氣體冷卻器6通過引風(fēng)機(jī)13、第一氣體流量調(diào)節(jié)閥16、第二氣體流量調(diào)節(jié)閥17、流化風(fēng)送風(fēng)機(jī)15與外置式流化床換熱器10相連，以上均通過管道相連。空氣分離器9和預(yù)加熱器4通過同一個(gè)管道與循環(huán)流化床爐膛1相連，下排氣旋風(fēng)分離器2的底部出口與返料控制器12相連，返料控制器12的出口通過兩個(gè)管道分別與循環(huán)流化床爐膛1、外置式流化床換熱器10相連，外置式流化床換熱器10的出口通過管道與循環(huán)流化床爐膛1相連，循環(huán)流化床爐膛1的底部與灰渣冷卻器11相連。
灰渣冷卻器11可為風(fēng)水共冷式流化床冷渣器；預(yù)加熱器4可為管式換熱器；氣體冷卻器6可為直接接觸式氣體冷卻器；空氣分離器9可為低溫空氣分離器。
本發(fā)明還可包含N2回收裝置8，N2回收裝置8與空氣分離器9相連。
燃料可選用煤或者主要成分為碳的固體燃料；脫硫劑可選石灰石或白云石。
空氣經(jīng)空氣分離器9分離后得到高濃度氧氣，高濃度氧氣和經(jīng)過預(yù)加熱器4預(yù)加熱后的再循環(huán)煙氣混合(混合氣中，氧氣的濃度為29％-60％)作為燃料的氧化劑。氧化劑分為兩路分別作為一次風(fēng)、二次風(fēng)送入循環(huán)流化床爐膛1，然后與循環(huán)流化床爐膛1中的燃料和脫硫劑一起燃燒，燃燒生成的爐渣由灰渣冷卻器11冷卻并排出。燃燒生成的含灰煙氣(主要是CO2，水蒸汽和飛灰顆粒)離開循環(huán)流化床爐膛1進(jìn)入下排氣旋風(fēng)分離器2，在下排氣旋風(fēng)分離器2中，大部分的飛灰顆粒從煙氣中分離出來。分離下來的飛灰顆粒在返料控制器12的調(diào)節(jié)作用下，一部分直接返回到爐膛1中，另一部分經(jīng)外置式流化床換熱器10冷卻后再返回循環(huán)流化床爐膛1。利用返料控制器12調(diào)節(jié)進(jìn)入外置式流化床換熱器10的飛灰顆粒的流量來達(dá)到調(diào)節(jié)鍋爐負(fù)荷和爐膛溫度的目的。當(dāng)爐膛溫度過高時(shí)，通過調(diào)節(jié)返料控制器12增大進(jìn)入外置式流化床換熱器10的飛灰量來降低爐膛的溫度；反之，如果爐膛溫度過低，則減少進(jìn)入外置式流化床換熱器10的飛灰量。經(jīng)過下排氣旋風(fēng)分離器2分離后的煙氣主要是CO2和水蒸氣，它們依次經(jīng)過尾部對(duì)流換熱器3和預(yù)加熱器4降溫，降溫后在除塵與脫硫裝置5中進(jìn)行除塵和脫硫處理，得到的氣體為濕CO2氣體，它在氣體冷卻器6中進(jìn)一步降溫，然后通過引風(fēng)機(jī)13在第一氣體流量調(diào)節(jié)閥16和第二氣體流量調(diào)節(jié)閥17的作用下分成三部分，大部分在CO2回收裝置7中回收，小部分作為再循環(huán)煙氣通過煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)14和預(yù)加熱器4與由空氣分離器9分離后得到的氧氣混合，還有一部分通過流化風(fēng)送風(fēng)機(jī)15送入外置式流化床換熱器10作為飛灰顆粒的流化風(fēng)。
權(quán)利要求
1.一種富氧燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)，其特征在于循環(huán)流化床爐膛(1)、下排氣旋風(fēng)分離器(2)和尾部對(duì)流換熱器(3)依次相連，尾部對(duì)流換熱器(3)、預(yù)加熱器(4)、除塵與脫硫裝置(5)和氣體冷卻器(6)依次相連，氣體冷卻器(6)通過引風(fēng)機(jī)(13)、第一氣體流量調(diào)節(jié)閥(16)與CO2回收裝置(7)相連，氣體冷卻器(6)通過引風(fēng)機(jī)(13)、第一氣體流量調(diào)節(jié)閥(16)、第二氣體流量調(diào)節(jié)閥(17)、煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)(14)與預(yù)加熱器(4)相連，氣體冷卻器(6)通過引風(fēng)機(jī)(13)、第一氣體流量調(diào)節(jié)閥(16)、第二氣體流量調(diào)節(jié)閥(17)、流化風(fēng)送風(fēng)機(jī)(15)與外置式流化床換熱器(10)相連，空氣分離器(9)和預(yù)加熱器(4)通過同一個(gè)管道與循環(huán)流化床爐膛(1)相連，下排氣旋風(fēng)分離器(2)的底部出口與返料控制器(12)相連，返料控制器(12)的出口分別與循環(huán)流化床爐膛(1)、外置式流化床換熱器(10)相連，外置式流化床換熱器(10)的出口與循環(huán)流化床爐膛(1)相連，循環(huán)流化床爐膛(1)的底部與灰渣冷卻器(11)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富氧燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)，其特征在于灰渣冷卻器(11)為風(fēng)水共冷式流化床冷渣器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富氧燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)，其特征在于預(yù)加熱器(4)為管式換熱器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富氧燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)，其特征在于氣體冷卻器(6)為直接接觸式氣體冷卻器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富氧燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)，其特征在于空氣分離器(9)為低溫空氣分離器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富氧燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)，其特征在于還包含N2回收裝置(8)，N2回收裝置(8)與空氣分離器(9)相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種富氧燃燒循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用帶有外置式流化床換熱器的循環(huán)流化床鍋爐，將空氣分離器分離出來的高濃度氧氣和鍋爐尾部的再循環(huán)煙氣組成的混合氣體(氧氣體積濃度為29％－60％左右)與燃料一起進(jìn)行燃燒，并通過調(diào)節(jié)進(jìn)入外置式流化床換熱器中飛灰顆粒的流量來控制鍋爐負(fù)荷和爐膛溫度。本發(fā)明不僅具有CO
文檔編號(hào)F23C13/00GK1959208SQ20061012499
公開日2007年5月9日 申請(qǐng)日期2006年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月9日
發(fā)明者陳漢平, 王靜, 張世紅, 王賢華, 楊海平, 鄭楚光 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)