專利名稱：設(shè)有氧燃燒爐的循環(huán)流化床裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種設(shè)有氧燃燒爐(oxygen-fired furnace)、用于 分離氣體與固體顆粒的分離器、用于使固體返回到爐中的回路以及離
開所述分離器并且將氣體輸送至廢熱回收鍋爐的出口管道的循環(huán)流化 床裝置。
背景技術(shù)：
在鍋爐中使用氧氣代替空氣作為氧化劑用以產(chǎn)生能量是已公知的。
使用氧氣作為氧化劑的優(yōu)點(diǎn)在于減少或去除了稀釋在煙道氣中 所包含的二氧化碳的以及來(lái)自燃燒空氣中所包含的氮?dú)獾牡栊再|(zhì) (nitrogen ballast)，并且同時(shí)還顯著減小了所需的裝備尺寸。
在美國(guó)專利No. 6505567中披露了該原理在循環(huán)流化床鍋爐中的 應(yīng)用。根據(jù)該專利文獻(xiàn)，蒸汽發(fā)生器或循環(huán)流化床鍋爐中包括用于將 大體上純的氧引入到蒸汽發(fā)生器中的設(shè)備。
循環(huán)流化床的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于循環(huán)流化床使得能夠從循環(huán)固體回 路中抽出熱量并且循環(huán)流化床使得能夠保持較低的燃燒溫度，而所述 溫度與氧化劑中的氧含量無(wú)關(guān)。因此，該項(xiàng)技術(shù)特別具有吸引力，且 使得有可能使氧化劑中的氧分?jǐn)?shù)最大化并且使得鍋爐的尺寸減至最 小，鍋爐的所述尺寸直接取決于煙道氣的產(chǎn)生速率。
在該項(xiàng)技術(shù)中，由燃燒裝備所發(fā)出的煙道氣主要由二氧化碳和水 蒸氣構(gòu)成。
然而，這些煙道氣中還包含有一小部分不可冷凝氣體，其中就包 括氧。該氧含量相對(duì)于干燥氣體而言典型地位于3%-5%的范圍內(nèi)并且不 能下降到由燃燒質(zhì)量和安全限制因素所強(qiáng)制規(guī)定的約2. 5%的最小閾值 以下。
燃燒質(zhì)量由所產(chǎn)生的煙道氣中的C0含量和被包含在燃燒副產(chǎn)物中 的未燃燒固體所表示。不幸的是，可被包括在用于二氧化碳處理系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范中且首
先被包括在運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中的最大氧含量，其大小可以為每百萬(wàn)份體積100 份(ppm體積)，該要求主要是由于輸送二氧化碳的裝備存在發(fā)生腐蝕 的風(fēng)險(xiǎn)而導(dǎo)致的，由于存在水蒸氣而使該風(fēng)險(xiǎn)加大。對(duì)于碳鋼管線而 言，C02、 S02、 H20、以及02等氣體的混合物可與令人滿意的長(zhǎng)期機(jī)械 性能是不相容的，這取決于其配比。
因此，在進(jìn)入0)2處理站之前，有必要明顯降低或者甚至是去除 掉排放出的煙道氣中的氧含量。
已公知的是通過(guò)較復(fù)雜的且導(dǎo)致出現(xiàn)較大投資和運(yùn)行成本的附 加催化處理從而實(shí)施該降低氧含量的過(guò)程。
另外，歐洲專利No. 0 497 418披露了 一種在空氣循環(huán)流化床鍋 爐中燃燒煤的方法，所述空氣循環(huán)流化床鍋爐中包括煤與來(lái)自燃燒室 的熱固體材料進(jìn)行混合的區(qū)域，由此，在用于分離氣體和固體顆粒的 分離器的出口處，在所述混合區(qū)中所產(chǎn)生的碳化氣體(也被稱作熱解 氣體)被抽出并且被加到包含氧且離開分離器的燃燒氣體中，所述碳 化氣體進(jìn)行燃燒，從而使溫度升高至900。C - 1200°C范圍內(nèi)的一定值， 以便減少氧化亞氮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種借助可包含21%- 100%的氧的氧氣和二氧化碳的 混合物進(jìn)行燃燒的循環(huán)流化床裝置。
本發(fā)明提出將使用已公知用于空氣燃燒爐的可燃?xì)怏w，特別是熱 解氣體，的所述方法適用于氧燃燒爐，其目的在于從燃燒氣體中除去 殘余氧。
為此，本發(fā)明提供了一種設(shè)有氧燃燒爐、用于分離氣體與固體顆 粒的分離器、用于使固體返回到爐中的回路以及離開所述分離器并且 將氣體輸送至廢熱回收鍋爐的出口管道的循環(huán)流化床裝置，其特征在 于，所述循環(huán)流化床裝置包括用于將可燃?xì)怏w注入分離器的開口中的 注射器設(shè)備，所述可燃?xì)怏w受到再循環(huán)二氧化碳的推動(dòng)進(jìn)入到在分離 器出口處產(chǎn)生的殘留物渦流中，從而確保在下游管道中與燃燒煙道氣 產(chǎn)生均勻混合，由此通過(guò)殘留物燃燒降低了所述煙道氣中的氧含量。
本發(fā)明使得來(lái)自燃燒裝備的二氧化碳中的氧含量能夠明顯降低，
以便使二氧化碳與運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)所規(guī)定的限制條件相適應(yīng)，并且不需要借 助于使用任何昂貴的催化設(shè)備。
在分離器出口處產(chǎn)生的殘留物渦流，其特征在于，源自燃燒的煙 道氣圍繞垂直軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。可通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇分離器的尺寸而 增強(qiáng)所述殘留物渦流，并且所述殘留物渦流可構(gòu)成有利于混合氣體的 反應(yīng)區(qū)。
所述可燃?xì)怏w可以是從位于將燃料引入到爐子中的點(diǎn)的下游的所 述回流管道流出的天然氣或者熱解氣體。
優(yōu)選地，所述注射設(shè)備包括分布在所述管道周邊周圍的兩根注射 管的供給注射器，每一個(gè)注射器由兩根同心管構(gòu)成，即注射可燃?xì)怏w 的內(nèi)管和注射再循環(huán)二氧化碳的外管。
有利地，本發(fā)明的裝置包括以可調(diào)節(jié)的流速將再循環(huán)二氧化碳注 入到位于所述用于注入分離器出口管道中的設(shè)備上游的熱解氣體中的 裝置。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更加詳細(xì)地描述，在所述附圖中僅示 出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的循環(huán)流化床鍋爐的垂直剖面示意圖；和 圖2是一個(gè)實(shí)施例的水平剖面的詳圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，循環(huán)流化床裝置設(shè)有氧燃燒爐l、用于分離氣體與 固體顆粒的分離器2、用于使固體返回到爐中的回路3以及離開所述分 離器并且將燃燒煙道氣輸送至廢熱回收鍋爐(圖中未示出)的出口管 道4。
循環(huán)流化床裝置包括用于將可燃?xì)怏w注入分離器2的出口的噴射 器裝置8，該可燃?xì)怏w受到再循環(huán)二氧化碳的推動(dòng)進(jìn)入在分離器出口處 產(chǎn)生的殘留物渦流中，從而能夠確保在管道4中與燃燒煙道氣產(chǎn)生均 勻混合，由此通過(guò)殘留物燃燒減小所述煙道氣中的氧含量。
所述可燃?xì)怏w可以是從位于將燃料引入到爐1中的點(diǎn)的下游的回 流管道3的頂板流出的天然氣或者熱解氣體。所述可燃?xì)怏w還可以是這些類型的氣體的混合物。
在圖示實(shí)施例中，所述可燃?xì)怏w是源自位于燃料被引入到爐1中
的該點(diǎn)下游的回流管道3頂板的熱解氣體。
氧-燃料循環(huán)流化床鍋爐，即燃料借助于氧和二氧化碳的混合物 在其中進(jìn)行燃燒的氧-燃料循環(huán)流化床鍋爐，其特征在于，煙道氣的 流動(dòng)以及相應(yīng)地，與空氣鍋爐相比明顯更小的爐和分離器的尺寸。例 如，對(duì)于包含70%的02和30%的再循環(huán)co2的氧化劑混合物而言，煙道 氣流速大約為使用空氣進(jìn)行操作時(shí)的煙道氣流速的30%。因此，在循環(huán) 固體的流速保持等于使用空氣進(jìn)行操作時(shí)的循環(huán)固體的流速時(shí)，被煙 道氣夾帶的且圍繞回路進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)的固體的濃度必須幾乎是以成比 例的方式顯著地更高。
結(jié)果是，爐1中的壓力梯度更大并且分離器2中的壓頭損失同樣 更大，由此在熱解氣體從回流管道3中流出的點(diǎn)與向分離器的出口管 道4中進(jìn)行注射的點(diǎn)之間產(chǎn)生壓力差，所述壓力差足以確保氣體自然 進(jìn)行流動(dòng)。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，熱解氣體僅僅經(jīng)由從回流管道3的頂部母 線分出支路并且通向位于下游且僅位于分離器2的下游以便利用殘留 物渦流的注入孔的護(hù)熱管道6流出和#皮注入。該注入優(yōu)選蜂皮執(zhí)行進(jìn)入 到直接位于分離器出口位置處的垂直管道中。
在一種變型方式中，有可能執(zhí)行該注入進(jìn)入到連接分離器2和廢 熱回收鍋爐的管道4的水平部分中。
氧含量從幾個(gè)百分點(diǎn)下降到大約100ppm的功效取決于使位于分 離器出口處的溫度為大約900攝氏度，使過(guò)渡時(shí)間足夠長(zhǎng)，且由殘留 物渦流提供足夠強(qiáng)的紊流從而確保本實(shí)例中的氣態(tài)物質(zhì)即殘留氧和可 燃?xì)怏w混合在一起。
為增強(qiáng)可燃?xì)怏w射流進(jìn)入煙道氣旋轉(zhuǎn)流中的穿透性，優(yōu)選使用再 循環(huán)的二氧化碳。可以利用分布在管道4周邊周圍的兩根注射管8的 供給注射器執(zhí)行可燃?xì)怏w的注入，每一個(gè)注射器由兩根同心管構(gòu)成， 即注射可燃?xì)怏w的內(nèi)管和注射再循環(huán)二氧化碳的外管。
本發(fā)明中可燃?xì)怏w的注入速度由設(shè)置在煙道氣氣路上的廢熱回收 鍋爐上游的氧氣分析器11進(jìn)行控制。該位置通常用于對(duì)鍋爐執(zhí)行主 要調(diào)節(jié)功能的氧氣分析器，本發(fā)明所使用的所述氧氣分析器被設(shè)置在氣體注入點(diǎn)8的上游。
當(dāng)使用熱解氣體時(shí)，通過(guò)以可調(diào)節(jié)速度9將再循環(huán)二氧化碳注入 到熱解氣體管道中從而控制可燃?xì)怏w的流速。
二氧化碳的所述加入可在使熱解氣體的流速最大化的零速率與足 以將熱解氣體的流速限制在與煙道氣中所包含的殘留氧氣混合在一起 所要求的值的速率之間進(jìn)行變化。該增大的二氧化碳流速增大了下游 的壓頭損失且由于取決于壓差，由此降低了可燃?xì)怏w的流速。
圖2示出了如上文中所述的兩條管道8的一個(gè)實(shí)施例。
注射器8A，8B的數(shù)量受到最大為5的限制，且優(yōu)選為如圖中所示 的3條，以便確保射流的良好穿透性和注射均勻分布。
這些注射器圍繞管道4的周邊規(guī)則分布并且每一個(gè)注射器由一對(duì) 同心管構(gòu)成，即注射可燃?xì)怏w的內(nèi)管和注射再循環(huán)二氧化碳的外管。
環(huán)繞煙道氣管道4的圓孤形管道被布置延伸出可燃?xì)怏w進(jìn)口管道 10。在該實(shí)例中，所述圓弧形管道具有三個(gè)向外通向煙道氣管道4的 內(nèi)部注射器。
按照相似的方式，并且起始于再循環(huán)二氧化碳出口管道7，第二 圓弧形管道被布置在煙道氣管道4周圍。在該實(shí)例中，該第二圓弧形
管道具有三個(gè)圍繞上述內(nèi)部注射器同心進(jìn)行設(shè)置的且向外通向煙道氣 管道4的外部注射器。
權(quán)利要求
1、一種設(shè)有氧燃燒爐(1)、用于分離氣體與固體顆粒的分離器(2)、用于使固體返回到爐(3)中的回路以及離開所述分離器并且將氣體輸送至廢熱回收鍋爐的出口管道(4)的循環(huán)流化床裝置，其特征在于，所述循環(huán)流化床裝置包括用于將可燃?xì)怏w注入分離器(2)的出口的設(shè)備，所述可燃?xì)怏w受到再循環(huán)二氧化碳的推動(dòng)進(jìn)入在分離器出口處產(chǎn)生的殘留物渦流中，以便確保在下游管道(4)中與燃燒煙道氣產(chǎn)生均勻混合，由此通過(guò)殘留物燃燒減小所述煙道氣中的氧含量。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述注入的可燃?xì)?體是從位于將燃料(5)引入到爐(1)中的點(diǎn)的下游的所述回流管道(3) 流出的熱解氣體。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述 注入的可燃?xì)怏w中包含天然氣。
4、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述注 射設(shè)備包括分布在所述管道周邊周圍的兩根注射管的供給注射器，每 一個(gè)注射器由兩根同心管構(gòu)成，即注射可燃?xì)怏w的內(nèi)管和注射再循環(huán) 二氧化碳的外管。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括以可 調(diào)節(jié)的流速將再循環(huán)二氧化碳注入到位于所述用于注入分離器出口管 道中的設(shè)備上游的熱解氣體中的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種設(shè)有氧燃燒爐(1)、用于分離氣體與固體顆粒的分離器(2)、用于使固體返回到爐(3)中的回路以及離開所述分離器并且將氣體輸送至廢熱回收鍋爐的出口管道(4)的循環(huán)流化床裝置，其特征在于，所述循環(huán)流化床裝置包括用于將可燃?xì)怏w注入分離器(2)的出口的噴射器設(shè)備，所述可燃?xì)怏w受到再循環(huán)二氧化碳的推動(dòng)進(jìn)入在分離器出口處產(chǎn)生的殘留物渦流中，以便確保在下游管道(4)中與燃燒煙道氣產(chǎn)生均勻混合，由此通過(guò)殘留物燃燒減小所述煙道氣中的氧含量。
文檔編號(hào)F23C10/10GK101198821SQ200680021353
公開日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2006年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月15日
發(fā)明者C·比爾, J·X·莫蘭, S·敘拉尼蒂 申請(qǐng)人:阿爾斯托姆科技有限公司