專(zhuān)利名稱(chēng)：帶外置床的常規(guī)循環(huán)流化床鍋爐局部富氧燃燒改造系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā) 明涉及一種常規(guī)循環(huán)流化床鍋爐局部富氧燃燒改造系統(tǒng)，尤其涉及到一種帶外置床的常規(guī)循環(huán)流化床鍋爐局部富氧燃燒改造系統(tǒng)，屬于電站鍋爐的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
CO2主要產(chǎn)生于礦物燃料的燃燒過(guò)程，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展而帶來(lái)的能源需求不斷增大，礦物燃料的燃燒利用也同時(shí)在不斷增長(zhǎng)，這樣導(dǎo)致CO2排放量也在不斷增大。目前我國(guó)是位于美國(guó)之后的世界上第二大CO2排放國(guó)。我國(guó)是世界上少數(shù)幾個(gè)一次能源消費(fèi)中以燃煤為主的國(guó)家，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口的繼續(xù)增長(zhǎng)，我國(guó)能源消耗和CO2排放量將繼續(xù)增加，據(jù)預(yù)測(cè)我國(guó)的CO2排放總量很可能在2020年前超過(guò)美國(guó)而成為CO2排放頭號(hào)大國(guó)?？茖W(xué)家預(yù)測(cè)，如果不采取任何控制和減緩CO2排放措施的話(huà)，溫室氣體的排放將會(huì)在下個(gè)世紀(jì)的早期使溫室氣體的濃度比現(xiàn)在增加一倍。預(yù)計(jì)在下一個(gè)100年中，地表溫度將上升1.5°C至4.5°C，其結(jié)果是生態(tài)環(huán)境(如降雨分布)改變，對(duì)人類(lèi)賴(lài)以生存的農(nóng)業(yè)將產(chǎn)生巨大的影響，其影響并非都是負(fù)面的，但讓人類(lèi)在短時(shí)間內(nèi)來(lái)適應(yīng)這種急劇的生態(tài)環(huán)境的變化是很困難的，因此，其破壞性將十分嚴(yán)重。另外，一個(gè)十分突出的影響是，被冰覆蓋的南極溫度在過(guò)去的100年內(nèi)上升了 2. 5°C，在一定范圍內(nèi)溫度的緩慢上升的直接作用是冰雪溶化而造成海平面上升，如果溫度上升的速度加快，則可能造成南極冰山崩潰而沉入海中，造成海平面在短時(shí)間內(nèi)急劇上升，使沿海地區(qū)遭受災(zāi)難性的后果。因此必須采取有效措施控制CO2的排放，減緩“溫室效應(yīng)”的加劇。減少電力生產(chǎn)過(guò)程中CO2排放、實(shí)現(xiàn)CO2分離的前提是獲取高CO2濃度的煙氣，而常規(guī)燃煤電站鍋爐排煙中CO2的濃度一般為14°/Γ16%，直接從此煙氣中分離回收低濃度的CO2將使電站效率降低7°/Γ29%，發(fā)電成本增加I. 2^1. 5倍。因此，提高煙氣中CO2的濃度將會(huì)大大降低分離回收CO2的成本。組織燃料在O2和CO2混合氣體中燃燒的所謂富氧燃燒技術(shù)就是在這一背景下提出來(lái)的。富氧燃燒技術(shù)也稱(chēng)為Oxy-fuel Combustion、O2/CO2燃燒技術(shù)、或空氣分離/煙氣再循環(huán)技術(shù)，又被稱(chēng)為N2_free Process。02/C02燃燒技術(shù)即富氧燃燒技術(shù)首先是由Horne和Steinburg于1981年提出的,美國(guó)、加拿大、日本、英國(guó)、荷蘭、德國(guó)、法國(guó)、瑞典、挪威、芬蘭、意大利、俄羅斯和烏克蘭等許多國(guó)家都開(kāi)展了富氧燃燒技術(shù)的試驗(yàn)或技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較研究，國(guó)內(nèi)的浙江大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華中科技大學(xué)、華北電力大學(xué)等在進(jìn)行積極的試驗(yàn)和理論研究。富氧燃燒技術(shù)是一種新型的潔凈煤技術(shù)，該技術(shù)是用從空氣中分離的高濃度氧氣與再循環(huán)的煙氣混合作為煤粉燃燒的氧化劑，通過(guò)多次的循環(huán)使燃燒排氣中的CO2濃度達(dá)到70%以上，經(jīng)脫水后可以達(dá)到95%，然后直接進(jìn)行液化分離，使得CO2的回收變得簡(jiǎn)單而且經(jīng)濟(jì)。富氧燃燒技術(shù)還可以降低常規(guī)燃燒時(shí)空氣中N2造成的排煙熱損失及減少氮氧化物的生成。美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ANL)的研究證明，只需將常規(guī)鍋爐進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑欤涂梢圆捎酶谎跞紵夹g(shù)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)煤粉鍋爐的富氧燃燒技術(shù)研究得比較多，并且已經(jīng)成功用于工業(yè)實(shí)踐，而對(duì)于循環(huán)流化床富氧燃燒技術(shù)的研究目前多停留在實(shí)驗(yàn)室探索和模擬階段。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)我國(guó)目前有超過(guò)1100臺(tái)容量不等循環(huán)流化床鍋爐在運(yùn)行調(diào)試、安裝、制造當(dāng)中，其中220t/ h以上容量的鍋爐達(dá)300臺(tái)，所以我國(guó)循環(huán)流化床鍋爐富氧燃燒技術(shù)的改造有相當(dāng)大的潛在市場(chǎng)。循環(huán)流化床鍋爐富氧燃燒技術(shù)可分為全部富氧燃燒和部分富氧燃燒兩種，若采用全部富氧燃燒就需要循環(huán)流化床鍋爐在設(shè)計(jì)上做很大的改動(dòng)，這對(duì)鍋爐的傳熱、脫硫及煙道系統(tǒng)等會(huì)產(chǎn)生根本性的影響，需要進(jìn)一步的經(jīng)驗(yàn)積累。而部分富氧燃燒則相對(duì)改動(dòng)較少，尤其對(duì)于二次風(fēng)局部富氧助燃改造在工業(yè)應(yīng)用上更方便實(shí)現(xiàn)。若將富氧燃燒技術(shù)應(yīng)用到循環(huán)流化床鍋爐，就需要把循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)勢(shì)和富氧燃燒的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，但這需要將爐膛密相區(qū)溫度控制在原來(lái)空氣燃燒時(shí)爐膛所適應(yīng)的范圍830°C 930°C，所以對(duì)于帶外置床的常規(guī)循環(huán)流化床鍋爐比較適合循環(huán)流化床鍋爐富氧燃燒技術(shù)的改造，改造后通過(guò)返料器下游的錐形閥調(diào)整進(jìn)入外置床的飛灰流量，可以方便的實(shí)現(xiàn)爐膛密相區(qū)溫度的控制，這樣改造之后的鍋爐就依然保持了爐膛內(nèi)脫硫，控制較少氮氧化物生成，同時(shí)把富氧燃燒的傳熱效率高、燃燒完全、煙氣排放量低的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)。“節(jié)能減排低碳生活”是我國(guó)目前重要的方針政策，富氧燃燒技術(shù)與循環(huán)流化床鍋爐整合成一種更具競(jìng)爭(zhēng)力的燃燒技術(shù)將是未來(lái)潔凈煤發(fā)電技術(shù)的新趨勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提出了一種帶外置床的常規(guī)循環(huán)流化床鍋爐局部富氧燃燒改造系統(tǒng)，該系統(tǒng)針對(duì)帶外置床的常規(guī)循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行局部富氧燃燒的改造，改造之后鍋爐的局部采用o2/co2的燃燒技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了富氧燃燒技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與循環(huán)流化床鍋爐優(yōu)點(diǎn)的結(jié)合，為循環(huán)流化床鍋爐全部富氧燃燒技術(shù)的改造打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是帶外置床的常規(guī)循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行局部富氧燃燒改造系統(tǒng)，包括循環(huán)流化床鍋爐的爐膛、旋風(fēng)分離器和尾部受熱面依次相連，尾部受熱面、空氣預(yù)熱器、煙氣凈化裝置和煙 依次相連，常規(guī)空氣一次風(fēng)通過(guò)一次風(fēng)室與爐膛相連，常規(guī)空氣返料器流化風(fēng)與返料器的流化風(fēng)室相連，常規(guī)空氣外置床流化風(fēng)與外置床的流化風(fēng)室相連，旋風(fēng)分離器的下部出口與返料器的上部相連，返料器的灰出口室與爐膛相連，返料器的灰入口室通過(guò)錐形閥與外置床相連，爐膛的底部與冷渣器相連，密相區(qū)溫度位于爐膛下部。本發(fā)明是二次風(fēng)改造后進(jìn)行局部富氧燃燒，空氣分離后的高濃度氧氣與再循環(huán)煙氣混合后的富氧二次風(fēng)與爐膛相連，燃煤在富氧二次風(fēng)下方與爐膛相連，石灰石在富氧二次風(fēng)下與爐膛相連。所述的高濃度氧氣與再循環(huán)煙氣混合后得到的富氧二次風(fēng)的含氧濃度控制在25% 30%ο所述的燃煤，若燃煤不變，則一次風(fēng)、返料流化風(fēng)及外置床流化風(fēng)的壓力和流量，富氧二次風(fēng)的壓力均采用原來(lái)的負(fù)荷曲線(xiàn)，而富氧二次風(fēng)的流量負(fù)荷曲線(xiàn)，需要依據(jù)富氧二次風(fēng)的含氧濃度，采取二次風(fēng)流量負(fù)荷修正曲線(xiàn)。所述的錐形閥的開(kāi)大或關(guān)小來(lái)調(diào)整進(jìn)入外置床的飛灰流量，進(jìn)而控制爐膛密相區(qū)溫度在合適的范圍內(nèi)，相同負(fù)荷時(shí)錐形閥的開(kāi)度大于改造之前。
本發(fā)明的有益效果如下帶外置床的常規(guī)循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行二次風(fēng)局部富氧燃燒改造之后，鍋爐的燃燒效率提高，減少了固體不·完全燃燒的排放，降低了排煙熱損失。爐膛密相區(qū)溫度維持在合理的范圍內(nèi)，鍋爐的煙氣污染物排放量小。二次風(fēng)的含氧濃度提高，燃煤不變時(shí)，需要的二次風(fēng)流量減少，鍋爐的煙氣排放量也相應(yīng)減少，二次風(fēng)機(jī)及引風(fēng)機(jī)出力減小，機(jī)組廠用電負(fù)荷減小。鍋爐排放的煙氣中CO2的濃度增加，降低了工業(yè)實(shí)踐中CO2的回收成本，為循環(huán)流化床鍋爐全部富氧燃燒技術(shù)的改造打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)行詳細(xì)描述如下。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中爐膛1，旋風(fēng)分離器2，返料器3，外置床5，外置床流化風(fēng)6，返料器流化風(fēng)7，二次風(fēng)8，常規(guī)空氣一次風(fēng)9，冷渣器10，燃煤11，再循環(huán)煙氣12，高濃度氧氣13，尾部受熱面14，空氣預(yù)熱器15，煙氣凈化裝置16，煙囪17，爐膛密相區(qū)溫度18，一次風(fēng)室19，石灰石20。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例如圖I所示，本發(fā)明是一種帶外置床的常規(guī)循環(huán)流化床鍋爐局部富氧燃燒改造系統(tǒng)。改造的部分是二次風(fēng)8，即二次風(fēng)8采用局部富氧燃燒，而一次風(fēng)9、返料器流化風(fēng)7和外置床流化風(fēng)6仍然采取常規(guī)的空氣燃燒，以避免在富氧燃燒狀態(tài)下，由于氧氣濃度的增力口，需要的風(fēng)流量減少，造成爐膛I、返料器3或外置床5的流化動(dòng)力不足。鍋爐改造之后的系統(tǒng)構(gòu)成是循環(huán)流化床鍋爐的爐膛I、旋風(fēng)分離器2和尾部受熱面14依次相連，尾部受熱面14、空氣預(yù)熱器15、煙氣凈化裝置16和煙 17依次相連，空氣分離后的高濃度氧氣13與再循環(huán)煙氣12混合后的富氧二次風(fēng)8與爐膛I相連，常規(guī)空氣一次風(fēng)9通過(guò)一次風(fēng)室19與爐膛I相連，常規(guī)空氣高壓流化風(fēng)7與返料器3的風(fēng)室相連，常規(guī)空氣高壓流化風(fēng)6與外置床5的風(fēng)室相連，旋風(fēng)分離器2的下部出口與返料器3的上部相連，返料器3的灰出口室與爐膛I相連，返料器3的灰入口室通過(guò)錐形閥4與外置床5相連，燃煤11在二次風(fēng)8下方與爐膛I相連，石灰石20在二次風(fēng)8下與爐膛I相連，爐膛I的底部與冷渣器10相連，密相區(qū)溫度18位于爐膛I下部。燃煤11注入爐膛I作為燃料，石灰石20注入爐膛I作為脫硫劑。常規(guī)空氣一次風(fēng)9通過(guò)一次風(fēng)室19進(jìn)入爐膛I中，提供流化風(fēng)和燃燒風(fēng)；空氣分離后的高濃度氧氣13與再循環(huán)煙氣12混合后得到的富氧二次風(fēng)8 (濃度259Γ309Ο進(jìn)入爐膛1，提供助燃二次風(fēng)；燃煤11、石灰石20、一次風(fēng)9與富氧二次風(fēng)8 一起在爐膛I中燃燒，燃燒產(chǎn)生的大顆?；以ㄟ^(guò)冷渣器10排出。燃燒產(chǎn)生的煙氣在離開(kāi)爐膛I后，進(jìn)入旋風(fēng)分離器2中。從旋風(fēng)分離器2中分離下來(lái)的飛灰進(jìn)入返料器3中，常規(guī)空氣的高壓流化風(fēng)7進(jìn)入返料器3中為分離下來(lái)的飛灰提供流化風(fēng)及松動(dòng)風(fēng)。一部分分離下來(lái)的飛灰通過(guò)返料器3的灰出口室直接返回爐膛1，另一部分分離下來(lái)的飛灰通過(guò)返料器3的灰入口室，經(jīng)錐形閥4的調(diào)節(jié)，進(jìn)入外置床5中。常規(guī)空氣的高壓流化風(fēng)6進(jìn)入外置床5中為飛灰提供流化風(fēng)，飛灰在外置床5中換熱降溫后返回到爐膛I中。經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器2分離后的煙氣，經(jīng)過(guò)尾部受熱面14、空氣預(yù)熱器15及煙氣凈化裝置16，小部分作為再循環(huán)煙氣12返回爐膛I之前與高濃度的氧氣13混合得到富氧二次風(fēng)8，大部分的煙氣經(jīng)煙囪17排入大氣中。帶外置床的常規(guī)循環(huán)流化床鍋爐在局部富氧燃燒改造之后的運(yùn)行中，若燃煤11不變，則一次風(fēng)9、返料流化風(fēng)7及外置床流化風(fēng)6的壓力和流量，富氧二次風(fēng)8的壓力均采用原來(lái)的負(fù)荷曲線(xiàn)，而富氧二次風(fēng)8流量的負(fù)荷曲線(xiàn)，需要依據(jù)富氧二次風(fēng)8的含氧濃度，采取二次風(fēng)流量負(fù)荷修正曲線(xiàn)，為避免改造之后的鍋爐出現(xiàn)較大偏差，富氧二次風(fēng)8的含氧濃度控制在25% 30%。鍋爐在改造之后的正常運(yùn)行中，依據(jù)上述參數(shù)的負(fù)荷曲線(xiàn)進(jìn)行燃燒調(diào)整并配合機(jī)組的升降負(fù)荷。若在鍋爐負(fù)荷變化的過(guò)程中，發(fā)生爐膛密相區(qū)溫度18異常的情況，則需要通過(guò)返料器下游的錐形閥的開(kāi)大或關(guān)小來(lái)控制爐膛的密相區(qū)溫度在合理的范圍之內(nèi)，即需要通過(guò)返料器3下游的錐形閥4的開(kāi)大或關(guān)小來(lái)調(diào)整 進(jìn)入外置床5的飛灰流量，若爐膛密相區(qū)溫度18過(guò)大，則開(kāi)大錐形閥4，增大飛灰量來(lái)降低爐膛密相區(qū)溫度18 ;反之，若爐膛密相區(qū)溫度過(guò)低，則關(guān)小錐形閥4，減小飛灰量來(lái)增加爐膛密相區(qū)溫度18，但相同負(fù)荷時(shí)錐形閥4的開(kāi)度比改造之前要大些。爐膛密相區(qū)溫度18控制在合理的范圍之內(nèi)，鍋爐除了可以正常的升降負(fù)荷，還可以正常的進(jìn)行爐內(nèi)石灰石20注入來(lái)脫除SO2,同時(shí)可以保證較低的NOx排放量，確保改造之后的循環(huán)流化床鍋爐安全穩(wěn)定的運(yùn)行。本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求為準(zhǔn)，不受具體實(shí)施例所限制。
權(quán)利要求
1.帶外置床的常規(guī)循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行局部富氧燃燒改造系統(tǒng)，包括循環(huán)流化床鍋爐的爐膛(I)、旋風(fēng)分離器(2)和尾部受熱面(14)依次相連，尾部受熱面(14)、空氣預(yù)熱器(15)、煙氣凈化裝置(16)和煙園(17)依次相連，常規(guī)空氣一次風(fēng)(9)通過(guò)一次風(fēng)室(19)與爐膛(I)相連，常規(guī)空氣返料器流化風(fēng)(7)與返料器(3)的流化風(fēng)室相連，常規(guī)空氣外置床流化風(fēng)(6)與外置床(5)的流化風(fēng)室相連，旋風(fēng)分離器(2)的下部出口與返料器(3)的上部相連，返料器(3)的灰出口室與爐膛(I)相連，返料器(3)的灰入口室通過(guò)錐形閥(4)與外置床(5)相連，爐膛(I)的底部與冷渣器(10)相連，密相區(qū)溫度(18)位于爐膛(I)下部；其特征是二次風(fēng)(8)改造后進(jìn)行局部富氧燃燒，空氣分離后的高濃度氧氣(13)與再循環(huán)煙氣(12)混合后的富氧二次風(fēng)(8)與爐膛(I)相連，燃煤(11)在富氧二次風(fēng)(8)下方與爐膛(I)相連，石灰石(20 )在富氧二次風(fēng)(8 )下與爐膛(I)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶外置床的常規(guī)循環(huán)流化床鍋爐局部富氧燃燒改造系統(tǒng)，其特征是所述的高濃度氧氣(13)與再循環(huán)煙氣(12)混合后得到的富氧二次風(fēng)(8)的含氧濃度控制在25% 30%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶外置床的常規(guī)循環(huán)流化床鍋爐局部富氧燃燒改造系統(tǒng)，其特征是所述的燃煤(11)，若燃煤(11)不變，則一次風(fēng)(9)、返料流化風(fēng)(7)及外置床流化風(fēng)(6)的壓力和流量，富氧二次風(fēng)(8)的壓力均采用原來(lái)的負(fù)荷曲線(xiàn)，而富氧二次風(fēng)(8)的流量負(fù)荷曲線(xiàn)，需要依據(jù)富氧二次風(fēng)(8)的含氧濃度，采取二次風(fēng)流量負(fù)荷修正曲線(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶外置床的常規(guī)循環(huán)流化床鍋爐局部富氧燃燒改造系統(tǒng)，其特征是所述的錐形閥(4)的開(kāi)大或關(guān)小來(lái)調(diào)整進(jìn)入外置床(5)的飛灰流量，進(jìn)而控制爐膛密相區(qū)溫度(18)在合適的范圍內(nèi)，相同負(fù)荷時(shí)錐形閥(4)的開(kāi)度大于改造之前。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶外置床的常規(guī)循環(huán)流化床鍋爐局部富氧燃燒改造系統(tǒng)。改造之后的系統(tǒng)，二次風(fēng)采用局部富氧燃燒，而一次風(fēng)、返料器流化風(fēng)和外置床流化風(fēng)仍然采取常規(guī)的空氣燃燒。本發(fā)明可以提高鍋爐的燃燒效率，降低排煙熱損失，減小煙氣污染物排放量；風(fēng)煙流量減少，二次風(fēng)機(jī)及引風(fēng)機(jī)出力減小，廠用電負(fù)荷減小。煙氣中CO2的濃度增加，降低了工業(yè)實(shí)踐中CO2的回收成本，為循環(huán)流化床鍋爐全部富氧燃燒的改造打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)F23C10/18GK102927563SQ20121046238
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月15日
發(fā)明者曾光, 黃潤(rùn)澤, 張戟 申請(qǐng)人:遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院, 東北電力科學(xué)研究院有限公司, 遼寧東科電力有限公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司