循環(huán)流化床富氧燃燒裝置及其燃燒方法
【專利摘要】一種循環(huán)流化床富氧燃燒方法，包括步驟：(1)將再循環(huán)煙氣和氧氣分別通入多個(gè)混合器中進(jìn)行氧氣和再循環(huán)煙氣的混合，形成多種混合煙氣；(2)將所述多種混合煙氣分別從所述循環(huán)流化床的流化床爐膛不同的高度通入。以及一種循環(huán)流化床富氧燃燒裝置。該燃燒方法中通過(guò)多種混合物煙氣在爐膛的不同高度通入，實(shí)現(xiàn)富氧燃燒氣氛的富氧分級(jí)燃燒，不僅可以對(duì)助燃混合氣進(jìn)行分級(jí)，而且可以進(jìn)行氧氣分級(jí)，適用于高氧氣濃度下燃燒污染物NOx排放深度控制，使燃燒物能夠充分燃燒，從而減少燃燒物中含氮物質(zhì)帶來(lái)的污染。
【專利說(shuō)明】
循環(huán)流化床富氧燃燒裝置及其燃燒方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及循環(huán)流化床燃燒技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及循環(huán)流化床富氧燃燒裝置及其燃燒方法。
【背景技術(shù)】
[0002]富氧燃燒技術(shù)是一種高效的二氧化碳溫室氣體減排和有效的工業(yè)燃燒技術(shù)。循環(huán)流化床富氧燃燒技術(shù)利用高純氧氣混合再循環(huán)煙氣，輔助燃料燃燒。由于富氧燃燒技術(shù)將一部分再循環(huán)煙氣替代了空氣中的氮?dú)?，燃料燃燒過(guò)程減少了空氣中的氮?dú)猓剂先紵a(chǎn)生的氮氧化物排放僅源于燃料氮，這就從助燃混合氣中減少了空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為氮氧化物的源頭。
[0003]雖然傳統(tǒng)的富氧燃燒方法減少了空氣中的氮?dú)鈪⑴c燃燒，但是富氧燃燒的氮氧化物排放仍然難以滿足日漸嚴(yán)格的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)要求，目前在循環(huán)流化床富氧燃燒中減排氮氧化物的方法還難見(jiàn)報(bào)道。
[0004]—般而言，低氮氧化物控制技術(shù)主要集中于燃燒中和燃燒后氮氧化物減排，燃燒中氮氧化物減排主要包括低NOx燃燒器、空氣分級(jí)和燃料分級(jí)，燃燒后的氮氧化物減排方法主要有煙氣脫硝技術(shù)，包括選擇性催化還原法(SCR)、選擇性非催化還原法(SNCR)、選擇性自動(dòng)催化還原法(SACR)、噴氨濕式分離法和活性炭法等。循環(huán)流化床鍋爐的燃燒中氮氧化物減排主要采用空氣分級(jí)方法。常規(guī)循環(huán)流化床分級(jí)燃燒方法主要是對(duì)空氣進(jìn)行一 / 二次風(fēng)分級(jí)，對(duì)于空氣氣氛的空氣分級(jí)燃燒技術(shù)，主要集中于一二次風(fēng)的分級(jí)燃燒，而富氧燃燒氣氛的富氧分級(jí)燃燒，不僅可以對(duì)助燃混合氣進(jìn)行分級(jí)，而且可以進(jìn)行氧氣分級(jí)，此類技術(shù)還未見(jiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出的一種循環(huán)流化床富氧燃燒方法以及燃燒裝置。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種循環(huán)流化床富氧燃燒方法，包括步驟:
[0007](I)將再循環(huán)煙氣和氧氣分為多路，分別通入多個(gè)混合器中進(jìn)行氧氣和再循環(huán)煙氣的混合，形成多種混合煙氣；
[0008](2)將所述多種混合煙氣分別從所述循環(huán)流化床的流化床爐膛不同的高度通入。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方案，所述流化床爐膛不同的高度分別位于爐膛底部、爐膛中部和爐膛上部。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方案，富氧燃燒后從所述循環(huán)流化床排出尾部煙氣，其中部分所述的尾部煙氣提供作為所述再循環(huán)煙氣并再次進(jìn)入循環(huán)流化床內(nèi)參與反應(yīng)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方案，通入所述爐膛底部的混合煙氣為一級(jí)風(fēng)，所述一級(jí)風(fēng)的氧氣份額為2.6-7.9%，過(guò)量氧氣系數(shù)為0.2-0.6，通入該一級(jí)風(fēng)后爐膛下部區(qū)域成為欠氧域，燃料在該區(qū)域熱解氣化。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方案，通入所述爐膛中部的混合煙氣為二級(jí)風(fēng)，所述二級(jí)風(fēng)的氧氣份額為68.9-75.9%，過(guò)量氧氣系數(shù)為1.0-1.2，通入該二級(jí)風(fēng)后爐膛中部區(qū)域成為富氧域，燃料在該區(qū)域充分燃燒。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方案，通入所述爐膛上部的混合煙氣為三級(jí)風(fēng)，所述三級(jí)風(fēng)的氧氣份額為16.2-28.5%，過(guò)量氧氣系數(shù)為1.0-1.8，通入該三級(jí)風(fēng)后爐膛上部區(qū)域成為過(guò)氧域，使剩余可燃物燃盡。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方案，所述爐膛中部進(jìn)一步分為2-4層設(shè)置。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方案，所述爐膛上部進(jìn)一步分為2-3層設(shè)置。
[0016]而且，本發(fā)明還提供一種循環(huán)流化床富氧燃燒裝置，包括多個(gè)再循環(huán)煙氣輸送管道、多個(gè)氧氣輸送管道和一個(gè)流化床爐膛，其中，
[0017]所述富氧燃燒裝置還包括多個(gè)混合器，所述多個(gè)再循環(huán)煙氣輸送管道和多個(gè)氧氣輸送管道分別連接至所述多個(gè)混合器，使氧氣和再循環(huán)煙氣分成多路并分別通入所述多個(gè)混合器中進(jìn)行混合，形成多種混合煙氣；
[0018]所述流化床爐膛在不同高度分別開(kāi)設(shè)有多個(gè)入風(fēng)口，且所述入風(fēng)口與所述混合器的出口——對(duì)應(yīng)進(jìn)行連接。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方案，在富氧燃燒裝置中，所述多個(gè)入風(fēng)口位于爐膛底部、爐膛中部和爐膛上部。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方案，在富氧燃燒裝置中，所述循環(huán)流化床進(jìn)一步包括尾部煙道，所述尾部煙道的至少部分支路連接至所述煙氣輸送管道。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方案，在富氧燃燒裝置中，所述爐膛中部進(jìn)一步分為2-4
層設(shè)置。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方案，在富氧燃燒裝置中，所述爐膛上部進(jìn)一步分為2-3
層設(shè)置。
[0023]通過(guò)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的循環(huán)流化床富氧燃燒裝置及其燃燒方法的有益效果在于:
[0024](I)通過(guò)多種混合物煙氣在爐膛的不同高度通入，實(shí)現(xiàn)富氧燃燒氣氛的富氧分級(jí)燃燒，不僅可以對(duì)助燃混合氣進(jìn)行分級(jí)，而且可以進(jìn)行氧氣分級(jí)；
[0025](2)該燃燒方法特別適用于高氧氣濃度下燃燒污染物NOx排放深度控制，使燃燒物能夠充分燃燒，從而減少燃燒物中含氮物質(zhì)帶來(lái)的污染；
[0026](3)通過(guò)在爐膛中不同高度設(shè)置不同氣氛，提高燃燒效率同時(shí)避免高氧氣濃度燃燒局部高溫問(wèn)題。
[0027](4)本方法適用范圍廣泛，適用于煤、生物質(zhì)和其它碳?xì)淙剂系难h(huán)流化床富氧燃
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【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1循環(huán)流化床富氧燃燒方法的流程示意圖。
[0029]其中附圖標(biāo)記具有如下含義:
[0030]爐膛1、一級(jí)風(fēng)混合器2、二級(jí)風(fēng)混合器3、三級(jí)風(fēng)混合器4、旋風(fēng)分離器5、尾部煙道6、煙囪7、制氧系統(tǒng)8、返料器9、一級(jí)風(fēng)A、二級(jí)風(fēng)B、三級(jí)風(fēng)C
【具體實(shí)施方式】
[0031 ]在本發(fā)明中，“富氧燃燒”是指利用氧氣和再循環(huán)煙氣混合替代空氣作為氧化劑進(jìn)入燃燒爐后進(jìn)行的燃燒反應(yīng)；“氧氣”是指單純氧氣，或者相對(duì)于體積百分比來(lái)說(shuō)氧氣濃度為95%以上的含氧氣體；“底部”、“中部”、“上部”為相對(duì)概念，“底部”指的是爐膛的“底部”，該部位連接返料器，燃料在該部位進(jìn)行初步反應(yīng)，“中部”指的是爐膛的“中部”，燃料在該部位充分反應(yīng)和燃燒；“上部”指的是爐膛的“上部”，在“中部”未反應(yīng)完的剩余燃料在該部位進(jìn)行反應(yīng)和燃燒。
[0032]本發(fā)明提供一種循環(huán)流化床富氧燃燒方法，包括步驟:
[0033](I)將再循環(huán)煙氣和氧氣分為多路，分別通入多個(gè)混合器中進(jìn)行氧氣和再循環(huán)煙氣的混合，形成多種混合煙氣；
[0034](2)將所述多種混合煙氣分別從所述循環(huán)流化床的流化床爐膛不同的高度通入。
[0035]對(duì)于爐膛不同的高度，優(yōu)選的，所述流化床爐膛不同的高度分別位于爐膛底部、爐膛中部和爐膛上部。
[0036]優(yōu)選的，通入所述爐膛底部的混合煙氣為一級(jí)風(fēng)，所述一級(jí)風(fēng)中的氧氣份額為2.6-7.9%，過(guò)量氧氣系數(shù)為0.2-0.6，通入該一級(jí)風(fēng)后爐膛下部區(qū)域成為欠氧域，燃料在該區(qū)域熱解氣化。通入所述爐膛中部的混合煙氣為二級(jí)風(fēng)，所述二級(jí)風(fēng)的氧氣份額為68.9-75.9%，過(guò)量氧氣系數(shù)為1.0-1.2，通入該二級(jí)風(fēng)后爐膛中部區(qū)域成為富氧域，燃料在該區(qū)域充分燃燒。通入所述爐膛上部的混合煙氣為三級(jí)風(fēng)，所述三級(jí)風(fēng)的氧氣份額為16.2-28.5%，過(guò)量氧氣系數(shù)為1.0-1.8，通入該三級(jí)風(fēng)后爐膛上部區(qū)域成為過(guò)氧域，使剩余可燃物燃盡。上述氧氣份額指氧氣量占通入爐膛的總氧氣量的體積百分比；上述過(guò)量氧氣系數(shù)指該區(qū)域?qū)嶋H供給的氧氣量與該區(qū)域可燃物完全燃燒所需的理論氧氣量的體積比值。
[0037]優(yōu)選的，所述爐膛中部進(jìn)一步分為2-4層設(shè)置。
[0038]優(yōu)選的，所述爐膛上部進(jìn)一步分為2-3層設(shè)置。
[0039]優(yōu)選的，富氧燃燒后從所述循環(huán)流化床排出尾部煙氣，其中部分所述的尾部煙氣提供作為所述再循環(huán)煙氣并再次進(jìn)入循環(huán)流化床內(nèi)參與反應(yīng)。
[0040]本發(fā)明還提供一種循環(huán)流化床富氧燃燒裝置，包括多個(gè)再循環(huán)煙氣輸送管道、多個(gè)氧氣輸送管道和一個(gè)流化床爐膛，其中，
[0041]所述富氧燃燒裝置還包括多個(gè)混合器，所述多個(gè)再循環(huán)煙氣輸送管道和多個(gè)氧氣輸送管道分別連接至所述多個(gè)混合器，使氧氣和再循環(huán)煙氣分成多路并分別通入所述多個(gè)混合器中進(jìn)行混合，形成多種混合煙氣；
[0042]所述流化床爐膛在不同高度分別開(kāi)設(shè)有多個(gè)入風(fēng)口，且所述入風(fēng)口與所述混合器的出口——對(duì)應(yīng)進(jìn)行連接。
[0043]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0044]實(shí)施例1
[0045]如圖1所示，提供循環(huán)流化床富氧燃燒裝置，包括依次連接的爐膛1、旋風(fēng)分離器5、返料器9，以及與旋風(fēng)分離器5相連的尾部煙道6。爐膛I沿高度布置三級(jí)助燃風(fēng)入口。尾部煙道6排出的煙氣，一部分經(jīng)過(guò)冷凝過(guò)濾后作為再循環(huán)煙氣，另一部分通過(guò)煙囪7排出。
[0046]—級(jí)風(fēng)A從設(shè)在爐膛底部的一級(jí)風(fēng)入口通入，二級(jí)風(fēng)B從設(shè)在爐膛中下部或中部的二級(jí)風(fēng)入口通入，三級(jí)風(fēng)C從設(shè)在爐膛中上部或上部的三級(jí)風(fēng)入口通入。三級(jí)助燃風(fēng)A、B、C均由再循環(huán)煙氣和氧氣分別按照特定比例組成。三級(jí)助燃風(fēng)A、B、C的風(fēng)量按照常規(guī)循環(huán)流化床爐膛內(nèi)流化速度選取原則確定。
[0047]其中，一級(jí)風(fēng)A中的氧氣份額為2.6-7.9%，過(guò)量氧氣系數(shù)為0.2-0.6，使?fàn)t膛下部區(qū)域成為欠氧域，燃料在該區(qū)域熱解氣化;二級(jí)風(fēng)B的氧氣份額為68.9-75.9%，過(guò)量氧氣系數(shù)為1.0-1.2，使?fàn)t膛中部區(qū)域成為富氧域，燃料在該區(qū)域充分燃燒;三級(jí)風(fēng)C的氧氣份額為16.2-28.5% ,過(guò)量氧氣系數(shù)為1.0-1.8，使?fàn)t膛上部區(qū)域成為過(guò)氧域，使剩余可燃物燃盡。上述氧氣份額指氧氣量占通入爐膛的總氧氣量的百分比;上述過(guò)量氧氣系數(shù)指該區(qū)域?qū)嶋H供給的氧氣量與該區(qū)域可燃物完全燃燒所需的理論氧氣量的比值。
[0048]再循環(huán)煙氣與來(lái)自制氧系統(tǒng)8的氧氣分別在一級(jí)風(fēng)混合器2、二級(jí)風(fēng)混合器3、三級(jí)風(fēng)混合器4中充分混合，分別輸送至爐膛I上的各級(jí)助燃風(fēng)入口進(jìn)行富氧分級(jí)燃燒。除預(yù)混后通入爐膛外，再循環(huán)煙氣也可采取其它方式與高純氧氣一起通入爐膛。
[0049]本發(fā)明的低氮氧化物排放的循環(huán)流化床富氧燃燒方法，對(duì)循環(huán)流化床鍋爐爐膛采用三級(jí)配風(fēng)、三區(qū)域燃燒方式控制氮氧化物排放，形成欠氧域-富氧域-過(guò)氧域的三大燃燒域，產(chǎn)生熱解氣化區(qū)-燃燒區(qū)-燃盡區(qū)的三大燃燒反應(yīng)區(qū)，形成單爐膛低氮氧化物排放的高溫?zé)峤?氣化-燃燒的分級(jí)燃燒模式，即三域三區(qū)富氧分級(jí)燃燒。
[0050]該方法是一種對(duì)爐膛沿程采用高溫?zé)峤鈿饣?欠氧域)-充分燃燒(富氧域)-燃盡(過(guò)氧域)的富氧燃燒方法，結(jié)合了循環(huán)流化床富氧燃燒技術(shù)和傳統(tǒng)分級(jí)燃燒技術(shù)而產(chǎn)生的一種新型低氮氧化物排放方法。在欠氧域形成富燃料熱解氣化、低氮氧化物生成，以及少部分燃燒放熱和熱解氣化吸熱的爐膛下部溫度自平衡。在富氧域主要發(fā)生未完全熱解氣化的焦炭燃燒、熱解氣化氣充分均相燃燒和部分生成的氮氧化物一次還原。在過(guò)氧域內(nèi)主要發(fā)生剩余可燃物燃盡，同時(shí)少部分氮氧化物二次還原。
[0051]循環(huán)流化床鍋爐底部送入一級(jí)風(fēng)A，主要保持底部熱解氣化和少部分燃燒，維持底部燃燒溫度不超溫結(jié)焦，過(guò)量氧氣系數(shù)范圍是0.2-0.6，一級(jí)風(fēng)A的氧氣份額是2.6-7.9%,此區(qū)域?qū)儆谇费跤颍a(chǎn)生大量的一氧化碳會(huì)還原一氧化氮生成，屬于還原性氣氛、低氮氧化物生成區(qū)域;隨著未燃盡燃料和少部分熱解氣隨氣流上升，進(jìn)入充分燃燒的富氧域，過(guò)量氧氣系數(shù)范圍是1.0-1.2，二級(jí)風(fēng)B的氧氣份額是68.9-75.9%，沿程分級(jí)送入富氧域，形成燃料充分且逐漸燃燒的強(qiáng)化燃燒區(qū)域，也防止燃料迅速爆燃超溫，此時(shí)會(huì)增加氮氧化物生成，爐膛底部上升的大量一氧化碳會(huì)一次還原一氧化氮，大量的焦炭會(huì)催化、還原一氧化氮;隨著氣流上升，剩余可燃物進(jìn)入可燃盡的過(guò)氧域，過(guò)量氧氣系數(shù)范圍是1.0-1.8，三級(jí)風(fēng)C的氧氣份額是16.2-28.5%，剩余可燃物迅速高效完全燃燒。
[0052]該方法可以降低循環(huán)流化床富氧燃燒過(guò)程中的氮氧化物排放，同時(shí)還能保證爐膛溫度均衡和燃料充分燃盡。
[0053]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種循環(huán)流化床富氧燃燒方法，其特征在于包括步驟: (1)將再循環(huán)煙氣和氧氣分為多路，分別通入多個(gè)混合器中進(jìn)行氧氣和再循環(huán)煙氣的混合，形成多種混合煙氣； (2)將所述多種混合煙氣分別從所述循環(huán)流化床的流化床爐膛不同的高度通入。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的循環(huán)流化床富氧燃燒方法，其特征在于，所述流化床爐膛不同的高度分別位于爐膛底部、爐膛中部和爐膛上部。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的循環(huán)流化床富氧燃燒方法，其特征在于，富氧燃燒后從所述循環(huán)流化床排出尾部煙氣，其中部分所述的尾部煙氣提供作為所述再循環(huán)煙氣并再次進(jìn)入循環(huán)流化床內(nèi)參與反應(yīng)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的循環(huán)流化床富氧燃燒方法，其特征在于，通入所述爐膛底部的混合煙氣為一級(jí)風(fēng)，所述一級(jí)風(fēng)的氧氣份額為2.6-7.9% ,過(guò)量氧氣系數(shù)為0.2-0.6，通入該一級(jí)風(fēng)后爐膛下部區(qū)域成為欠氧域，燃料在該區(qū)域熱解氣化。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的循環(huán)流化床富氧燃燒方法，其特征在于，通入所述爐膛中部的混合煙氣為二級(jí)風(fēng)，所述二級(jí)風(fēng)的氧氣份額為68.9-75.9%，過(guò)量氧氣系數(shù)為1.0-1.2，通入該二級(jí)風(fēng)后爐膛中部區(qū)域成為富氧域，燃料在該區(qū)域充分燃燒。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的循環(huán)流化床富氧燃燒方法，其特征在于，通入所述爐膛上部的混合煙氣為三級(jí)風(fēng)，所述三級(jí)風(fēng)的氧氣份額為16.2-28.5 %，過(guò)量氧氣系數(shù)為1.0-1.8，通入該三級(jí)風(fēng)后爐膛上部區(qū)域成為過(guò)氧域，使剩余可燃物燃盡。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的循環(huán)流化床富氧燃燒方法，其特征在于，所述爐膛中部進(jìn)一步分為2-4層設(shè)置。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的循環(huán)流化床富氧燃燒方法，其特征在于，所述爐膛上部進(jìn)一步分為2-3層設(shè)置。9.一種循環(huán)流化床富氧燃燒裝置，包括多個(gè)再循環(huán)煙氣輸送管道、多個(gè)氧氣輸送管道和一個(gè)流化床爐膛，其特征在于， 所述富氧燃燒裝置還包括多個(gè)混合器，所述多個(gè)再循環(huán)煙氣輸送管道和多個(gè)氧氣輸送管道分別連接至所述多個(gè)混合器，使氧氣和再循環(huán)煙氣分成多路并分別通入所述多個(gè)混合器中進(jìn)行混合，形成多種混合煙氣； 所述流化床爐膛在不同高度分別開(kāi)設(shè)有多個(gè)入風(fēng)口，且所述入風(fēng)口與所述混合器的出口——對(duì)應(yīng)進(jìn)行連接。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的循環(huán)流化床富氧燃燒裝置，其特征在于，所述多個(gè)入風(fēng)口位于爐膛底部、爐膛中部和爐膛上部。11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的循環(huán)流化床富氧燃燒裝置，其特征在于，所述循環(huán)流化床進(jìn)一步包括尾部煙道，所述尾部煙道的至少部分支路連接至所述煙氣輸送管道。12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的循環(huán)流化床富氧燃燒裝置，其特征在于，所述爐膛中部進(jìn)一步分為2-4層設(shè)置。13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的循環(huán)流化床富氧燃燒裝置，其特征在于，所述爐膛上部進(jìn)一步分為2-3層設(shè)置。
【文檔編號(hào)】F23C10/28GK105864755SQ201610191822
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月30日
【發(fā)明人】李詩(shī)媛, 劉敬樟, 徐明新, 李皓宇, 李偉, 任強(qiáng)強(qiáng)
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所