用于富氧燃烧的烟风系统和锅炉系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及富氧燃烧领域，公开了一种用于富氧燃烧的烟风系统和包括该烟风系统的锅炉系统。所述烟风系统包括用于连通锅炉(10)和烟气处理装置的主风道，该主风道上设置有烟气除杂装置，所述烟风系统还包括循环风道，该循环风道与所述主风道连通并且位于所述烟气除杂装置的下游，所述循环风道包括并联设置的第一风道(21)和第二风道(22)，来自所述第一风道(21)的一次风用于将煤粉送入锅炉(10)中，所述第二风道(22)向所述锅炉(10)内通入二次风，其中，所述第二风道(22)能够使得所述二次风从所述第二风道(22)流出时的温度升高。本实用新型提供的用于富氧燃烧的烟风系统能够提高富氧燃烧时锅炉中煤粉的燃烧效率和燃烧性能。
【专利说明】
用于富氧燃烧的烟风系统和锅炉系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及富氧燃烧领域，具体地，涉及一种用于富氧燃烧的烟风系统和包括该用于富氧燃烧的烟风系统的锅炉系统。
【背景技术】
[0002]CO2被认为是加剧温室效应的主要来源，随着全球气候变暖，全球环境逐渐恶化，碳捕集技术越来越受到人们的重视，已提出了多种方式实现碳减排的目的。
[0003]典型地，锅炉燃烧所排放的烟气中含有大量的C02，因此，燃煤电站等使用燃煤锅炉排放的大量烟气对全球环境具有显著的影响，如何降低C02的排放量已成为本领域的重要课题。对此，已提出了富氧燃烧技术，即:以纯氧和再循环的烟气的混合气体代替空气进行燃烧，以获得具有高浓度的CO2的最终烟气，通过对最终烟气压缩和纯化，能够将其中的CO2分离出并以液态形式封存，从而实现碳减排。具体地，图1中示出了现有的富氧燃烧的锅炉系统，其中，锅炉10中燃烧产生的烟气经过脱硝装置11、预热器12、除尘器13、GGH(GasGas Heater)(即烟气-烟气再热器)14、脱硫装置15等设备除去烟气中的N0x、S02和颗粒物等杂质(在此之后可以经过烟气冷凝器16除去烟气中的水蒸气)，之后，通过循环风道的主风道23及其上设置的循环风机24将部分烟气引回，另一部分烟气则通CO2压缩纯化装置17进行压缩纯化之后分离出CO2并将其封存，剩余的烟气可以从烟囱18排到大气中。引回的烟气通过预热器13与从锅炉I中排出的温度较高的烟气进行热交换以升温，之后，一部分烟气(下文中称为“一次风”)进入第一风道21并通过设置在第一风道21上的第一风机25升压后注入煤粉系统，以将煤粉送入锅炉10中燃烧，另一部分烟气(下文中称为“二次风”)则进入第二风道22并通过设置在第二风道22上的第二风机26升压后通入锅炉10中燃烧。同时空分装置30提供的氧气也需要分为两股分别通入煤粉系统和锅炉中。
[0004]在富氧燃烧的锅炉系统中，由于煤粉是在O2-CO2的环境下燃烧，因此，基于CO2的比热、扩散系数以及强辐射的特性，锅炉中煤粉的燃烧性能、燃烧效率与常规的空气燃烧存在很大的差距，具体表现为着火延迟、燃烧温度低、火焰较小、煤粉燃烧不完全等，也就是说，在现有的富氧燃烧的锅炉系统中，煤粉的燃烧效率、燃烧性能等还具有很大的提升、优化空间。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种用于富氧燃烧的烟风系统和包括该烟风系统的锅炉系统。所述烟风系统能够提高富氧燃烧时锅炉中煤粉的燃烧效率和燃烧性能。
[0006]为了实现上述目的，本实用新型提供一种用于富氧燃烧的烟风系统，该烟风系统包括用于连通锅炉和烟气处理装置的主风道，该主风道上设置有烟气除杂装置，所述烟风系统还包括循环风道，该循环风道与所述主风道连通并且位于所述烟气除杂装置的下游，所述循环风道包括并联设置的第一风道和第二风道，来自所述第一风道的一次风用于将煤粉送入锅炉中，所述第二风道向所述锅炉内通入二次风，其中，所述第二风道能够使得所述二次风从所述第二风道流出时的温度升高。
[0007]优选地，所述第二风道上设置有加热装置以加热经过所述第二风道的所述二次风。
[0008]优选地，所述烟风系统包括补偿风道，该补偿风道能够连通所述锅炉的烟气出口和所述第二风道。
[0009]优选地，所述第二风道上设置有风箱，所述补偿风道连接于所述风箱。
[0010]优选地，所述第二风道上还设置有第二风机，该第二风机位于所述风箱的下游。[0011 ] 优选地，所述循环风道还包括回烟风道，该回烟风道上设置有预热装置，并且所述第一风道和第二风道在所述预热装置的下游与所述回烟风道连接。
[0012]优选地，来自供氧装置的第一氧气通道的氧气与所述一次风混合而形成的第一混合气体将所述煤粉系统中的煤粉送入所述锅炉中，来自供氧装置的第二氧气通道的氧气与所述二次风混合而形成的第二混合气体进入所述锅炉中。
[0013]在上述技术方案的基础上，本实用新型还提供一种锅炉系统，该锅炉系统包括供氧装置、煤粉系统、锅炉、烟风系统和烟气处理装置，其中，所述烟风系统为本实用新型提供的用于富氧燃烧的烟风系统。
[0014]优选地，所述烟气处理装置包括CO2处理装置和烟囱，所述主风道连通所述锅炉的烟气出口和所述烟囱，所述CO2处理装置设置在所述主风道上，所述烟风系统还包括第一排烟风道，该第一排烟风道与所述CO2处理装置并联地连接在所述主风道上，并且所述第一排烟风道上设置有第一阀门，所述补偿风道上设置有补偿阀门，所述循环风道上设置有循环风机和烟气阀门，当所述第一阀门导通时，所述补偿阀门截止，所述烟气阀门处于第一位置以使所述循环风道与大气连通，所述循环风机启动以抽取空气；当第一阀门截止时，所述补偿阀门导通，所述烟气阀门处于第二位置以使所述循环风道与所述主风道连通，所述循环风机启动以抽取烟气。
[0015]优选地，所述除杂装置包括烟气冷凝器，所述烟风系统还包括第二排烟风道，该第二排烟风道与所述烟气冷凝器并联地连接在所述主风道上，所述第二排烟风道上设置有第二阀门以导通或截止所述第二排烟风道。
[0016]通过上述技术方案，本实用新型提供的用于富氧燃烧的烟风系统通过提高二次风进入锅炉的温度，从而提高锅炉中氧气在CO2环境中的移动速度，促进氧气与煤粉的接触和燃烧，改善锅炉内着火延迟的现象，提高煤粉的燃烧效率，保证火焰的长度，使得锅炉内的燃烧状况更接近空气燃烧。
[0017]本实用新型的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0018]附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
[0019]图1是现有技术中用于富氧燃烧的锅炉系统的示意图；
[0020]图2是根据本实用新型的锅炉系统的示意图。
[0021]附图标记说明
[0022]10锅炉；11脱硝装置；12预热器；13除尘器；14GGH; 15脱硫装置；16烟气冷凝器；17C02压缩纯化装置;18烟囱；
[0023]20补偿风道;21第一风道;22第二风道;23回烟风道;24循环风机；25第一风机;26第二风机;27风箱;28第一排烟风道;29第二排烟风道；
[0024]30空分装置;31第一氧气通道;32第二氧气通道。
【具体实施方式】
[0025]以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
[0026]在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的术语“上游、下游”通常是指沿烟气流动方向上的“上游、下游”，但仅用于解释本实用新型，并不用于限制。
[0027]根据本实用新型的【具体实施方式】，提供一种用于富氧燃烧的烟风系统，该烟风系统包括用于连通锅炉10和烟气处理装置的主风道，该主风道上设置有烟气除杂装置，所述烟风系统还包括循环风道，该循环风道与所述主风道连通并且位于所述烟气除杂装置的下游，所述循环风道包括并联设置的第一风道21和第二风道22，来自所述第一风道21的一次风用于将煤粉送入锅炉10中，所述第二风道22向所述锅炉10内通入二次风，其中，所述第二风道22能够使得所述二次风从所述第二风道22流出时的温度升高。
[0028]在锅炉10内，二次风是在煤粉着火后才通入的，由于高温火焰的粘度很大，因此，二次风必须以很高的速度才能穿透火焰，以增强其中的氧气与焦碳粒子表面的接触和混合，由于单位时间内进入锅炉10的二次风的量是一定的，因此，通过提高通入锅炉10中的二次风的温度能够使得二次风的体积膨胀，增大进入锅炉10中的速度，促进氧气与煤粉的接触和燃烧，改善着火延迟、火焰长度较小等现象，同时，由于二次风的温度得到了提升，因此，锅炉10内火焰的温度不会因二次风的通入而明显降低，由此保证了锅炉10内着火的稳定性和燃烧温度，同时促进煤粉完全燃烧，提高燃烧效率。可以根据实际需要来控制二次风通过第二风道后温度提升后所达到的温度，本实用新型对此并不加以限制。
[0029]下面将结合图2详细描述本实用新型的【具体实施方式】，在进行详细的描述之前，首先要说明的是，在本实用新型中，烟气从锅炉10中流出并进入主烟道，通过除杂装置除去其中的S02、N0x和颗粒物等，还可以有选择地除去烟气中的水分，因此，烟气可以通过任意合适的脱硫装置、脱硝装置、除尘装置、干燥装置，以将上述成分除去。在本实用新型的【具体实施方式】中，采用图2中所示的顺序将烟气中的S02、N0x和颗粒物(还可以包括水分)等依次除去:烟气在主风道上依次经过脱硫装置11、除尘器13、GGH14、脱硫装置15。在用于富氧干循环燃烧的烟风系统中，烟气还需要经过烟气冷凝器16以将烟气中的水分除去，而在用于富氧是循环燃烧的烟风系统中，烟气不需要经过烟气冷凝器16。在图2中所示的实施方式中，所选择的脱硝装置11在去除NOx时需要较高的温度条件，因此，可以将脱硝装置11安装在锅炉10的烟气出口上。
[0030]在本实用新型提供的【具体实施方式】中，能够通过多种形式提高二次风从第二风道22中流出时的温度，例如，在第二风道22上设置加热装置以加热经过第二风道22的所述二次风，从而实现二次风温度的提高。该加热装置可以为任意合适的形式，例如，可以是换热器、电加热器等。
[0031]考虑到经济性等因素，在本实用新型提供的【具体实施方式】中，优选地，所述烟风系统包括补偿风道20，该补偿风道20能够连通所述锅炉10的烟气出口和所述第二风道22，从而将来自烟气出口的具有较高温度的烟气引入二次风中，实现当二次风从第二风道22中流出时温度升高的目的。可以通过控制补偿风道20中的烟气的速度来控制从第二风道22中流出的二次风的温度，例如，在补偿风道20上设置送风机。
[0032]为了使得二次风从第二风道22中流出时温度均匀，第二风道22上可以设置有风箱27，补偿风道20连接于风箱27，从而使得通过循环风道进入第二风道22的烟气与通过补偿风道20进入第二风道22的烟气在风箱27中混合，使得混合后从第二管道22中流出的二次风的温度均匀，并且还能够降低对第二风道22的管道壁的热应力刺激。
[0033]另外，为了增大流出第二风道22时二次风的速度，第二风道22上可以设置有第二风机26，该第二风机26于风箱27的下游，从而以较高的速度将混合后的二次风从第二风道22送出。相应地，第一风道21上可以设置第一风机25，从而以较高的速度将一次风从第一风道21中送出。
[0034]另外，在富氧燃烧的过程中，由于一次风也需要进入锅炉10中燃烧，因此一次风的温度太低也会影响锅炉10中的燃烧环境，但一次风的温度太高会引起提供煤粉的煤粉系统爆炸，因此，只需要适当地提高一次风的温度即可。在这种情况下，所述循环风道可以包括回烟风道23，该回烟风道23上设置有预热装置，并且所述第一风道21和第二风道22在所述预热装置的下游与所述回烟风道23连接，从而使得再循环的烟气在进入第一风道21和第二风道22之前进行第一次加热，同时提高一次风和二次风的温度。
[0035]预热装置可以以任意合适的方式设置。考虑到的是，烟气从锅炉10的烟气出口流出之后，具有较高的温度，因此，可以在脱硝装置11的下游设置空气预热器12，该空气预热器12可以用作上述预热装置，使得烟气出口处的高温烟气与再循环的烟气进行热交换，从而提高一次风和二次风的温度。
[0036]另外，根据本实用新型的【具体实施方式】提供的烟风系统用于富氧燃烧，因此，一次风、二次风可以在进入锅炉10之前与氧气进行混合，优选地，一次风在进入煤粉系统之前就与氧气进行混合，即:来自连接于供氧装置的第一氧气通道31的氧气与所述一次风混合而形成的第一混合气体将煤粉系统中的煤粉送入所述锅炉10中，来自连接于供氧装置的第二氧气通道32的氧气与所述二次风混合而形成的第二混合气体进入所述锅炉10中，在这种情况下，锅炉10内的各处的燃烧大致均匀，从而使得锅炉10内各处的温度大致均匀，避免出现局部高温现象，同时保证了锅炉10内的稳定燃烧，提高了煤粉的燃烧性能和燃烧效率。在本实用新型提供的【具体实施方式】中，供氧装置可以为空分装置30。
[0037]在上述内容的基础上本实用新型还提供一种锅炉系统，该锅炉系统包括供氧装置、煤粉系统、锅炉10、烟风系统和烟气处理装置，其中，所述烟风系统为本实用新型提供的用于富氧燃烧的烟风系统。
[0038]考虑到电厂中大部分锅炉系统大多是用于空气燃烧的锅炉系统，即便有既能够用于空气燃烧又能够用于富氧燃烧的锅炉系统，其燃烧性能和燃烧效率也并不理想。同时，由于这种兼顾空气燃烧和富氧燃烧的锅炉系统大多是从单用于空气燃烧的锅炉系统改造而成的，因此，需要另外设置循环烟道以用于富氧燃烧，这不仅需要较大的占地面积，还需要投入较高的工程造价以及劳动力。因此，本实用新型提供的锅炉系统优选为兼顾空气燃烧和富氧燃烧的锅炉系统，在这种锅炉系统中，烟气处理装置包括CO2处理装置和烟囱18，所述主风道连通锅炉10的烟气出口和烟囱18，所述CO2处理装置设置在所述主风道上，所述烟风系统还包括第一排烟风道28，该第一排烟风道28与所述CO2处理装置并联地连接在所述主风道上，并且所述第一排烟风道28上设置有第一阀门，补偿风道20上设置有补偿阀门，循环风道上设置有循环风机24和烟气阀门，当所述第一阀门导通时，补偿阀门截止，CO2处理装置处于关闭状态，同时，烟气阀门处于第一位置以使循环风道与大气连通，循环风机24启动以抽取空气，在这种情况下，锅炉系统用于空气燃烧，燃烧后产生的烟气经过除杂装置之后，通过第一排烟风道28排入烟囱，进而排入大气中。而当第一阀门截止时，补偿风道20导通，CO2处理装置处于开启状态，烟气阀门处于第二位置以使所述循环风道与所述主风道连通，所述循环风机24启动以抽取烟气，在这种情况下，锅炉系统用于富氧燃烧，燃烧后产生的烟气一部分进入循环风道回到锅炉10中，另一部分进入CO2处理装置进行压缩纯化，以将烟气中大量的CO2转化为液态，便于运输和封存，剩余的烟气可以直接排到周围的环境中，也可以将CO2处理装置连接到烟囱18，通过烟囱18排到空气中。在本实用新型的【具体实施方式】中，⑶2处理装置可以为CO2压缩纯化装置17。
[0039]另外，在上述【具体实施方式】中，为了使得锅炉系统既适合富氧干循环燃烧又适合富氧湿循环燃烧，所述除杂装置可以包括烟气冷凝器16，所述烟风系统还可以包括第二排烟风道29，该第二排烟风道29与所述烟气冷凝器16并联地连接在所述主风道上，第二排烟风道29上设置有第二阀门以导通或截止第二排烟风道19，当第二排烟风道19导通时，烟气冷凝器16关闭，这种状态下的锅炉系统可以用于富氧干循环燃烧；当第二排烟风道19截止时，烟气冷凝器16打开，这种状态下的锅炉系统可以用于富氧湿循环燃烧，也可以用于空气燃烧。
[0040]以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
[0041]另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0042]此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
【主权项】
1.一种用于富氧燃烧的烟风系统，该烟风系统包括用于连通锅炉(10)和烟气处理装置的主风道，该主风道上设置有烟气除杂装置，所述烟风系统还包括循环风道，该循环风道与所述主风道连通并且位于所述烟气除杂装置的下游，所述循环风道包括并联设置的第一风道(21)和第二风道(22)，来自所述第一风道(21)的一次风用于将煤粉送入锅炉(10)中，所述第二风道(22)向所述锅炉(10)内通入二次风，其特征在于，所述第二风道(22)能够使得所述二次风从所述第二风道(22)流出时的温度升高。2.根据权利要求1所述的用于富氧燃烧的烟风系统，其特征在于，所述第二风道(22)上设置有加热装置以加热经过所述第二风道(22)的所述二次风。3.根据权利要求1所述的用于富氧燃烧的烟风系统，其特征在于，所述烟风系统包括补偿风道(20)，该补偿风道(20)能够连通所述锅炉(10)的烟气出口和所述第二风道(22)。4.根据权利要求3所述的用于富氧燃烧的烟风系统，其特征在于，所述第二风道(22)上设置有风箱(27)，所述补偿风道(20)连接于所述风箱(27)。5.根据权利要求4所述的用于富氧燃烧的烟风系统，其特征在于，所述第二风道(22)上还设置有第二风机(26 )，该第二风机(26)位于所述风箱(27)的下游。6.根据权利要求3所述的用于富氧燃烧的烟风系统，其特征在于，所述循环风道还包括回烟风道(23)，该回烟风道(23)上设置有预热装置，并且所述第一风道(21)和第二风道(22)在所述预热装置的下游与所述回烟风道(23)连接。7.根据权利要求1-6中任意一项所述的用于富氧燃烧的烟风系统，其特征在于，来自供氧装置的第一氧气通道(31)的氧气与所述一次风混合而形成的第一混合气体将所述煤粉系统中的煤粉送入所述锅炉(10)中，来自供氧装置的第二氧气通道(32)的氧气与所述二次风混合而形成的第二混合气体进入所述锅炉(10)中。8.—种锅炉系统，该锅炉系统包括供氧装置、煤粉系统、锅炉(10)、烟风系统和烟气处理装置，其特征在于，所述烟风系统为权利要求1或2中所述的用于富氧燃烧的烟风系统。9.根据权利要求8所述的锅炉系统，其特征在于，所述烟气处理装置包括CO2处理装置和烟囱(18)，所述主风道连通所述锅炉(10)的烟气出口和所述烟囱(18)，所述CO2处理装置设置在所述主风道上，所述烟风系统还包括第一排烟风道(28)和补偿风道(20)，该第一排烟风道(28)与所述⑶2处理装置并联地连接在所述主风道上，并且所述第一排烟风道(28)上设置有第一阀门，该补偿风道(20)能够连通所述锅炉(10)的烟气出口和所述第二风道(22)，并且所述补偿风道(20)上设置有补偿阀门，所述循环风道上设置有循环风机(24)和烟气阀门， 当所述第一阀门导通时，所述补偿阀门截止，所述烟气阀门处于第一位置以使所述循环风道与大气连通，所述循环风机(24)启动以抽取空气， 当第一阀门截止时，所述补偿阀门导通，所述烟气阀门处于第二位置以使所述循环风道与所述主风道连通，所述循环风机(24)启动以抽取烟气。10.根据权利要求9所述的锅炉系统，其特征在于，所述除杂装置包括烟气冷凝器(16)，所述烟风系统还包括第二排烟风道(29)，该第二排烟风道(29)与所述烟气冷凝器(16)并联地连接在所述主风道上，所述第二排烟风道(29)上设置有第二阀门以导通或截止所述第二排烟风道(19)。11.根据权利要求8-10中任意一项所述的锅炉系统，其特征在于，来自供氧装置的第一氧气通道(31)的氧气与所述一次风混合而形成的第一混合气体将所述煤粉系统中的煤粉送入所述锅炉(10)中，来自供氧装置的第二氧气通道(32)的氧气与所述二次风混合而形成的第二混合气体进入所述锅炉(10)中。12.—种锅炉系统，该锅炉系统包括供氧装置、煤粉系统、锅炉(10)、烟风系统和烟气处理装置，其特征在于，所述烟风系统为权利要求3-6中任意一项所述的用于富氧燃烧的烟风系统。13.根据权利要求12所述的锅炉系统，其特征在于，所述烟气处理装置包括C02处理装置和烟囱(18)，所述主风道连通所述锅炉(10)的烟气出口和所述烟囱(18)，所述C02处理装置设置在所述主风道上，所述烟风系统还包括第一排烟风道(28)，该第一排烟风道(28)与所述C02处理装置并联地连接在所述主风道上，并且所述第一排烟风道(28)上设置有第一阀门，所述补偿风道(20)上设置有补偿阀门，所述循环风道上设置有循环风机(24)和烟气阀门， 当所述第一阀门导通时，所述补偿阀门截止，所述烟气阀门处于第一位置以使所述循环风道与大气连通，所述循环风机(24)启动以抽取空气， 当第一阀门截止时，所述补偿阀门导通，所述烟气阀门处于第二位置以使所述循环风道与所述主风道连通，所述循环风机(24)启动以抽取烟气。14.根据权利要求13所述的锅炉系统，其特征在于，所述除杂装置包括烟气冷凝器(16)，所述烟风系统还包括第二排烟风道(29)，该第二排烟风道(29)与所述烟气冷凝器(16)并联地连接在所述主风道上，所述第二排烟风道(29)上设置有第二阀门以导通或截止所述第二排烟风道(19)。15.根据权利要求12-14中任意一项所述的锅炉系统，其特征在于，来自供氧装置的第一氧气通道(31)的氧气与所述一次风混合而形成的第一混合气体将所述煤粉系统中的煤粉送入所述锅炉(10)中，来自供氧装置的第二氧气通道(32)的氧气与所述二次风混合而形成的第二混合气体进入所述锅炉(10)中。
【文档编号】F23L15/00GK205560717SQ201620070395
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年1月25日
【发明人】吴海波, 柳朝晖, 廖海燕, 李延兵, 王俊, 刘毅, 余学海
【申请人】中国神华能源股份有限公司, 北京国华电力有限责任公司, 神华国华（北京）电力研究院有限公司, 华中科技大学