循环流化床富氧燃烧的配风方法
【专利摘要】本发明提供了一种循环流化床富氧燃烧的配风方法。该方法中，循环流化床的炉膛分三级进行配风，其中：由炉膛底部送入一级风，该一级风的组分为氧气和再循环烟气；由炉膛密相区和稀相区的过渡区送入二级风，该二级风的组分包括再循环烟气；由炉膛侧壁送入三级风，该三级风的组分为氧气。本发明实现了循环流化床炉膛内在高氧气浓度下稳定燃烧，避免了出现因高浓度氧气造成的局部高温问题，同时解决了氧气与再循环烟气混合而成的高氧浓度混合气输送的安全问题。
【专利说明】循环流化床富氧燃烧的配风方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及循环流化床燃烧【技术领域】，特别是一种循环流化床富氧燃烧的配风方法。
【背景技术】
[0002]随着全球经济持续发展，能源消耗加剧，化石燃料燃烧带来的环境污染和温室气体排放逐年增加，正在加速环境恶化，全球变暖已经给人类带来了诸多严重的负面影响。碳排放的有效控制已经成为人类亟需解决的共同难题。在燃煤发电过程中碳减排的三条技术路线:燃烧前碳捕集，富氧燃烧和燃烧后碳捕集中，富氧燃烧技术是将高纯氧气与部分再循环烟气送入炉膛替代传统燃烧中的空气，由于没有氮气的注入，所以燃烧后烟气中CO2含量较高，实现了燃烧过程中CO2的富集。循环流化床富氧燃烧技术能有效地实现低挥发分劣质煤高效燃烧、生物质燃烧和垃圾等废弃物焚烧，其污染物排放较低且污染物排放控制较容易。
[0003]由于循环流化床燃烧依靠大量惰性床料的湍流流动和循环流动实现炉膛传热，没有燃烧器，不存在富氧燃烧器的改造和设计，同时循环流化床锅炉可以通过外置换热器实现受热面的扩展，因此，在高氧气浓度燃烧方面具有很大优势；与煤粉炉富氧燃烧相比，更易实现高氧气体积比(50%及以上)燃烧。高氧气浓度循环流化床锅炉富氧燃烧技术具有以下优点:(I)大幅度地减小炉膛体积，解决由于炉膛截面较大带来的流化不均匀、翻床结焦等问题；(2)锅炉整体烟气量减少，锅炉尾部对流受热面减少，同时需净化、压缩和封存的烟气量减少，从而简化和降低技术难度和成本；(3)再循环烟气量减少，降低系统散热损失，降低烟气再循环系统的成本；(4)锅炉本体及辅机体积减小，减少金属耗量，可大大降低锅炉成本，同时减小锅炉岛的占地面积。
[0004]高氧气浓度循环流化床富氧燃烧时，需要向炉膛内喷入高浓度氧气以及再循环烟气，而高纯氧气与预热后的再循环烟气如何混合、如何输运、如何注入炉膛是需要重点解决的关键技术问题。由于再循环烟气虽然通过除尘器除去了大部分飞灰，但仍然存在粒径主要分布在0.5 μ m以下的细颗粒，这些细颗粒中仍含有可燃物，因此当高纯氧气与预热后的再循环烟气混合和输运时，特别是混合后氧气浓度达到50%以上时，管道内易发生可燃粉尘的爆燃、酿成安全事故。
【发明内容】
[0005](一 )要解决的技术问题
[0006]鉴于上述技术问题，本发明提供了一种循环流化床富氧燃烧的配风方法，解决循环流化床富氧燃烧中高浓度氧气与再循环烟气混合输运过程中的安全问题。
[0007]( 二 )技术方案
[0008]根据本发明的一个方面，提供了一种循环流化床富氧燃烧的配风方法。该方法中，循环流化床的炉膛分三级进行配风，其中:由炉膛底部送入一级风，该一级风的组分为氧气和再循环烟气；由炉膛密相区和稀相区的过渡区送入二级风，该二级风的组分包括再循环烟气；由炉膛侧壁送入三级风，该三级风的组分为氧气。
[0009](三)有益效果
[0010]从上述技术方案可以看出，本发明循环流化床富氧燃烧的配风方法实现了循环流化床炉膛内在高氧气浓度下稳定燃烧，避免了出现因高浓度氧气造成的局部高温问题，同时解决了氧气与再循环烟气混合而成的高氧浓度混合气输送的安全问题。【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为根据本发明循环流化床富氧燃烧配风方法的示意图；
[0012]图2为根据本发明第一实施例循环流化床富氧燃烧配风方法的示意图；
[0013]图3为根据本发明第二实施例循环流化床富氧燃烧配风方法的示意图；
[0014]图4为根据本发明第三实施例循环流化床富氧燃烧配风方法的示意图。
[0015]【本发明主要元件符号说明】
[0016]A- 一级风；B-二级风；C-二级风
[0017]1-炉膛；2-分离器；3-返料器；
[0018]4-外置换热器；5-过热器；6-省煤器；
[0019]7-再循环烟气预热器；8-布袋除尘器； 9-气体净化压缩系统；
[0020]10-冷凝器；11-烟气再循环风机；12-空分装置；
[0021]13-控制阀。
【具体实施方式】
[0022]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属【技术领域】中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。
[0023]本发明提供了一种循环流化床富氧燃烧的配风方法。请参照图1，在该配风方法中，循环流化床炉膛分三级进行配风，其中由炉膛底部送入一级风，该一级风的组分为氧气和再循环烟气；由炉膛密相区和稀相区的过渡区送入二级风，该二级风的组分包括再循环烟气；由炉膛侧壁送入三级风，该三级风的组分为氧气。其中，一级风风量占炉膛总风量的65-75%，二级风风量占炉膛总风量的5-10% ;三级风风量占炉膛总风量的20-30%。
[0024]优选地，本发明循环流化床富氧燃烧配风方法中，一级风组分中的氧气体积比为25-35%。
[0025]优选地，本发明循环流化床富氧燃烧配风方法中，通过返料管送入二级风，该二级风其组分还包括体积比为N的氧气，O < N < 35%。其中，该返料管为循环流化床的返料器与炉膛相连的返料管，或者为循环流化床的外置换热器与炉膛相连的返料管。
[0026]优选地，本发明循环流化床富氧燃烧配风方法中，从炉膛稀相区的侧壁不同高度处将三级风分3-5层送入炉膛；必要时，部分三次风分3-5层送入炉膛密相区。
[0027]本发明配风方法中，一级风和二级风混合气中氧气体积比较低，与再循环烟气混合输运较为安全，三级风为纯氧，无含尘烟气混入，输运也没有安全问题，从而消除了安全隐患。
[0028]此外，本发明通过合理的分配三级配风的比例，可使循环流化床炉膛供风的总氧气体积比达到50%以上，同时可使炉膛密相区内的燃料在较低氧气浓度下燃烧，传热特性和燃烧控制近似空气燃烧的状态，当未燃尽的挥发分和固定碳到达稀相区时，通过二级风与三级风的配合使用，使燃料燃尽，同时保证燃烧温度均匀。因此本发明的配风方法可实现循环流化床炉膛内在高氧气浓度下稳定燃烧，避免出现因高浓度氧气造成的局部高温问题。
[0029]在本发明的第一个实例性实施例中，提供了一种循环流化床富氧燃烧的配风方法，该配风方法基于一包括循环流化床燃烧装置本体、烟气再循环系统等组成的系统，循环流化床燃烧装置本体部分包括依次连接的炉膛、分离器、返料器及外置换热器。
[0030]请参照图2，燃烧产生的烟气夹带着较细的颗粒从炉膛上部进入分离器，分离器分离下来的物料进入返料器和外置换热器，再经返料管回到炉膛，返料器的流化风及外置换热器的流化风中的大部分会经返料器进入炉膛(少量流化风，主要是返料器的松动风，可能反窜入旋风分离器、随烟气排出，不进入返料管)。从分离器排气管排出的热烟气进入尾部烟道，
[0031]分别经过布置在尾部烟道的过热器、省煤器、再循环烟气预热器后，进入布袋除尘器。烟气除尘后，一部分进入由冷凝器、烟气再循环风机、再循环烟气预热器组成的烟气再循环系统，除尘后的一部分烟气经过冷凝器脱水，经烟气再循环风机增压后进入再循环烟气预热器预热，形成较高温度的干烟气，作为再循环烟气使用；另一部分送入气体净化压缩系统，经脱水、纯化、压缩等后续工艺处理，产生的高浓度二氧化碳用于化工产品原料、石油三次开采或地质埋层等，或者直接排空。
[0032]如图2所示的循环流化床富氧燃烧系统，分三级向炉膛供风:由高纯氧气和再循环烟气混合而成的混合气作为一级风A从炉膛I底部送入供密相区燃烧，一级风A占总风量比例为65-75%，一级风A中氧气体积比为25-35%。二级风B从返料管送入炉膛I密相区与稀相区过渡区，由外置换热器4的流化风和返料器3的流化风组成，二级风B占总风量比为5-10%，二级风B全部为再循环烟气。三级风C分3-5层从炉膛侧壁不同高度送入稀相区及密相区，各层通道均有阀门13控制，可以进行多个通道风量调节和关停，三级风占总风量比为20-30 %，三级风直接采用来自空分装置的氧气。三级风C主要送入稀相区，送风口的高度不低于返料管在炉膛侧壁上的开口(返料口)的高度；在密相区氧气浓度较低、密相区温度偏低的情况下，可以选择在低于返料口的高度向炉膛密相区内喷入三级风。
[0033]炉膛I内燃料燃烧后的烟气随循环物料进入旋风分离器2，被分离下来的物料一部分进入返料器3，另一部分进入外置换热器4，经过二者的物料再经由返料管进入炉膛I。旋风分离器2出口携带粉尘的烟气进入锅炉尾部烟道，依次经过过热器5、省煤器6、再循环烟气预热器7，然后进入布袋除尘器8，除尘后的一部分烟气经过冷凝器10脱水，经烟气再循环风机11增压后进入再循环烟气预热器7预热，形成较高温度的干烟气，一部分送入外置换热器4和返料器3作为流化风，另一部分再循环烟气与空分装置12分离的高纯氧气混合作为一级风A送入炉膛I燃烧。
[0034]来自空分装置12的高纯氧气，一部分与再循环烟气混合作为一级风A送入炉膛I底部燃烧，另一部分高纯氧气直接作为三级风C经由3-5层逐级注入炉膛1，多层注入可通过控制阀13进行调节，选择所需层通道送入三级风C。
[0035]经由布袋除尘器8的另一部分烟气送入气体净化压缩系统9，经脱水、纯化、压缩等后续工艺处理系统，产生的高浓度二氧化碳用于化工产品原料、石油三次开采或地质埋层等。
[0036]可选的，循环流化床富氧燃烧装置中可以不设外置换热器4，此时二级风仅包括经返料管进入炉膛的返料器3的流化风。
[0037]至此，本实施例循环流化床富氧燃烧的配风方法介绍完毕。
[0038]在本发明的第二个示例性实施例中，还提供了另一种循环流化床富氧燃烧的配风方法。如图3所示，本实施例循环流化床富氧燃烧配风方法中，来自烟气再循环系统的再循环烟气与来自空分装置的氧气混合为氧气体积比为25-35%的混合气体后，一部分作为一级风A送入炉膛I燃烧，另一部分送入外置换热器4和返料器3作为流化风，经返料管进入炉膛I后成为二级风B。三级风为氧气。
[0039]本实施例循环流化床富氧燃烧配风方法中，三级配风的比例在一级风:二级风:三级风=(65?75% ):(5?10% ):(20?30% )的范围内可选。
[0040]至此，本实施例循环流化床富氧燃烧的配风方法介绍完毕。
[0041]在本发明的第三个示例性实施例中，还提供了另一种循环流化床富氧燃烧的配方方法。如图3所示，空分装置12产生的高纯氧气，一部分与再循环烟气混合为氧气体积比为25-35%的混合气体后，作为一级风A，从炉膛I底部送入炉膛，另一部分与再循环烟气混合为氧气体积比为N、0 < N < 35%的混合气体后，用作外置换热器4和返料器3的流化风，并经返料管进入炉膛I作为二级风；还有一部分高纯氧气直接作为三级风C分3-5层逐级注入炉膛I。
[0042]本实施例循环流化床富氧燃烧配风方法中，三级配风的比例在一级风:二级风:三级风=(65?75% ):(5?10% ):(20?30% )的范围内可选。
[0043]至此，本实施例循环流化床富氧燃烧的配风方法介绍完毕。
[0044]至此，已经结合附图对本发明三实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明循环流化床富氧燃烧的配风方法有了清楚的认识。
[0045]此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域的普通技术人员可对其进行简单地熟知地替换。
[0046]综上所述，本发明提供一种循环流化床富氧燃烧的配风方法。该配风方法适用于煤、生物质和其它含碳燃料的循环流化床富氧燃烧，特别是高浓度富氧燃烧，可实现循环流化床炉膛内在高氧气浓度下稳定燃烧，避免出现因高浓度氧气造成的局部高温问题，同时解决了氧气与再循环烟气混合而成的高氧浓度混合气输送的安全问题。
[0047]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种循环流化床富氧燃烧的配风方法，其特征在于，循环流化床的炉膛分三级进行配风，其中: 由炉膛底部送入一级风，该一级风的组分为氧气和再循环烟气； 由炉膛密相区和稀相区的过渡区送入二级风，该二级风的组分包括再循环烟气； 由炉膛侧壁送入三级风，该三级风的组分为氧气。
2.根据权利要求1所述的配风方法，其特征在于，所述一级风中的氧气体积比为25-35%。
3.根据权利要求1所述的配风方法，其特征在于，所述二级风的组分还包括氧气。
4.根据权利要求3所述的配风方法，其特征在于，所述二级风中氧气的体积比为N，其中，O < N ≥ 35%。
5.根据权利要求1所述的配风方法，其特征在于，通过返料管送入所述二级风。
6.根据权利要求5所述的配风方法，其特征在于，所述返料管为循环流化床的返料器与炉膛相连的返料管。
7.根据权利要求5所述的配风方法，其特征在于，所述返料管为循环流化床的外置换热器与炉膛相连的返料管。
8.根据权利要求1所述的 配风方法，其特征在于，由炉膛稀相区的侧壁送入三级风。
9.根据权利要求8所述的配风方法，其特征在于，该由炉膛稀相区侧壁送入的三级风沿高度方向分3-5层送入炉膛。
10.根据权利要求8所述的配风方法，其特征在于，同时还由炉膛密相区的侧壁送入三次风。
11.根据权利要求10所述的配风方法，其特征在于，该由炉膛密相区侧壁送入的三级风沿高度方向分3-5层送入炉膛。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的配风方法，其特征在于，所述一级风的风量占炉膛总风量的65-75%;二级风的风量占炉膛总风量的5-10%;三级风的风量占炉膛总风量的 20-30% ο
【文档编号】F23C10/18GK103471093SQ201310403707
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月6日 优先权日:2013年9月6日
【发明者】李诗媛, 刘敬樟, 任强强, 高鸣, 吕清刚, 朱建国, 李伟, 李皓宇, 那永洁, 包绍麟 申请人:中国科学院工程热物理研究所