一种微富氧燃烧锅炉系统的制作方法

本发明涉及一种锅炉系统，尤其是一种微富氧燃烧锅炉系统。

背景技术：

目前，以煤为主要能源的电力生产中，co2的排放占所有人类活动中co2排放总量的25％左右，是co2最大的单点排放源。常规煤粉锅炉空气助燃燃烧的排烟中，co2的浓度只有13％～15％，这给co2的分离与捕捉带来很大的技术和经济难题。富氧燃烧技术，也称作o2/co2燃烧技术，为组织煤粉在o2和co2的混合气中燃烧，可以大幅度的提高排烟中co2的浓度(脱水后co2的浓度能达到95％以上)，大大简化了co2的回收成本和难度。n2的含量很少，便于压缩冷却得到液态co2，同时去除、回收其它污染物，如so2等有害气体。因此，越来越多的国家都相继展开了富氧燃烧技术的技术经济性研究。目前，国内外在富氧燃烧领域技术已经开展了大量卓有成效的工作，积累了相当数量的科学试验数据。

传统的富氧燃烧技术是将高纯度氧气(通常纯度不低于95％)和再循环烟气混合后通入锅炉参与燃烧过程。由于需要大量高纯度的氧气，传统富氧燃烧技术的实施需要消耗大量的电能，因此传统富氧锅炉系统的经济性明显低于空气燃烧锅炉。此外，对于富氧燃烧并捕集后获得的大量高纯co2，目前除进行深埋以外没有更有效的应用途径。然而深埋技术本身只是将co2暂时封存，远没有达到利用的程度。这些缺点极大地限制了传统富氧燃烧技术的应用。

尽管如此，传统的富氧燃烧技术本身仍然有其自身所特有的特点和优势。传统富氧燃烧产生的烟气中大部分气体为co2，由于co2的比热和传热能力(包括辐射和对流)要明显强于n2。同时由于排烟体积量较空气燃烧大幅度减少，富氧燃烧锅炉的热效率也比空气燃烧锅炉有明显提高。这些优点则没有被很好地利用。

本发明综合传统富氧燃烧锅炉本身所具有的特点，充分发挥co2所具有的大比热优势来处理空气燃烧锅炉燃用高水分固体燃料时通常遇到的干燥出力不足的问题，为更好地燃用高水分固体燃料提供一种新思路。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：充分发挥传统富氧燃烧锅炉co2所具有的大比热优势，来处理空气燃烧锅炉燃用高水分固体燃料时通常遇到的干燥出力不足的问题，以提高锅炉系统的热效率。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种微富氧燃烧锅炉系统，其特征在于：包括锅炉本体，锅炉本体排出的烟气流经烟气处理设备后，一部分作为锅炉排烟排出锅炉系统，另一部分则作为再循环一次风；再循环一次风经再循环风机加压后与冷一次风补充气混合，随后形成的混合气体分为两路：一路经气体预热器加热后作为热一次风，另一路则作为调温风；热一次风和调温风混合后进入制粉设备；从制粉设备出来的风粉混合物作为燃烧器的一次风进入炉膛；冷二次风经气体预热器加热后成为热二次风并作为燃烧器的二次风进入锅炉本体的炉膛。

优选地，所述烟气处理设备为一级或多级；且所述烟气处理设备具有除尘功能，同时不向烟气中喷水。

优选地，所述冷一次风补充气为空气，或纯氧气，或空气与纯氧气的混合物，或具有与之相同气体成分和浓度的气体，且冷一次风补充气的压力需确保其能够进入管道与再循环一次风或加压后的再循环一次风混合。

优选地，所述冷二次风为空气，或空气与纯氧的混合物，或具有与之相同气体成分和浓度的气体。

优选地，所述制粉设备出口的风粉混合物温度高于其气体中水蒸汽露点5℃以上。

优选地，经燃烧器进入炉膛参与燃烧的气体中的氧气浓度不高于35％。

优选地，除冷一次风补充气和冷二次风外，纯氧气还可以在其它位置增设多个氧气注入点。

优选地，通过在锅炉本体的燃烧器上方一定位置增设燃尽风喷口来实施气体分级，从而达到降低锅炉nox排放的目的。

本发明提供的微富氧燃烧锅炉系统通过选择合理的进入锅炉的氧气浓度，利用再循环烟气干燥并输送固体燃料至炉膛，而二次风系统则不采用烟气再循环，同时整个锅炉系统的热效率也明显提升。

相比现有技术，本发明还具有如下有益效果：

1、由于经燃烧器进入炉膛参与燃烧的气体中的氧气浓度不高于35％，即只有一部分燃烧所需的氧气由纯氧或经处理后具有相同气体成分和浓度气体中的氧气代替，其余燃烧所需的氧气仍通过空气提供，从而大大降低了高浓度(纯度不低于95％)、高生产能力空分设备的需求，从而大大降低了空分设备的投资和能耗。

2、进入炉膛参与燃烧的气体中的氧气浓度的提高使燃烧产生的烟气量有明显减少，从而可明显提高锅炉系统的热效率，最高可提高2个百分点。

3、由于进入炉膛参与燃烧的气体中的氧气浓度高于空气中的氧气浓度，提高了燃烧过程的理论燃烧温度，从而优化了固体燃料的燃烧条件。

4、利用co2的比热远高于n2的特点，在相同的热一次风温度条件下，采用本发明中热一次风在制粉设备中将固体燃料干燥到相同温度所用的气体体积比在空气燃烧锅炉中热一次风(经空气预热器加热后的一次风)的体积要小。这一特点在固体燃料含水量较高时所体现出来的优势尤为突出。这一特点相当于减少了燃烧器的一次风量或一次风率，结合其中氧气含量的合理控制，可获得较低的一次风率，从而优化了固体燃料在炉膛的燃烧过程。

5、利用co2的比热远高于n2的特点，从而大大增加了一次风在制粉设备中对固体燃料的干燥能力，从而大大减少了因干燥出力不够而造成煤粉管道堵塞现象的出现。

6、磨煤机中用来干燥固体燃料的气体主要是通过再循环烟气进行的。再循环烟气量调节的灵活性大大增加了对固体燃料中水含量大幅波动的适应性。

附图说明

图1为本实施例提供的微富氧燃烧锅炉系统的示意图；

其中，b1—炉膛；b2—燃烧器；b3—气体预热器；a1—制粉设备；a2—烟气处理设备；a3—再循环风机；s0—锅炉排烟；sr1—再循环一次风；s1—冷一次风补充气；s2—热一次风；s3—调温风；s4—冷二次风；s5—热二次风。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

图1为本实施例提供的微富氧燃烧锅炉系统的示意图，所述的微富氧燃烧锅炉系统包括锅炉本体、制粉设备a1、烟气处理设备a2、再循环风机a3以及锅炉系统内的连接管道和阀门等。

锅炉本体包含炉膛b1、燃烧器b2以及包含气体预热器b3的受热面。锅炉本体排出的烟气流经烟气处理设备a2后，一部分作为锅炉排烟s0排出锅炉系统，另一部分则作为再循环一次风sr1；再循环一次风sr1经再循环风机a3加压后与冷一次风补充气s1混合，随后形成的混合气体分为两路：一路经气体预热器b3加热后作为热一次风s2，另一路则作为调温风s3；热一次风s2和调温风s3混合后进入制粉设备a1；从制粉设备a1出来的风粉混合物作为燃烧器b2的一次风进入炉膛b1；冷二次风s4经气体预热器b3加热后成为热二次风s5并作为燃烧器b2的二次风进入炉膛b1。

本实施例中，固体燃料含水量为31％；烟气处理设备a2为电除尘器；冷一次风补充气s1为空气；冷二次风s4为空气和纯氧的混合物；制粉设备a1出口的风粉混合物温度为85℃；经燃烧器b2进入炉膛参与燃烧的气体中的氧气浓度为31％。

在本实施例中，由于经燃烧器进入炉膛参与燃烧的气体中的氧气浓度不高于35％，即只有一部分燃烧所需的氧气由纯氧或经处理后具有相同气体成分和浓度气体中的氧气代替，其余燃烧所需的氧气仍通过空气提供，从而大大降低了高浓度(纯度不低于95％)、高生产能力空分设备的需求，从而大大降低了空分设备的投资和能耗。

在本实施例中，进入炉膛参与燃烧的气体中的氧气浓度的提高使燃烧产生的烟气量有明显减少，从而提高锅炉系统的热效率1.5个百分点。

在本实施例中，由于进入炉膛参与燃烧的气体中的氧气浓度高于空气中的氧气浓度，提高了燃烧过程的理论燃烧温度，从而优化了固体燃料的燃烧条件。

本实施例利用co2的比热远高于n2的特点，在相同的热一次风温度条件下，采用热一次风在制粉设备中将固体燃料干燥到相同温度所用的气体体积比在空气燃烧锅炉中热一次风(经空气预热器加热后的一次风)的体积要小，这一特点在固体燃料含水量较高时所体现出来的优势尤为突出。这一特点相当于减少了燃烧器的一次风量或一次风率，结合其中氧气含量的合理控制，可获得较低的一次风率和稳定可控的二次风率，从而优化了固体燃料在炉膛的燃烧过程。

在本实施例中，利用co2的比热远高于n2的特点，从而大大增加了一次风在制粉设备中对固体燃料的干燥能力，从而大大减少因干燥出力不够而造成煤粉管道堵塞现象的出现。

在本实施例中，磨煤机中用来干燥固体燃料的气体主要是通过再循环烟气进行的。再循环烟气量调节的灵活性大大增加了对固体燃料中水含量大幅波动的适应性。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。