[發(fā)明專利]煙氣再循環(huán)煤粉鍋爐燃燒系統(tǒng)及其工況切換方法

有效

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• 申請日: 2014-05-14
• 公開（公告）號: CN103968415A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅自學(xué);柳朝暉;程強
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: F23N5/00
• 分類號: F23N5/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于煤粉鍋爐富氧燃燒調(diào)節(jié)及控制方法，具體涉及一種煙氣再循環(huán)煤粉鍋爐燃燒系統(tǒng)及其工況切換方法，適用于燃煤鍋爐由空氣燃燒到富氧燃燒工況切換過程中的控制。

背景技術(shù)

二氧化碳是引起全球氣溫上升和極端氣候頻發(fā)的主要原因。“富煤、少氣、缺油”的資源條件決定了中國的能源結(jié)構(gòu)在今后相當(dāng)長時間內(nèi)仍是以煤炭作為主要能源。2011年，中國CO₂排放量8241Mt，居世界首位，占世界總排放量的24.6％。鑒于我國的能源結(jié)構(gòu)以及碳減排任務(wù)，急需尋找一種減少碳排放的潔凈煤燃燒技術(shù)。根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化委員會(IPCC)報告，碳捕捉與封存技術(shù)(CCS)可行性強，能有效大幅減少溫室氣體排放；另據(jù)國際能源局(IEA)的預(yù)測，2050年90％的電力將來自于新型富氧燃燒電廠。

二氧化碳捕集技術(shù)主要有三種方式：燃燒前捕捉、富氧燃燒技術(shù)和燃燒后捕捉。燃燒前捕集技術(shù)主要為整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)(IGCC)；燃燒后碳捕集技術(shù)主要有胺法-MEA、冷卻氨法等；富氧燃燒技術(shù)是將O₂與以CO₂為主要成份的再循環(huán)煙氣以一定比例送入爐膛與燃料混合燃燒，因入爐氣氛中不含有傳統(tǒng)燃燒方式中的氮氣，煙氣中的CO₂濃度會逐漸富集，燃燒后煙氣一部分通過煙氣以再循環(huán)的方式進入爐膛與氧氣混合后，用于輸送燃料和作為燃燼風(fēng)，另一部分經(jīng)除塵、冷凝、干燥后進入CO₂壓縮設(shè)備，可以實現(xiàn)燃煤鍋爐污染物與CO₂近零排放。因此，富氧燃燒技術(shù)具有較大的技術(shù)優(yōu)勢 和工業(yè)可行性，其相對投資成本低，既能用于現(xiàn)有鍋爐的改造，又可在新建電廠中應(yīng)用。

目前國內(nèi)外學(xué)者對富氧燃燒系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟進行了較詳細(xì)的模擬分析，但基于富氧燃燒控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究未見報道。韓國的Ade等采用非線性模型的預(yù)測控制算法從汽水側(cè)和煙氣側(cè)著手，建立了富氧燃燒鍋爐的動態(tài)機理數(shù)學(xué)模型，并針對氧氣質(zhì)量流量、煤耗量、主蒸汽質(zhì)量流量等做了階躍擾動模擬，得到富氧燃燒條件下一些狀態(tài)參數(shù)的變化曲線(Computers and Chemical Engineering，2011，35：25-40.)；美國的M.Pottmann開展了富氧燃燒過程的動態(tài)模擬研究，對模擬過程的設(shè)計概念和準(zhǔn)則、控制策略及優(yōu)化進行了討論(Energy Procedia，2011，4：951-957.)；西班牙的I.Guedea等研究了流化床煙氣循環(huán)過程的控制策略，通過調(diào)節(jié)送風(fēng)機的轉(zhuǎn)速控制循環(huán)煙氣流量，保證爐膛燃燒穩(wěn)定，在此條件下建立反饋控制策略，并進行了模擬和試驗研究，其煙氣循環(huán)控制策略對富氧燃燒的試驗研究提供了指導(dǎo)(Energy Procedia，2011，4：972-979)。

由于富氧燃煤鍋爐采用了全新的工藝流程，實現(xiàn)從空氣燃燒到富氧燃燒工況的平穩(wěn)切換是一個技術(shù)難題。上述的研究大多處于實驗室階段，實際的空氣/富氧燃燒切換運行條件依賴于煙氣循環(huán)倍率的變化速率以及空氣流量的協(xié)調(diào)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種煙氣再循環(huán)煤粉鍋爐燃燒系統(tǒng)，同時提供其工況切換方法，解決煤粉鍋爐從空氣燃燒向富氧燃燒工況切換過程中的調(diào)節(jié)難題，使系統(tǒng)穩(wěn)定地實現(xiàn)空氣和富氧燃燒工況的相互切換，并維持煙氣中的CO₂濃度。

本發(fā)明所提供的一種煙氣再循環(huán)煤粉鍋爐燃燒系統(tǒng)，包括依次連接的給煤機、燃燒器、鍋爐、脫硝器、空預(yù)器、除灰裝置、脫硫裝置和引風(fēng)機，其特征在于：

所述引風(fēng)機通過管路分別連接排煙閥入口和再循環(huán)閥入口，排煙閥出口連通煙囪，進氣閥入口連通空氣，進氣閥出口和再循環(huán)閥出口通過管路連接送風(fēng)機入口，送風(fēng)機出口通過管路同時連接空預(yù)器空氣入口、一次風(fēng)截止閥入口及二次風(fēng)截止閥出口，一次風(fēng)截止閥出口連接一次風(fēng)機入口，一次風(fēng)機出口通過一次風(fēng)管路連接給煤機出口和燃燒器入口，第一注氧器通過第一注氧閥連接所述一次風(fēng)管路；空預(yù)器空氣出口和二次風(fēng)截止閥入口連接二次風(fēng)管路，二次風(fēng)管路連接燃燒器二次風(fēng)入口，第二注氧器通過第二注氧閥連接所述二次風(fēng)管路。

空氣和再循環(huán)煙氣分別從進氣閥和再循環(huán)煙氣閥進入，經(jīng)送風(fēng)機后分為兩路：一路由空預(yù)器加熱作為二次風(fēng)，另一路經(jīng)二次風(fēng)截止閥出口和一次風(fēng)截止閥入口混合，經(jīng)一次風(fēng)機和給煤機，將煤粉混合后通過燃燒器送入鍋爐燃燒，煙氣經(jīng)脫硝器、空預(yù)器、除灰裝置、脫硫裝置，經(jīng)引風(fēng)機將煙氣排入煙囪。

所述煙氣再循環(huán)煤粉鍋爐燃燒系統(tǒng)的工況切換方法，包括布置檢測設(shè)備步驟、再循環(huán)閥和進氣閥控制步驟、控制送風(fēng)機出口流量步驟和控制注氧量步驟，其特征在于：

(1)布置檢測設(shè)備步驟：