[發明專利]一種循環流化床加壓富氧燃燒裝置及方法

在審

• 申請號: 202010418626.X
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111637452A
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 陳曉平;昝海峰;吳影;劉道銀;馬吉亮;梁財
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: F23C10/10
• 分類號: F23C10/10;F23C10/18;F23C10/26;F23C10/28;F23C10/32
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 馬嚴龍

本發明公開了一種循環流化床加壓富氧燃燒裝置及方法，結構上包括風室、布風板、爐膛、旋風分離器、返料器、外置式換熱器，其中爐膛內不布置受熱面，系統以循環灰作為傳熱介質，將爐膛內燃料燃燒產生的大部分熱量輸運至外置式換熱器中釋放，通過調節循環灰量及冷熱灰的比例控制爐膛溫度。與現有技術相比，本發明將燃料燃燒過程和熱量傳遞過程分離，鍋爐爐膛內只進行燃料的燃燒，燃燒產生的熱量全部由外置式換熱器和下游的受熱面吸收，適用于加壓、高爐膛入口氧濃度條件下的固體燃料的富氧燃燒，能有效解決循環流化床富氧燃燒鍋爐爐膛尺寸因高壓和高爐膛入口氧濃度而大幅減小，并導致爐膛受熱面布置困難及爐膛溫度難以控制的問題。

技術領域

本發明涉及一種循環流化床加壓富氧燃燒裝置及方法，本發明涉及循環流化床燃燒技術領域，特別涉及循環流化床加壓富氧燃燒裝置及方法。

背景技術

以CO₂為代表的溫室氣體源頭中，燃煤電站被認為是溫室氣體的主要來源之一。為緩解日益嚴重的環境壓力，迫切需要尋找一種適用于燃煤電站的CO₂捕集技術。在眾多的燃煤電站碳捕集與封存（CCS）方法中，富氧燃燒技術被認為是最具應用前景的技術之一。富氧燃燒技術包括煤粉爐富氧燃燒技術和流化床富氧燃燒技術兩大類，相比前者，流化床富氧燃燒技術在燃料適應性、污染物控制等方面更具優勢。富氧燃燒技術中，進入爐膛的氣體由空分裝置（ASU）分離出來的純氧和再循環煙氣（RFG）混合而成，富氧燃燒產生的煙氣中CO₂濃度以干基計量可達90％以上，可有效降低煙氣凈化和壓縮工藝的投資和運行成本。盡管如此，富氧燃燒技術在工程應用方面仍存在諸多問題和挑戰。

通過減少爐膛的再循環煙氣量，可降低再循環風機的能耗，從而提高富氧燃燒系統的運行經濟性。隨著再循環煙氣量的降低，爐膛入口平均氧濃度提高，爐膛內的煙氣流量也相應減少。為確保循環流化床鍋爐爐膛內固體物料的正常流化和較高的固體物料循環量，鍋爐運行時，爐膛必須有足夠的煙氣流速。因此，隨著再循環煙氣量的下降，富氧燃燒循環流化床鍋爐的爐膛截面積需同步減小，而爐膛高度受爐膛壓降和設備成本等限制也不宜過高，從而導致爐膛內無法布置控制爐膛溫度所需的足夠的換熱面。另一方面，煙氣量減少還導致爐膛出口煙氣帶走的熱量同步降低，進一步加劇了爐膛受熱面布置的困難。

此外，常壓富氧燃燒技術中，爐膛運行壓力與空氣分離裝置（ASU）和CO₂純化壓縮裝置（CPU）之間的壓力變化會導致一定的能量損失。增壓富氧燃燒技術其燃燒過程在高壓下進行，不但可減少因系統中各部分壓力變化而造成的能量損耗，同時煙氣中水蒸氣的冷凝溫度也會提高，有利于汽化潛熱的回收利用，從而有效提高系統的運行效率。但爐膛壓力升高會使流化床鍋爐爐膛的截面積和體積進一步縮小，導致爐內受熱面布置及溫度控制問題更加突出。

為解決循環流化床增壓富氧燃燒技術的上述問題，本發明提出了一種創新性的循環流化床加壓富氧燃燒裝置及方法。本發明擺脫了傳統的爐膛設計理念，將燃料燃燒和熱量傳遞兩個過程分離，爐膛內不再布置換熱面，只需考慮燃料燃燒和氣固流動的合理組織。通過調節循環灰量以及返回爐膛內的冷熱灰的比例控制爐膛溫度。燃料燃燒產生的熱量全部由煙氣和循環灰帶出。外置式換熱器中可布置蒸發受熱面、過熱器、再熱器和省煤器。本方法將燃料的燃燒和熱量傳遞過程分離，在合理組織加壓富氧流化床爐內燃燒和氣固流動過程的同時有效控制爐膛溫度，本技術還未見報道。

發明內容

鑒于上述現存的技術局限，本發明提出一種循環流化床加壓富氧燃燒裝置及方法。

為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：

一種循環流化床加壓富氧燃燒裝置，包括增壓爐膛、下料管、返料器、外置式換熱器進料管、外置式換熱器，所述增壓爐膛為立式的，其一端設有供煤口以及下部供風口，另一端設有水平煙道，水平煙道上連接有旋風分離器；