[发明专利]氧燃烧锅炉的燃烧控制方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及氧燃烧锅炉的燃烧控制方法和装置，特别涉及在使用现有的空气燃烧锅炉进行氧燃烧时的氧燃烧锅炉的燃烧控制方法和装置。

背景技术

近年来，地球温室化作为全球规模的环境问题广泛被提出。已知地球温室化的一个主要原因是由于大气中的二氧化碳CO₂浓度的增加，作为这些物质的固定排放源，火力发电厂受到人们的注意。火力发电用燃料使用石油、天然气、煤，特别对于煤，可采掘的埋藏量多，可以预想今后的需求会有所增加。

煤与天然气和石油相比，碳含有量多，其他还含有氢、氮、硫等的成分，以及作为无机质的灰分，因此当将煤进行空气燃烧时，燃烧废气的组成大部分为氮(约70％)，其他也含有二氧化碳CO₂、硫氧化物SOx、氮氧化物NOx，以及包含灰分或未燃烧的煤粒子的灰尘和氧(约4％)。因此，对于燃烧废气，将其进行脱硝、脱硫、脱尘等的废气处理，使NOx、SOx、微粒达到环境排放标准值以下而从烟囱排放到大气中。

对于在上述燃烧废气中生成的NOx，有空气中的氮被氧氧化而生成的热力型(thermal)NOx，和燃料中的氮被氧化所生成的燃料型(fuel)NOx。目前，对于热力型NOx的减少，采用降低火焰温度的燃烧法，另外对于燃料型NOx的减少，采用在燃烧器内形成还原NOx的燃料过剩的区域的燃烧法。

另外，当使用煤这样的含有硫的燃料时，由于通过燃烧在燃烧废气中生成SOx，所以需要具有湿式或者干式的脱硫装置将其除去。

另一方面，也期望将在燃烧废气中大量产生的二氧化碳高效地分离除去。作为将燃烧废气中的二氧化碳进行回收的方法，一直以来研究了在胺等的吸收液中吸收的方法、或吸附在固体吸附剂上的吸附法、或者膜分离法等，但它们都有转换效率低、不能实用化的问题。

因此，作为同时实现燃烧废气中二氧化碳的分离和热力型NOx抑制的问题的有效方法，提出了用氧代替空气使燃料进行燃烧的方法(例如参考专利文献1)。

当将煤在氧中燃烧时，没有热力型NOx的产生，因此燃烧废气大部分是二氧化碳，其他也含有燃料型NOx、SOx，从而通过冷却燃烧废气，可以比较容易地将上述二氧化碳液化、分离。

但是，在氧中燃烧时火焰温度变高，有需要谋求构成燃烧炉的材料的耐热性或寿命提高的技术课题。作为解决该问题的一个对策方法，已知有如专利文献1所示那样的废气再循环方法，其是将从燃烧炉中取出并进行废气处理过的燃烧废气的一部分分支，并使该分支的燃烧废气与供给燃烧炉的氧或者空气等的燃烧用气体混合的方法。

为了进行该废气再循环，在专利文献1中具备了下述手段，即，将用燃烧废气处理手段处理过的燃烧废气冷却至-80℃以下，通过将二氧化碳液化·储存而与氧分离，进而氧利用压缩用鼓风机进行压缩、并液化·储存，将该储存的氧进行气化并使其再循环至上述燃烧用气体供给系统。

专利文献1：日本专利第3068888号公报

发明内容

但是，在专利文献1所示的方法中，由于用冷却装置冷却燃烧废气，将二氧化碳液化·储存，进而将氧压缩进行液化·储存，使储存的液化氧的一部分再循环至燃烧用气体供给系统，所以有对于装置、能量不利的问题。

即，在来自燃烧装置的燃烧废气中含有的氧浓度一般是4％左右这样低的值，为了回收这样少含量的氧，将用冷却装置冷却而使二氧化碳液化分离后的氧用压缩用鼓风机压缩、并进行液化回收，因此有需要装置和动力能量的问题。

另外，如上述那样，当利用氧进行燃烧时，火焰温度变高，构成锅炉的材料的耐热性或寿命出现问题，因此在专利文献1中以将燃烧废气进行再循环作为前提，但是对于为了能使氧燃烧锅炉稳定运转、如何进行控制完全没有触及，由此用上述专利文献1中记述的方法不能使氧燃烧锅炉实际地进行工作。

即，例如根据专利文献1，记述了作为燃烧用气体，使从燃烧废气分离得到的二氧化碳与从空气分离得到的氧的混合气体中的氧比例、与空气中的氧比例相等这样来使用，但是考虑到在燃烧装置中负荷会有变动，因此，当负荷增加、燃料供给量增加时，当然产生氧不足的状态，这样，在专利文献1中对于用于使氧燃烧锅炉稳定运转的方法完全没有考虑。

本发明是鉴于上述课题而作出的，其目的在于提供氧燃烧锅炉的燃烧控制方法和装置，该燃烧控制方法和装置基于锅炉负荷指令来设定供给锅炉本体的氧的供给量，且基于锅炉本体的吸热量来控制燃烧废气的再循环流量，调节导入锅炉本体的全部气体中的氧浓度，由此能够易于应用于现有的空气燃烧锅炉，并可以稳定且容易地控制燃烧。