[发明专利]一种用于煤粉锅炉的水蒸汽循环调节式富氧燃烧方法

说明书

技术领域

本发明属于煤粉燃烧技术领域，更具体地，涉及一种用于煤粉锅炉的水蒸汽循环调节式富氧燃烧方法。

背景技术

富氧燃烧是指利用纯氧或富氧（含氧浓度高于21%的混合气）代替空气作为助燃介质的燃烧技术，由于其相比于传统空气燃烧，可以排除大量不参与反应的氮气，使得干烟气中的CO₂浓度达到80%以上，易于实现CO₂捕获和储存，因此成为当今燃煤燃烧过程中捕获CO₂最有前景的技术。

现有技术中的煤粉锅炉富氧燃烧方式主要包括以下流程：从空气中分离出浓度高达95%以上的氧气与循环烟气相混合，经过预热器加热到适当温度后送入炉膛并与煤粉燃烧反应，所生成的烟气经过换热设备处理后从炉膛出口排出；烟气成分主要是CO₂、少量的水蒸汽和少量的O₂、N₂等，经过除尘设备后流经脱硫、脱硝设备，然后通过冷凝处理得到干燥的高浓度CO₂烟气：其中大部分烟气作为循环烟气与O₂混合送回炉膛，另外一部分经过压缩设备压缩后予以贮存。

然而，研究发现，现有技术的富氧燃烧方式仍然存在着以下的缺陷或不足：第一、由于大量烟气（60-80%）的循环，导致烟气中NOx和SO₂的含量会随着循环次数的增加而不断富集，同时多次的烟气循环会增加漏风现象，并使得烟气中N₂含量增加；第二，上述现象还会大大降低富氧燃烧烟气中CO₂的浓度，进而增加后续压缩纯化的难度，降低CO₂的捕获效率；第三，大量的烟气循环会导致整体富氧燃烧系统在运行时切换繁琐，并存在辅助设备复杂、难以操控等问题。相应地，在相关领域中存在着对用于煤粉锅炉的水蒸汽循环调节式富氧燃烧方式作出进一步改进的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷和/或技术需求，本发明的目的在于提供一种用于煤粉锅炉的水蒸汽循环调节式富氧燃烧方法，其通过水蒸汽的循环代替或减少烟气的循环量，可以提高燃烧产物中CO₂的浓度，同时减少NOx和SO₂等污染物的生成和排放。

按照本发明的一个优选实施方式，提供了一种用于煤粉锅炉的水蒸汽循环调节式富氧燃烧方法，其特征在于，在整个富氧燃烧过程中：

（a）对燃烧所产生的烟气依次执行热能提取、冷凝和净化处理，并利用所提取的热能将冷凝处理后所获得的冷凝水加热转换成水蒸汽，然后将其中一部分水蒸汽作为一次风送入煤粉锅炉的炉膛；

（b）将所述水蒸汽的剩余部分与氧气混合后作为二次风送入煤粉锅炉的炉膛。

通过以上构思，由于可以利用烟气冷凝水加热所生成的水蒸汽循环来调节炉膛中火焰的温度和锅炉换热状态，与传统的富氧燃烧方式相比，可以完全避免循环烟气的使用，减少空气泄漏的影响，并提高对烟气中CO₂的捕获效果；此外，由于不再使用烟气循环，相应可大大降低烟气中NOx和SO₂等污染物浓度，提高环保程度，同时使得电厂锅炉系统中的循环和净化设备得到简化，提高生产效率。

在步骤（a）中，还可以将所述一部分水蒸汽与氧气混合后作为一次风送入煤粉锅炉的炉膛。

按照本发明的另一优选实施方式，提供了一种用于煤粉锅炉的水蒸汽循环调节式富氧燃烧方法，其特征在于，在整个富氧燃烧过程中：

（i）对燃烧所产生的烟气依次执行热能提取、冷凝和净化处理，并将所获得的冷循环烟气利用所提取的热能予以加热，然后将其作为一次风返回至煤粉锅炉的炉膛；

（ii）将烟气冷凝处理后所获得的冷凝水利用所提取的热能加热转换成水蒸汽，然后将其与氧气混合后作为二次风送入煤粉锅炉的炉膛。

通过以上构思，由于可以利用烟气冷凝水加热所生成的水蒸汽循环来调节炉膛中火焰的温度和锅炉换热状态，与传统的富氧燃烧方式相比，可以部分避免循环烟气的使用，并有助于提高对烟气中CO₂的捕获效果，降低烟气中NOx和SO₂等污染物浓度；此外，通过采用循环烟气作为一次风，能够在实现上述效果的同时，有效保证对煤粉的顺利输送。

作为进一步优选地，在步骤（i）中，还可以将烟气和氧气相混合后共同作为一次风送入煤粉锅炉的炉膛，有利于氧气和煤粉在输运过程中混合，易于煤粉的着火和燃烧。

作为进一步优选地，在步骤（i）中，作为一次风的循环烟气占总热烟气量的20～40%。