[发明专利]烟气再循环煤粉锅炉燃烧系统及其工况切换方法

说明书

技术领域

本发明属于煤粉锅炉富氧燃烧调节及控制方法，具体涉及一种烟气再循环煤粉锅炉燃烧系统及其工况切换方法，适用于燃煤锅炉由空气燃烧到富氧燃烧工况切换过程中的控制。

背景技术

二氧化碳是引起全球气温上升和极端气候频发的主要原因。“富煤、少气、缺油”的资源条件决定了中国的能源结构在今后相当长时间内仍是以煤炭作为主要能源。2011年，中国CO₂排放量8241Mt，居世界首位，占世界总排放量的24.6％。鉴于我国的能源结构以及碳减排任务，急需寻找一种减少碳排放的洁净煤燃烧技术。根据联合国政府间气候变化委员会(IPCC)报告，碳捕捉与封存技术(CCS)可行性强，能有效大幅减少温室气体排放；另据国际能源局(IEA)的预测，2050年90％的电力将来自于新型富氧燃烧电厂。

二氧化碳捕集技术主要有三种方式：燃烧前捕捉、富氧燃烧技术和燃烧后捕捉。燃烧前捕集技术主要为整体煤气化联合循环发电技术(IGCC)；燃烧后碳捕集技术主要有胺法-MEA、冷却氨法等；富氧燃烧技术是将O₂与以CO₂为主要成份的再循环烟气以一定比例送入炉膛与燃料混合燃烧，因入炉气氛中不含有传统燃烧方式中的氮气，烟气中的CO₂浓度会逐渐富集，燃烧后烟气一部分通过烟气以再循环的方式进入炉膛与氧气混合后，用于输送燃料和作为燃烬风，另一部分经除尘、冷凝、干燥后进入CO₂压缩设备，可以实现燃煤锅炉污染物与CO₂近零排放。因此，富氧燃烧技术具有较大的技术优势 和工业可行性，其相对投资成本低，既能用于现有锅炉的改造，又可在新建电厂中应用。

目前国内外学者对富氧燃烧系统的技术经济进行了较详细的模拟分析，但基于富氧燃烧控制系统的应用研究未见报道。韩国的Ade等采用非线性模型的预测控制算法从汽水侧和烟气侧着手，建立了富氧燃烧锅炉的动态机理数学模型，并针对氧气质量流量、煤耗量、主蒸汽质量流量等做了阶跃扰动模拟，得到富氧燃烧条件下一些状态参数的变化曲线(Computers and Chemical Engineering，2011，35：25-40.)；美国的M.Pottmann开展了富氧燃烧过程的动态模拟研究，对模拟过程的设计概念和准则、控制策略及优化进行了讨论(Energy Procedia，2011，4：951-957.)；西班牙的I.Guedea等研究了流化床烟气循环过程的控制策略，通过调节送风机的转速控制循环烟气流量，保证炉膛燃烧稳定，在此条件下建立反馈控制策略，并进行了模拟和试验研究，其烟气循环控制策略对富氧燃烧的试验研究提供了指导(Energy Procedia，2011，4：972-979)。

由于富氧燃煤锅炉采用了全新的工艺流程，实现从空气燃烧到富氧燃烧工况的平稳切换是一个技术难题。上述的研究大多处于实验室阶段，实际的空气/富氧燃烧切换运行条件依赖于烟气循环倍率的变化速率以及空气流量的协调。

发明内容

本发明提供一种烟气再循环煤粉锅炉燃烧系统，同时提供其工况切换方法，解决煤粉锅炉从空气燃烧向富氧燃烧工况切换过程中的调节难题，使系统稳定地实现空气和富氧燃烧工况的相互切换，并维持烟气中的CO₂浓度。

本发明所提供的一种烟气再循环煤粉锅炉燃烧系统，包括依次连接的给煤机、燃烧器、锅炉、脱硝器、空预器、除灰装置、脱硫装置和引风机，其特征在于：

所述引风机通过管路分别连接排烟阀入口和再循环阀入口，排烟阀出口连通烟囱，进气阀入口连通空气，进气阀出口和再循环阀出口通过管路连接送风机入口，送风机出口通过管路同时连接空预器空气入口、一次风截止阀入口及二次风截止阀出口，一次风截止阀出口连接一次风机入口，一次风机出口通过一次风管路连接给煤机出口和燃烧器入口，第一注氧器通过第一注氧阀连接所述一次风管路；空预器空气出口和二次风截止阀入口连接二次风管路，二次风管路连接燃烧器二次风入口，第二注氧器通过第二注氧阀连接所述二次风管路。

空气和再循环烟气分别从进气阀和再循环烟气阀进入，经送风机后分为两路：一路由空预器加热作为二次风，另一路经二次风截止阀出口和一次风截止阀入口混合，经一次风机和给煤机，将煤粉混合后通过燃烧器送入锅炉燃烧，烟气经脱硝器、空预器、除灰装置、脱硫装置，经引风机将烟气排入烟囱。

所述烟气再循环煤粉锅炉燃烧系统的工况切换方法，包括布置检测设备步骤、再循环阀和进气阀控制步骤、控制送风机出口流量步骤和控制注氧量步骤，其特征在于：

(1)布置检测设备步骤：