[发明专利]通过富氧燃烧控制动力发生过程的方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过富氧燃烧(oxyfuel combustion)控制动力发生过程的方法。更特别地，本发明涉及在不同负荷条下控制富氧燃烧。

背景技术

富氧燃烧是建议用来从动力发生锅炉，例如煤粉(PC)锅炉或循环流化床(CFB)锅炉的排气中去除CO₂的其中一种方法。富氧燃烧基于用大体上纯氧燃烧含碳燃料，该纯氧典型地具有至少95％的纯度，以便使二氧化碳和水成为由锅炉排放的排气的主要成分。因而，当用空气燃烧燃料时，能相对容易地捕获二氧化碳，而无需不得不从以氮为主要成分的气流中将其分离。

规律地控制进入燃烧系统的氧气供给率和燃料供给率，以便获得几乎完全的燃料燃烧。在传统的全负荷下的空气燃烧中，典型地，废气中相对低水平的过氧量，比方说3％，足以将废气的CO水平保持得足够低，但在低负荷下，需要较高水平的过量空气以使蒸汽过热最大化并完全燃烧。低负荷下增加的过量空气因增加的热堆叠(thermalstack)损失而导致锅炉效率降低。

在用空气的传统燃烧中，由于燃烧温度过高引起的有害效果，例如增加的N0_x排放或腐蚀，或炉壁的材料强度问题，常通过将废气的一部分再循环回到炉中而被防止。因而，进气的氧含量从空气的大约21％减少到较低值，并且因此降低燃烧温度。

富氧燃烧的其中一个优点是有可能通过使用高燃烧温度而提高过程的热效率。然而，以几乎纯氧作为进气的燃烧将提供非常高的燃烧温度。因此，为了避免太高的燃烧温度的有害效果，特别是在给空气燃烧锅炉补充动力以富氧燃烧时，可有利地使用废气再循环以降低进气的平均氧含量。

第6,935,251号美国专利公开了用氧化剂流燃烧燃料的一种方法，该氧化剂流包括与再循环废气混合的富氧气流。根据此方法，调节废气再循环率，以便所得到的废气的质量流率小于通过使用空气作为氧化剂流所产生的相应的废气的质量流率。通过使用这种减少的废气质量流，可以最小化废气通道和其内的污染控制设备的大小。第6,418,865号美国专利建议通过调整排气再循环率向空气燃烧锅炉补充动力至氧燃烧(oxycombustion)，以便将传热保持在初始的规格。

动力发生过程的其中一个需求是高效率地用于不同动力需求条件下的适应性。根据传统的实践，通过以减少的燃料和空气供给率操作锅炉可获得减少的蒸汽输出。第2007-147162号日本专利出版物公开了氧燃烧锅炉的燃烧控制方法，其中，氧以与锅炉负荷相对应的数量供给，并且控制排气再循环率以便得到用于产生蒸汽所需的吸热。

对于富氧燃烧，特别是当废气质量流小于空气燃烧的质量流时，低负荷下的运行可导致废气的失真流型，增加运行性问题的危险，例如，由排气通道的低速度区域中的过多污垢或尘土积累所产生的问题。因而，需要一种控制不同负荷条件下富氧燃烧的改善的方法。

发明内容

本发明的一个目标是提供一种通过富氧燃烧控制不同负荷条件下的动力发生过程的方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种在具有锅炉的动力发生设备中通过以大体上纯的氧气燃烧含碳燃料而控制动力发生过程的方法。该方法包括：在满负荷条件下，如下步骤：(a1)将第一含碳燃料原料流引入炉中，(b1)将第一大体上纯氧的原料流引入炉中，以用氧气燃烧第一含碳燃料原料流，(c1)经由排气通道从炉中排放排气，(d1)通过布置在排气通道中的热交换表面从排气中回收热，和(e1)经由排气再循环通道以第一再循环流率将排气的一部分再循环到炉中，以与第一大体上纯氧的原料流一起形成具有预定平均氧含量的第一进气，从而以第一排放流率自炉中排放排气，并且在对应全负荷的90％或更少的第二负荷条件下，如下步骤：(a2)将第二含碳燃料原料流引入炉中，(b2)将第二大体上纯氧的原料流引入炉中，以用氧气燃烧第二含碳燃料原料流，(c2)经由排气通道从炉中排放排气，(d2)通过布置在排气通道中的热交换表面从排气中回收热，和(e2)经由排气再循环通道以第二再循环流率将排气的一部分再循环到炉中，以与第二大体上纯氧的原料流一起形成第二进气流，以便以第二排放流率自炉中排放排气，并控制第二再循环流率从第一再循环流率至提供第二排放流率的值，该值大体上与第一排放流率一样高。