[发明专利]富氧燃烧锅炉系统及其运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锅炉，尤其是一种富氧燃烧锅炉系统及其运行方法。

背景技术

二氧化碳因具有温室效应被普遍认为是导致全球气候变暖的重要原因之一。化石能源利用是最重要的CO₂排放源，如果将全球温室气体排放量按行业统计，发电行业是最大的排放源，而燃煤发电又是发电行业中CO₂排放的最主要来源，富氧燃烧是一种针对化石燃料发电的CO₂减排解决方案。

富氧燃烧方式是在现有电站锅炉系统基础上，用含高浓度氧气的气体代替常规的助燃空气，同时通过烟气再循环来获得富含80%以上体积浓度的CO₂烟气，通过进一步的冷凝压缩纯化后，实现CO₂的永久封存或资源化利用的一种燃烧方式。这种新型燃烧方式与现有电站燃烧方式在技术具有良好的承接性，较为容易实现大规模化CO₂富集和减排，也容易被电力行业接受。这种燃烧方式的主要特点是采用烟气再循环，以烟气中的CO₂替代助燃空气中的氮气，与氧一起参与燃烧，这样可大幅度提高烟气中的CO₂浓度，方便CO₂的利用和处理，可望形成一种污染物综合排放低的“无烟囱”的环境友好的发电方式。已有的分析表明，和其他碳捕获方式相比，富氧燃烧技术在投资成本、运行成本、CO₂减排成本、大型化和与现有技术的兼容度等方面都具有优越性。

但在富氧燃烧运行试验中出现了以下的问题：一是烟气中的NOx浓度会超过国家环保排放标准，二是对烟风道、炉膛、受热面等的腐蚀加剧。一、富氧燃烧由于采用烟气再循环，循环烟气中的NOx会随烟气循环而出现富集现象，排向大气的烟气中NOx浓度会超过国家环保排放标准，因此，需要采取必要的措施，防止富氧燃烧烟气中高浓度NOx的产生。

二、富氧燃烧由于采用烟气再循环，循环烟气中的SOx也会随烟气循环而出现富集现象，从而对烟风道、炉膛、受热面等产生腐蚀，需要采取必要的措施，防止再循环烟气中SOx浓度的大幅增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够达标排放并减缓装置腐蚀现象的富氧燃烧锅炉系统及其运行方法。

发明人注意到：富氧燃烧由于采用烟气再循环，循环烟气中的NOx、SOx会随烟气循环而出现富集现象，然而这一现象普遍被忽略：在电厂的锅炉、烟气净化和蒸汽发电单元以外，常规富氧燃烧发电系统增加了空气分离、烟气冷凝、烟气压缩纯化等单元，但却没有考虑氮氧化物和硫氧化物的处理。

为了将富氧燃烧工况下硫氧化物、氮氧化物排放浓度控制在合理范围内，本发明首先提供了一种富氧燃烧锅炉系统，其包括炉膛、燃烧器、燃尽风喷口、预热器、尾部烟道、收尘器和烟囱，其烟气再循环管路中包括脱硝装置、脱硫装置和烟气冷却器并遵循以下设置，尾部烟道的出口与预热器的放热烟气进口之间连接有脱硝装置，预热器的放热烟气出口经除尘器与烟气换热器的放热烟气进口连接，烟气换热器的放热烟气出口与脱硫装置、烟气冷却器依次连接后回接至烟气换热器的吸热烟气进口，燃烧器的一次风在经过预热器后一部分经一次风氧注入器送入燃烧器，其余部分作为制粉用风，燃烧器的二次风经二次风氧注入器后进入预热器再送入燃烧器。

本发明通过在尾部烟气通道上布置脱硝装置，脱除烟气中的NOx，防止烟气中的NOx随烟气循环而出现富集的问题，控制再循环烟气及排放烟气中NOx浓度在合适范围内；在尾部烟气通道内布置脱硫装置10，脱除烟气中的SOx，防止烟气中的SOx随烟气循环而出现富集的问题，控制再循环烟气及排放烟气中SOx浓度在合适范围内，防止烟道及受热面酸腐蚀，由于烟气均需经过烟气净化装置，尤其经脱硫处理后，含水量可高达20%，炉内绝热火焰温度降低，燃烧器的稳燃相对困难，因此在脱硫处理装置后设置烟气冷却器进行除水处理，降低烟气含水量后再将低含水量烟气投入再循环，使得绝热火焰温度、炉内烟气流量等与空气燃烧时差异较小，增加燃烧稳定性，使得富氧燃烧在工程上更容易实现。

SCR脱硝的最佳反应温度区间在300-420℃，此温度区间正好处于省煤器与预热器之间，故脱硝装置放置布置于预热器及除尘器之前，因为湿法脱硫后烟气中会带出一定的水分，若布置在除尘器之前，会导致除尘器粘堵等，故将脱硫装置放置在预热器及除尘器之后。