[发明专利]一种水煤浆低浓度富氧流化悬浮燃烧方法及其锅炉装置

说明书

技术领域

本发明属于水煤浆流化悬浮燃烧技术和水煤浆锅炉技术领域，具体涉及一种水煤浆低浓度富氧流化悬浮燃烧方式及其锅炉装置。 

背景技术

水煤浆燃烧技术被称为煤的洁净燃烧技术，我国从上世纪70年代开始进行水煤浆锅炉试验研究，40年来取得了长足的进步。目前，水煤浆锅炉分为流化悬浮燃烧和雾化悬浮燃烧两种。水煤浆流化悬浮燃烧方式与雾化悬浮燃烧方式相比较具有许多优点，如实现了低温燃烧，解决了水煤浆锅炉容易结焦的世界性的难题，同时抑制了NOx的生成与排放等，因此水煤浆流化悬浮燃烧技术在锅炉领域，尤其是在中小锅炉领域获得了广泛的应用，被称为水煤浆燃烧技术领域的一场革命。但是，水煤浆流化悬浮燃烧方式尚存在对水煤浆燃料的适应性不够宽泛，尤其对掺用劣质煤的水煤浆燃料的适应性差，存在着火燃烧不稳定，燃烧不完全等缺点。 

传统水煤浆锅炉与其它工业锅炉或炉窑一样，燃料燃烧采用空气进行助燃，从上世纪80年代开始，富氧燃烧作为一种节能技术，在燃煤工业锅炉或电站锅炉上采用富氧局部助燃技术，有见文献报道，对降低燃料的着火温度、提高燃烧温度、改善燃烧稳定性、减少燃料消耗有很好的效果，但是带来了NOx 的大幅度增加。及至目前为止，在工业炉窑上有采用氧体积百分比浓度高于50％的富氧空气助燃的试验，所采用的富氧空气制取方法也是目前公认在工业锅炉和工业炉窑上最有应用前途的膜富氧方式和变压吸附方式。于是，有人试图在水煤浆锅炉上采用富氧助燃的方式，如公开号为200410096627.8的《水煤浆大空间燃烧方式及其专用设备》的发明专利，该发明专利针对水煤浆雾化悬浮燃烧方式提出采用氧体积百分浓度高于50%的富氧空气进行助燃，并采用变吸附式装置制取富氧空气，因而存在以下缺点和局限性：1）过高浓度富氧助燃增加了热力NOx的生成及其排放；2）仅限于水煤浆雾化悬浮燃烧方式；3）变吸附式富氧装置设备复杂、能耗过高，达0.4～0.55kWh／m³[O₂]，例如燃用1吨水煤浆约需消耗500～600kWh电能，即便采用膜富氧方式电能消耗也与此相当，显然得不偿失。 

发明内容

为了充分发挥水煤浆流化悬浮燃烧方式的优点，克服水煤浆燃料适应性不够宽泛、燃烧不够稳定，高浓度富氧助燃又存在NOx生成排放增加、富氧制备设备复杂、能耗过高及成本较高的缺点，本发明提出一种水煤浆低浓度富氧流化悬浮燃烧方法及其锅炉装置。 

为解决现有技术存在的问题，本发明采用如下技术方案：将传统的流化悬浮燃烧水煤浆锅炉装置，改为低浓度富氧粒化悬浮燃烧水煤浆锅炉装置，即采取水煤浆流化悬浮燃烧、富氧助燃，其包括如下步骤： 

步骤一:利用沸石分子筛制备低浓度富氧空气；

步骤二:通过空气预热器加热低浓度富氧空气；

步骤三:经过空气预热器加热后的低浓度富氧空气，以富氧一次风、富氧二次风和富氧粒化风分别通过流化床、二次风口和水煤浆粒化器进入燃烧室，与进入燃烧室的水煤浆燃料混合燃烧。

通过步骤一制备的低浓度富氧空气之氧体积浓度为24～30％,通过步骤一制备的低浓度富氧空气总量为水煤浆燃料燃烧所需理论空气量的60～80％，所述步骤二将低浓度富氧空气加热至200～350℃，然后通过供风系统接入燃烧室，其中通过一次风口、二次风口和水煤浆粒化器进入燃烧室的低浓度富氧空气分别占总量的35～45％、45～60％和5～10％。 

步骤一利用沸石分子筛制备低浓度富氧空气的沸石分子筛富氧装置设有二组或多组，其中的一组用于制备低浓度富氧空气，在该组沸石分子筛吸附饱和时，关闭本组沸石分子筛富氧装置，通入200-350℃热风，同时通过放风阀排放气体，在放风阀排放气体温度为100～150℃时，通入压缩空气冷却至室温，通过真空泵将沸石分子筛抽真空至－50～－80kPa解析再生；同时开启他组沸石分子筛富氧装置制备低浓度富氧空气。 

一种应用上述任一项权利要求所述的方法的锅炉装置，包括流化悬浮燃烧系统、附设于流化悬浮燃烧系统燃烧室的供风系统、与流化悬浮燃烧系统的燃烧室相通的水煤浆供浆系统，所述供风系统在入风口配设沸石分子筛富氧装置，所述经沸石分子筛富氧装置制备的低浓度富氧空气经连接的空气预热器加热，在通过空气预热器后，分别通过与空气预热器的富氧一次热风道、富氧二次热风道和水煤浆粒化器被送入燃烧室。 

所述低浓度富氧空气分别通过富氧一次热风道接入流化床，通过富氧二次热风道接入燃烧室密相区，通过水煤浆粒化器接入燃烧室。