[发明专利]一种富氧燃烧煤粉锅炉热平衡计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及电站煤粉富氧燃烧领域，尤其涉及一种富氧燃烧煤粉锅炉热平衡计算方法。

背景技术

目前针对燃煤电站锅炉CO₂减排的技术路线主要分为三种：燃烧前捕集，在现有IGCC系统中的气化炉之后增加转化器，将气化气中的CO转化为CO₂后进行捕集，剩余的低碳可燃气体可用于燃气轮机做功或用于化工原料。燃烧后捕集，对电站锅炉排放烟气中的CO₂通过物理、化学或微生物吸收的方法进行捕集。燃烧中捕集，典型的技术是富氧燃烧技术。富氧燃烧的概念是1982年由Abraham提出的，当时的目的是为了捕集CO₂用于提高原油产量。

富氧燃烧技术是一种较容易实现CO₂富集及减排的技术。该技术是将纯氧与主要成分为CO₂的再循环烟气以一定比例混合(混合后的气体称为助燃气或燃烧气)后送入炉膛与燃料混合燃烧。由于几乎杜绝了传统燃烧方式中的氮气，富氧燃烧产生烟气中的CO₂浓度较高。燃烧产生的含高浓度CO₂的烟气，一部分以再循环方式与纯氧混合后进入炉膛，用于干燥、输送燃料和控制炉膛燃烧温度；另一部分则经过相对简易的除杂处理后，如冷凝、干燥等，即可直接进入压缩设备进行CO₂储存。该技术既适用于电厂旧锅炉改造，也可用于新建锅炉，具有成本低、可靠性高，与现有锅炉燃烧技术继承性好的优点，也是最容易被传统发电企业接受的CO₂减排技术路线。

富氧燃烧技术特点

(1)烟气再循环方式

与常规空气燃烧锅炉相比，富氧燃烧锅炉需额外增加空气分离装置、再循环烟气系统、烟气冷凝脱水设备以及CO₂压缩储存装置等。富氧燃烧技术使用烟气循环将O₂浓度降低而不直接使用纯氧的原因是要控制炉膛火焰温度不至于太高。其中，再循环烟气系统存在两种再循环方式，即干烟气再循环和湿烟气再循环(也有文献称为冷循环和热循环)。无论是干烟气再循环方式还是湿烟气再循环方式，都需将再循环烟气分为两部分，即一次再循环烟气和二次再循环烟气。由于一次再循环烟气用于干燥与输送煤粉，因此，一次再循环烟气经过除尘器后必须经冷凝器脱除其中大部分的水分。然而，二次再循环烟气主要用于控制炉膛燃烧温度以及满足受热面的换热要求，它有两种循环方式。将二次再循环烟气经过除尘器后直接送入锅炉炉膛而不脱水的方式称为湿烟气循环；将二次循环烟气经过除尘器并且脱水后送入锅炉炉膛的方式称为干烟气循环。两种烟气再循环方式具有以下优缺点：

1)干烟气再循环方式的优点：二次再循环烟气中水蒸气容积份额小，锅炉燃烧产生的烟气中CO₂纯度高，有利于CO₂的富集；烟气中水蒸气份额小，有利于防止尾部低温受热面的低温腐蚀。干烟气循环方式的缺点：二次再循环烟气需经冷凝器冷却脱水，使得这部分烟气中的热量在冷凝器中释放而白白浪费，降低了能源利用效率；此外，冷凝器除需要冷凝一次再循环烟气之外，还需处理二次再循环烟气，增大了冷凝器的投资和运行成本。

2)湿烟气再循环方式的优点：与干烟气再循环方式相比，二次再循环烟气直接来源于除尘器出口，此时烟气温度较高，将高温二次再循环烟气送入锅炉有利于提高能源利用效率；二次再循环烟气不需要经过冷凝器冷凝脱水，冷凝器的烟气处理量减少(只需冷凝一次再循环烟气)，冷凝器的投资和运行费用相对较低。湿烟气循环方式的缺点：二次再循环烟气中水蒸气容积份额大，锅炉燃烧产生的烟气中CO₂纯度相对较低，不利于CO₂的富集；烟气中水蒸气份额大，容易使尾部低温受热面产生低温腐蚀。

3)此外，烟气再循环方式不同，使得燃烧产生的烟气成分不同，从而导致烟气的物性参数有所区别，进而导致烟气的辐射和对流换热特性不同。

(2)燃料燃烧及烟气特性

与常规空气燃烧方式不同，富氧燃烧方式下，送入炉膛的助燃气(燃烧气)由纯氧和再循环烟气混合而成。空气燃烧方式下的燃料燃烧计算方法、烟气焓值计算方法均不再适用于富氧燃烧方式下的燃料燃烧计算、烟气焓值计算。需对富氧燃烧锅炉燃料燃烧计算方法和烟气焓值计算方法展开研究。