[发明专利]一种循环流化床加压富氧燃烧装置及方法

说明书

本发明公开了一种循环流化床加压富氧燃烧装置及方法，结构上包括风室、布风板、炉膛、旋风分离器、返料器、外置式换热器，其中炉膛内不布置受热面，系统以循环灰作为传热介质，将炉膛内燃料燃烧产生的大部分热量输运至外置式换热器中释放，通过调节循环灰量及冷热灰的比例控制炉膛温度。与现有技术相比，本发明将燃料燃烧过程和热量传递过程分离，锅炉炉膛内只进行燃料的燃烧，燃烧产生的热量全部由外置式换热器和下游的受热面吸收，适用于加压、高炉膛入口氧浓度条件下的固体燃料的富氧燃烧，能有效解决循环流化床富氧燃烧锅炉炉膛尺寸因高压和高炉膛入口氧浓度而大幅减小，并导致炉膛受热面布置困难及炉膛温度难以控制的问题。

技术领域

本发明涉及一种循环流化床加压富氧燃烧装置及方法，本发明涉及循环流化床燃烧技术领域，特别涉及循环流化床加压富氧燃烧装置及方法。

背景技术

以CO₂为代表的温室气体源头中，燃煤电站被认为是温室气体的主要来源之一。为缓解日益严重的环境压力，迫切需要寻找一种适用于燃煤电站的CO₂捕集技术。在众多的燃煤电站碳捕集与封存（CCS）方法中，富氧燃烧技术被认为是最具应用前景的技术之一。富氧燃烧技术包括煤粉炉富氧燃烧技术和流化床富氧燃烧技术两大类，相比前者，流化床富氧燃烧技术在燃料适应性、污染物控制等方面更具优势。富氧燃烧技术中，进入炉膛的气体由空分装置（ASU）分离出来的纯氧和再循环烟气（RFG）混合而成，富氧燃烧产生的烟气中CO₂浓度以干基计量可达90％以上，可有效降低烟气净化和压缩工艺的投资和运行成本。尽管如此，富氧燃烧技术在工程应用方面仍存在诸多问题和挑战。

通过减少炉膛的再循环烟气量，可降低再循环风机的能耗，从而提高富氧燃烧系统的运行经济性。随着再循环烟气量的降低，炉膛入口平均氧浓度提高，炉膛内的烟气流量也相应减少。为确保循环流化床锅炉炉膛内固体物料的正常流化和较高的固体物料循环量，锅炉运行时，炉膛必须有足够的烟气流速。因此，随着再循环烟气量的下降，富氧燃烧循环流化床锅炉的炉膛截面积需同步减小，而炉膛高度受炉膛压降和设备成本等限制也不宜过高，从而导致炉膛内无法布置控制炉膛温度所需的足够的换热面。另一方面，烟气量减少还导致炉膛出口烟气带走的热量同步降低，进一步加剧了炉膛受热面布置的困难。

此外，常压富氧燃烧技术中，炉膛运行压力与空气分离装置（ASU）和CO₂纯化压缩装置（CPU）之间的压力变化会导致一定的能量损失。增压富氧燃烧技术其燃烧过程在高压下进行，不但可减少因系统中各部分压力变化而造成的能量损耗，同时烟气中水蒸气的冷凝温度也会提高，有利于汽化潜热的回收利用，从而有效提高系统的运行效率。但炉膛压力升高会使流化床锅炉炉膛的截面积和体积进一步缩小，导致炉内受热面布置及温度控制问题更加突出。

为解决循环流化床增压富氧燃烧技术的上述问题，本发明提出了一种创新性的循环流化床加压富氧燃烧装置及方法。本发明摆脱了传统的炉膛设计理念，将燃料燃烧和热量传递两个过程分离，炉膛内不再布置换热面，只需考虑燃料燃烧和气固流动的合理组织。通过调节循环灰量以及返回炉膛内的冷热灰的比例控制炉膛温度。燃料燃烧产生的热量全部由烟气和循环灰带出。外置式换热器中可布置蒸发受热面、过热器、再热器和省煤器。本方法将燃料的燃烧和热量传递过程分离，在合理组织加压富氧流化床炉内燃烧和气固流动过程的同时有效控制炉膛温度，本技术还未见报道。

发明内容

鉴于上述现存的技术局限，本发明提出一种循环流化床加压富氧燃烧装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种循环流化床加压富氧燃烧装置，包括增压炉膛、下料管、返料器、外置式换热器进料管、外置式换热器，所述增压炉膛为立式的，其一端设有供煤口以及下部供风口，另一端设有水平烟道，水平烟道上连接有旋风分离器；