一种动力循环低NOx掺烧兰炭的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种动力循环低NOx掺烧兰炭的系统和方法。本发明专利技术利用超临界CO

A system and method for low NOx co firing of blue carbon in power cycle

【技术实现步骤摘要】
一种动力循环低NOx掺烧兰炭的系统和方法
本专利技术属于电站煤粉炉发电
，特别涉及一种动力循环低NOx掺烧兰炭的系统和方法。
技术介绍
低阶煤的分级利用是实现煤炭资源清洁高效利用的有效途径，而我国低阶煤储量约占我国已探明煤炭储量的55％以上，因此实现低阶煤的清洁高效利用具有十分重要的意义。兰炭是低阶煤在中低温干馏下的产物，其中块状兰炭可以在化工行业中继续利用，粉状兰炭虽无法在化工行业中利用，但其含碳量高可以考虑进行直接燃烧利用。兰炭自身挥发分含量低、着火稳燃困难、难燃尽且燃烧过程中NOx排放高，因此考虑在现有的电站煤粉锅炉中将兰炭与烟煤进行掺烧，利用易燃的烟煤助燃兰炭，并且通过优化配风的方式尽可能降低燃烧过程中的NOx排放，为实现兰炭的高效清洁利用提供有效途径。O2/H2O燃烧，与O2/CO2燃烧相比没有烟气再循环过程，因此减少了NOx和SOx等杂质气体的排放。化学链空分系统作为新的制氧工艺，相比于传统的深冷空分制氧系统，系统简单且成本更低，与电站锅炉系统耦合可以显著提高工业生产的效率。超临界CO2循环是一种新型动力循环，将传统的蒸汽循环由CO2循环代替，其布置更加紧凑灵活，且CO2工质具有临界点低、密度大和传热系数大的特点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种动力循环低NOx掺烧兰炭的系统和方法。本专利技术利用一种新型动力循环即超临界CO2循环产生的较高温度的尾部烟气，将冷凝水加热为水蒸气和高温水蒸气，然后将水蒸气与化学链空分制氧系统制得的纯氧分别进行不同比例的混合，再经空气预热器预热后为不同的燃烧区提供热风，通过优化配风的方式降低锅炉NOx排放。高温水蒸气与兰炭进行接触式预热，再与空气预热器预热后的纯氧充分混合送入炉膛，以此强化兰炭的燃烧。利用超临界CO2循环后高温度的CO2对空气加热，产生的热空气送入化学链空分制氧系统制备纯氧。在锅炉内进行O2/H2O燃烧，燃烧后的尾部烟气富含水蒸气和CO2，将水蒸气冷凝收集后，可以进行CO2富集，从而减少温室气体的排放。耦合化学链空分制氧系统、新型动力循环系统和预热燃烧系统，既实现了难燃燃料兰炭在电站锅炉系统中的利用，也提高了工业生产的效率，减少了温室气体的排放。本专利技术采用如下技术方案来实现的：一种动力循环低NOx掺烧兰炭的系统，包括兰炭磨煤机、烟煤磨煤机、兰炭预热器、燃尽风机、再燃风机、第一烟煤一次风喷口、兰炭一次风喷口、第二烟煤一次风喷口、再燃风喷口、燃尽风喷口、高温水蒸气预热器、空气预热器、水蒸气预热器、水蒸气风机、引风机、冷凝水泵、氧化反应器、还原反应器、O2/H2O冷凝器、第二集水箱、加热器、压缩机、烟气冷凝器、第一集水器、烟气除尘器、CO2贮存设备、烟囱和锅炉本体，以及自下而上布置在锅炉本体的主燃区、再燃区和燃尽区；其中，第一烟煤一次风喷口、兰炭一次风喷口和第二烟煤一次风喷口自下而上依次布置在主燃区的侧壁上，再燃风喷口布置在再燃区的侧壁上，燃尽风喷口布置在燃尽区的侧壁上；高温水蒸气预热器、空气预热器和水蒸气预热器由内至外依次布置在锅炉本体的尾部烟道内；氧化反应器和还原反应器组成化学链空分制氧系统用于制备纯氧，制得的O2/H2O经O2/H2O冷凝器分离出纯氧和冷凝水，冷凝水收集至第二集水箱，第二集水箱的出口连通至第一集水器的进口，尾部烟气中的水分通过烟气冷凝器冷凝收集在第一集水器中，然后烟气在烟气除尘器中除尘后，接下来在CO2贮存设备进行CO2富集，最后经烟囱排出；第一集水器中的冷凝水通过冷凝水泵进入水蒸气预热器加热为水蒸气，部分水蒸气通过水蒸气风机进入高温水蒸气预热器加热为高温水蒸气；兰炭送入兰炭磨煤机磨粉后，与高温水蒸气混合后送入兰炭预热器，经兰炭预热器接触式预热后与纯氧混合并送入兰炭一次风喷口；烟煤送入烟煤磨煤机磨粉后，与烟煤一次风混合后送入第一烟煤一次风喷口和第二烟煤一次风喷口；纯氧和部分水蒸气混合后经燃尽风机形成富氧燃尽风，纯氧和部分水蒸气混合后经再燃风机形成贫氧再燃风，富氧燃尽风和贫氧再燃风通过引风机送入空气预热器预热后，分别送入燃尽风喷口和再燃风喷口；高温CO2依次经加热器、压缩机后送入锅炉，且高温CO2通过加热器对空气进行加热，形成热空气，热空气送入氧化反应器，部分水蒸气送入还原反应器。本专利技术进一步的改进在于，为防止超临界CO2循环过程中锅炉炉膛的温度过高，燃烧时采用O2/H2O燃烧。本专利技术进一步的改进在于，纯氧与水蒸气预热器产生的水蒸气按照设定比例分别混合为烟煤一次风、贫氧再燃风和富氧燃尽风。本专利技术进一步的改进在于，贫氧再燃风在再燃区将已生成的NOx进一步还原，而燃尽区的富氧燃尽风促进燃料完全燃烧。本专利技术进一步的改进在于，将水蒸气通入还原反应器将氧气由金属载体中带出，在还原反应器出口形成纯氧与水蒸气的混合气，再将混合气通入O2/H2O冷凝器中冷凝收集水蒸气在第二集水箱中，由此制备纯氧。一种动力循环低NOx掺烧兰炭的方法，其特征在于，该方法基于所述的一种动力循环低NOx掺烧兰炭的系统，该方法包括：利用超临界CO2循环尾部烟温较高的特点，将冷凝水加热为水蒸气和高温水蒸气，在锅炉中形成O2/H2O燃烧氛围，产生的高浓度CO2烟气，有利于后续的CO2富集，从而减少温室气体的排放；利用高温水蒸气与兰炭进行接触式预热，然后再与经过空气预热器预热的纯氧一同将兰炭送入炉膛，再将兰炭一次风喷口布置在两个烟煤一次风喷口之间，利用烟煤燃烧的热量助燃兰炭，两个手段结合达到强化兰炭燃烧的目的；利用化学链空分系统制氧，将水蒸气通入还原反应器，在出口处得到O2/H2O混合气，再将混合气通入O2/H2O冷凝器即可制备纯氧，将冷凝得到的冷凝水收集在第二集水箱并最终汇集到第一集水器中，最终作为锅炉O2/H2O燃烧的水蒸气来源；制备的纯氧与水蒸气分别通过不同比例混合得到烟煤一次风、贫氧再燃风和富氧燃尽风；高温CO2通入加热器将空气加热为热空气，然后再将CO2通入压缩机提高CO2的压力，接下来将CO2送入锅炉参与循环，此时提高CO2循环的效率；同时高温CO2余热加热产生的热空气，通入氧化反应器参与化学链空分制氧，部分水蒸气通入还原反应器，使得此系统的生产效率得到了提高。本专利技术至少具有如下有益的技术效果：本专利技术利用氧化反应器和还原反应器组成的化学链空分制氧系统制备纯氧，通过尾部烟道中烟气的热量在高温水蒸气预热器和水蒸气预热器中将汇集在第一集水器中的冷凝水加热为水蒸气和高温水蒸气，再通过水蒸气与纯氧的不同配比形成不同燃烧区的热风，以此通过配风优化的方式降低锅炉的NOx生成量，并且在锅炉中形成O2/H2O燃烧氛围，烟气中的水通过冷凝收集在第一集水器中，同时可以实现尾部烟气的CO2富集；在锅炉中进行新型的超临界CO2循环，利用超临界CO2循环产生的高温烟气对纯氧等预热；将高温水蒸气与兰炭在兰炭预热器中进行接触式换热，最终协同纯氧一起通入锅炉主燃区，达到强化兰炭燃烧的目的。进一步，在锅炉中采用一种新型动力循环，即超临界CO2循环，超临本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动力循环低NOx掺烧兰炭的系统，其特征在于，包括兰炭磨煤机(1)、烟煤磨煤机(2)、兰炭预热器(3)、燃尽风机(4)、再燃风机(5)、第一烟煤一次风喷口(6)、兰炭一次风喷口(7)、第二烟煤一次风喷口(8)、再燃风喷口(9)、燃尽风喷口(10)、高温水蒸气预热器(11)、空气预热器(12)、水蒸气预热器(13)、水蒸气风机(14)、引风机(15)、冷凝水泵(16)、氧化反应器(17)、还原反应器(18)、O

【技术特征摘要】
1.一种动力循环低NOx掺烧兰炭的系统，其特征在于，包括兰炭磨煤机(1)、烟煤磨煤机(2)、兰炭预热器(3)、燃尽风机(4)、再燃风机(5)、第一烟煤一次风喷口(6)、兰炭一次风喷口(7)、第二烟煤一次风喷口(8)、再燃风喷口(9)、燃尽风喷口(10)、高温水蒸气预热器(11)、空气预热器(12)、水蒸气预热器(13)、水蒸气风机(14)、引风机(15)、冷凝水泵(16)、氧化反应器(17)、还原反应器(18)、O2/H2O冷凝器(19)、第二集水箱(20)、加热器(21)、压缩机(22)、烟气冷凝器(23)、第一集水器(24)、烟气除尘器(25)、CO2贮存设备(26)、烟囱(27)和锅炉本体(28)，以及自下而上布置在锅炉本体(28)的主燃区、再燃区和燃尽区；其中，
第一烟煤一次风喷口(6)、兰炭一次风喷口(7)和第二烟煤一次风喷口(8)自下而上依次布置在主燃区的侧壁上，再燃风喷口(9)布置在再燃区的侧壁上，燃尽风喷口(10)布置在燃尽区的侧壁上；高温水蒸气预热器(11)、空气预热器(12)和水蒸气预热器(13)由内至外依次布置在锅炉本体(28)的尾部烟道内；
氧化反应器(17)和还原反应器(18)组成化学链空分制氧系统用于制备纯氧，制得的O2/H2O经O2/H2O冷凝器(19)分离出纯氧和冷凝水，冷凝水收集至第二集水箱(20)，第二集水箱(20)的出口连通至第一集水器(24)的进口，尾部烟气中的水分通过烟气冷凝器(23)冷凝收集在第一集水器(24)中，然后烟气在烟气除尘器(25)中除尘后，接下来在CO2贮存设备(26)进行CO2富集，最后经烟囱(27)排出；第一集水器(24)中的冷凝水通过冷凝水泵(16)进入水蒸气预热器(13)加热为水蒸气，部分水蒸气通过水蒸气风机(14)进入高温水蒸气预热器(11)加热为高温水蒸气；
兰炭送入兰炭磨煤机(1)磨粉后，与高温水蒸气混合后送入兰炭预热器(3)，经兰炭预热器(3)接触式预热后与纯氧混合并送入兰炭一次风喷口(7)；
烟煤送入烟煤磨煤机(2)磨粉后，与烟煤一次风混合后送入第一烟煤一次风喷口(6)和第二烟煤一次风喷口(8)；
纯氧和部分水蒸气混合后经燃尽风机(4)形成富氧燃尽风，纯氧和部分水蒸气混合后经再燃风机(5)形成贫氧再燃风，富氧燃尽风和贫氧再燃风通过引风机(15)送入空气预热器(12)预热后，分别送入燃尽风喷口(10)和再燃风喷口(9)；
高温CO2依次经加热器(21)、压缩机(22)后送入锅炉，且高温CO2通过加热器(21)对空气...

【专利技术属性】
技术研发人员：王长安，王超伟，金丽艳，王鹏乾，杜勇博，车得福，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61