一种生物质循环流化床富氧燃烧系统及方法技术方案

本发明专利技术属于循环流化床技术领域，涉及一种生物质循环流化床富氧燃烧系统及方法。所述生物质循环流化床富氧燃烧系统包括生物质给料单元、循环流化床提升管、高温旋风分离器、外置氧化换热器、烟气余热回收单元、再循环风机和烟气分流单元。本发明专利技术利用富氧燃烧产生的再循环烟气中的高浓度SO

【技术实现步骤摘要】
一种生物质循环流化床富氧燃烧系统及方法
本专利技术属于循环流化床
，具体涉及一种生物质循环流化床富氧燃烧系统及方法。
技术介绍
为了应对全球性气候变暖，中国在CO2排放上定下的目标是力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和(下文称“3060”碳目标)。碳捕集、利用和封存技术(CCUS)作为我国能源低碳化发展的重要战略性技术之一，对于达成“3060”碳目标至关重要。生物质能源耦合CCUS技术不仅可利用“碳中性”生物质清洁发电，还可借助CCUS将生物质燃烧释放的CO2进行捕集，推动全生命周期“负碳排放”，是我国实现“3060”碳目标的重要技术途径。在现有CCUS技术中，富氧燃烧技术具有存量机组改造成本低、现有燃烧系统承接性好、烟气CO2浓度高、烟气量小等优势，被视为最有可能大规模商业应用的碳捕集技术之一。生物质富氧燃烧能够将生物质燃烧与富氧燃烧的优势有机融合，是我国实现中长期全经济范围碳减排、达成“3060”碳目标的关键技术。循环流化床是生物质燃烧的重要方式之一，具有燃烧效率高、原料适应性广等优势，而且得益于床料颗粒的剧烈扰动以及良好的气固接触，生物质在循环流化床内传热传质条件优越、温度分布更加均匀，良好的温度调控和负荷调节能力使得其更加适合于富氧燃烧技术。为了降低运行成本，生物质循环流化床富氧燃烧(又称流态化燃烧)常采用来源广泛的河砂(主要成分SiO2)作为床料，但由于生物质原料中钾(K)含量普遍较高，其会形成KCl，并进一步与灰分或床料中SiO2发生反应，形成低熔点硅酸钾，造成床料颗粒团聚粘结，甚至床层大面积失流，导致机组被迫停炉。碱金属诱导的床料粘结失流是制约生物质循环流化床富氧燃烧技术发展的重要瓶颈问题。针对于生物质循环流化床富氧燃烧粘结失流的抑制，目前传统方法在于从燃料侧、床料侧及运行侧阻断KCl与床料SiO2的相互作用。其中，对原料进行洗涤、烘焙等预处理可从燃料侧去除K，抑制粘结，但存在溶液消耗大、洗涤废液处置困难等问题；与煤等其他固体燃料混烧、补充添加剂等能够通过在床料侧引入第二组分实现碱金属物理稀释或向高熔点硅铝酸钾形态转化，但该方法受生物质原料性质影响较大，且第二组分用量、类型等差异较大，经济性存疑；低温燃烧、提高流化风速等均为运行侧调控手段，其更倾向于是防止床料失流的“补救措施”，而非常规调控手段，局限性较大。综上，目前针对于生物质循环流化床富氧燃烧粘结失流的控制方法，存在如下技术问题：(1)预处理成本高、洗涤废液处理困难；(2)混烧、添加剂等类型、用量受生物质原料特性制约大；(3)调节运行参数会影响锅炉燃烧系统稳定性，局限性大。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有的生物质循环流化床富氧燃烧易引起床料颗粒团聚粘结而导致床层失流的缺陷，而提供一种能够通过避免床料颗粒团聚粘结而抑制床层失流的生物质循环流化床富氧燃烧系统及方法。具体地，本专利技术一方面提供了一种生物质循环流化床富氧燃烧系统，其中，所述生物质循环流化床富氧燃烧系统包括生物质给料单元、循环流化床提升管、高温旋风分离器、外置氧化换热器、烟气余热回收单元、再循环风机和烟气分流单元；所述生物质给料单元与循环流化床提升管底部的生物质原料进口相连，用于向循环流化床提升管输送生物质原料；所述循环流化床提升管用于生物质富氧燃烧并加热循环床料，所述循环流化床提升管顶部的烟气出口与高温旋风分离器的高温烟气进口相连且底部的氧气进口与氧气源相连；所述高温旋风分离器用于对源自循环流化床提升管的烟气中的高温床料颗粒进行分离，所述高温旋风分离器的高温烟气出口与烟气余热回收单元的烟气进口相连且高温床料出口与外置氧化换热器顶部的循环床料进口相连；所述烟气余热回收单元用于对源自高温旋风分离器的高温烟气进行降温、回收余热，所述烟气余热回收单元的烟气出口在再循环风机的作用下与烟气分流单元的烟气进口相连；所述烟气分流单元用于将烟气分流成两股以分别通过炉膛再循环烟气出口和流化风出口引出并进入外置氧化换热器中；所述外置氧化换热器包括炉膛且炉膛内设置有再循环烟气氧化通道，所述再循环烟气氧化通道的进口端与烟气分流单元的炉膛再循环烟气出口相连且出口端与循环流化床提升管底部的炉膛再循环烟气进口相连，所述炉膛的顶部设置有高温床料进口和循环床料出口且底部设置有流化风进口，所述高温床料进口与高温旋风分离器的高温床料出口相连，所述循环床料出口与循环流化床提升管底部的床料进口相连，所述流化风进口与烟气分流单元的流化风出口相连。本专利技术另一方面提供了一种生物质循环流化床富氧燃烧方法，该方法在上述生物质循环流化床富氧燃烧系统中进行，且在富氧燃烧之前，在所述外置氧化换热器的再循环烟气氧化通道内布置SO2氧化催化剂以将烟气中的SO2氧化为SO3。本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术利用富氧燃烧再循环烟气中富含SO2的特点，将SO2在无外部供热情况下协同氧化成SO3，然后将SO3与生物质燃烧过程中释放的低熔点KCl反应生成高熔点的K2SO4，并且抑制了KCl与SiO2的反应以及低熔点硅酸钾的生成，实现了生物质富氧燃烧过程粘结失流的源头抑制。(2)本专利技术充分利用了富氧燃烧烟气再循环的技术特点，并且利用SO3实现对KCl源头的硫酸化，实现K向高熔点形态转化，整个过程不依赖于生物质原料特性，适用于多种、不同生物质原料，而且不需对生物质原料进行预处理，也不产生洗涤废液，投资和运行成本低、适应性更强。(3)本专利技术利用生物质循环流化床富氧燃烧系统的外置氧化换热单元实现在无需外部供热情况下将再循环烟气中的SO2氧化成SO3。传统SO2氧化成SO3需要外部加热，而本专利技术利用高温循环床料冲刷对催化剂进行加热，无需外部供热即可实现SO2的催化氧化，降低了SO2催化氧化的成本，并协同实现了高温床料降温冷却。附图说明图1为本专利技术提供的生物质循环流化床富氧燃烧系统的示意图。附图标记说明1-生物质给料单元，2-循环流化床提升管，3-高温旋风分离器，4-外置氧化换热器，5-高温过热器，6-低温过热器，7-省煤器，8-氧气预热器，9-氧气供给装置，10-除尘器，11-CO2压缩单元，12-冷凝器，13-再循环风机，14-烟气分流单元。具体实施方式如图1所示，本专利技术提供的生物质循环流化床富氧燃烧系统包括生物质给料单元1、循环流化床提升管2、高温旋风分离器3、外置氧化换热器4、烟气余热回收单元、再循环风机13和烟气分流单元14；所述生物质给料单元1与循环流化床提升管2底部的生物质原料进口相连，用于向循环流化床提升管2输送生物质原料；所述循环流化床提升管2用于生物质富氧燃烧并加热循环床料，所述循环流化床提升管2顶部的烟气出口与高温旋风分离器3的高温烟气进口相连且底部的氧气进口与氧气源相连；所述高温旋风分离器3用于对源自循环流化床提升管2的烟气中的高温床料颗粒进行分离，所述高温旋风分离器3的高温烟气出口与烟气余热回收单元的烟气进口相连且高温床料出口与外置氧化换热器4顶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物质循环流化床富氧燃烧系统，其特征在于，所述生物质循环流化床富氧燃烧系统包括生物质给料单元(1)、循环流化床提升管(2)、高温旋风分离器(3)、外置氧化换热器(4)、烟气余热回收单元、再循环风机(13)和烟气分流单元(14)；/n所述生物质给料单元(1)与循环流化床提升管(2)底部的生物质原料进口相连，用于向循环流化床提升管(2)输送生物质原料；/n所述循环流化床提升管(2)用于生物质富氧燃烧并加热循环床料，所述循环流化床提升管(2)顶部的烟气出口与高温旋风分离器(3)的高温烟气进口相连且底部的氧气进口与氧气源相连；/n所述高温旋风分离器(3)用于对源自循环流化床提升管(2)的烟气中的高温床料颗粒进行分离，所述高温旋风分离器(3)的高温烟气出口与烟气余热回收单元的烟气进口相连且高温床料出口与外置氧化换热器(4)顶部的循环床料进口相连；/n所述烟气余热回收单元用于对源自高温旋风分离器(3)的高温烟气进行降温、回收余热，所述烟气余热回收单元的烟气出口在再循环风机(13)的作用下与烟气分流单元(14)的烟气进口相连；/n所述烟气分流单元(14)用于将烟气分流成两股以分别通过炉膛再循环烟气出口和流化风出口引出并进入外置氧化换热器(4)中；/n所述外置氧化换热器(4)包括炉膛且炉膛内设置有再循环烟气氧化通道，所述再循环烟气氧化通道的进口端与烟气分流单元(14)的炉膛再循环烟气出口相连且出口端与循环流化床提升管(2)底部的炉膛再循环烟气进口相连，所述炉膛的顶部设置有高温床料进口和循环床料出口且底部设置有流化风进口，所述高温床料进口与高温旋风分离器(3)的高温床料出口相连，所述循环床料出口与循环流化床提升管(2)底部的床料进口相连，所述流化风进口与烟气分流单元(14)的流化风出口相连。/n...

【技术特征摘要】
1.一种生物质循环流化床富氧燃烧系统，其特征在于，所述生物质循环流化床富氧燃烧系统包括生物质给料单元(1)、循环流化床提升管(2)、高温旋风分离器(3)、外置氧化换热器(4)、烟气余热回收单元、再循环风机(13)和烟气分流单元(14)；
所述生物质给料单元(1)与循环流化床提升管(2)底部的生物质原料进口相连，用于向循环流化床提升管(2)输送生物质原料；
所述循环流化床提升管(2)用于生物质富氧燃烧并加热循环床料，所述循环流化床提升管(2)顶部的烟气出口与高温旋风分离器(3)的高温烟气进口相连且底部的氧气进口与氧气源相连；
所述高温旋风分离器(3)用于对源自循环流化床提升管(2)的烟气中的高温床料颗粒进行分离，所述高温旋风分离器(3)的高温烟气出口与烟气余热回收单元的烟气进口相连且高温床料出口与外置氧化换热器(4)顶部的循环床料进口相连；
所述烟气余热回收单元用于对源自高温旋风分离器(3)的高温烟气进行降温、回收余热，所述烟气余热回收单元的烟气出口在再循环风机(13)的作用下与烟气分流单元(14)的烟气进口相连；
所述烟气分流单元(14)用于将烟气分流成两股以分别通过炉膛再循环烟气出口和流化风出口引出并进入外置氧化换热器(4)中；
所述外置氧化换热器(4)包括炉膛且炉膛内设置有再循环烟气氧化通道，所述再循环烟气氧化通道的进口端与烟气分流单元(14)的炉膛再循环烟气出口相连且出口端与循环流化床提升管(2)底部的炉膛再循环烟气进口相连，所述炉膛的顶部设置有高温床料进口和循环床料出口且底部设置有流化风进口，所述高温床料进口与高温旋风分离器(3)的高温床料出口相连，所述循环床料出口与循环流化床提升管(2)底部的床料进口相连，所述流化风进口与烟气分流单元(14)的流化风出口相连。


2.根据权利要求1所述的生物质循环流化床富氧燃烧系统，其特征在于，所述烟气余热回收单元沿着烟气流动方向依次包括高温过热器(5)、低温过热器(6)和省煤器(7)；所述高温过热器(5)的进口与高温旋风分离器(3)的高温烟气出口相连，用于一级烟气降温、回收余热；所述低温过热器(6)的进口与高温过热器(5)的出口相连，用于二级烟气降温、回收余热；所述省煤器(7)的进口与低温过热器(6)的出口相连，用于回收烟气余热。

【专利技术属性】
技术研发人员：徐明新，陆强，张平新，刘子树，吴亚昌，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11