通过富氧燃烧控制动力发生过程的方法技术

在满负荷条件下，该方法包括：将第一含碳燃料原料流引入炉中；将第一大体上纯氧的原料流引入炉中，以用氧气燃烧第一含碳燃料原料流；并且以第一再循环流率将自炉中排放的排气的一部分再循环到炉中，以与第一大体上纯氧的原料流一起形成具有预定平均氧含量的第一进气，从而以第一排气流率自炉中排放排气。在对应于至多９０％负荷的第二负荷条件下，该方法包括：将第二含碳燃料原料流引入炉中；将第二大体上纯氧的原料流引入炉中，以用氧气燃烧第二含碳燃料原料流；以第二再循环流率将自炉中排放的排气的一部分再循环到炉中，以与第二大体上纯氧的原料流一起形成第二进气流，以便以第二排放流率自炉中排放排气，以及控制第二再循环流率从第一再循环流率到提供第二排放流率的值，该值大体上与第一排放流率一样高。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过富氧燃烧(oxyfuel combustion)控制动力发生过程的方法。更 特别地，本专利技术涉及在不同负荷条下控制富氧燃烧。
技术介绍
富氧燃烧是建议用来从动力发生锅炉，例如煤粉(PC)锅炉或循环流化床(CFB)锅 炉的排气中去除CO2的其中一种方法。富氧燃烧基于用大体上纯氧燃烧含碳燃料，该纯氧 典型地具有至少95%的纯度，以便使二氧化碳和水成为由锅炉排放的排气的主要成分。因 而，当用空气燃烧燃料时，能相对容易地捕获二氧化碳，而无需不得不从以氮为主要成分的 气流中将其分离。规律地控制进入燃烧系统的氧气供给率和燃料供给率，以便获得几乎完全的燃料 燃烧。在传统的全负荷下的空气燃烧中，典型地，废气中相对低水平的过氧量，比方说3%， 足以将废气的CO水平保持得足够低，但在低负荷下，需要较高水平的过量空气以使蒸汽过 热最大化并完全燃烧。低负荷下增加的过量空气因增加的热堆叠(thermalstack)损失而 导致锅炉效率降低。在用空气的传统燃烧中，由于燃烧温度过高弓丨起的有害效果，例如增加的NOx排放 或腐蚀，或炉壁的材料强度问题，常通过将废气的一部分再循环回到炉中而被防止。因而， 进气的氧含量从空气的大约21%减少到较低值，并且因此降低燃烧温度。富氧燃烧的其中一个优点是有可能通过使用高燃烧温度而提高过程的热效率。然 而，以几乎纯氧作为进气的燃烧将提供非常高的燃烧温度。因此，为了避免太高的燃烧温度 的有害效果，特别是在给空气燃烧锅炉补充动力以富氧燃烧时，可有利地使用废气再循环 以降低进气的平均氧含量。第6，935，251号美国专利公开了用氧化剂流燃烧燃料的一种方法，该氧化剂流包 括与再循环废气混合的富氧气流。根据此方法，调节废气再循环率，以便所得到的废气的质 量流率小于通过使用空气作为氧化剂流所产生的相应的废气的质量流率。通过使用这种减 少的废气质量流，可以最小化废气通道和其内的污染控制设备的大小。第6，418，865号美 国专利建议通过调整排气再循环率向空气燃烧锅炉补充动力至氧燃烧(oxycombustion)， 以便将传热保持在初始的规格。动力发生过程的其中一个需求是高效率地用于不同动力需求条件下的适应性。 根据传统的实践，通过以减少的燃料和空气供给率操作锅炉可获得减少的蒸汽输出。第 2007-147162号日本专利出版物公开了氧燃烧锅炉的燃烧控制方法，其中，氧以与锅炉负荷 相对应的数量供给，并且控制排气再循环率以便得到用于产生蒸汽所需的吸热。对于富氧燃烧，特别是当废气质量流小于空气燃烧的质量流时，低负荷下的运行 可导致废气的失真流型，增加运行性问题的危险，例如，由排气通道的低速度区域中的过多 污垢或尘土积累所产生的问题。因而，需要一种控制不同负荷条件下富氧燃烧的改善的方 法。
技术实现思路
本专利技术的一个目标是提供一种通过富氧燃烧控制不同负荷条件下的动力发生过 程的方法。根据本专利技术的一个方面，提供了一种在具有锅炉的动力发生设备中通过以大体上 纯的氧气燃烧含碳燃料而控制动力发生过程的方法。该方法包括在满负荷条件下，如下步 骤(al)将第一含碳燃料原料流引入炉中，(bl)将第一大体上纯氧的原料流引入炉中，以 用氧气燃烧第一含碳燃料原料流，(cl)经由排气通道从炉中排放排气，(dl)通过布置在排 气通道中的热交换表面从排气中回收热，和(el)经由排气再循环通道以第一再循环流率 将排气的一部分再循环到炉中，以与第一大体上纯氧的原料流一起形成具有预定平均氧含 量的第一进气，从而以第一排放流率自炉中排放排气，并且在对应全负荷的90%或更少的 第二负荷条件下，如下步骤(a2)将第二含碳燃料原料流引入炉中，(b2)将第二大体上纯 氧的原料流引入炉中，以用氧气燃烧第二含碳燃料原料流，(c2)经由排气通道从炉中排放 排气，(d2)通过布置在排气通道中的热交换表面从排气中回收热，和(e2)经由排气再循环 通道以第二再循环流率将排气的一部分再循环到炉中，以与第二大体上纯氧的原料流一起 形成第二进气流，以便以第二排放流率自炉中排放排气，并控制第二再循环流率从第一再 循环流率至提供第二排放流率的值，该值大体上与第一排放流率一样高。在整个说明书中，除非另外说明，否则任何对气体流率的引用均可以被认为是意 味着体积流率。通过“大体上纯氧的原料流”指富氧流，通常地，其来自氧源(例如低温空气 分离器)，具有至少95%的纯度。大体上纯氧的原料流通常是在所有负荷下，使得基本上所 有的燃料原料流将用氧气燃烧，这就意味着排气流包括少量的(例如3%)残余氧气。该过 程也定期地包括传统的测量，以从排气中清除例如为二氧化硫的杂质。不再循环到炉中的 排出气体的部分可通过冷凝水从系统中排出以及回收二氧化碳以便于分离或进一步使用。根据本专利技术，第二燃料进料率对应于降低的负荷条件，也就是，全负荷的90%或更 少。第二负荷条件可优选为全负荷的80%或更少，甚至更优选地，全负荷的70%或更少。根 据本方法，在降低的负荷条件下，调整排气再循环率，使得从炉中排放的气体的流率保持在 足够高的范围。通过在所有负荷条件下具有高的排气流率，可以保持排气的设计流型以及 在锅炉的不同传热表面中的传热分布。在实践中，排气流率可固定到预定值或范围，该预定 值或范围取决于正被讨论的条件。所选的值或范围是自然的以便保证在所有负荷条件下无 问题运行。因此，排气流量例如足以防止在低速区域中有害的过多灰尘堆积。根据传统方法，其中排气流率在低负荷条件下降低，因为通过排气传递的热的变 化的相对量，不同传热表面中所吸收的热的分布可变形。因此，例如，排气通道中的蒸汽的 过热量或给水的预热量在低负荷条件下会变得太低。根据本专利技术，不同传热表面中的传热 的分布即使在低的负荷条件下也可保持。因为根据本专利技术，从炉中排放的气体的足够流率 通过再循环排气来获得，而不是通过将额外的排气排放到环境中获得，从而避免因热堆叠 损失所引起的热效率降低的问题。根据本专利技术，在低负荷条件下增加废气再循环，以便至少部分地补偿减少的燃烧 气体的生成。该控制废气再循环的方法明显不同于用于空气燃烧中的传统方法，其中，废气 再循环用来避免炉中过高的温度。在低负荷条件下，当炉中的温度已经因为减少的燃料进给率而降低时，对于传统的废气再循环的需要被最小化。在低负荷条件下通过升高或至少维持再循环气体流率而防止排气流率的有害降 低在富氧燃烧中尤其有用，此处，用于高排气再循环的设备通常易于获得，并且要补偿的气 流主要由减少的0)2产物组成。这与空气点燃燃烧形成非常明显的对比，在空气点燃燃烧中 排气再循环通常低或没有，并且低负荷下排气的变化除了包括减少的二氧化碳流外还包括 作为较大成分的减少的氮气流。因而，因为低负荷下的对高附加排气再循环所需要的布置， 在空气点燃燃烧中应用本专利技术将带来高成本。当使用本专利技术时，由于减少了大体上纯氧的原料流，因而可在低负荷下使再循环 气体的流率增加相同量(以摩尔计算)。因而，排气的体积流率保持不变。备选地，可在低 负荷下增加较少量的再循环气体流率，或者至少再循环气体流率应有利地保持在恒定的水 平。在所有这些备选方案中，在低负荷下，再循环到炉的排气的份额从全负荷下的份额增 加。因此，降低了低负荷下进气的平均含氧量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在具有锅炉的动力设备中通过用大体上纯的氧气燃烧含碳燃料而控制动力发生过程的方法，所述方法在满负荷条件下包括如下步骤：（ａ１）将第一含碳燃料原料流引入炉中；（ｂ１）将第一大体上纯氧的原料流引入所述炉中，以用该氧气燃烧所述第一含碳燃料原料流；（ｃ１）经由排气通道从所述炉排放排气；（ｄ１）通过布置在所述排气通道中的热交换表面从所述排气回收热；以及（ｅ１）经由排气再循环通道以第一再循环流率将所述排气的一部分再循环至所述炉，以与所述第一大体上纯氧的原料流一起形成具有预定平均氧含量的第一进气流，从而以第一排放流率自所述炉排放排气，并且，在对应于全负荷的至多９０％的第二负荷条件下，包括如下步骤：（ａ２）将第二含碳燃料原料流引入所述炉中；（ｂ２）将第二大体上纯氧的原料流引入所述炉中，以用该氧气燃烧所述第二含碳燃料原料流；（ｃ２）经由所述排气通道从所述炉排放排气；（ｄ２）通过布置在所述排气通道中的所述热交换表面从所述排气回收热；以及（ｅ２）经由所述排气再循环通道以第二再循环流率将所述排气的一部分再循环至所述炉，以与所述第二大体上纯氧的原料流一起形成第二进气流，以便以第二排放流率自所述炉排放排气，并控制所述第二再循环流率从所述第一再循环流率到提供所述第二排放流率的值，所述值大体上与所述第一排放流率一样高。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A塞尔策，Z范，H哈克，A罗宾逊，
申请(专利权)人：福斯特能源公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]