專(zhuān)利名稱(chēng)：一種富氧燃燒熱量梯級(jí)利用的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種富氧燃燒熱量梯級(jí)利用方法，屬于能源技術(shù)和環(huán)保技術(shù)交叉領(lǐng)域。另外，本發(fā)明還涉及實(shí)施上述方法的裝置。
背景技術(shù)：
化石燃料燃燒排放的大量溫室氣體CO2對(duì)環(huán)境造成的危害已引起了全球的高度關(guān)注。在眾多的CO2分離捕集技術(shù)當(dāng)中，富氧燃燒技術(shù)作為一種新型的可低成本分離回收CO2且污染物排放較低的全新理念的燃燒方式已引起了各國(guó)研究者的重視。由于增加了空氣分離子系統(tǒng)和煙氣凈化壓縮子系統(tǒng)，機(jī)組發(fā)電效率較常規(guī)機(jī)組降低8% 12%，制約了富氧燃燒技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用。富氧燃燒系統(tǒng)較為復(fù)雜，存在較大的優(yōu)化空間。尤其是空分子系統(tǒng)和煙氣凈化壓縮子系統(tǒng)中產(chǎn)生大量的低品位的廢熱，充分利用此部分廢熱加熱鍋爐低壓給水，可以減少汽輪機(jī)抽氣，提高汽輪機(jī)做功量。同時(shí)，采用煙氣加熱給水，可有效控制排煙溫度，實(shí)現(xiàn)熱量回收的利用，有效提高機(jī)組發(fā)電效率。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明問(wèn)題:本發(fā)明的目的是公開(kāi)一種富氧燃燒機(jī)組熱量利用方法，該方法可以顯著提高富氧燃燒電站的發(fā)電效率。技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)一種富氧燃燒熱量梯級(jí)利用的方法，該方法包括以下步驟:步驟A:將鍋爐出口煙氣分流成第一部分煙氣、第二部分煙氣和第三部分煙氣；所述第一部分煙氣作為循環(huán)煙氣，重新送入鍋爐的爐膛，所述第二部分煙氣對(duì)送入鍋爐的氧氣進(jìn)行預(yù)熱，所述第三部分煙氣對(duì)鍋爐高、低壓給水進(jìn)行加熱；步驟B:第二部分煙氣和第三部分煙氣經(jīng)換熱后混合送入煙氣冷凝器，冷凝至常溫后送入煙氣壓縮機(jī)；步驟C:空氣經(jīng)過(guò)空氣壓縮機(jī)壓縮后，經(jīng)過(guò)壓縮空氣低壓給水加熱器冷卻后送入制氧系統(tǒng)，制氧系統(tǒng)產(chǎn)生的氧氣送入氧氣預(yù)熱器；步驟D:空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣及煙氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮煙氣對(duì)鍋爐低壓給水進(jìn)行加熱。優(yōu)選的，步驟A中還包括將預(yù)熱后的氧氣實(shí)際溫度與預(yù)定溫度比較，如果低于預(yù)定溫度，則增加第二部分煙氣量；如果高于預(yù)定溫度，則減少第二部分煙氣量。優(yōu)選的，所述步驟A中第一部分煙氣占全部煙氣的50% 70%，第二部分煙氣占全部煙氣的15% 25%。優(yōu)選的，步驟A中經(jīng)預(yù)熱的氧氣和循環(huán)煙氣混合或者單獨(dú)送入鍋爐的爐膛。本發(fā)明還提供了一種富氧燃燒熱量梯級(jí)利用的裝置，該裝置包括鍋爐、氧氣預(yù)熱器、煙氣給水加熱器、壓縮空氣低壓給水加熱器、制氧系統(tǒng)、壓縮煙氣低壓給水加熱器、空氣壓縮機(jī)、煙氣壓縮機(jī)、煙氣冷凝器；
鍋爐包括第一煙氣出口端、第二煙氣出口端和第三煙氣出口端，第一煙氣出口端與鍋爐的第一煙氣進(jìn)口端相連；第二煙氣出口端與氧氣預(yù)熱器的煙氣進(jìn)口端相連，第三煙氣出口端與煙氣給水加熱器的煙氣進(jìn)口端相連；氧氣預(yù)熱器的煙氣出口端煙氣給水加熱器的煙氣出口端分別與煙氣冷凝器的煙氣進(jìn)口端相連；空氣壓縮機(jī)空氣出口端與壓縮空氣低壓給水加熱器壓縮空氣進(jìn)口端相連，壓縮空氣低壓給水加熱器的空氣出口端與制氧系統(tǒng)的空氣進(jìn)口端相連，制氧系統(tǒng)的氧氣出口端與氧氣預(yù)熱器的氧氣進(jìn)口端相連；煙氣壓縮機(jī)煙氣出口端與壓縮煙氣低壓給水加熱器壓縮煙氣進(jìn)口端相連。優(yōu)選的，所述煙氣給水加熱器包括煙氣高壓給水加熱器和煙氣低壓給水加熱器，所述煙氣高壓給水加熱器的煙氣進(jìn)口端與鍋爐的第三煙氣出口端相連；煙氣高壓給水加熱器的煙氣出口端與煙氣低壓給水加熱器的煙氣進(jìn)口端相連，煙氣低壓給水加熱的煙氣出口端與冷凝的煙氣進(jìn)口端相連。優(yōu)選的，所述煙氣高壓給水加熱器的給水進(jìn)口端連接有用于抽取鍋爐高壓給水的第一水泵，煙氣高壓給水加熱器設(shè)置第一流量控制器控制水泵的抽水量；所述煙氣低壓給水加熱器的給水進(jìn)口端連接有用于抽取鍋爐低壓給水的第二水泵，煙氣低壓給水加熱器設(shè)置第二流量控制器控制水泵的抽水量；所述壓縮空氣低壓給水加熱器給水進(jìn)口端連接有用與抽取鍋爐低壓給水的第三水泵，壓縮空氣低壓給水加熱器設(shè)置第三流量控制器控制水泵的抽水量；所述壓縮煙氣低壓給水加熱器給水進(jìn)口端連接有用于抽取鍋爐低壓給水的第四水泵，壓縮煙氣低壓給水加熱器設(shè)置第四流量控制器控制水泵的抽水量。有益效果:本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后有益效果是:1)回收利用制氧系統(tǒng)及煙氣凈化壓縮系統(tǒng)的廢熱，減少低壓回?zé)嵯到y(tǒng)蒸汽抽氣，增加汽輪機(jī)做功；2)綜合利用煙氣尾部余熱，降低了鍋爐排煙溫度，提高富氧燃燒熱量利用效率。


圖1為富氧燃燒熱量梯級(jí)利用的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，鍋爐I ;氧氣預(yù)熱器2 ;高壓給水加熱器3 ;低壓給水加熱器4 ;高壓回?zé)崞? ；低壓回?zé)崞? ;空氣壓縮機(jī)7 ;壓縮空氣低壓給水加熱器8 ;制氧系統(tǒng)9 ;煙氣壓縮機(jī)10 ;壓縮煙氣低壓給水加熱器11 ;煙氣凈化壓縮系統(tǒng)12 ;第一水泵13 ;第二水泵14 ;第三水泵15 ；第四水泵16，煙氣冷凝器17。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明涉及一種富氧燃燒熱量梯級(jí)利用方法，該方法可以顯著提高系統(tǒng)熱量利用率。本發(fā)明的另一核心是提供一種實(shí)施上述方法的裝置。結(jié)構(gòu)如圖1所示。本發(fā)明提供的富氧燃燒熱量梯級(jí)利用的方法:對(duì)鍋爐內(nèi)排出的煙氣進(jìn)行分流，形成第一部分煙氣、第二部分煙氣和第三部分煙氣。利用所述第一部分煙氣作為循環(huán)煙氣，重新送入爐膛，所述第二部分煙氣對(duì)送入鍋爐的氧氣進(jìn)行預(yù)熱，所述第三部分煙氣對(duì)鍋爐給水進(jìn)行加熱。
將送入爐膛的氧氣的實(shí)際溫度與預(yù)定溫度比較。如果實(shí)際溫度明顯大于預(yù)定溫度，則減少第二部分的煙氣量；如果小于預(yù)定溫度，則增加第二部分的煙氣量。第一部分煙氣、第二部分煙氣和第三部分煙氣的量可以根據(jù)煙氣的用途進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般情況下，第一部分煙氣的量占全部煙氣量的50% 70%，第二部分的煙氣量占全部煙氣量的15% 25%。第二部分煙氣和第三部分煙氣經(jīng)換熱后混合送入煙氣冷凝器17，冷凝至常溫后送入煙氣壓縮機(jī)10 ；空氣經(jīng)過(guò)空氣壓縮機(jī)7壓縮后，經(jīng)過(guò)壓縮空氣低壓給水加熱器8冷卻后送入制氧系統(tǒng)9，制氧系統(tǒng)9產(chǎn)生的氧氣送入氧氣預(yù)熱器2，制氧系統(tǒng)9的產(chǎn)生的其他氣體不作處理；空氣壓縮機(jī)7產(chǎn)生的壓縮空氣及煙氣壓縮機(jī)10產(chǎn)生的壓縮煙氣對(duì)鍋爐低壓給水進(jìn)行加熱。將所述壓縮空氣低壓給水加熱器8出口實(shí)際水溫與預(yù)定溫度比較，如果低于預(yù)定溫度，則減少所述第三水泵15抽水量；如果高于預(yù)定溫度，則增加所述第三水泵15抽水量。將所述壓縮煙氣低壓給水加熱器11出口實(shí)際水溫與預(yù)定溫度比較，如果低于預(yù)定溫度，則減少所述第四水泵16抽水量；如果高于預(yù)定溫度，則增加所述第四水泵16抽水量。本發(fā)明還提供了 一種富氧燃燒熱量梯級(jí)利用的裝置，該裝置包括鍋爐1、氧氣預(yù)熱器2、煙氣給水加熱器、壓縮空氣低壓給水加熱器8、制氧系統(tǒng)9、壓縮煙氣低壓給水加熱器
11、空氣壓縮機(jī)7、煙氣壓縮機(jī)10、煙氣冷凝器17 ；鍋爐I包括第一煙氣出口端、第二煙氣出口端和第三煙氣出口端，第一煙氣出口端與鍋爐I的第一煙氣進(jìn)口端相連；第二煙氣出口端與氧氣預(yù)熱器2的煙氣進(jìn)口端相連，第三煙氣出口端與煙氣給水加熱器的煙氣進(jìn)口端相連；氧氣預(yù)熱器2的煙氣出口端煙氣給水加熱器的煙氣出口端分別與煙氣冷凝器17的煙氣進(jìn)口端相連；空氣壓縮機(jī)7空氣出口端與壓縮空氣低壓給水加熱器8壓縮空氣進(jìn)口端相連，壓縮空氣低壓給水加熱器8的空氣出口端與制氧系統(tǒng)9的空氣進(jìn)口端相連，制氧系統(tǒng)9的氧氣出口端與氧氣預(yù)熱器2的氧氣進(jìn)口端相連；煙氣壓縮機(jī)10煙氣出口端與壓縮煙氣低壓給水加熱器11壓縮煙氣進(jìn)口端相連。所述煙氣給水加熱器包括煙氣高壓給水加熱器3和煙氣低壓給水加熱器4，所述煙氣高壓給水加熱器3的煙氣進(jìn)口端與鍋爐I的第三煙氣出口端相連；煙氣高壓給水加熱器3的煙氣出口端與煙氣低壓給水加熱器4的煙氣進(jìn)口端相連，煙氣低壓給水加熱器4的煙氣出口端與冷凝17的煙氣進(jìn)口端相連。所述煙氣高壓給水加熱器3的給水進(jìn)口端連接有用于抽取鍋爐高壓給水的第一水泵13，煙氣高壓給水加熱器3設(shè)置第一流量控制器控制水泵的抽水量；所述煙氣低壓給水加熱器4的給水進(jìn)口端連接有用于抽取鍋爐低壓給水的第二水泵14，煙氣低壓給水加熱器4設(shè)置第二流量控制器控制水泵的抽水量；所述壓縮空氣低壓給水加熱器8給水進(jìn)口端連接有用與抽取鍋爐低壓給水的第三水泵15，壓縮空氣低壓給水加熱器8設(shè)置第三流量控制器控制水泵的抽水量；所述壓縮煙氣低壓給水加熱器11給水進(jìn)口端連接有用于抽取鍋爐低壓給水的第四水泵16，壓縮煙氣低壓給水加熱器11設(shè)置第四流量控制器控制水泵的抽水量。上述煙氣給水加熱器包括煙氣高壓給水加熱器3和煙氣低壓給水加熱器4，煙氣高壓給水加熱器3的煙氣進(jìn)口端與所述第三部分煙氣出口端相連，第三部分煙氣首先進(jìn)入煙氣高壓給水加熱器3對(duì)高壓給水進(jìn)行加熱，然后再進(jìn)入煙氣低壓給水加熱器4對(duì)低壓給水進(jìn)行加熱，實(shí)現(xiàn)了能量的梯級(jí)利用，減少汽輪機(jī)抽氣量。所述壓縮空氣低壓給水加熱器8的空氣進(jìn)口端與空氣壓縮機(jī)7空氣出口端相連，所述壓縮煙氣低壓給水加熱器11的煙氣進(jìn)口端與煙氣壓縮機(jī)10煙氣出口端相連。當(dāng)煙氣給水加熱器管路壓降較高時(shí)，為順利實(shí)現(xiàn)給水在煙氣給水加熱器和汽輪機(jī)之間的流動(dòng)，可以在煙氣高壓給水加熱器3與汽輪機(jī)之間設(shè)置第一水泵13，第一水泵13用于抽取高壓給水，在高壓給水加熱器3完成對(duì)高壓給水的加熱后，該部分高壓給水與高壓回?zé)崞骷訜岬慕o水混合，進(jìn)行后續(xù)的加熱處理。同理，可以在低壓給水加熱器4和汽輪機(jī)的管路之間設(shè)置第二水泵114，用于抽取汽輪機(jī)的低壓給水；在壓縮空氣低壓給水加熱器8和汽輪機(jī)之間設(shè)置第三水泵15，用于抽取汽輪機(jī)的低壓給水；在壓縮煙氣低壓給水加熱器11和汽輪機(jī)之間設(shè)置第四水泵16，用于抽取汽輪機(jī)的低壓給水。如果給水能夠自然地進(jìn)入給水加熱器，可以省略第一水泵13、第二水泵14、第三水泵15和第四水泵16。本發(fā)明可以顯著提高富氧燃燒電站的發(fā)電效率，降低燃煤電站CO2捕集的成本。鍋爐的煙氣熱量、制氧系統(tǒng)中壓縮空氣的熱量和煙氣凈化壓縮系統(tǒng)中壓縮煙氣的熱量得到了充分的利用，實(shí)現(xiàn)了富氧燃燒系統(tǒng)內(nèi)部能量的梯級(jí)利用，從整體上提高了機(jī)組的發(fā)電效率。以上對(duì)本發(fā)明所提供的富氧燃燒熱量梯級(jí)利用的方法及裝置進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種富氧燃燒熱量梯級(jí)利用的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟A:將鍋爐(1)出口煙氣分流成第一部分煙氣、第二部分煙氣和第三部分煙氣；所述第一部分煙氣作為循環(huán)煙氣，重新送入鍋爐(I)的爐膛，所述第二部分煙氣對(duì)送入鍋爐(O的氧氣進(jìn)行預(yù)熱，所述第三部分煙氣對(duì)鍋爐(I)高、低壓給水進(jìn)行加熱； 步驟B:第二部分煙氣和第三部分煙氣經(jīng)換熱后混合送入煙氣冷凝器(17)，冷凝至常溫后送入煙氣壓縮機(jī)(10)； 步驟C:空氣經(jīng)過(guò)空氣壓縮機(jī)(7)壓縮后，經(jīng)過(guò)壓縮空氣低壓給水加熱器(8)冷卻后送入制氧系統(tǒng)(9)，制氧系統(tǒng)產(chǎn)生(9)的氧氣送入氧氣預(yù)熱器(2); 步驟D:空氣壓縮機(jī)(7)產(chǎn)生的壓縮空氣及煙氣壓縮機(jī)(10)產(chǎn)生的壓縮煙氣對(duì)鍋爐低壓給水進(jìn)行加熱。
2.如權(quán)利要求1所述的富氧燃燒熱量梯級(jí)利用的方法，其特征在于，步驟A中還包括將預(yù)熱后的氧氣實(shí)際溫度與預(yù)定溫度比較，如果低于預(yù)定溫度，則增加第二部分煙氣量；如果高于預(yù)定溫度，則減少第二部分煙氣量。
3.如權(quán)利要求1或2所述的富氧燃燒熱量梯級(jí)利用的方法，其特征在于，所述步驟A中第一部分煙氣占全部煙氣的50% 70%，第二部分煙氣占全部煙氣的15% 25%。
4.如權(quán)利要求1所述的富氧燃燒熱量梯級(jí)利用的方法，其特征在于，步驟A中經(jīng)預(yù)熱的氧氣和循環(huán)煙氣混合或者單獨(dú)送入鍋爐的爐膛。
5.一種富氧燃燒熱量梯級(jí)利用的裝置，其特征在于，該裝置包括鍋爐(I)、氧氣預(yù)熱器(2)、煙氣給水加熱器、壓縮空氣低壓給水加熱器(8)、制氧系統(tǒng)(9)、壓縮煙氣低壓給水加熱器(11)、空氣壓縮機(jī)(7)、煙氣壓縮機(jī)(10)、煙氣冷凝器(17)； 鍋爐(I)包括第一煙氣出口端、第二煙氣出口端和第三煙氣出口端，第一煙氣出口端與鍋爐(I)的第一煙氣進(jìn)口端相連；第二煙氣出口端與氧氣預(yù)熱器(2)的煙氣進(jìn)口端相連，第三煙氣出口端與煙氣給水加熱器的煙氣進(jìn)口端相連；氧氣預(yù)熱器(2)的煙氣出口端煙氣給水加熱器的煙氣出口端分別與煙氣冷凝器(17)的煙氣進(jìn)口端相連； 空氣壓縮機(jī)(7)空氣出口端與壓縮空氣低壓給水加熱器(8)壓縮空氣進(jìn)口端相連，壓縮空氣低壓給水加熱器(8)的空氣出口端與制氧系統(tǒng)(9)的空氣進(jìn)口端相連，制氧系統(tǒng)(9)的氧氣出口端與氧氣預(yù)熱器(2)的氧氣進(jìn)口端相連； 煙氣壓縮機(jī)(10)煙氣出口端與壓縮煙氣低壓給水加熱器(11)壓縮煙氣進(jìn)口端相連。
6.如權(quán)利要求5所述的富氧燃燒熱量梯級(jí)的裝置，其特征在于，所述煙氣給水加熱器包括煙氣高壓給水加熱器(3)和煙氣低壓給水加熱器(4)，所述煙氣高壓給水加熱器(3)的煙氣進(jìn)口端與鍋爐(I)的第三煙氣出口端相連；煙氣高壓給水加熱器(3)的煙氣出口端與煙氣低壓給水加熱器(4)的煙氣進(jìn)口端相連，煙氣低壓給水加熱器(4)的煙氣出口端與冷凝(17)的煙氣進(jìn)口端相連。
7.如權(quán)利要求6所述的富氧燃燒熱量梯級(jí)利用的裝置，其特征在于，所述煙氣高壓給水加熱器(3)的給水進(jìn)口端連接有用于抽取鍋爐高壓給水的第一水泵(13)，煙氣高壓給水加熱器(3)設(shè)置第一流量控制器控制水泵的抽水量；所述煙氣低壓給水加熱器(4)的給水進(jìn)口端連接有用于抽取鍋爐低壓給水的第二水泵(14)，煙氣低壓給水加熱器(4)設(shè)置第二流量控制器控制水泵的抽水量；所述壓縮空氣低壓給水加熱器(8)給水進(jìn)口端連接有用與抽取鍋爐低壓給水的第三水泵(15)，壓縮空氣低壓給水加熱器(8)設(shè)置第三流量控制器控制水泵的抽水量；所述壓縮煙氣低壓給水加熱器(11)給水進(jìn)口端連接有用于抽取鍋爐低壓給水的第四水泵(16)，壓縮煙氣低壓給水加熱器(11)設(shè)置第四流量控制器控制水泵的抽水量 。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種富氧燃燒熱量梯級(jí)利用的方法，該方法包括以下步驟步驟A:將鍋爐(1)出口煙氣分流成第一部分煙氣、第二部分煙氣和第三部分煙氣；所述第一部分煙氣作為循環(huán)煙氣，重新送入鍋爐(1)的爐膛，所述第二部分煙氣對(duì)送入鍋爐(1)的氧氣進(jìn)行預(yù)熱，所述第三部分煙氣對(duì)鍋爐(1)高、低壓給水進(jìn)行加熱；步驟B:第二部分煙氣和第三部分煙氣經(jīng)換熱后混合送入煙氣冷凝器(17)，冷凝至常溫后送入煙氣壓縮機(jī)(10)；步驟C:空氣經(jīng)過(guò)空氣壓縮機(jī)(7)壓縮后，經(jīng)過(guò)壓縮空氣低壓給水加熱器(8)冷卻后送入制氧系統(tǒng)(9)，制氧系統(tǒng)產(chǎn)生(9)的氧氣送入氧氣預(yù)熱器(2)。該發(fā)明顯著提高富氧燃燒電站的發(fā)電效率，降低燃煤電站CO2捕集的成本。
文檔編號(hào)F23L7/00GK103196136SQ20131015415
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月27日
發(fā)明者段倫博, 韓冬, 段鈺鋒, 向文國(guó) 申請(qǐng)人:東南大學(xué)