CN102341650A - 用于减少氧燃料燃烧中的氮氧化物排放的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于减少氧燃料燃烧中氮氧化物排放的方法，该方法包括：在循环流化床锅炉(10)的炉(11)中供应至少一个一次气体流(15)和至少一个二次气体流(16)，该一次气体(15)和二次气体(16)已经通过将氧气和循环烟道气体混合在一起而生成。调节所述一次气体(15)的氧含量，使得在所述炉(11)的底部形成还原区(I)，在还原区中氮氧化物还原成氮气。调节所述二次气体的氧含量，使得在所述还原区(I)的上方形成氧化区(II)，在氧化区中燃烧能够完全。

Description

用于减少氧燃料燃烧中的氮氧化物排放的方法
技术领域
本发明涉及一种用于减少氧燃料燃烧中的氮氧化物排放的方法，在该方法中，在循环流化床锅炉的炉中供应至少一个一次气体流和至少一个二次气体流，该一次气体流和二次气体流已经通过将氧气和循环烟道气体混合在一起而生成。
背景技术
出于对气候变化的关心，人们在能源生产中寻求新的装置来减少导致全球变暖的二氧化碳排放。提出用于减少温室气体排放的一种方式是氧燃料燃烧。当燃料通过空气燃烧时，烟道气体含有来源于空气的大量的氮。从该烟道气体回收二氧化碳昂贵并且技术上困难。当用氧气和循环烟道气体的混合物代替燃烧中使用的空气时，燃烧产生的烟道气体主要含有二氧化碳、氧气、水蒸气和一些杂质。氧燃料燃烧能够相对简单地回收二氧化碳。在通过冷凝从烟道气体除去与燃料一起运送并在燃烧反应中生成的水之后，可通过冷却和压缩使剩余的二氧化碳液化。氧燃料燃烧可用于粉状燃料燃烧和流化床燃烧。
在循环流化床燃烧中，燃烧发生在通过从下方吹送的气体流而流化并循环的固体悬浮物中。流化床包括颗粒状的流化材料(例如砂)、燃料、燃烧气体、以及在燃烧中产生的烟道气体和灰。在本文中，燃烧气体指的是一次和二次气体，通常包括空气或一些其它含氧气体混合物。一次气体流在炉的底部供应，二次气体流通过在炉平面上方的炉壁上的喷嘴引导至炉。在循环流化床锅炉中，流化材料与烟道气体一起离开流化空间运送，并且为了提供稳定状态，其经由分离和循环设备回到炉中。
循环流化床锅炉利用与粉状燃料燃烧相比较低的燃烧温度(例如700-900℃)，低燃烧温度与分段空气供应一起能够产生低氮氧化物排放。氮氧化物(NOx)指的是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，它们在流化床燃烧中主要从燃料含有的氮生成。分段的空气供应在床的下部中提供了还原条件，由此生成较少的氮氧化物。完全燃烧所需的空气的其余部分作为二次空气和可能的三次空气供应。循环流化床技术还能够通过将石灰石或白云石直接供应给炉而从烟道气体脱硫。
US 4704084和US 4962711的说明书公开了根据现有技术的循环流化床的示例，其旨在通过分段供应燃烧空气而减少NOx排放。在两个说明书中，在炉的下部通过对炉的一次、二次和可能的三次空气供应进行调节而形成还原区。
在氧燃料燃烧中，用氧气和循环烟道气体的混合物代替燃烧空气。如果该过程以空气燃烧中常见的标准氧气浓度运行，那么减小一次气体的量以提供还原区就减少了流化材料的内部和外部循环，从而对炉壁和可能的外部换热器的热传递也减弱。另外，流化床的温度可能升得太高，导致固体颗粒烧结。
发明内容
本发明的目的在于避免以上问题，并且在氧燃料燃烧的循环流化床锅炉中增强氮氧化物的还原。
根据本发明的方法的特征在于权利要求1的特征部分中所述的内容。
在根据本发明的方法中，调节一次气体的氧含量，使得在炉的底部形成还原区，在还原区中与循环烟道气体一起运送至炉的氮氧化物在与一氧化碳和焦炭反应时还原成氮气。同时，调节二次气体的氧含量，使得在还原区上方形成氧化区，在氧化区中燃烧能够完全。
当一次气体和二次气体的氧含量在宽范围内可单独调节时，流化速度可保持恒定，或者可独立地调节。当减少一次气体的氧含量时，二次气体中的氧的比例可等同地增加，从而提供期望的总氧含量。当两个气体流的氧含量和体积流量单独调节时，比之前更容易在还原区和氧化区中保持适当的温度水平。
可以在若干不同的高度水平上传送二次气体，并且可在不同的水平上使用不同的氧含量，从而使从还原区运送的未燃气体不会导致在二次气体喷射高度处的大温度峰值。因此，可以防止在二次气体喷射高度处形成热的含氧部分，热的含氧部分容易导致产生氮氧化物。
本发明基于用于循环流化床锅炉中氮氧化物的还原的运行模式提供了容易的方法。通过改变一次气体和二次气体的氧含量，可以调节炉中的温度，这对于硫还原是重要的。
氮氧化物的有效还原降低了在烟道气体加压期间NOx与水和氧气反应从而产生腐蚀性硝酸的风险，腐蚀性硝酸会在二氧化碳清洁和加压设备中产生问题。
附图说明
现在参照附图描述本发明，本发明绝不旨在狭窄地限于附图。
附图示意性地示出了具有氧气和循环烟道气体的混合物的循环流化床燃烧。
具体实施方式
图中示出的循环流化床锅炉10包括：炉11，在其中燃料在循环流化床中燃烧；旋风分离器12，在其中流化材料与烟道气体分离；以及返回通道13，流化材料经由其循环回到炉11。燃料14供应到炉11，作为一次气体流15和二次气体流16的含氧流化燃烧气体也供应到炉11。燃烧在流化床中发生，流化床通过从下方供应的一次气体流15流化并循环。燃料14例如可以是诸如炭的固体燃料。
流化床包括固体惰性床料(通常为砂)、供应至其中的燃料、燃料灰、可能的石灰石、燃烧气体、以及燃烧中产生的烟道气体。气体流15、16设置成很大，使得一部分流化材料与烟道气体一起存在于从炉的上部至旋风分离器12的区域。旋风分离器12将固体颗粒与烟道气体分离，固体颗粒经由返回通道13和可能与其连接的外部换热器(图中未示出)返回炉11。
在分离固体物质后，烟道气体从旋风分离器12引导至热量回收器17，并且从该处进一步引导至飞尘分离器18，飞尘分离器18可例如实施为静电过滤器或袋式过滤器。在飞尘分离器18之后，烟道气体被引导至冷凝器19，在冷凝器19中通过冷凝将水和气体从中分离。在冷凝器19之后，氧燃料燃烧的烟道气体20主要含二氧化碳，二氧化碳可利用已知的方法清洁并加压。
一次气体流15在炉11的底部经由风箱(图中未示出)或等同物供应。一个或更多的二次气体流16在底部上方经由炉11的壁上的喷嘴(图中未示出)供应。气体流15、16都含有氧气和循环烟道气体，循环烟道气体的主要成分是二氧化碳和可能的水蒸气。另外，烟道气体还含有少量的氮氧化物、二氧化硫、氧气和一氧化碳。为了提供固体悬浮物的良好的流化和循环，一次气体流15的比例通常是供应至炉11的燃烧气体15、16的总量的至少60％。
通过第一混合装置21将氧气24和循环烟道气体25以期望比例混合在一起而生成一次气体流15。相同地，通过第二混合装置22将氧气24和循环烟道气体25以期望比例混合在一起而生成二次气体流16。可例如通过氧气发生器23或者一些其它等同装置从空气去除氮气而生成氧气24。循环烟道气体25可根据使用湿烟道气体或干烟道气体的要求而在冷凝器19之前或冷凝器19之后从炉烟道获得。
用于生成一次气体流15的第一混合装置21和用于生成二次气体流的第二混合装置22能够与将气体供应至炉11的喷嘴连接，或者它们能与炉11分离，由此向气体喷嘴供应已经混合的气体混合物。混合装置21、22可包括公知的装置(阀、测量传感器、调节器等)，用于调节供应至炉的气体流的氧含量。
调节一次气体流15的氧含量，使得在炉11的底部形成还原区I，在该区中的氧气少于燃料完全燃烧所需的氧气。此外调节一次气体流的速度，使得可提供流化材料的内部和外部循环的适当水平。
在还原区I中，出现亚化学计量条件，其中比正常的化学计量条件产生更多的一氧化碳和未燃的炭，即焦炭。由于焦炭和一氧化碳的效应，与一次气体一起运送以及从燃料产生的氮氧化物NOx在该区中被还原成氮气N2。
调节二次气体流16的氧含量，使得在还原区I的上方形成氧化区II，在该区中的氧气多于燃料完全燃烧所需的氧气。在氧化区II中，燃料燃烧完全。
在若干不同的高度可定位二次气体喷嘴，喷嘴可供应有具有不同氧含量的二次气体。然后，各个二次气体流16可自身设有用于调节二次气体流的氧含量的混合装置22。
由于烟道气体的循环和还原区，从循环流化床锅炉离开至二氧化碳回收器的烟道气体仅含有很少量的氮氧化物。
在下面的权利要求限定的范围内，本发明的许多不同变型是可行的。

Claims (6)

1.一种用于减少氧燃料燃烧中氮氧化物排放的方法，该方法包括：在循环流化床锅炉(10)的炉(11)中供应至少一个一次气体流(15)和至少一个二次气体流(16)，该一次气体(15)和二次气体(16)已经通过将氧气和循环烟道气体混合在一起而生成，所述方法的特征在于，调节所述一次气体(15)的氧含量，使得在所述炉(11)的底部形成还原区(I)，并且调节所述二次气体(16)的氧含量，使得在所述还原区(I)的上方形成氧化区(II)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在两个以上的不同高度处，在所述炉(11)中供应两个以上的二次气体流。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，调节在彼此不同的不同高度处供应的二次气体流的氧含量。
4.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，就在向所述炉(11)供应所述一次气体(15)或所述二次气体(16)之前，利用与所述炉(11)相连接的混合装置将氧气(24)和循环烟道气体(25)混合在一起。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，就在向所述炉(11)中供应所述一次气体流(15)或所述二次气体流(16)之前，利用混合装置(21，22)将氧气(24)和循环烟道气体(25)混合在一起。
6.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，通过改变所述一次气体(15)和/或所述二次气体(16)的氧含量，调节所述炉的温度。
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