富氧燃煤锅炉再循环方式对锅炉效率及尾部设备的影响研究

  C2是全球温室效应最主要的“贡献者”煤燃烧是C2排放量的最主要来源，占了排放量的34%左右1.在控制燃煤C2的排放技术中，富氧燃烧技术作为最有应用前景的技术之，近些基金项目：河北省自然科学基金资助项目（E2013502292）。

  年已经引起学术界和技术界的高度关注。

  在富氧燃烧产生的烟气中，C2的浓度可高达90%以上，这有利于C2的压缩冷凝捕获0.同时，富氧燃烧还具有燃烧效率高，烟气量少，NOx生成量少等优点。对现役锅炉改造的经济评估表明63，富氧燃烧技术不仅烟气中捕获C2具有可行性，而且经济性较好。

  为保证富氧燃煤锅炉按常规锅炉进行安全工作，需要大量的再循环烟气以维持炉膜内的火焰温度接近常规空气燃烧时的绝热火焰温度，也需维持锅炉出口烟温与排渣特性等基本不变，以保证锅炉受热面换热与金属的安全性。

  类似于空气燃烧，富氧燃烧煤粉锅炉的再循环烟气也分为两部分次循环烟气用于干燥与输送煤粉，二次循环烟气主要是调节炉膜温度。

  用于干燥与输送煤粉的一次循环烟气必须脱除其中的大部分水分，而二次循环烟气可以选择脱硫脱水后再循环回炉膜，也可以直接循环回炉膜。不同的再循环方式不仅对烟气体积、锅炉效率、燃煤量等锅炉参数产生影响，还会影响锅炉尾部设备（如气-气换热器、脱硫塔、烟气冷凝器等）的运行特性。

  本文以某600MW富氧燃煤锅炉为例，对其3种再循环方式下的锅炉效率、燃煤量等锅炉主要参数进行了详细计算，并对比分析了3种再循环方式对尾部设备运行特性的影响。希望能对富氧燃煤锅炉的设计，提供定的。

  1烟气再循环系统及锅炉排烟热损失计算方法1.1烟气再循环系统对采用富氧燃烧技术的煤粉锅炉，为干燥与运输煤粉，以及避免腐蚀性成分腐蚀管道，一次循环烟气必须进行除尘、脱硫、脱水；而二次循环烟气布置与处理则有多种选择7，。本文综合目前这方面的研究成果，根据二次循环烟气不同抽取位置，总结了3种方案，具体流程见。

  循环方式被细分为两类：（a）干烟气循环：其中烟气中大部分H2O，SO2在循环之前被脱除（方式3）；（b）湿烟气循环：循环烟气不脱水（方式1，2），其中，方式1不脱硫不脱水，方式2脱硫不脱水。1.2富氧锅炉排烟热损失的计算方法空气模式下，排烟热损失是由于排出锅炉时的烟气焓高于进入锅炉时的空气焓而造成的热损失，是煤粉炉各项热损失中最主要的一项9.而在富氧模式下，进入锅炉的空气换成再循环烟气与纯氧，其温度、体积、焓值等热力参数均发生变化，需重新计算，计算公式如是利用锅炉尾部排气加热燃料燃烧所需空气，可使排烟温度降低，提高锅炉效率；不同的是，富氧模式下加热的是纯氧与再循环烟气。不同再循环方式会使二次循环烟气的温度、流量等参数发生变化，相应地改变气-气换热器的换热量、传热面积等参数，详见表6.表6气-气换热器主要参数Tab.富氧模式项目空气模式方式1方式2方式3气-气换热器进/出口温度/C360/160360/160360/160360/160气-气换热器烟气流量八以3s-1）593.66354.94353.52351.51空分装置出口氧气温度/C-202020空分装置出口氧气流量八以3%-1）-94.5296.5496.88一次循环烟气进/出口温度/C20/25930/32830/27330/264―次循环烟气进口流量/（m3‘s-1）118.由表6可知，富氧模式下气-气换热器的换热量比空气模式下的换热量下降了约26%，再循环方式对气-气换热量影响很小。换热器中的气-气换热属于典型的强制对流换热，传热系数大致在10°C）范围内，本文选取30Wm2，°C）来估算传热面积。与空气模式相比，方式1下的传热面积变化最大，增幅达93%，气-气换热器结构改造较大，而其余两种方式下的传热面积变化较小，无需较大改动。

  3.2再循环方式对烟气净化设备的影响锅炉烟气从气-气换热器排出之后，需要进行烟气净化处理。烟气净化设备主要包括除尘器、脱硫塔、冷凝器，显示了4种模式下烟气净化设备的烟气处理量，空气模式下的烟气无需脱水，只需除尘、脱硫，但烟气处理量均超过各富氧模式下的处理量；3种再循环方式下的烟气处理量大小依次是方式3>方式2>方式1，这主要是对二次循环烟气采取不同的处理方式造成的。

  烟气净化设备的运行指标不仅取决于烟气处理量，还依赖于处理烟气时原材料消耗量，主要包括石灰石消耗量和冷却水消耗量，计算结果见表7.表7烟气净化设备主要运行参数项目富氧模式空气模式方式1方式2方式3脱硫塔进口烟气量/（m3，s-1）脱硫效率/%钙硫比脱硫塔进/出口烟温/C石灰石消耗量/（fh-1）冷凝器进口烟气量/（m3，s-1）冷凝器进口给水温度/C冷凝器所需给水流量/（fh-1）从表7中发现，4种模式下的石灰石消耗量变化不大，变化幅度最大仅为10%；其中，方式1中循环烟气未脱硫的处理方式使得锅炉出口烟气中S2浓度很高，但脱硫塔处理的烟气量较小，导致脱硫塔中石灰石消耗量（5. 04t/h）略低于与其他工况的消耗量。脱硫塔的下游设备是烟气冷凝器，烟气脱水所需的冷却水量主要取决于处理的烟气量。由于方式3下的锅炉出口烟气全部进行烟气净化设备的烟气处理量Fig.2了脱水处理，而方式1、方式2的锅炉出口烟气只进行了部分脱水处理，故冷却水消耗量的大小依次为方式3 >方式2>方式1，变化幅度较大。

  总体来说，再循环方式对烟气净化设备的运行参数影响很大，二次循环烟气脱硫脱水的处理方影响很大，二次循环烟气脱硫脱水的处理方式（方式3）造成其运行参数大幅度增加，大大增加了烟气净化设备的运行与维护费用。