中小型循环流化床锅炉富氧烟气再循环 O2 CO2 混合燃烧技术可行性...
冯建军
[摘 要]伴随着循环流化床锅炉的发展，循环流化床富氧燃烧技术在国内外也有了广泛的研究与发展，集中研究O2/CO2气氛下点火特性、燃烧速率、火焰传播速度、火焰温度和燃烧效率等，热电公司与大连三春节能公司合作探讨循环流化床锅炉富氧燃烧技术，通过研究与探讨，富氧燃烧既能提高劣质燃料的应用范围，又能充分发挥优质燃料的性能。实验表明用26.7%的浓氧空气燃烧褐煤或用21.8%的浓氧空气燃烧无烟煤所得到的理论燃烧温度等同于普通空气燃烧重油所得到的理论燃烧热值。
[关键词]富氧燃烧 循环流化床锅炉 节能 环保
中图分类号：TK229.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）13-0001-01
一、概述
富氧燃烧技术是采用烟气再循环的方式，用空气分离获得的纯氧和一部分锅炉排气构成的混合气代替空气作为锅炉燃料燃烧时的氧化剂，以提高锅炉燃烧排气中的二氧化碳浓度，富氧燃烧技术不仅能使分离收集二氧化碳和处理二氧化硫容易进行，还能减少氮氧化物的排放，是一种能够综合控制燃煤矸石污染物排放的新型燃烧技术，目前已经在炼钢炉、链条炉、煤粉炉都有成功的应用。热电公司与大连三春节能公司合作探讨循环流化床锅炉富氧燃烧技术，通过研究与探讨，认为富氧燃烧技术在循环流化床锅炉应用完全可以实现，并且具有重要的意义。
二、循环流化床锅炉富氧燃烧技术工艺在热电公司的研究
富氧燃烧在循环流化床锅炉上的应用，是煤洁净燃烧技术与富氧燃烧技术优点相结合的新型燃烧技术，由于循环流化床燃烧效率高，脱硫效果好，煤种适应性广，而得到了广泛重视；富氧燃烧技术能够提高燃烧温度，促进燃料完全燃烧，减少飞灰含碳量，提高锅炉热效率，在国外富氧燃烧技术已经大量地应用在循环流化床锅炉上，并取得了很好的节能环保效果。
1、燃料研究
加入循环流化床锅炉的燃料将经过如下过程：干燥、加热、挥发分析出、燃烧、膨胀、焦炭燃烧。图1定性地给出了煤矸石粒燃烧所经历的各个过程。
热电公司使用的循环流化床锅炉设计的煤种为煤矸石、油页岩、脏杂煤等，主要是由水生低等植物、浮游生物、动物等死亡沉积的腐泥，经腐泥化（煤化）成岩作用而形成的腐泥煤。腐泥煤又分为藻煤和胶泥煤。油页岩属于胶泥煤的变种之一，即当煤中灰分达到50%以上时，就称之为油页岩，热值较低，平均热值为2700kcal左右，与煤（腐植煤）比较主要表现为“三高一低”，即灰分高、挥发分高、含氢量高、热值低。
良好燃烧必须具备三个条件：
1、温度：温度越高，化学反应速度快，燃烧就愈快。
2、空气：空气冲刷碳表面的速度愈快，碳和氧接触越好，燃烧就愈快。
3、时间：要使煤矸石在炉膛内有足够的燃烧时间。
为了满足以上三个燃烧条件，循环流化床锅炉采取增设二次风加强扰动的措施，目的就是让煤矸石在炉膛内停留时间长，使空气中的氧气能够更好的与碳和可燃气体充分混合燃烧。
如果在二次风中单独通入富氧空气，更能增强了炉内的扰动和混合。由于氧浓度提高，使碳和可燃物表面接触氧速度快，化学反应速度也快，起到了加快燃烧速度，促进了完全燃烧作用。
2、循环流化床锅炉燃烧特点研究
循环流化床的燃烧特点是在床内发生烟气、炽热煤粒强混流态化的反复循环燃烧。在燃烧过程中分为沸下、沸中、沸上三个区域。
通过对炉膛内温度场分布、氧浓度场分布进行的研究分析与测试表明：炉膛二次风上部即稀相区有一个如图所示的贫氧核心区，这显然是由于二次风的穿透扩散效果不佳而使氧气不能达到炉膛中部的结果，这对核心区域内细小煤矸石颗粒的燃烧产生了负面影响，导致循环流化床锅炉的飞灰含碳量普遍偏高，增加了锅炉的不完全燃烧损失。如果在卫燃带（稀相区的位置）的上方前后水冷壁处安装浓氧喷嘴，或者是在密相区与稀相区的交界处安装浓氧喷嘴将高压浓氧射入炉膛形成一道由富氧组成的旋流气幕，捕捉炉膛里的可燃气体，使飞灰中的可燃物和可燃气体加快燃烧。随着氧浓度的增加，氧气的气体分压随之增加，氧气的扩散能力大大加强，使贫氧区有足够的氧气来参与化学反应，促进炉内燃料的完全燃烧；氧浓度的增加还能使碳的燃点温度降低，燃烧更充分，并能提高炉膛的温度，使炉膛沸下、沸中热量平衡，水冷壁能更好的吸取热量，提高锅炉的产汽能力，从而节约能源。
三、循环流化床富氧燃烧技术在热电公司应用的理论方案
方案采用热电公司气体分公司液氧汽化后通过管路输送至热电公司本部，在热电厂调制富氧气体，调制后通过富氧分配器输送至锅炉，流程如图3。
四、理论经济效益分析
①1台75t/h和2台140t/h循环流化床锅炉，3台炉一天耗煤矸石约1900吨，按年运行300天计算，
1900吨/天×300天=570000吨
按实验室理论计算节能%计，则年节约燃料：
570000吨×6% =34200吨
按照目前集团公司考核热电公司平均燃料价每吨234元计，可节约燃料费：
34200吨×234元/吨=800万元
②设备投入年运行费用：设备耗电<45kw（实际80%）。电费0.50元，实际运行天数300天计：
45×24×300×0.50×0.8=129600元
③制氧成本按照350元計算，按照设计耗氧3t/h计算，耗氧成本为756万元。
综合以上分析，应用循环流化床富氧燃烧技术年可节约燃料费用约31万元。同时循环流化床锅炉富氧燃烧技术的应用将大大减轻热电公司大气环保压力，不仅具有一定经济效益且具有巨大的社会效益。
