[发明专利]用于减少氧燃料燃烧中的氮氧化物排放的方法

说明书

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