本發(fā)明涉及生物質循環(huán)燃燒，具體涉及一種高穩(wěn)定性生物質富氧燃燒循環(huán)流化床垂直分區(qū)壓力及co濃度控制方法。

背景技術：

1、beccs(生物質能碳捕集封存與利用)技術是指將生物質燃燒或轉化過程中產(chǎn)生的co2進行捕集、利用或者封存的過程。由于生物質中的碳源自于光合作用固定的空氣中的二氧化碳，因此beccs技術與空氣碳捕集技術(dac)一樣，是一種能夠實現(xiàn)負碳排放的過程。在新的應用場景與深度減排需求下，ccus技術的內涵和外延不斷豐富與拓展。捕集源由傳統(tǒng)的能源/工業(yè)設施，逐步拓展至生物質和空氣等中性碳源，beccs技術也成為實現(xiàn)氣候目標的必要手段。

2、富氧燃燒是一種極具潛力的碳捕集技術，它利用純氧替代空氣作為燃燒系統(tǒng)的助燃氣，并將燃燒后產(chǎn)生的部分煙氣回流與氧氣混合作為鍋爐配風進入爐膛內支持燃燒，使煙氣中二氧化碳不斷濃縮，從而使燃燒煙氣中的二氧化碳濃度大幅提升。對于鍋爐富氧燃燒系統(tǒng)而言，為了盡可能的提升燃燒后煙氣中的二氧化碳濃度，需要嚴格控制燃燒系統(tǒng)的漏風率，減少空氣漏入量。

3、此外雖然富氧燃燒技術已發(fā)展了數(shù)十年，已有示范項目建成，但目前的富氧燃燒技術的相關研究仍主要圍繞煤粉爐為對象開展，針對生物質鍋爐的富氧燃燒技術研究仍然較少，尤其對于生物質循環(huán)流化床鍋爐的研究更為少見，對于該領域的技術仍比較缺乏。一方面由于生物質燃燒溫度較低，容易出現(xiàn)燃燒不完全的問題，煙氣中的一氧化碳濃度往往較高。在進行富氧燃燒時，由于煙氣循環(huán)一氧化碳濃度會進一步提升，除了造成能源浪費外，還存在安全隱患。另一方面生物質鍋爐進料方式往往采用敞口進料，漏風率控制難度較大，因此需要在既有的富氧燃燒技術上進行創(chuàng)新性改造，采取必要的措施提升系統(tǒng)氣密性，降低漏風率，解決一氧化碳富集等問題，以適應循環(huán)流化床生物質鍋爐的特性。

4、現(xiàn)階段，生物質循環(huán)流化床鍋爐富氧燃燒一般按照煤粉爐富氧燃燒技術方案。當前一般的富氧燃燒的方案是采用回流煙氣+純氧注入的方式，通過改變鍋爐助燃氣體成分(從o2/n2變?yōu)閛2/co2)實現(xiàn)燃料富氧燃燒，再結合鍋爐系統(tǒng)氣密性控制，最終提升煙氣中的co2濃度。在漏風控制方面，一般采用孔洞物理密封和爐膛整體微正壓的方式進行控制。在一氧化碳濃度控制方面，尚未查到相關文獻報道針對生物質富氧燃燒的一氧化碳控制方案，目前，針對該問題通常是通過配風優(yōu)化促進燃燒。中國專利cn113187571?a公開了一種生物質純氧燃燒發(fā)電系統(tǒng)和方法，其采用電解水制氫副產(chǎn)的氧氣與回流煙氣混合實現(xiàn)生物質純氧燃燒。該專利提供的方法雖實現(xiàn)了生物質純氧燃燒，但未考慮對氧氣、煙氣比例的控制，且未對回流的煙氣進行質量控制，可能會造成鍋爐燃燒不穩(wěn)定的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明意在提供一種高穩(wěn)定性生物質富氧燃燒循環(huán)流化床垂直分區(qū)壓力及co濃度控制方法，以解決現(xiàn)有技術中生物質循環(huán)流化床鍋爐富氧燃燒存在的煙氣一氧化碳濃度過高以及通過物理密封和正壓方式導致的鍋爐燃燒不穩(wěn)定的問題。

2、為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：一種高穩(wěn)定性生物質富氧燃燒循環(huán)流化床垂直分區(qū)壓力及co濃度控制系統(tǒng)，包括煙氣預處理單元、爐膛、旋風分離器、預熱器和除塵器，煙氣預處理單元包括引風機、煙氣冷卻器和煙氣分離器，引風機與除塵器之間的煙道上設置有一氧化碳監(jiān)測裝置，爐膛與旋風分離器之間的煙道上設置有氧氣濃度監(jiān)測裝置；所述爐膛內部設置為微正壓，且爐膛中下部壓力p1＝50～200pa，爐膛中上部壓力為p2＝p1-α×h-100pa，α為控制系數(shù)＝5～8，h為爐膛燃燒區(qū)域有效高度m。

3、優(yōu)選的，作為一種改進，還包括氧氣供應模塊，氧氣供應模塊連接有注氧風機，爐膛的頂部出口與旋風分離器之間的煙道上設置進風口，注氧風機與進風口之間設置有注氧管道。

4、優(yōu)選的，作為一種改進，爐膛的中部設置有變徑處，變徑處的橫截面小于爐膛兩端的橫截面，爐膛中部變徑處橫截面積a2與爐膛兩端位置橫截面積a1的關系為a2＝βa1，其中β為變徑系數(shù)，β的取值范圍為0.65～0.9。

5、優(yōu)選的，作為一種改進，爐膛變徑處垂直高度h2與爐膛有效燃燒高度h的關系為h2＝δh，δ為控制系數(shù)，δ取值范圍為0.05～0.1。

6、優(yōu)選的，作為一種改進，一種高穩(wěn)定性生物質富氧燃燒循環(huán)流化床垂直分區(qū)壓力及co濃度控制方法，包括如下步驟：

7、一、生物質在爐膛內完成富氧燃燒后，產(chǎn)生的煙氣在引風機的作用下進入旋風分離器內，分離出未燃盡的燃料從旋風分離器底部的返料器返回爐膛，煙氣從旋風分離器頂部進入到尾部煙道經(jīng)預熱器降溫后進入除塵器脫出大部分粉塵；

8、二、引風機出口的一部分煙氣進入煙囪排放，另一部分則進入煙氣冷卻器冷卻，降低煙氣的溫度計含水量后進入到煙氣分配器；

9、三、煙氣分配器將降溫后的煙氣分配為4部分：

10、第1部分進入到流化風機，經(jīng)流化風機加壓后進入到旋風分離器底部的返料器中用于流化返料；

11、第2部分進入到碳捕集裝置內，經(jīng)分離提純得到二氧化碳產(chǎn)品；

12、第3部分與氧氣供應模塊來的純氧混合后經(jīng)一次風機加壓后先經(jīng)過預熱器加熱后進入到爐膛底部的一次風室內作為循環(huán)流化床鍋爐的流化風，煙氣與氧氣的流量比為4.5～5.0；

13、第4部分與氧氣供應模塊來的純氧混合后經(jīng)二次風機加壓后先經(jīng)過預熱器加熱后進入到爐膛中部的二次風分布器均布后進入爐膛，煙氣與氧氣的流量比為3.0～3.5；

14、四、在爐膛內生物質在富氧氛圍下完成燃燒生成煙氣進入到后續(xù)裝置中，構成循環(huán)。

15、優(yōu)選的，作為一種改進，步驟一中，尾部煙道設置有煙氣出口，爐膛尾部煙道省煤器后抽取部分高溫煙氣，利用高溫循環(huán)風機將高溫煙氣引入循環(huán)流化床一次風室內。

16、優(yōu)選的，作為一種改進，步驟二中，經(jīng)煙氣冷卻器冷卻后，煙氣的溫度為30～60℃，含水量為7～8％。

17、優(yōu)選的，作為一種改進，步驟三中，煙氣分配器分配的4部分煙氣的流量占比分別為：＜1％、20～30％、40～50％、20～40％。

18、優(yōu)選的，作為一種改進，根據(jù)一氧化碳監(jiān)測裝置顯示的數(shù)值作為控制依據(jù)，當一氧化碳濃度超過500ppm時，啟動注氧風機向煙道中注入氧氣促使一氧化碳的氧化反應從而降低煙氣的一氧化碳濃度。

19、優(yōu)選的，作為一種改進，氧氣注入量q＝γ×n×c×10-6m3/h，其中：

20、γ為過量系數(shù)，取值范圍0.55～1.1；

21、n為鍋爐煙氣量m3/h；

22、c為煙道一氧化碳濃度。

23、本方案的原理及優(yōu)點是：實際應用時，本技術方案中，針對現(xiàn)有技術中生物質燃燒存在的問題，發(fā)明人對生物質循環(huán)流化床富氧燃燒系統(tǒng)及控制方法進行了全面的優(yōu)化：通過壓力管理和密封風替代解決生物質循環(huán)流化床鍋爐富氧燃燒存在的漏風率高，漏風控制難度大的問題；通過分散式布風方法解決生物質循環(huán)流化床鍋爐富氧燃燒存在的煙氣一氧化碳濃度過高的問題。

24、具體的，針對系統(tǒng)漏風問題，本方案通過控制爐膛內部為微正壓，以減少或避免外部空氣漏入爐膛。將一次風機和二次風機均優(yōu)化為變頻風機，通過變頻風機可以調節(jié)出口壓頭大小，同時在爐膛內自上而下設置多個壓力傳感器，用于監(jiān)測爐膛內部的壓力，并通過調節(jié)一次風機與二次風機的出風力度實現(xiàn)對爐膛內部的分區(qū)壓力調節(jié)。此外，為了便于對爐膛上部、下部的壓力的差異化精準控制，將爐膛設計為中間小兩端大的結構形式，這樣下部煙氣經(jīng)過中間變徑處進再入上部空間時，氣體膨脹壓力減小，從而便于達到下部壓力高、上部壓力小的控制目標。本技術方案結合爐膛的結構特性，爐膛底部存在進料口等較大的漏風孔洞，維持爐膛底部微正壓可以有效的降低孔洞漏風量。爐膛上部漏風孔洞較少，且上部距離引風機更近，本身壓力更低，且爐膛上部氣體溫度較高，若維持與底部一樣的正壓水平，一方面要求二次風機出力較大，實現(xiàn)難度太大，且能耗較高，造成能源浪費，另一方面上部實質不需要控制較高的正壓，且較高壓力下高溫氣體外泄風險較大。通過垂直分區(qū)壓力控制，精準匹配鍋爐特性和運行的實際情況，在較低控制難度和能耗條件下，降低鍋爐漏風率。此外，本技術方案用再循環(huán)煙氣作為流化風也是降低漏風率的關鍵控制點之一。

25、針對流化床鍋爐富氧燃燒中煙氣一氧化碳濃度過高的問題，本方案主要通過監(jiān)測，適時地煙道注入一定量的氧氣，增大煙氣氧濃度和爐膛溫度的方式解決煙氣中一氧化碳濃度過高的問題。具體的，在除塵器與引風機之間的煙道上安裝在線一氧化碳監(jiān)測裝置，用于一氧化碳的實時監(jiān)測。同時在爐膛與旋風分離之間的煙道煙道上安裝氧氣濃度監(jiān)測裝置，用于煙氣氧濃度實施監(jiān)測。在爐膛頂部出口與旋風分離器之間的煙道上設置進風口，通過注氧風機將氧氣供應模塊中的氧氣引出通過注氧管道注入到設置的進風口中與煙氣混合，以提升煙氣中的氧濃度。根據(jù)一氧化碳監(jiān)測裝置顯示的數(shù)值作為控制依據(jù)，當一氧化碳濃度超過500ppm時，啟動注氧風機向煙道中注入氧氣促使一氧化碳的氧化反應從而降低煙氣的一氧化碳濃度。鍋爐尾部煙道省煤器后抽取部分高溫煙氣，利用高溫循環(huán)風機將高溫煙氣引入循環(huán)流化床一次風室內，引入高溫煙氣可提升爐膛底部溫度和爐膛平均溫度，從而提升燃料氧化反應，進而降低一氧化碳的生成量。

26、在技術研發(fā)階段，發(fā)明人曾嘗試通過增強系統(tǒng)氣密性來降低漏風率，如對、爐膛本體、省煤器、空預器、除塵器等關鍵漏風點進行封堵，利用物理封堵的方式來降低漏風率，但是實際實施過程中發(fā)現(xiàn)鍋爐系統(tǒng)龐大，測量口、工藝接口(如進料口等無法封堵的接口)、破損口等漏點繁多。而通過本技術方案微正壓結合壓力分區(qū)的方式系統(tǒng)的漏風率可控制在3.5％以內，遠低于傳統(tǒng)循環(huán)流化床鍋爐15％～20％的漏風率。此外還通過實驗發(fā)現(xiàn)，通過增大氧氣供風量和爐膛燃燒溫度，煙氣的一氧化碳濃度可穩(wěn)定維持在200ppm以內。