CN100408917C - 燃用生物质燃料的循环流化床燃烧装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃用生物质燃料的循环流化床燃烧装置及方法。燃用生物质燃料的循环流化床燃烧装置包括炉膛，炉膛出口和水平烟道设置受热面，后接中温运行的旋风分离器，旋风分离器上端依次与尾部烟道、除尘器、引风机、烟囱相接，旋风分离器下端接有循环回路并与炉膛密相区相接，在循环回路上接有床料和添加剂补充口以便于在必要时加入添加剂来解决碱金属问题。各种生物质燃料通过在炉前并列的给料口，经破碎设备预处理后在风辅助吹送下进入炉膛内变截面炉膛密相区。对软秸秆类生物质需要破碎到10cm以下后入炉燃烧。本发明具有原料适应性广、燃烧效率高等特点并能有效解决高碱生物质燃烧过程中的各种碱金属问题。

Description

燃用生物质燃料的循环流化床燃烧装置及方法

技术领域

本发明涉及一种燃用生物质燃料的循环流化床燃烧装置及方法，所述生物质包括稻麦秸秆、枝条、果壳等广泛品种的的农林业废弃物。

背景技术

我国有十分丰富的生物质资源，对生物质进行燃烧利用无论是对于缓解常规能源短缺、减少污染物排放还是对解决农村秸秆利用问题、增加农民收入都有着非常重要的意义。但目前国内尚没有有效的大规模燃烧利用生物质的技术手段，特别是对于构成我国生物质资源主体的秸秆类原料。由于秸秆具有特殊的物理、化学性质和燃烧特性，目前国际上只有丹麦掌握了以振动炉排为基本炉型的较成熟的秸秆燃烧技术。由于我国生物质燃料供应模式的限制，用作燃料的生物质资源存在供应不稳定、来源复杂多样、品质品种波动较大、预处理水平低等特点，振动炉排炉的燃烧方式决定了它较难适应我国生物质燃料供应模式。

循环流化床燃烧作为一种成熟的技术已经广泛应用于煤炭、矸石、油页岩、城市垃圾等固体燃料的燃烧利用，并显示出强大的生命力。其基本优势在于非常强的燃料适应性、半焦循环燃烧带来的高燃烧效率和凭借理想的气-液、气-固反应条件达到的低污染排放特性。但是常规的燃煤循环流化床并不适合直接燃用秸秆等生物质燃料，生物质燃料低能量密度、形状不规则易卡涩、易着火、高挥发份、低灰份、焦灰质地轻软、碱金属含量丰富等特点会给常规的流态化燃烧过程带来诸多麻烦，造成进料不畅、气相燃烧份额过大、炉膛上部温度难以控制、二次风组织难度大、扬析量过大、固体未完全燃烧损失升高、燃用特定生物质燃料时碱金属问题难以克服等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃用生物质燃料的循环流化床燃烧装置及方法。

它具有炉膛，炉膛上部接有水平烟道，炉膛内和水平烟道内设有受热面，水平烟道另一端与中温旋风分离器相接，旋风分离器上端依次与尾部烟道、除尘器、引风机、烟囱相接，旋风分离器下端接有循环回路并与炉膛密相区相接，在循环回路上接有床料和添加剂补充口，生物质原料储仓经包含生物质破碎设备与炉膛的入炉口相接。

所述的炉膛下部设有变截面炉膛密相区。变截面炉膛密相区的宽深比为5∶1～1.5∶1。中温旋风分离器的工作温度和返料物料温度在700℃以下。

燃用生物质燃料的循环流化床燃烧组织方法是利用一二次风配比和返料保证密相区在800℃-600℃温度下运行，利用流态化燃烧特性和物料循环确保炉膛挥发份燃烧区在820℃以下中温燃烧，利用炉膛水冷受热面积保证进入炉膛上部和水平烟道内的受热面烟气温度不高于730℃-780℃限制值。循环流化床的运行通过选择窄筛分小粒度床料运行于低流化风速、高流化数的状态。

所述的低流化风速、高流化数，其下部风速为3-5m/s，上部风速为2-4m/s，流化数大于3。窄筛分小粒度床料的粒度小于2mm。

本发明的优点

1)燃烧效率高。较高的炉膛设计保证了稀相区燃烧空间，降低了大量挥发份在炉膛内部析出过快造成气体未完全燃烧损失增加的危险。在循环流化床中良好的气、固混合和循环有利于生物质半焦颗粒的破碎和燃尽，配合窄筛分小粒度床料，变截面炉膛结构设计的拥有良好物料循环的循环流化床运行模式可以有效提高半焦的一次燃净率，解决常规设计方案中飞灰含碳量高的问题，达到较高的燃烧效率；

2)燃料适应性广，本发明继承了流态化燃烧的这一特点，采用将各种生物质燃料简单破碎到10cm直接入炉，不但简化了燃料制备和给料系统，还大大增加了设备对生物质燃料质量、品种变动的容忍度和适应性，降低了入炉燃料预处理费用，还简化了锅炉设计，提高了燃料供喂系统的冗余可靠性；

3)通过对锅炉的特殊设计和燃烧组织，可以保证燃料及床料在循环流化床系统回路中多次循环、稳定顺畅地进行燃烧，同时成功解决高碱生物质在燃烧中可能带来的碱金属聚团、结渣、沉积和高温腐蚀问题。

附图说明

附图是燃用生物质燃料的循环流化床燃烧装置结构示意图；

图中：生物质储仓1、生物质破碎设备2、炉膛3、受热面4、燃料给入口5、变截面炉膛密相区6、循环回路7、床料和添加剂补充口8、旋风分离器9、尾部烟道10、除尘器11、引风机12、烟囱13

具体实施方式

如附图所示，燃用生物质燃料的循环流化床燃烧装置具有炉膛3，炉膛上部接有水平烟道，炉膛内和水平烟道内设有受热面4，水平烟道另一端与中温旋风分离器9相接，旋风分离器9上端依次与尾部烟道10、除尘器11、引风机12、烟囱13相接，旋风分离器9下端接有循环回路7并与炉膛密相区相接，在循环回路7上接有床料和添加剂补充口8，生物质原料储仓1经包含生物质破碎设备2与炉膛3的入炉口5相接。

本发明的循环流化床生物质(秸秆)燃烧方案，其特征在于低密相区温度，炉膛燃烧控制在中温范畴，限制进入炉膛上部受热面的最高烟气温度，同时确保物料分离和循环回送系统工作在700℃以下。运行中采用窄筛分小粒度床料配合变截面炉膛结构的循环流化床燃烧，同时对稻杆、麦秸和其他生物质采用简单破碎到10cm以下的经给料口直接入炉参与燃烧。

本发明是利用循环流化床极强的燃料适应性直接燃烧各种规格的经切割破碎处理的秸秆燃料或其他生物质物料，简化了燃料预处理工艺。采用较高的炉膛缓解了生物质挥发份在燃烧初期强烈析出给燃烧组织带来的不良影响。生物质燃烧装置维持800℃-600℃较低密相区温度，该温度既确保燃烧过程具有足够的反应速度和强度，又减小密相区内高温下可能发生的灰熔粘连的危险。炉膛内部利用炉内高浓度的颗粒维持均匀的温度场，同时降低最高燃烧温度，避免碱金属物质过多析出，同时避免炉内结渣。较高的炉膛适合于布置较大的水冷受热面确保进入上部后部受热面的烟气温度低于730℃-780℃的限制值，同时运行中维持分离器及其连接的返料系统工作温度小于700℃。

燃料在炉前通过前墙上均匀排布的给料口在循环床燃烧室下部给入，该处炉膛截面积最小，风速保持在3～5m/s，同时炉膛截面采用宽深比为5∶1～1.5∶1的设计，以有效地促进各给料口给入的生物质燃料良好的纵向传递、物理分离和正常燃烧解体。随着炉膛高度增加，炉膛截面逐渐增加，到炉膛中上部风速稳定在2-4m/s，既可保证足够的流化数和正常的物料循环，又能够减少轻软的生物质焦炭颗粒的杨析，增加这些颗粒停留时间，强化燃烬度。

本发明循环回路上设有额外的添加物给入口，其特征在于及时补充床料或者在必要的时候通过使用特殊床料或添加物缓解或解决燃烧特定生物质原料时的碱金属问题。

由于生物质原料和半焦一般质地非常轻，且灰含量相对很低，本发明采用粒径小于2mm的窄筛分小粒度床料低循环倍率运行，并可根据燃料品种选择不同密度的床料以作为调节密相区燃烧的手段。小粒径床料保证流化床在较低风速下即可达到足够的流化数保证炉内的传质传热和燃烧过程的顺利进行。窄筛分床料模式则可以有效缓解炉内循环物料在运行过程中的质量损失，延长床料补充周期，降低运行费用。

以下结合附图对本发明进行详细说明：

循环流化床生物质燃烧装置可以燃烧稻麦秸秆在内的各种生物质燃料，对于各种原料，可视初始几何尺寸经破碎设备2切碎到10cm以下的合适长度由给料控制设备送到炉前给料口后被送入炉内主要由高温床料和循环灰构成的密相区中，加入的燃料迅速与物料混合并开始热解以及焦炭与挥发份的燃烧过程。燃烧所需的一次风14由炉底送入。在密相区离解、扬析的生物质半焦混合着床料颗粒以及密相区中析出的没有来得及参与燃烧的挥发份迅速进入炉膛的悬浮段，并在该段内分层送入的大量二次风15的辅助下进行进一步燃烬。悬浮段烟气流速通过炉膛截面扩张而被控制在2-4m/s以下，以尽可能延长细微半焦粒子在炉内高温区的停留时间，同时增加内循环份额以保证密相区温度的稳定。为了保证炉内料层的稳定和对炉膛内碱金属相关无机物质的控制在循环回路7上还分别布置有床料给料设备和添加剂给入装置8。炉膛内的热物料随热烟气一起通过炉膛出口附近的受热面后进入中温旋风分离器9，经旋风分离器分离后的烟气进入锅炉尾部烟道10，先后流经各受热面，由除尘器11、引风机12、烟囱13排出。被分离器分离下来的物料经过返料回路7和后墙的返料口进入炉膛以实现循环燃烧。

Claims (1)

1. 一种燃用生物质燃料的循环流化床燃烧方法，其特征在于，利用一二次风配比和返料保证密相区在800℃-600℃温度下运行，利用流态化燃烧特性和物料循环确保炉膛挥发份燃烧区在820℃以下中温燃烧，利用炉膛水冷受热面积保证进入炉膛上部和水平烟道内的受热面烟气温度不高于730℃-780℃限制值，循环流化床的床料粒度小于2mm，密相区下部风速为3-5m/s，上部风速为2-4m/s，流化数大于3。

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