CN101059243A - 生物质流化床燃烧装置及燃烧方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物质流化床装置及燃烧方法，其装置包括一设置有至少一个进气口和一烟气出口的燃烧反应器，它还包含一热解气化反应器，热解气化反应器通过热解气体连接管和返料连接管与燃烧反应器相连，热解气体连接管通入燃烧反应器的上部或中部，返料连接管通入燃烧反应器的下部，在热解气化反应器上还设置有一进气口和一加料口；其方法为首先将生物质和添加剂送入热解气化反应器中发生热解气化反应生成半焦和热解气；其次反应后的热解气通入燃烧反应器的稀相燃烧区，生物质半焦通入燃烧反应器的密相燃烧区燃烧，热解气化反应器反应温度为400－800℃，燃烧反应器反应温度为600－950℃，本发明方法具有高效燃烧且燃烧过程中能有效抑制碱金属腐蚀问题等特点。

Description

生物质流化床燃烧装置及燃烧方法
技术领域
本发明涉及一种生物质燃烧的装置和方法，特别是一种有效抑制生物质燃烧过程中碱金属腐蚀问题的循环流化床燃烧装置和燃烧方法。
背景技术
我国拥有丰富的生物质资源，而化石能源紧缺，21世纪又将面临着经济增长和环境保护的双重压力，因此发展生物质能燃烧利用技术，对建立可持续的能源系统，促进国民经济的发展和环境保护具有重要意义。
近年来随着生物质燃烧气化发电应用日益广泛，流化床技术是生物质高效燃烧主要技术途径之一，但是生物质流化床燃烧技术应用中也遇到了各种问题，如固体未完全燃烧损失增加，灰熔点低产生灰团聚、结渣和沉积，以及生物质燃烧引起金属设备的碱金属腐蚀等问题越来越突出。尽管国内外积极探索解决生物质燃烧过程中的碱金属沉积、腐蚀等问题，提出了一些缓解碱金属问题的方法，包括使用添加剂、选择适宜的床料、燃烧前脱除碱金属、对锅炉进行优化设计、调整燃烧工况等，但仍未获得解决适应不同生物质燃烧过程中沉积、腐蚀问题的有效方法，对商业应用生物质燃烧发电设备的长期稳定、安全运行带来了很大的困难。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，而提供一种生物质高效燃烧且燃烧过程中能有效抑制碱金属腐蚀问题的循环流化床燃烧装置和燃烧方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，它包括一设置有至少一个进气口和一烟气出口的燃烧反应器，它还包含一热解气化反应器，所述的热解气化反应器通过热解气体连接管和返料连接管与燃烧反应器相连，热解气体连接管通入燃烧反应器上部或中部的稀相燃烧区，返料连接管通入燃烧反应器下部的密相燃烧区，所述的热解气化反应器上还设置有一进气口和一加料口。生物质在热解气化反应器中发生热解气化反应，产生的半焦和热解气体进入燃烧反应器完成燃烧过程，从而将生物质的热解气化和燃烧分开，具有高效，安全燃烧的目的。
为了充分利用在燃烧反应器中的高温灰渣，所述的烟气出口与一旋风分离器相连，高温灰渣经旋风分离器的下端连接至热解气化反应器内充当热载体，在旋风分离器的上部设置有一烟气出口。
为了降低氮氧化物的排放，所述的燃烧反应器的进气口为两个，一个是设置在燃烧反应器的底部，气体由此通入燃烧反应器的密相燃烧区；一个是设置在燃烧反应器的中部或上部，气体由此通入燃烧反应器的稀相燃烧区。
所述的旋风分离器的烟气出口与热解反应器的进气口相连。
生物质循环流化床装置的燃烧方法是：首先将生物质和添加剂钙基化合物和或高岭土送入热解气化反应器，生物质在热解气化反应器中发生热解气化反应生成半焦和热解气；其次反应后的热解气通入燃烧反应器上部或中部的稀相燃烧区，生物质半焦通入燃烧反应器下部的密相燃烧区燃烧，热解气化反应器反应温度为400-800℃，燃烧反应器的反应温度为600-950℃。
所述的生物质半焦和热解气在燃烧反应器中燃烧产生的携带固体灰渣的烟气经旋风分离器气固分离成烟气和灰渣，灰渣送入热解气化反应器充当热载体。
所述的热解气化反应器通以流化介质，所述的流化介质为烟气、空气或蒸气。
所述的钙基化合物为氧化钙、氢氧化钙或碳酸钙。
有益效果：1、采用热解气化反应器与燃烧反应器相组合的燃烧装置，使生物质的热解气化和燃烧相分离，生物质发生热解气化反应生成生物质半焦和热解气，然后将生成的生物质半焦和热解气通入燃烧反应器中再燃烧，完成燃烧过程，增长了生物质在炉内的停留时间，降低了未完全燃烧损失，提高了燃烧效率；2、在热解气化反应器中添加钙基化合物和高岭土等添加剂，钙基化合物氧化钙、氢氧化钙或碳酸钙等与其经过燃烧反应器煅烧生成的氧化钙可与生物质中的硫和氯反应生成硫化钙和氯化钙，起到吸收和脱除生物质中的硫和氯的作用；此外添加剂中的高岭土等与生物质的碱金属氯化物和硫酸盐反应，生成高熔点的硅铝酸盐如硅铝酸钾、硅铝酸钠，从而抑制低熔点碱金属灰渣和气相碱金属氯化物如氯化钾和氯化钠产生，实现脱硫固氯的作用；热解气化后生成的生物质半焦及灰渣包括硫化钙、氯化钙、硅铝酸钾、硅铝酸钠等由连接管进入燃烧反应器下部的密相燃烧区，硫化钙在氧化性气氛下转化为硫酸钙，由于氯化钙不可能和氧气直接反应释放出氯气，而且生物质含硫量低，且床料中含有氧化钙，生物质中的硫固化为硫酸钙，因而脱除二氧化硫的同时，抑制了二氧化硫条件下氯气的释放；另外碱金属在循环流化床燃烧反应器中主要以高熔点的硅铝酸盐如硅铝酸钾、硅铝酸钠形式存在，从而可解决氧化性气氛下生物质燃烧碱金属沉积、腐蚀的问题；3、在燃烧反应器烟气出口连接旋风分离器，对燃烧反应器产生的携带固体灰渣的烟气进行气固分离成固体灰渣和烟气，固体灰渣通入热解气化反应器作为热载体，循环利用；4、本发明的燃烧方法将生物质的热解气体由热解反应器引入至燃烧反应器的上部或中部，热解气体中含有大量的还原性气体如一氧化碳、氢气等，同时结合燃烧反应器的二个进气口一、二次风配比的调整，有利于降低氮氧化物的排放；5、本发明还具有其燃烧适应性广，不仅可以使用各类生物质包括秸秆、稻壳、果壳、枝条等农林废弃物，还可实现煤与生物质的混烧。
附图说明
图1是本发明装置示意图
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做详细说明，如图所示，它包括燃烧反应器1，在燃烧反应器1的底部、上中部各设置一进气口A和B，燃烧反应器的上部与旋风分离器2相连，旋风分离器2的顶部设置有烟气出口C，旋风分离器2的下端D通入热解气化反应器3中，热解气化反应器3还设置有四个口，分别为进气口F，加料口E以及与燃烧反应器1相连的返料连接管G和热解气体连接管H，返料连接管G通向燃烧反应器1的下部的密相燃烧区，热解气体连接管H通向燃烧反应器1中部或上部的稀相燃烧区。
燃烧时，首先由加料口E将生物质和钙基化合物和或高岭土等添加剂送入热解气化反应器3，进气口F通以流化介质，生物质和添加剂在热解气化反应器3中发生热解气化反应生成半焦和热解气；其次将反应后的生物质半焦由返料连接管G进入燃烧反应器1的密相燃烧区，热解气由热解气体连接管H引入至燃烧反应器的稀相燃烧区中充分燃烧，钙基化合物可以选用氧化钙、氢氧化钙或碳酸钙中的一种或多种，燃烧反应器1中燃烧产生的携带固体灰渣的烟气经旋风分离器2气固分离成烟气和固体灰渣，烟气由出气口C送出，出气口C的部分烟气循环通至热解气化反应器3的进气口F，分离出来的高温灰渣送入热解气化反应器3充当热载体循环使用。
在反应过程中，热解气化反应器反应温度为400-800℃，燃烧反应器的反应温度600-950℃，最佳的反应温度为热解气化反应器反应温度：500-750℃，燃烧反应器的反应温度750-900℃
在热解气化反应器中添加钙基化合物和高岭土等添加剂，钙基化合物氧化钙、氢氧化钙或碳酸钙等与其经过燃烧反应器煅烧生成的氧化钙可与生物质中的硫和氯反应生成硫化钙和氯化钙，起到吸收和脱除生物质中的硫和氯的作用；此外添加剂中的高岭土等与生物质的碱金属氯化物和硫酸盐反应，生成高熔点的硅铝酸盐如硅铝酸钾、硅铝酸钠，从而抑制低熔点碱金属灰渣和气相碱金属氯化物如氯化钾和氯化钠产生，实现脱硫固氯的作用；热解气化后生成的生物质半焦及灰渣包括硫化钙、氯化钙、硅铝酸钾、硅铝酸钠等由连接管进入燃烧反应器下部的密相燃烧区，硫化钙在氧化性气氛下转化为硫酸钙，由于氯化钙不可能和氧气直接反应释放出氯气，而且生物质含硫量低，且床料中含有氧化钙，生物质中的硫固化为硫酸钙，因而脱除二氧化硫的同时，抑制了二氧化硫条件下氯气的释放；另外碱金属在循环流化床燃烧反应器中主要以高熔点的硅铝酸盐如硅铝酸钾、硅铝酸钠形式存在，从而可解决氧化性气氛下生物质燃烧碱金属沉积、腐蚀的问题。

Claims (9)

1、一种生物质流化床装置，包括一设置有至少一个进气口和一烟气出口的燃烧反应器(1)，其特征在于它还包含一热解气化反应器(3)，所述的热解气化反应器(3)通过热解气体连接管(H)和返料连接管(G)与燃烧反应器(1)相连，热解气体连接管(H)通入燃烧反应器(1)上部或中部的稀相燃烧区，返料连接管(G)通入燃烧反应器(1)下部的密相燃烧区，所述的热解气化反应器(3)上还设置有一进气口(F)和一加料口(E)。
2、根据权利要求1所述的生物质流化床装置，其特征在于所述的烟气出口与一旋风分离器(2)相连，所述的旋风分离器(2)的下端连接至热解气化反应器(3)内，在旋风分离器(2)的上部设置有一烟气出口(C)。
3、根据权利要求1或2所述的生物质流化床装置，其特征在于所述的燃烧反应器的进气口为两个，一个是设置在燃烧反应器(1)底部的(A)，气体由此通入燃烧反应器(1)的密相燃烧区；一个是设置在燃烧反应器(1)中部或上部的(B)，气体由此通入燃烧反应器(1)的稀相燃烧区。
4、根据权利要求1或2所述的生物质流化床装置，其特征在于所述的旋风分离器(2)的烟气出口(C)与热解气化反应器(3)的进气口(F)相连。
5、一种用于权利要求1、2或3所述的生物质流化床装置的燃烧方法，其特征在于：首先将生物质和添加剂钙基化合物和或高岭土送入热解气化反应器(3)，生物质在热解气化反应器(3)中发生热解气化反应生成半焦和热解气；其次反应后的热解气通入燃烧反应器(1)上部或中部的稀相燃烧区，生物质半焦通入燃烧反应器(1)下部的密相燃烧区燃烧，热解气化反应器(3)的反应温度为400-800℃，燃烧反应器(1)的反应温度为600-950℃。
6、根据权利要求5所述的燃烧方法，其特征在于所述的生物质半焦和热解气体在燃烧反应器(1)中燃烧产生的携带固体灰渣的烟气进入旋风分离器(2)气固分离，分离成烟气和灰渣，灰渣送入热解气化反应器(3)充当热载体。
7、根据权利要求5或6所述的燃烧方法，其特征在于所述的热解气化反应器通以流化介质，所述的流化介质为烟气、空气或蒸气。
8、根据权利要求5或6所述的燃烧方法，其特征在于所述的钙基化合物为氧化钙、氢氧化钙或碳酸钙。
9、根据权利要求5所述的燃烧方法，其特征在于所述的热解气化反应器(3)反应温度为500-750℃，燃烧反应器(1)的反应温度为750-900℃。
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