CN101806451B - 一种分段高温燃烧循环流化床系统及燃烧方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种分段高温燃烧循环流化床系统及燃烧方法，该系统和方法采用分段燃烧技术，沿炉膛高度方向分三段，包括下部内循环流化床燃烧段、中部高温悬浮燃烧段、上部降温段，将粒径较大的燃料(煤或有机废弃物)送入下部内循环流化床燃烧段燃烧，该段燃烧温度保持在800-900℃，粒径较小的煤送入炉膛中部高温燃烧，该段燃烧温度保持在1000-1300℃，炉膛上部布置屏式受热面，炉膛出口温度为800-900℃。本发明高温分段燃烧系统可以燃烧煤、有机废弃物，还可进行煤气化，不仅可提高燃烧效率或气化效率，还可解决有机废弃物燃烧过程中二噁英等有害物排放问题，具有非常广阔的的应用前景。

Description

一种分段高温燃烧循环流化床系统及燃烧方法
技术领域
本发明涉及分段高温燃烧循环流化床系统及其燃烧方法，主要适用于有机废弃物焚烧、粒径小于3mm以下的煤气化或燃烧的工业锅炉使用。
背景技术
目前，循环流化床锅炉由于温度、空气量和炉膛空间等因素的制约，在焚烧垃圾等有机物时，易生成二噁英(PCDDs)，造成环境严重的污染，危害人体健康；当进行煤气化时，由于温度较低，气化反应效率较低；当燃烧采用粒径小于3mm煤时，大量未燃尽的小颗粒煤很难分离再循环，燃烧效率降低。造成以上问题原因在于：循环流化床锅炉炉体内燃烧温度800-900℃，当在该温度区域焚烧有机垃圾时，含氯垃圾不完全燃烧，极易生成二噁英(PCDDs)；而当在该温度环境下进行煤气化时，气化反应速率小，导致气化效率低；同时在800-900℃下，煤反应速率低，小粒径煤很难一次燃尽，但又不能通过分离器回送炉膛，造成飞灰损失大。
分段高温燃烧循环流化床系统是解决上述问题的有效途径之一，它利用炉膛中部高温区域解决二噁英排放、提高气化生产效率和燃烧效率等技术难题。
城市生活和工业生产中存在大量的急需处理的有机垃圾，工业生产中存在大量的粒径小于3mm煤需要高效利用。分段高温燃烧循环流化床系统可以燃烧或气化粒径小于3mm煤，还可以燃烧有机废弃物，不仅可提高燃烧效率或气化效率，还可解决有机废弃物燃烧过程中二噁英等有害物排放问题，具有非常广阔的的应用前景。
发明内容
为了克服传统循环流化床锅炉在燃烧有机垃圾时造成二噁英(PCDDs)排放、在煤气化时效率低、燃烧小粒径煤时效率低等缺点，本发明提供一种分段高温燃烧循环流化床系统，可提高燃烧效率或气化效率，还可解决有机废弃物燃烧过程中二噁英等有害物排放问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：该系统把炉膛分三段，下部内循环流化床燃烧段、中部高温悬浮燃烧段、上部降温段，中部高温悬浮燃烧段1000-1300℃高温环境远离二噁英生成温度，使在炉膛下部燃烧段未燃尽的有害物质随气流流经炉膛中部时，高温焚烧，充分分解，可防止二噁英形成，可有效解决有机物焚烧是造成二噁英排放难题；若进行煤气化时，中部高温段1000-1300℃高温环境，可以增大煤气化反应速率，大大提高气化生产效率，同时破坏焦油的生成；当燃用粒径小于3mm的煤时，由于小颗粒煤在中部高温段高温区停留2-3s，可保证小粒径煤燃尽，这样使得燃烧效率提高。为了维持中部高温悬浮燃烧段1000-1300℃高温环境，该区域炉壁采用耐火材料包覆，同时调节送入该燃烧区域的燃料量。为了避免炉膛出口受热面和分离器壁面结焦，通过在炉膛上部设置屏式换热器，降低烟气温度，使炉膛出口烟气温度在800-900℃，低于灰粒熔化温度。为了保证较大粒径燃料高效燃烧，炉膛下部采用内循环流化床燃烧，通过调节埋管换热，保证炉膛下部燃烧温度维持在800-900℃，避免结焦。
本发明与现有技术相比优点在于：
(1)炉膛采用中部高温悬浮燃烧段，该段处于1000-1300℃高温环境，远离二噁英生成温度，煤气化或燃烧效率高。
(2)在炉膛中部高温悬浮燃烧段，颗粒燃烧停留时间2-3s以上，保证小粒径煤完全燃尽，克服传统流化床在燃烧小颗粒煤时，由于未燃尽而难分离再循环燃烧造成燃烧效率低的难题。
(3)本发明可高效利用粒径小于3mm煤，进行燃烧或气化。
附图说明
图1为本发明分段高温燃烧循环流化床系统结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供了一种分段高温燃烧循环流化床系统，用于小粒径煤燃烧、气化或有机垃圾焚烧。
该系统包括炉体和燃料给料系统，燃料给料系统包括小粒径燃料给料装置6和大粒径燃料给料装置5，大粒径燃料给料装置5与炉体底部内循环流化床燃烧段2连接，用于向炉体底部内循环流化床燃烧段2供给大粒径燃料，小粒径燃料给料装置6与炉体中部高温悬浮燃烧段3连接，用于向炉体中部供给小粒径燃料，调整小粒径燃料给料装置6的送入燃料量，保持炉体中部高温悬浮燃烧段3在高温环境下燃烧，炉体中部的高温悬浮燃烧段3的燃烧温度在1000-1300℃，并且高温悬浮燃烧段3的炉壁采用高温耐火材料包覆，大粒径燃料给料装置5向炉体内底部送入的大粒径燃料为煤或有机废弃物(粒径0.5-3mm)，小粒径燃料给料装置6向炉体内中部送入的小粒径燃料为粒径在0.5mm以下的煤；炉体上部降温段4设置有控制炉体出口温度的换热器13，该换热器为屏式换热器，降温段4的炉壁为水冷壁14，通过水冷壁14和换热器13将炉体出口温度控制在800-900℃。炉体底部的内循环流化床燃烧段2的下部设置循环调节风室8、低速风室9和高速风室10，低速风室9和循环调节风室8分别以高速风室10为中心对称设置在该高速风室10两侧，循环调节风室8设置在相对高速风室10的最外侧。炉体底部的内循环流化床燃烧段2设置有隔板11和埋管12，埋管12设置在炉体内底部的两侧，位于循环调节风室8的上方位置，炉体内的燃料通过埋管12换热，调整炉体底部的内循环流化床燃烧段2的温度在800-900℃；隔板11相对炉体底面垂直或倾斜设置，将炉体底部分为三段，使得循环调节风室8吹出的风与低速风室9和高速风室10吹出的风隔开。该系统上还设置有燃料再循环系统，该燃料再循环系统包括分离器15和返料控制器17，分离器15和返料控制器17之间通过落料管16连接，燃料再循环系统将炉体上部出口与炉体底部连接，从炉体上部出口排出的煤气经分离器15分离，分离器15可以为旋风分离器或多管陶瓷高温除尘器，分离出的燃料颗粒通过返料控制器17送入炉体底部的内循环流化床燃烧段2继续气化或燃烧，煤气经分离器15分离后从烟道排出，烟道尾部设置有对流换热器18和空气预热器7，通过对流换热器18和空气预热器7换热，用于加热燃烧送风；空气预热器7向循环调节风室8、低速风室9和高速风室10提供循环流化热风，并将小粒径燃料给料装置6中的小粒径燃料携带送入炉体中部。
中部高温悬浮燃烧段3，1000-1300℃高温环境远离二噁英生成温度，使在炉膛下部燃烧段2未燃尽的有害物质随气流流经炉膛中部时，高温焚烧，充分分解，可防止二噁英形成，可有效解决有机物焚烧是造成二噁英排放难题；若进行煤气化时，中部高温段3在1000-1300℃高温环境，可以增大煤气化反应速率，大大提高气化生产效率，同时破坏焦油的生成；当燃用粒径小于3mm的煤时，由于小颗粒煤在中部高温段3高温区停留2-3s，可保证小粒径煤燃尽，这样使得燃烧效率提高。
需要指出的是根据本发明的具体实施方式所做出的任何变形，均不脱离本发明的精神以及权利要求记载的范围。

Claims (10)

1.一种分段高温燃烧循环流化床系统，其特征在于，包括炉体和燃料给料系统，燃料给料系统包括小粒径燃料给料装置和大粒径燃料给料装置，大粒径燃料给料装置与炉体底部内循环流化床燃烧段连接，用于向炉体底部内循环流化床燃烧段供给大粒径燃料，小粒径燃料给料装置与炉体中部高温悬浮燃烧段连接，用于向炉体中部供给小粒径燃料，调整小粒径燃料给料装置的送入燃料量，保持炉体中部高温悬浮燃烧段在高温环境下燃烧；炉体上部降温段设置有控制炉体出口温度的换热器。
2.如权利要求1所述的分段高温燃烧循环流化床系统，其特征在于，所述炉体底部的内循环流化床燃烧段的下部设置循环调节风室、低速风室和高速风室，所述低速风室和循环调节风室分别以所述高速风室为中心对称设置在该高速风室两侧，其中循环调节风室设置在相对高速风室的最外侧。
3.如权利要求2所述的分段高温燃烧循环流化床系统，其特征在于，所述炉体底部的内循环流化床燃烧段设置有隔板和埋管，所述埋管设置在炉体内底部的两侧，位于所述循环调节风室的上方位置，炉体内的燃料通过埋管换热调整炉体底部的内循环流化床燃烧段的温度在800-900℃；所述隔板相对炉体底面垂直或倾斜设置，将炉体底部分为三段，使得所述循环调节风室吹出的风与所述低速风室和高速风室吹出的风隔开。
4.如权利要求1所述的分段高温燃烧循环流化床系统，其特征在于，所述大粒径燃料给料装置向所述炉体内底部送入的大粒径燃料为粒径0.5-3mm的煤或有机废弃物，所述小粒径燃料给料装置向所述炉体内中部送入的小粒径燃料为粒径在0.5mm以下的煤。
5.如权利要求1所述的分段高温燃烧循环流化床系统，其特征在于，所述炉体中部的高温悬浮燃烧段的燃烧温度在1000-1300℃，并且高温悬浮燃烧段的炉壁采用高温耐火材料包覆。
6.如权利要求1所述的分段高温燃烧循环流化床系统，其特征在于，所述炉体上部降温段设置的换热器为屏式换热器，将炉体出口温度控制在800-900℃。
7.如权利要求1-6任一所述的分段高温燃烧循环流化床系统，其特征在于，所述的分段高温燃烧循环流化床系统上还设置有燃料再循环系 统，该燃料再循环系统包括分离器和返料控制器，燃料再循环系统将所述炉体上部出口与所述炉体底部连接，从炉体上部出口排出的煤气经分离器分离，分离出的燃料颗粒通过返料控制器送入炉体底部的内循环流化床燃烧段继续气化或燃烧，煤气经分离器分离后从烟道排出。
8.如权利要求7所述的分段高温燃烧循环流化床系统，其特征在于，所述烟道尾部设置有对流换热器和空气预热器，通过对流换热器和空气预热器换热，用于加热燃烧送风；空气预热器向所述循环调节风室、低速风室和高速风室提供循环流化热风，并将小粒径燃料给料装置中的小粒径燃料携带送入炉体中部。
9.如权利要求7所述的分段高温燃烧循环流化床系统，其特征在于，所述分离器为旋风分离器或多管陶瓷高温除尘器。
10.一种如权利要求1所述的分段高温燃烧循环流化床系统的分段燃烧方法，具体为：炉体内分为下部内循环流化床燃烧段、中部高温悬浮燃烧段和上部降温段三段燃烧，下部燃烧段的燃烧温度为800-900℃、中部高温悬浮燃烧段的燃烧温度为1000-1300℃、上部降温段的温度为800-900℃，中部高温悬浮燃烧段1000-1300℃温度远离二噁英生成所需要的温度，使在炉膛下部燃烧段未燃尽的有害物质随气流流经炉体中部时，高温焚烧，充分分解。 
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