CN102278742A - 一种射流调控的生物质和煤循环流化床共燃装置 - Google Patents

Abstract

一种生物质和煤复合燃烧装置是由流化床(7)、生物质射流进料管(2)、富氧空气入口(3)、气体分布器(4)、原料煤入口(5)、流化床导热管(6)、换热器(9)、换热器导热管(10)、旋风分离器(8)、灰渣出口(1)、贫氧空气出口(11)和排灰口(12)组成。其特征在于流化床(7)底部装有灰渣出口(1)、射流进料管(2)和气体分布器(4)，下部有导热管(6)，侧面有原料煤入口(5)，上部有旋风分离器(8)；换热器(9)底部是排灰口(12)，下部有贫氧空气出口(11)，内有导热管(10)；富氧空气输送生物质进入流化床(7)后，在射流作用下使生物质与煤快速混合后燃烧，大大地减少了生物质焦油的生成。

Description

一种射流调控的生物质和煤循环流化床共燃装置

技术领域

本发明是一种固体燃料的燃烧装置，具体地说涉及一种射流调控的生物质和煤循环流化床共燃装置。 

背景技术

生物质与煤和石油等传统化石燃料具有很大的兼容性，不仅在发电和供热利用方面易于和现有能源工业相衔接，而且是唯一可直接转换为含碳燃料的可再生资源。2009年12月国际能源署在生物质能报告中指出，目前可再生能源提供全球13％的一次能源，而生物质能在可再生能源中处于主导地位，约为10％，其中在经济合作与发展组织国家中生物质能约占3％，主要用于发电和供热；但在发展中国家中平均约为22％，其中有些国家甚至高达90％以上，以民用燃料为主。我国《可再生能源中长期发展规划》指出，目前我国生物质资源可转换为能源的潜力约5亿吨标准煤，今后的潜力可达10亿吨标准煤。生物质能的高效利用不仅可以减少全球温室气体二氧化碳的排放，而且有利于缓解国家油气资源的对外依存度，同时也为我国引领人类第四次工业革命提供了机遇。因此，开展生物质供热、发电、制取清洁燃料以及化工原料和新型材料等方面的高技术开发对国民经济的可持续发展具有极其重要的战略意义。 

在现有的生物质资源利用路线中，直接燃烧是一种最简便可行的利用技术，目前国内外生物质直接燃烧技术主要包括生物质单独燃烧和与煤混燃两种。生物质单独燃烧用于发电或热电联供已在北美和欧洲得到了广泛应用，但主要建设在大型农场或农业非常集中的地区；我国也研制开发出不同类型的生物质燃烧锅炉，技术已基本成熟，主要包括木柴(木屑)锅炉、甘蔗渣锅炉和稻壳锅炉。然而，与欧美国家相比较，国内生物质资源比较分散，作为商品的供应量非常有限，因此，国内市场应用多为中小容量锅炉，且由于原料的季节性和地域半径等原因的制约，迫使生物质单独燃烧企业在缺乏政策扶持前提下难以维持正常运行，只有木材厂和碾米厂等利用废弃生物质资源的企业才有其生存空间。从技术层面讲，生物质燃烧过程中沉积、结渣、腐蚀等问题尚未得到很好地解决，对于采用流化床燃烧锅炉还需要进一步研究炉内颗粒流动非均匀性对燃烧和换热过程的影响行为。 

尽管煤炭在我国一次能源中所占比例逐年减少，但总量却仍然呈现上升的趋势，因此开展煤与生物质混燃技术具有更重要的现实意义。生物质与煤在锅炉中 混合燃烧，毋需对现存燃煤设备进行太大改动，即在现有燃煤锅炉的基础上，根据生物质特点对燃料供应和燃烧室进行部分改造，以生物质燃料替代部分矿物燃料进行混合燃烧后发电或热电联供。尤其是大型电厂的可调节性大，能适应不同程度的生物质混合燃烧，可以根据当地生物质资源的可获得程度灵活匹配生物质混合燃烧规模。同时，高挥发分和低含硫量的生物质与煤混燃的协同效应可以降低燃煤锅炉尾气中的SOx和NOx，采用燃烧温度相对较低的流化床技术则效果更佳。 

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、成本低、易操作的生物质和煤循环流化床共燃装置。 

本发明的目的是这样实现的：它是由流化床、旋风分离器、料腿、返料器、生物质焦油裂解器、富氧空气携带生物质进料管、V形气体分布板、原料煤入口、一次风入口、二次风入口、返料输送风入口、返料松动风入口、灰渣出口和烟气出口组成。其特征在于：流化床上部床体和下部床体通过锥形过渡段连接，上部床体直径大于下部床体直径，面积比为1.2到3.0之间；流化床顶部与旋风分离器入口连接；流化床下部床体内置有生物质焦油裂解器，侧面设有富氧空气携带生物质进料管并引至床体中心处向上伸至生物质焦油裂解器下方；流化床底部设有风室，风室内置有V形气体分布板，底部的中心处设灰渣出口；流化床侧面自下而上依次设有一次风入口、原料煤入口和二次风入口，一次风入口和V形气体分布板连通，二次风入口位于流化床下部和锥形过渡段之间；旋风分离器的顶部为烟气出口，底部与料腿连接，料腿底部与返料器一侧连接，返料器另一侧与流化床下部连接；返料器设有两级输送风入口和松动风入口。 

其进一步特征在于：1、生物质在高速富氧空气携带下进入流化床形成连续射流后迅速热解，气态热解焦油与高速气流卷吸的高温固体物料一起进入生物质焦油裂解器，生物质焦油吸收煤、半焦或焦炭与氧气燃烧反应放出的热量后在裂解器内裂解为小分子的可燃气体；2、生物质燃料一般水分高，发热量低，不易着火，中心富氧射流空气和生物质焦油裂解器的引入，弥补了生物质燃料不易着火的缺陷，同时可以将生物质焦油迅速裂解为小分子可燃气体；3、在生物质焦油裂解器上部，部分生物质燃气组分将燃烧过程中所形成的部分NOx还原为氮气，减少了燃烧过程氮氧化合物的排放；4、返料器设有松动风和两级输送风，可以保证旋风分离器分离的颗粒顺利返回主体流化床；5、本专利技术可以对现有燃煤流化床锅炉进行改造，在高效利用生物质资源的同时，减少二氧化碳、NOx和SOx的排放。 

本发明与现有技术相比具有以下独特优势： 

①本发明对生物质和煤采用了不同的进料方式，生物质通过富氧空气气力输送进入流化床，在生物质射流进料管上方形成连续射流后在高温下快速热解，且热解生物质油吸收高速射流夹带热载体的热量后进一步裂解为小分子的可燃气体，同时，生物质热解后的固体产物在射流作用下通过颗粒的内循环达到床层内不同物性颗粒的均匀混合，避免了生物质和煤混合加料可能引起两种物料分层的缺陷； 

②生物质射流进料管上方设置生物质焦油裂解器，可以使生物质热解油在此裂解器内几乎全部裂解为小分子可燃气体，避免了大分子生物质焦油对后续系统影响； 

③富氧空气生物质射流进料管和生物质焦油裂解器的引入，弥补了生物质燃料不易着火的缺陷； 

④在生物质焦油裂解器上部，还原性的生物质燃气将燃煤过程中所形成的部分NOx转化为氮气，有效地制约了氮氧化合物的排放； 

⑤上部带有扩大段的流化床可以使粒度较小或密度较轻的煤/生物质颗粒返回到流化床下部密相区； 

此外，本发明还具有一般流化床的以下优点： 

①流化床下部装有V形气体分布板，保证了在流化床环隙区内形成鼓泡流态化，颗粒和气体的混合更加充分，有效的促进了生物质和煤的燃烧反应和热量传递，提高了装置的反应效率，同时也有利于灰渣的排放； 

②返料器采用松动风和两级输送风调控系统的压力平衡，可以保证旋风分离器分离的颗粒顺利返回主体流化床。 

③本发明将生物质添加到循环流化床燃煤锅炉中，可以不同程度地减少燃煤锅炉的二氧化碳、NOx和SOx排放。 

附图说明

图1是本发明的结构示意图。 

如图所示，1是灰渣出口，2是富氧空气和生物质进料口，3是一次风入口，4是V形气体分布板，5是原料煤入口，6是流化床下部床体，7是二次风入口，8是流化床中部过渡段，9是流化床上部扩大段，10是生物质焦油裂解器，11是富氧空气和生物质进料喷嘴，12是风室，13是返料松动风入口，14是返料输送风A入口，15是返料器，16是返料输送风B入口，17是料腿，18是旋风分离器，19是烟气出口。 

具体实施方式

生物质被富氧空气气力输送通过生物质射流进料管2进入流化床下部床体6，在生物质射流进料管2上方形成连续射流，原料煤则由原料煤入口5进入，并与生物质形成逆流运动，在射流的扰动下，实现生物质与煤的完全混合，富氧空气经一次风入口3和气体分布器4进入床内，使整个床层处于稳定流化状态。生物质和煤在富氧空气的作用下发生燃烧放热反应，生物质受热生成生物质油经生物质焦油裂解器10进一步裂解为小分子可燃气体，和煤燃烧生成的气体一起，夹带大量灰渣及未燃尽的煤粒、半焦等由流化床下部6向上移动。二次风由二次风入口7进入加强燃烧，在扩大段9内进一步燃烧后，部分固体颗粒返回流化床下部6，其余的气体及粉尘进入旋风分离器18进行气固分离，分离后的高温气体由旋风分离器18顶部的烟气出口19排出，固体进入料腿17，依靠料腿17内固体静压力及来自返料器15的两级输送风和松动风的动力顺利返回流化床下部6。灰渣由流化床6底部的灰渣出口1排出。 

Claims (4)

1.一种射流调控的生物质和煤循环流化床共燃装置，是由流化床、旋风分离器、料腿、返料器、生物质焦油裂解器、富氧空气携带生物质进料管、V形气体分布板、原料煤入口、一次风入口、二次风入口、返料输送风入口、返料松动风入口、灰渣出口和烟气出口组成。其特征在于：流化床上部床体9和下部床体6通过锥形过渡段8连接，上部床体9直径大于下部床体6直径；流化床顶部与旋风分离器18入口连接；流化床下部床体6内置有生物质焦油裂解器10，侧面设有富氧空气携带生物质进料管2并引至床体中心处向上伸至生物质焦油裂解器10下方；流化床底部设有风室12，风室内置有V形气体分布板4，底部的中心处设灰渣出口1；流化床侧面自下而上依次设有一次风入口3、原料煤入口5和二次风入口7，一次风入口3和V形气体分布板4连通，二次风入口7位于流化床下部6和锥形过渡段8之间；旋风分离器18的顶部为烟气出口19，底部与料腿17连接，料腿17底部与返料器15一侧连接，返料器15另一侧与流化床下部6连接；返料器15设有两级输送风入口14、16和松动风入口13。

2.如权利要求1所述的生物质和煤循环流化床共燃装置，其特征在于流化床下部引入生物质射流进料喷嘴，既可以使生物质在流化床底部迅速热解，也可以强化生物质及其燃烧残焦与煤均匀混合。

3.如权利要求1所述的生物质和煤循环流化床共燃装置，其特征在于所述流化床内置有生物质焦油裂解器，可以使生物质焦油进一步裂解为小分子可燃气体，避免生物质焦油对后续管道的堵塞等不利影响。

4.如权利要求1所述的生物质和煤循环流化床共燃装置，其特征在于所述流化床上部带有扩大段，其中扩大段和流化床下部的面积比为1.2到3.0之间，扩大段的设置可以使部分固体颗粒回到流化床下部密相区继续燃烧，减轻旋风分离器的分离负担。