CN103836616A

CN103836616A - 流动层燃烧装置及使用该装置的碳源的燃烧方法

Info

Publication number: CN103836616A
Application number: CN201310594160.9A
Authority: CN
Inventors: 文胜铉; 李承宰; 柳寅洙
Original assignee: KOREA ENERGY TECHNOLOGY INST
Current assignee: KOREA ENERGY TECHNOLOGY INST; Korea Institute of Energy Research KIER
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2014-06-04

Abstract

本发明提供一种流动层燃烧装置及利用该装置的碳源的燃烧方法，所述流动层燃烧装置包括：燃烧炉、旋风分离器、返料机构及热交换器，其特征在于，所述燃烧炉包括燃烧层及排气层，所述燃烧层及排气层中的至少一个层包括一组以上的空气喷射机构，所述空气喷射机构在内壁的同一水平面上包括两个以上的空气喷射管嘴，所述空气喷射管嘴从任一个空气喷射管嘴至设置于左侧方向和右侧方向的另一空气喷射管嘴的在内壁面上的距离相同，并且所述空气喷射管嘴被设置成以与通过所述同一水平面的中心点的直线形成向下方1度至60度的内角的方向喷射空气。

Description

流动层燃烧装置及使用该装置的碳源的燃烧方法

技术领域

本发明涉及一种流动层燃烧装置及使用该装置的碳源的燃烧方法，更详细地，涉及进一步包括通过流动层燃烧炉的燃烧层喷射空气的空气喷射机构的流动层燃烧装置及使用该装置的碳源的燃烧方法。

背景技术

流动层燃烧技术作为在迄今为止开发的燃烧技术中最优选的煤炭的燃烧利用方式，其为如下方法：往适当粉碎煤炭而做成的煤炭粒子与流动介质（例如，在煤炭、石灰石、灰（Ash）、沙子等）的混合粉末中吹入适当速度的空气，做成悬浮流动层（Suspended Fluidzed Bed）状态后使其燃烧。在上述中代替煤炭也能够使用木材、污水污泥等其他碳源。下面，以煤炭为中心进行说明。

该技术因其独特的燃烧原理而与以往的煤炭燃烧技术相比，能够克服煤炭所具有的很多问题点，优点在于，例如，由于除燃烧时能够较好地维持稳定性外，也能够在较低的温度下使煤炭燃烧，因此甚至也能够将劣质煤砖或原煤矸石作为原料使用，并由于防止石灰石的粘合，因此能够同时消除由此发生的各种副作用。

此外，所谓氮氧化物（NOx）的公害性气体排出得较少，且因如石灰石的流动介质的磺化反应而燃烧炉内具有脱硫效果也是特征之一。

由于流动层燃烧的热传递效率非常高，其热传递面积为以往的微粉炭燃烧机的1/3至1/4就足够，因此燃烧炉的制作非常简便且经济利益也高。

当在初期将固体装入到通过底面的气体分散板注入空气的燃烧炉内后增加流速时，将粒子开始流动的流速称为最小流动化速度。若进一步增加流速，则在固体层内生成气泡，该气泡由分散板生成且上升的同时通过气泡间的结合使其大小变大。当气泡上升时，在气泡下面形成尾流（Wale），与气泡一起上升的同时使粒子向上分散，并通过对此的反作用粒子向下部发生逆混合。

该作用随着流速的增加越活泼，将其称为气泡流动层。在层表面气泡破裂的同时分散到出水高度（freeboard）的粒子，在输送分离高度（transport disengaging height，TDH）内按照固体的终端速度，若终端速度大于流速，则再次下落返回到层，若流速大于终端速度，则这些粒子被带出（entrainment）流动层外。被带出的粒子由普通旋风分离器捕集并再次注入到流动层。

但是，向流动层外带出一次的粒子即使注入到流动层，只要通过底面的气体分散板注入的空气的流速没有变化，就被再次带走而向外排出，还存在不燃烧而继续循环的可能性。此外，由于在该情况下，应由旋风分离器捕集的粒子的量变多，因此降低捕集装置的耐久性，也降低煤炭的燃烧效率。

因此，应根据煤炭粒子的大小调节好由底面的气体分散板注入的空气的流速，但在大量存在具有多种粒子大小、密度等的煤炭粒子的情况下，调节流速，使得所述粒子具有适当的流动性，则为接近于不可能。

因此，要求开发如下机构：对不在流动层燃烧机内燃烧而向流动层外排出的煤炭粒子进行控制，以使该煤炭粒子在流动层燃烧机内燃烧。

韩国专利授权号第10-0529001号提供一种流动层焚烧炉，去除了流动层内停滞区域，用于抑制局部的喷出或沟流的发生。但是，通过只在流动层焚烧炉下部形成空气喷射，从而具有难以调节如上述所提到的根据多种燃料特性的空气的流速的问题。

韩国专利授权号第10-0300440号提供一种用于增加燃料的燃烧效率的污泥焚烧装置。为此，在流动层燃烧炉内设置阻挡板，使得具有向阻挡板上侧、以燃烧炉中心部的切线方向喷射空气的装置。但是，这种在燃烧炉内阻挡板的设置具有使流动层燃烧炉的结构变得复杂，且相对于多种燃料特性的空气流量和对流动化条件变化的对应降低的缺点。

韩国专利授权号第10-0171066号提供一种在燃烧器形状的固体燃料燃烧炉中的固体燃料与燃烧空气的喷射方法。在上述专利中提到对空气喷射管嘴的设置方法，但固体燃料的供给方式与流动层燃烧炉不同，需要以微细的粉末状态喷射，具有不适于多种固体燃料燃烧的缺点。

韩国专利授权号第10-2008-7014689号提供一种循环流动层锅炉，通过朝向下方进行二次空气喷射，使得燃料稳定地滞留在燃烧机内。但是，由于在上述发明中提出的空气喷射管嘴的出口速度很高，因此具有微细的粉末反而被排出的可能性，从而具有在燃烧效率方面不利的缺点。

发明内容

本发明是为了解决如上所述的现有技术的问题点而提出的，目的在于提供一种流动层燃烧装置及利用该装置的碳源的燃烧方法，所述流动层燃烧装置包括空气喷射机构，使得在流动层燃烧炉中粒子大小、密度等为多种的碳源不以不完全燃烧状态排出，而是滞留在燃烧层直至燃烧为止。

本发明提供一种流动层燃烧装置，包括：燃烧炉、旋风分离器、返料机构（loop seal）及热交换器，所述燃烧炉包括燃烧层及排气层，所述燃烧层及排气层中的至少一个层包括一组以上的空气喷射机构，所述空气喷射机构在内壁的同一水平面上包括两个以上的空气喷射管嘴，所述空气喷射管嘴从任一个空气喷射管嘴至设置于左侧方向和右侧方向的另一空气喷射管嘴的在内壁面上的距离相同，并且被设置成以与通过所述同一水平面的中心点的直线形成向下方1度至60度的内角的方向喷射空气。

此外，本发明提供一种流动层燃烧装置，所述空气喷射管嘴被设置成以与通过所述同一水平面的中心点的直线形成向下方5度至45度的内角的方向喷射空气。

此外，本发明提供一种流动层燃烧装置，所述空气喷射管嘴被设置成以包括所述同一水平面的中心点的垂直面为基准，以向左侧或右侧的同一方向扭转1度至30度的方向喷射空气。

此外，本发明提供一种流动层燃烧装置，所述空气喷射管嘴被设置成以包括所述同一水平面的中心点的垂直面为基准，以向左侧或右侧的同一方向扭转3度至20度的方向喷射空气。

此外，本发明提供一种流动层燃烧装置，所述空气喷射管嘴收集由流动层燃烧装置排出的废气并进行喷射。

此外，本发明提供一种流动层燃烧装置，其特征在于，所述空气喷射管嘴的空气喷射速度为5m/s至50m/s。

此外，本发明提供一种设置在所述内壁的同一水平面上的一组空气喷射机构由四至八个空气喷射管嘴构成的流动层燃烧装置。

此外，本发明提供一种所述空气喷射机构为两组的流动层燃烧装置。

此外，本发明提供一种流动层燃烧装置，所述空气喷射机构同时喷射选自由碳源、流动介质及催化剂组成的组的一种以上。

此外，本发明提供一种使用所述流动层燃烧装置燃烧碳源的碳源的燃烧方法。

本发明的流动层燃烧装置包括空气喷射机构，使得在流动层燃烧炉中粒子大小、密度等为多种的碳源不以不完全燃烧状态排出，而是滞留在燃烧层直至燃烧为止，从而提供优异的碳源的燃烧效率，并且由于在旋风分离器中不会存在过负载，因此提供提高耐久性的效果。此外，由于能够缩减发生燃烧的燃烧层的高度，因此附加提供将燃烧装置的大小小型化的方法。

附图说明

图1是概要地图示本发明的流动层燃烧装置的一实施方式的图。

图2是概要地图示具备于本发明的流动层燃烧装置的空气喷射机构的空气喷射原理的图。

符号说明

10：燃烧炉 12：燃烧层

14：排气层 20：旋风分离器

30：返料机构 40：热交换器

50：空气喷射管嘴 60：碳源供给部

70：脱硫物质供给部

具体实施方式

下面，参照以本发明的实施方式示例的附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。在说明本发明之前，在判断为对相关联的公知功能及结构的具体说明会不必要地使本发明的主旨不清楚的情况下，省略对其的说明。

如图1所示，本发明的流动层燃烧装置包括：燃烧炉10、旋风分离器20、返料机构30及热交换器40，其特征在于，

所述燃烧炉10包括燃烧层12及排气层14，

所述燃烧层12及排气层14中至少一个层包括一组以上的空气喷射机构，所述空气喷射机构在内壁的同一水平面上包括两个以上的空气喷射管嘴50，

所述空气喷射管嘴50从任一个空气喷射管嘴至设置于左侧方向和右侧方向的另一空气喷射管嘴50的在内壁面上的距离相同，

所述空气喷射管嘴50被设置成以与通过所述同一水平面的中心点的直线形成向下方1度至60度，更优选地，5度至45度的内角的方向喷射空气。在形成不足5度的内角的情况下，难以得到提高不完全燃烧的碳源的燃烧层内滞留的效果，在超过45度的情况下，难以进行喷射的空气与不完全燃烧的碳源之间的混合。

在上述中，包括在燃烧炉中的燃烧层12意味着发生碳源的燃烧的空间，所述排气层14意味着为了使废气通过燃烧层12的上部空间向旋风分离器方向流动而上升的空间。

设置在所述内壁的同一水平面上的一组空气喷射机构并不限定于此，但优选由四至八个空气喷射管嘴50构成。在不足四个的情况下，为了充分的空气供给而喷射的各空气喷射管嘴的空气速度较高，因此微细粉末的排出会变多，难以形成喷射的空气与不完全燃烧的碳源之间的稳定的混合区域。另外，在超过八个的情况下，各空气喷射管嘴的空气喷射速度降低，因此喷射的空气有可能不会到达燃烧炉的中心部。

所述空气喷射机构根据投入的碳源、流动介质或催化剂粒子与密度等可设置两组以上。在该情况下，依次运转空气喷射机构，能够调整所述成分的滞留时间和排出量，在不足两组的设置中难以得到上述的效果。

所述空气喷射机构根据需要能够同时喷射选自由碳源、流动介质及催化剂组成的组的一种以上。

由于在具备如上所述的空气喷射机构的情况下，碳源在燃烧层停滞直至燃烧为止，因此有效地形成燃烧，旋风分离器中不会存在过负载，从而提高耐久性。

在本发明的流动层燃烧装置中，除所述燃料喷射机构及与其相关联的结构外的其他结构可形成为与该领域中使用的通常的流动层燃烧装置相同。因此，省略对这种结构的公知技术所涉及的技术。

如图2的（a）所示，本发明的流动层燃烧装置的空气喷射机构在同一水平面上包括两个以上的空气喷射管嘴50，并且被设置成以与通过所述同一水平面的中心点的直线形成向下方θ1（1度至60度，优选地5度至45度）的内角的方向喷射空气。

如图2的（b）所示，所述空气喷射管嘴50被设置成以包括所述同一水平面的中心点的垂直面为基准，以向左侧或右侧的同一方向扭转θ2（1度至30度，优选地3度至20度）的方向喷射空气。

如上所述，在空气喷射管嘴以包括同一水平面的中心点的垂直面为基准，以向左侧或右侧的同一方向扭转的方向喷射空气的情况下，若空气的流动旋转，则在一定位置发生水平的离心流动，因此能够在下部更顺利地抑制气体及固体的上升。在脱离上述所提出的范围的角度的情况下，难以得到上述的效果。

在上述图2所示的模式图中，令燃烧炉10的半径为R1，同心圆的半径为R2，从空气喷射管嘴至同心圆所形成的水平面的距离为L1，从喷射管嘴至四个速度向量相遇的位置的距离为L2，则通过如下式计算L1、L2。

L1=(R1-R2)tanθ1

L2=R1tanθ1

由于从空气喷射管嘴至L1的空间，垂直向量的力作用较强，因此能够起到在下部抑制气体及固体的上升的作用。因此，起到使极微细的碳源等粒子在燃烧层中充分滞留的守门人（Gate Keeper）的作用。

由于在L1位置产生水平的离心流动，因此气体或碳源等微细的粒子进行圆运动，但从管嘴较强地喷射的一部分气体或固体因惯性而能够到达至L2。在该区域形成与从下部上升的气体及固体一起被混合的区域。

沿切线（Tangential）方向设置喷射管嘴的距离优选以L2以上的间隔设置。

由于在本发明的流动层燃烧装置中，如上所述的空气喷射机构的结构通过空气喷射向下方作用力，因此提供有效地抑制下方燃烧层的微细粉末的流出的效果。

优选地，所述空气喷射管嘴50的空气喷射速度为50m/s以下。在空气喷射速度超过50m/s的情况下，微细的粉末反而飞散得更多，具有被排出的可能性。即，在超过50m/s的情况下，发生湍流混合，会排出微细粉末。由于本发明的重点在于稳定地管理层流流动，因此优选空气喷射速度为50m/s以下。特别是，为了获得预期的空气喷射的效果，优选空气喷射速度为5m/s至50m/s。在空气喷射速度不足5m/s的情况下，喷射的空气难以到达燃烧炉的中心部。

尽管将本发明与上述所涉及的优选实施例相关联地进行了说明，但在不脱离发明的主旨和范围内，能够进行多种修改或变型。因此，所附的权利要求书只要属于本发明的主旨，则应包括这种修改或变型。

Claims

1.一种流动层燃烧装置，包括：燃烧炉、旋风分离器、返料机构及热交换器，

所述燃烧炉包括燃烧层及排气层，

所述燃烧层及排气层中的至少一个层包括一组以上的空气喷射机构，所述空气喷射机构在内壁的同一水平面上包括两个以上的空气喷射管嘴，

所述空气喷射管嘴从任一个空气喷射管嘴至设置于左侧方向和右侧方向的另一空气喷射管嘴的在内壁面上的距离相同，并且被设置成以与通过所述同一水平面的中心点的直线形成向下方1度至60度的内角的方向喷射空气。

2.根据权利要求1所述的流动层燃烧装置，其中

所述空气喷射管嘴被设置成以与通过所述同一水平面的中心点的直线形成向下方5度至45度的内角的方向喷射空气。

3.根据权利要求1所述的流动层燃烧装置，其中

所述空气喷射管嘴被设置成以包括所述同一水平面的中心点的垂直面为基准，以向左侧或右侧的同一方向扭转1度至30度的方向喷射空气。

4.根据权利要求3所述的流动层燃烧装置，其中

所述空气喷射管嘴被设置成以包括所述同一水平面的中心点的垂直面为基准，以向左侧或右侧的同一方向扭转3度至20度的方向喷射空气。

5.根据权利要求1所述的流动层燃烧装置，其中

所述空气喷射管嘴收集由流动层燃烧装置排出的废气并进行喷射。

6.根据权利要求1所述的流动层燃烧装置，其特征在于，

所述空气喷射管嘴的空气喷射速度为5m/s至50m/s。

7.根据权利要求1所述的流动层燃烧装置，其中

设置在所述内壁的同一水平面上的一组空气喷射机构由四至八个空气喷射管嘴构成。

8.根据权利要求1所述的流动层燃烧装置，其中

所述空气喷射机构为两组。

9.根据权利要求1所述的溅射装置，其中

所述空气喷射机构同时喷射选自由碳源、流动介质及催化剂组成的组的一种以上。

10.一种碳源的燃烧方法，使用权利要求1至9中任一项所述的流动层燃烧装置燃烧碳源。