CN105444163B - 超低挥发分超细燃料循环流化床燃烧装置及燃烧方法 - Google Patents

Abstract

一种循环流化床燃烧装置，包括依次相连的循环流化床炉膛、旋风分离器、返料器和预热筒，返料器由下降管、上升管和返料管依次连接而成，其中：所述预热筒大致为圆柱形，预热筒的轴线竖直定向；预热筒的上部与返料器的返料管连接，预热筒的下部通过管道与炉膛返料口连接；返料管与预热筒的圆柱形侧壁面相切，以将来自返料器的物料沿切向送入预热筒；且在预热筒上部、返料器的上升段和返料器的返料管中的至少一个上设置有燃料加入口，燃料适于从所述燃料加入口加入。本发明还涉及一种利用上述循环流化床燃烧装置的燃料燃烧方法。

Description

超低挥发分超细燃料循环流化床燃烧装置及燃烧方法

技术领域

本发明的实施例涉及一种燃烧装置，特别是一种循环流化床燃烧装置和燃料燃烧方法。

背景技术

粒径细小的粉状燃料通常采用悬浮燃烧的方式燃用，如采用煤粉炉燃烧煤粉；但对于挥发分很低的燃料，由于着火困难，采用悬浮燃烧方式很难稳定高效的燃用。比如温和气化产生的细粉灰，粒径小于50μm，挥发分几乎为0，但含碳量可达20～30％，无法用作水泥掺和料，而直接废弃不仅造成环境污染，还将浪费其中的残炭；如能燃尽残炭，则可产生热量用于供热或发电，提高能源利用率。

循环流化床技术由于炉内独特的流体动力特性和结构，被广泛用于劣质燃料的燃烧。然而采用常规循环流化床锅炉燃用超低挥发分、超细的燃料时，如果不大幅度加高炉膛，则难以使燃料充分燃尽、获得较高的燃烧效率，但这会使得锅炉造价上升、经济性降低。

美国专利US 6457425B1公开了一种实现煤燃烧后飞灰中残炭燃尽的方法，在一级旋风分离器料腿与炉膛返料口之间设置一个鼓泡流化床反应器，将二级旋风分离器收集到的飞灰加入该反应器，预热后进入炉膛燃烧。但由于鼓泡流化床的流化气体只能从其顶部的旋风分离器排出、成为窜气，这将严重影响分离器内的正常流动，导致分离效率大大降低。

中国专利申请201110280668.2公开了一种为流化床煤气化炉供高温空气的系统。系统为一个燃用流化床煤气化炉排出的含碳渣和细灰的循环流化床燃烧炉，在循环流化床锅炉循环回路上布置了一个低速燃尽流化床。但由于粒径极细的气化细粉灰难以被旋风分离器捕集，进入低速流化床的实际上主要是旋风分离器能够捕集的粗颗粒，大量的气化细粉灰并没有被送入低速流化床燃尽，而是直接从旋风分离器逃逸了。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够克服现有技术的缺陷，高效燃烧超低挥发分超细燃料的循环流化床燃烧装置。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案如下：

根据本发明的实施例的一个方面，提出了一种循环流化床燃烧装置，包括依次相连的循环流化床炉膛、旋风分离器、返料器和预热筒，其中：所述预热筒大致为圆柱形，预热筒的轴线竖直定向；预热筒的上部与返料器的返料管连接，预热筒的下部通过管道与炉膛返料口连接；返料管与预热筒的圆柱形侧壁面相切，以将来自返料器的物料沿切向送入预热筒；且在预热筒上部、返料器的上升段和返料器的返料管中的至少一个上设置有燃料加入口，燃料适于从所述燃料加入口加入。

可选地，所述燃料加入口包括设置在返料器的返料管或上升段的顶部的第一燃料加入口。

可选地，返料器的返料管或上升段的顶部设有第一风口。

可选地，所述燃料加入口包括设置在返料器的返料管或上升段的顶部的第一燃料加入口，所述第一燃料加入口同时用作第一风口。

可选地，预热筒上部的侧壁设有第二风口，所述第二风口与预热筒相切，适于将供风沿切向送入预热筒，且供风进入预热筒后的旋转方向与来自返料器的物料的旋转方向一致。

可选地，所述燃料加入口包括第二燃料加入口，所述第二燃料加入口与预热筒上部的侧壁相切布置，所述第二燃料加入口同时作为第二风口，且供风经由第二风口进入预热筒后的旋转方向与来自返料器的物料的旋转方向一致。

可选地，预热筒的直径为返料器的下降段的直径的2～5倍。

可选地，预热筒内设有螺旋状导流槽，所述导流槽的螺旋方向与物料沿切向送入预热筒的方向大致相同。

根据本发明的实施例的另一方面，提出了一种燃料燃烧方法，包括步骤：提供上述的循环流化床燃烧装置；和向所述燃料加入口加入燃料。

进一步地，所述燃料的粒径小于200μm且挥发分含量低于4％。

进一步地，所述燃料包括气化细粉灰、热解细粉灰、特殊煤种及特殊含碳废弃物中的至少一种。

可选地，所述循环流化床燃烧装置包括上述的第一风口或者上述的第一风口和第二风口，其中，进入风口的供风包括空气或富氧气体。

可选地，所述循环流化床燃烧装置包括上述的第一风口和第二风口；进入风口的供风包括分开供入第一风口和第二风口的高温烟气与空气或富氧气体。

可选地，所述方法还包括步骤：通过调节风口的供风量和/或供风种类控制预热筒的温度。

本发明提供的循环流化床燃烧装置结构简单，运行可靠，燃料燃烧稳定、燃尽性好，可用于粒径细小(＜200μm)、挥发分极低(＜4％)的燃料，如气化细粉灰、热解细粉灰、特殊煤种及特殊含碳废弃物等的燃烧利用。

附图说明

图1为本发明的示例性实施例1的示意图。

图2为本发明的示例性实施例1的局部剖面示意图。

图3为本发明的示例性实施例2的示意图。

图4为本发明的示例性实施例2的局部剖面示意图。

图5为本发明的示例性实施例3的示意图。

图6为本发明的示例性实施例3的局部剖面示意图。

图7为本发明的示例性实施例4的示意图。

图8为本发明的示例性实施例4的局部剖面示意图。

具体实施方式

虽然将参照含有本发明的较佳实施例的附图充分描述本发明，但在此描述之前应了解本领域的普通技术人员可修改本文中所描述的发明，同时获得本发明的技术效果。因此，须了解以上的描述对本领域的普通技术人员而言为一广泛的揭示，且其内容不在于限制本发明所描述的示例性实施例。

本发明的循环流化床燃烧装置，包括依次相连的循环流化床炉膛、旋风分离器、返料器和预热筒，返料器由下降管、上升管和返料管依次连接而成；还包括预热筒，预热筒大致为圆柱形，预热筒竖直布置，即其轴线为竖直的；预热筒上部与返料器的返料管连接，接受来自返料器的物料，下部通过管道与炉膛返料口连接，将物料送往炉膛。

返料器的返料管与预热筒相切，从而将来自返料器的物料沿切向送入预热筒。物料在返料器的流化风的携带下具有一定的动量，切向进入预热筒后沿筒内壁旋转，同时还受到重力作用，因此物料沿一个向下的螺旋形在预热筒内边旋转边向下移动，直至从预热筒下部排出、经管道进入炉膛。

可选地，所述燃料加入口包括设置在返料器的返料管或上升段的顶部的第一燃料加入口，用于加入燃料，尤其是超低挥发分超细燃料，燃料加入后，将与返料器中的高温循环灰混合、一起进入预热筒，二者在预热筒中边旋转、边下降，既有利于粉状燃料与循环灰的混合，又延长了燃料在预热筒中的停留时间，使燃料有充分的预热时间，对其着火燃烧十分有利。

返料器的返料管或上升段的顶部还可设有第一风口，通入燃烧用风，可提高返料管中的流速，增加燃料与高温循环灰的混合物的动量，强化进入预热筒后的旋流，同时高温循环灰遇空气后会继续燃烧放热，更有利于燃料的预热。

为简化返料器的结构、减少开口，第一风口与第一燃料加入口也可以共用同一个开口。

可选地，预热筒侧壁上部设有与预热筒相切的第二风口，将供风沿切向送入预热筒，且供风进入预热筒后的旋转方向与来自返料器的物料的旋转方向一致，从而可加强燃料与循环灰混合物的旋流，同时还可进一步提供燃烧用风。

第二风口同时也可用于加入燃料。燃料可选择从第一燃料加入口加入或从第二风口加入，也可以同时从二者加入。

可选地，预热筒直径为返料器下降段直径的2～5倍，以便使燃料在预热筒内的边旋转边下降获得足够的停留时间。

可选地，为更好的保持燃料与循环灰混合物的旋流，预热筒内还可设有螺旋状的导流槽，所述导流槽的螺旋方向与物料沿切向送入预热筒的方向大致相同。

预热筒为绝热的，不设换热面；可以通过耐火材料浇筑或砌筑而成。

第一风口和第二风口通入的供风可以是空气、富氧气体或高温烟气。采用了高温烟气时，须同时设置第一风口和第二风口，且仅其中一个风口采用高温烟气，而另一个风口采用空气或富氧气体。第一风口和第二风口通入的燃烧用风均可直接引自循环流化床燃烧装置的二次风系统。

通过调节第一风口和/或第二风口的供风量和供风气体种类，可以控制预热筒的温度。

通过第一风口和第二风口通入返料器和预热筒的供风最终都将从炉膛返料口进入炉膛，不会成为分离器的窜气，因此不会影响分离效率。

当燃烧装置规模较大、具有多个并联的分离器和返料器时，预热筒相应的也为多个。

为保证足够的循环物料量，燃烧装置启动前可先加入适量的惰性床料，如沙子等；燃用气化细粉灰时，可添加经过破碎筛分的气化工艺中同时产生的气化炉底渣；燃烧装置运行中可根据需要适量补充。

超低挥发分超细燃料的燃烧关键要解决着火和燃尽问题，本发明通过设置预热筒，使燃料与高温的循环灰充分掺混，并在筒内旋转下降，从而获得了着火所需的高温条件和燃尽所需的足够的炉内停留时间，从而可稳定高效的燃用超低挥发分的超细燃料。

下面参照附图描述本发明的具体实施例。

实施例1

如图1和图2所示的燃烧装置，包括依次相连的循环流化床炉膛1、旋风分离器2、返料器3和预热筒4；返料器由下降段31、上升段32、返料管33依次连接而成；预热筒4大致为圆柱形，竖直布置，预热筒4上部与返料器3的返料管33连接，下部通过管道与炉膛1返料口连接。返料器3的返料管33与预热筒4相切。

返料器3的上升段32顶部设有第一燃料加入口34，用于加入超低挥发分超细燃料。

返料器下降段31的内直径为300mm，预热筒4的内直径为800mm。

细粉状的燃料进入返料器后，与返料器中的高温循环灰一起，在返料器的流化风的输送作用下，沿切向进入预热筒，并沿筒壁螺旋状下降，在此过程中与高温循环灰充分掺混、被预热、着火燃烧，并从预热筒底部排出、进入炉膛，继续燃烧；炉膛物料随烟气进入。

实施例2

如图3和图4所示的燃烧装置，返料器3的上升段32顶部设有第一燃料加入口34以加入细粉燃料，返料器3的返料管33上设有第一风口35，用于通入空气，以提高返料管33中的流速，增加燃料与高温循环灰的混合物的动量，强化进入预热筒后的旋流，并使高温循环灰在返料器和预热筒中发生后燃，释放热量、预热细粉燃料。

返料器下降段31的内直径为450mm，预热筒4的内直径为1000mm。

实施例3

如图5和图6所示的燃烧装置，返料器3的上升段32顶部设有第一燃料加入口34用以加入细粉燃料，预热筒4侧壁设有与预热筒侧壁相切的第二风口41，通入富氧空气，且第二风口与预热筒4的圆柱面相切，将燃烧用风沿切向送入预热筒，且供风进入预热筒后的旋转方向与来自返料器的物料的旋转方向一致，以加强燃料与循环灰混合物的旋流，并进一步提供燃烧用风。

返料器下降段31的内直径为450mm，预热筒4的内直径为900mm。

可选的，返料器3上还可设有第一风口，用于通入空气，与第二风口通入的供风相互配合，加强预热筒内的旋流。

实施例4

如图7和图8所示的燃烧装置，返料器3的返料管33上设有第一风口35，用于通入空气；预热筒4上设有与预热筒侧壁相切的第二风口41，用于通入高温烟气和细粉燃料，且高温烟气和细粉燃料进入预热筒后的旋转方向与来自返料器的物料的旋转方向一致，以强化燃料与循环灰和混合及旋流，延长在预热筒中的停留时间。

返料器下降段31的内直径为300mm，预热筒4的内直径为1500mm。

虽然在上文已经公开了结合了本发明的原理的示例性实施例，但本发明不限定于所公开的实施例。相反地，本申请旨在使用本发明的一般原则覆盖本发明的任何变化、用途或修改。而且，本发明意图涵盖偏离本公开内容的、如落入本发明所属领域中已知或习惯做法范围内的内容。

Claims (14)

1.一种循环流化床燃烧装置，包括依次相连的循环流化床炉膛、旋风分离器、返料器和预热筒，返料器由下降段、上升段和返料管依次连接而成，其中：

所述预热筒大致为圆柱形，预热筒的轴线竖直定向；

预热筒的上部与返料器的返料管连接，预热筒的下部通过管道与炉膛返料口连接；

返料管与预热筒的圆柱形侧壁面相切，以将来自返料器的物料沿切向送入预热筒；且

在预热筒上部、返料器的上升段和返料器的返料管中的至少一个上设置有燃料加入口，燃料适于从所述燃料加入口加入。

2.根据权利要求1所述的循环流化床燃烧装置，其中，

所述燃料加入口包括设置在返料器的返料管或上升段的顶部的第一燃半斗加入口。

3.根据权利要求1所述的循环流化床燃烧装置，其中，

返料器的返料管或上升段的顶部设有第一风口。

4.根据权利要求1所述的循环流化床燃烧装置，其中，

所述燃料加入口包括设置在返料器的返料管或上升段的顶部的第一燃料加入口，所述第一燃料加入口同时用作第一风口。

5.根据权利要求3或4所述的循环流化床燃烧装置，其中，

预热筒上部的侧壁设有第二风口，所述第二风口与预热筒相切，适于将供风沿切向送入预热筒，且供风进入预热筒后的旋转方向与来自返料器的物料的旋转方向一致。

6.根据权利要求3或4所述的循环流化床燃烧装置，其中，

所述燃料加入口包括第二燃料加入口，所述第二燃料加入口与预热筒上部的侧壁相切布置，所述第二燃料加入口同时作为第二风口，且供风经由第二风口进入预热筒后的旋转方向与来自返料器的物料的旋转方向一致。

7.根据权利要求1所述的循环流化床燃烧装置，其中，

预热筒的直径为返料器的下降段的直径的2～5倍。

8.根据权利要求1所述的循环流化床燃烧装置，其中，

预热筒内设有螺旋状导流槽，所述导流槽的螺旋方向与物料沿切向送入预热筒的方向大致相同。

9.一种燃料燃烧方法，包括步骤：

提供根据权利要求1-8中任一项所述的循环流化床燃烧装置；和

向所述燃料加入口加入燃料。

10.根据权利要求9所述的方法，其中：

所述燃料的粒径小于200μm且挥发分含量低于4％。

11.根据权利要求10所述的方法，其中：

所述燃料包括气化细粉灰、热解细粉灰、特殊煤种及特殊含碳废弃物中的至少一种。

12.根据权利要求9所述的方法，其中：

所述循环流化床燃烧装置为根据权利要求3-6中任一项所述的循环流化床燃烧装置；

进入风口的供风包括空气或富氧气体。

13.根据权利要求9所述的方法，其中：

所述循环流化床燃烧装置为根据权利要求5或6所述的循环流化床燃烧装置；

进入风口的供风包括分开供入第一风口和第二风口的高温烟气与空气或富氧气体。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中：

所述方法还包括通过调节风口的供风量和/或供风种类控制预热筒的温度。