CN106765065A - 一种基于塔式鼓泡反应器的循环流化床燃烧装置及燃烧方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于塔式鼓泡反应器的循环流化床燃烧装置及燃烧方法，该装置由塔式鼓泡反应器、旋风分离器和返料器组成的一个循环回路；其方法在于塔式鼓泡反应器内燃料依次向上通过各个鼓泡流化床，与氧化性气体进行氧化反应，物料颗粒和烟气经旋风分离器气固分离后，物料颗粒经返料器再次进入塔式鼓泡反应器进行循环反应。本发明可以有效改善循环流化床内气固流动状态，强化气固接触反应，提高循环流化床内脱硫效率和燃料的反应效率。

Description

一种基于塔式鼓泡反应器的循环流化床燃烧装置及燃烧方法
技术领域
本发明涉及一种塔式鼓泡反应器的循环流化床燃烧装置及其方法，属于反应器和再生装置技术领域。
背景技术
在人民生活水平日益提高的同时，环境污染亦达到了惊人的程度，生态环境严重恶化。我国的SO2排放量居世界第一，酸雨区域已经蔓延到40％的国土面积，因此高效、清洁燃烧技术引起广泛的关注，其中循环流化床燃烧是一种已基本成熟的高效清洁燃烧技术。
循环流化床具有燃料适应性强且燃烧效率高的特点，不仅可以燃用烟煤等优质煤，而且可燃用各种劣质燃料如褐煤、贫煤、洗中煤、泥煤、矸石、石油焦、油页岩、废木屑甚至工业废弃物和城市垃圾等。同时可添加脱硫剂，低成本实现流化床内高效脱硫
对于流化床，增加床层高度，可以增加物料的停留时间，提高反应效率，但是同时气泡在床层内更容易合并长大使气固接触减小。因此，如何提高反应器内燃料的转化效率，保证良好的流化状态和气固混合状态，增大固体颗粒在反应器内停留时间，是提高循环流化床反应效率的关键问题，其技术有着广泛的社会效益和工业应用前景。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种能够提高反应效率、转化效率和燃烧效率、同时提高脱硫剂的利用率和脱硫效率的基于塔式鼓泡反应器的循环流化床燃烧装置及燃烧方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于塔式鼓泡反应器的循环流化床燃烧装置，其特征在于：包括塔式鼓泡反应器(1)、旋风分离器(2)和返料器(3)，所述塔式鼓泡反应器(1)、旋风分离器(2)和返料器(3)依次循环连接。
所述塔式鼓泡反应器(1)包括一个以上的鼓泡流化床(1.1)，所述鼓泡流化床(1.1)沿高度方向叠加在一起。上下相邻两层的鼓泡流化床(1.1)中下层鼓泡流化床(1.1)的顶部设有气体出口，而上层的鼓泡流化床(1.1)的底部设有气体进口，且气体出口和气体进口相连通。另外，塔式鼓泡反应器(1)中最下层的鼓泡流化床(1.1)上设置有氧化性气体进口(1.4)和物料进口(1.5)。
所述旋风分离器(2)通过横管(1.3)与塔式鼓泡反应器(1)中最上层的鼓泡流化床(1.1)连通，而所述旋风分离器(2)通过料腿(2.1)与返料器(3)相连通，同时所述旋风分离器(2)上设置有烟气排气管(2.2)。
所述返料器(3)通过出料管(3.1)与塔式鼓泡反应器(1)中最下层的鼓泡流化床(1.1)连通，同时，所述返料器(3)上设置有流化气体进口(3.2)。
进一步地：上下相邻两层的鼓泡流化床(1.1)之间设置有布风隔板(1.2)，而气体出口和气体进口通过布风隔板(1.2)相连通。
优选的：所述旋风分离器(2)的底部通过料腿(2.1)与返料器(3)的顶部连通。
一种基于塔式鼓泡反应器的循环流化床燃烧装置的燃烧方法，氧化性气体经氧化性气体进口(1.4)进入到塔式鼓泡反应器(1)的最下层的鼓泡流化床(1.1)中，固体燃料经物料进口(1.5)进入到塔式鼓泡反应器(1)的最下层的鼓泡流化床(1.1)中。在鼓泡流化床(1.1)中，氧化性气体与固体燃料进行氧化反应，生成含二氧化碳和水蒸气的烟气、物料颗粒。烟气携带物料颗粒通过气体出口和气体进口进入上层鼓泡流化床(1.1)中，在上层鼓泡流化床(1.1)中，物料颗粒中未被完全氧化的固体燃料继续氧化反应，整个过程直至到最上层的鼓泡流化床(1.1)。最上层的鼓泡流化床(1.1)产生的烟气和物料颗粒经横管(1.3)进入旋风分离器(2)，进行气固分离，烟气通过烟气排气管(2.2)排出，分离下来的物料颗粒通过料腿(2.1)进入返料器(3)中，经从返料器(3)上的流化气体进口(3.2)进入的流化气体的流化作用后，呈流体状的物料颗粒经出料管(3.1)排出到塔式鼓泡反应器(1)最下层的鼓泡流化床(1.1)中，完成物料颗粒的循环流动过程。
优选的：所述物料颗粒为含有固体燃料、脱硫剂和惰性床料的混合颗粒。
优选的：所述物料颗粒中含有的脱硫剂与烟气在塔式鼓泡反应器(1)最下层的鼓泡流化床(1.1)中进行脱硫反应，未被利用的脱硫剂通过进入上层鼓泡流化床(1.1)继续脱硫反应，整个过程直至到最上层的鼓泡流化床(1.1)。最上层的鼓泡流化床(1.1)产生的烟气携带未被利用的脱硫剂经横管(1.3)进入旋风分离器(2)，进行气固分离，烟气通过烟气排气管(2.2)排出，分离下来的脱硫剂通过料腿(2.1)进入返料器(3)中，经返料器(3)回到塔式鼓泡反应器(1)最下层的鼓泡流化床(1.1)中，再次循环利用。
优选的：所述固体燃料为含碳氢的固体燃料，包括煤炭、生物质、生活污泥。所述脱硫剂为可脱除烟气中含硫化合物的颗粒或粉末状固体脱硫剂。
优选的：所述氧化性气体为空气、氧气、水蒸气、二氧化碳中一种或多种混合的气体。
优选的：所述塔式鼓泡反应器(1)中的反应温度为750～1000℃。
有益效果：本发明相比现有技术，具有以下有益效果：
本发明提供的一种基于塔式鼓泡反应器的循环流化床燃烧装置及方法，采用以若干个独立的鼓泡流化床沿高度方向叠加组成塔式鼓泡反应器的方法，改善塔式鼓泡反应器内气-固混合，利于提高反应效率；本发明增加了固体燃料在塔式鼓泡反应器内的停留时间，使得固体燃料充分氧化，提高塔式鼓泡反应器内燃料的转化效率；在塔式鼓泡反应器中，沿高度方向叠加的多层鼓泡流化床可以有效抑制反应器内气泡的长大，使流动均匀，且增加细微焦炭颗粒在循环流化床内停留时间，保证固体燃料的燃烧效率；另一方面，本发明增加了脱硫剂在塔式鼓泡反应器内的停留时间，改善循环流化床内脱硫剂和烟气的气固混合状态，提高脱硫剂的利用率和脱硫效率，其技术有着广泛的社会效益和工业应用前景。
附图说明
图1为本发明的装置结构示意图。
其中有塔式鼓泡反应器1，鼓泡流化床1.1，布风隔板1.2，横管1.3，氧化性气体进口1.4，物料进口1.5，旋风分离器2，料腿2.1，烟气排气管2.2，返料器3，返料器出料管3.1，返料器流化气体进口3.2。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1所示为一种
一种基于塔式鼓泡反应器的循环流化床燃烧装置，如图1所示，包括塔式鼓泡反应器、旋风分离器、返料器依次连接组成的循环反应装置。
塔式鼓泡反应器1由若干个独立的鼓泡流化床1.1沿高度方向叠加组成，上下相邻两层的鼓泡流化床1.1中，下层鼓泡流化床1.1的顶部设有气体出口，紧邻的上层鼓泡流化床1.1的底部设有气体进口，上下相邻两层的鼓泡流化床1.1之间设有独立的布风隔板1.2，气体出口和气体进口通过布风隔板1.2相连通；布风隔板的作用是高床层下使塔式鼓泡反应器内气固流动均匀，同时支撑各个鼓泡流化床内的颗粒床料。另外，塔式鼓泡反应器1中最下层的鼓泡流化床1.1上设置有氧化性气体进口1.4和物料进口1.5。
塔式鼓泡反应器1通过旋风分离器2和返料器3与塔式鼓泡反应器1的下部连接；
设置于塔式鼓泡反应器1上部的横管1.3与旋风分离器2的上部进料口相连通，旋风分离器2的顶部为烟气排气管2.2，旋风分离器的下部出料口经料腿2.1连接返料器3的顶部。旋风分离器的料腿2.1经返料器3，再经返料器出料管3.1与塔式鼓泡反应器1的下部相连通。返料器3的作用是将从旋风分离器2分离下来的颗粒物料通过流态化的方式输送到塔式鼓泡反应器1中。
一种基于塔式鼓泡反应器的循环流化床燃烧装置的燃烧方法，为高效清洁燃烧技术，燃料为固体燃料，气体为氧化性气体。固体燃料进入所述塔式鼓泡反应器的底部或下部鼓泡流化床中，通过物料颗粒循环回到塔式鼓泡反应器中与氧化性气体进行反应，提高气固反应效率。氧化性气体为空气、氧气、水蒸气、二氧化碳等一种或多种混合而成的气体。固体燃料为含碳氢的固体燃料，包括煤炭、生物质、生活污泥。脱硫剂为可脱除烟气中含硫化合物的颗粒或粉末状固体脱硫剂。固体燃料进入塔式鼓泡反应器1内，通过燃料在塔式鼓泡反应器1、旋风分离器2和返料器3之间循环反应，实现固体燃料的燃烧，同时脱硫剂进入塔式鼓泡反应器1内，通过脱硫剂在塔式鼓泡反应器1、旋风分离器2和返料器3之间循环利用，实现流化床内的高效脱硫；具体方法包括以下步骤：
氧化性气体经塔式鼓泡反应器1底部的氧化性气体进口1.4进入塔式鼓泡反应器1的底部鼓泡流化床1.1中，固体燃料经塔式鼓泡反应器底部或下部的物料进口1.5进入塔式鼓泡反应器1中，氧化性气体与固体燃料进行氧化反应，生成含二氧化碳和水蒸气等气体的烟气，未被完全氧化的固体燃料通过布风隔板1.2进入上层鼓泡流化床1.1继续氧化反应；最上层的鼓泡流化床1.1将烟气和物料颗粒经横管1.3进入旋风分离器2进行气固分离，烟气通过烟气排气管2.2排出，分离下来的物料颗粒通过料腿2.1进入返料器3中，经从返料器3底部的返料器流化气体进口3.2进入的流化气体的流化作用后，呈流体状的物料颗粒经返料器出料管3.1排出到塔式鼓泡反应器的底部，完成物料颗粒的循环流动过程；
物料颗粒中含有脱硫剂，脱硫剂与烟气在塔式鼓泡反应器1中进行脱硫反应，未被利用的脱硫剂通过布风隔板1.2进入上层鼓泡流化床1.1继续脱硫反应；烟气携带脱硫剂经横管1.3进入旋风分离器2进行气固分离，烟气通过烟气排气管2.2排出，分离下来的脱硫剂通过料腿2.1进入返料器3中，经返料器3回到塔式鼓泡反应器1的底部，再次循环利用；
塔式鼓泡反应器1底部或下部鼓泡流化床1.1内少量未完全氧化的残余固体燃料随流化气体带动携带出去，通过布风隔板1.2进入塔式鼓泡反应器1上层鼓泡流化床1.1，进一步进行氧化反应，转化为二氧化碳和水蒸气，提高反应效率；
同样的，塔式鼓泡反应器1底部或下部鼓泡流化床1.1内少量未利用的脱硫剂随流化气体带动携带出去，通过布风隔板1.2进入塔式鼓泡反应器1上层鼓泡流化床1.1，与烟气接触进一步进行脱硫反应，提高脱硫剂的利用率和脱硫效率；
此外，固体燃料在塔式鼓泡反应器1底部或下部鼓泡流化床1.1内反应后的部分灰尘通过布风隔板1.2进入塔式鼓泡反应器1上层鼓泡流化床1.1，被塔式鼓泡反应器1内的气体携带出去，通过旋风分离器2的烟气排气管2.2一起排出；
塔式鼓泡反应器1中的反应温度为750～1000℃；塔式鼓泡反应器1为鼓泡流化床。
综上，本发明所述的基于塔式鼓泡流化床反应器的循环流化床燃烧装置及方法，可以控制气泡尺寸，保证流动均匀，改善塔式鼓泡反应器内气-固混合状态，促进气固反应，增加固体颗粒在塔式鼓泡反应器内的停留时间，提高反应效率、床料利用率以及脱硫剂利用率，其技术有着广泛的社会效益和工业应用前景。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于塔式鼓泡反应器的循环流化床燃烧装置，其特征在于：包括塔式鼓泡反应器(1)、旋风分离器(2)和返料器(3)，所述塔式鼓泡反应器(1)、旋风分离器(2)和返料器(3)依次循环连接；
所述塔式鼓泡反应器(1)包括一个以上的鼓泡流化床(1.1)，所述鼓泡流化床(1.1)沿高度方向叠加在一起；上下相邻两层的鼓泡流化床(1.1)中下层鼓泡流化床(1.1)的顶部设有气体出口，而上层的鼓泡流化床(1.1)的底部设有气体进口，且气体出口和气体进口相连通；另外，塔式鼓泡反应器(1)中最下层的鼓泡流化床(1.1)上设置有氧化性气体进口(1.4)和物料进口(1.5)；
所述旋风分离器(2)通过横管(1.3)与塔式鼓泡反应器(1)中最上层的鼓泡流化床(1.1)连通，而所述旋风分离器(2)通过料腿(2.1)与返料器(3)相连通，同时所述旋风分离器(2)上设置有烟气排气管(2.2)；
所述返料器(3)通过出料管(3.1)与塔式鼓泡反应器(1)中最下层的鼓泡流化床(1.1)连通，同时，所述返料器(3)上设置有流化气体进口(3.2)。
2.根据权利要求1所述的基于塔式鼓泡反应器的循环流化床燃烧装置，其特征在于：上下相邻两层的鼓泡流化床(1.1)之间设置有布风隔板(1.2)，而气体出口和气体进口通过布风隔板(1.2)相连通。
3.根据权利要求1所述的基于塔式鼓泡反应器的循环流化床燃烧装置，其特征在于：所述旋风分离器(2)的底部通过料腿(2.1)与返料器(3)的顶部连通。
4.一种如权利要求1所述的基于塔式鼓泡反应器的循环流化床燃烧装置的燃烧方法，其特征在于：氧化性气体经氧化性气体进口(1.4)进入到塔式鼓泡反应器(1)的最下层的鼓泡流化床(1.1)中，固体燃料经物料进口(1.5)进入到塔式鼓泡反应器(1)的最下层的鼓泡流化床(1.1)中；在鼓泡流化床(1.1)中，氧化性气体与固体燃料进行氧化反应，生成含二氧化碳和水蒸气的烟气、物料颗粒；烟气携带物料颗粒通过气体出口和气体进口进入上层鼓泡流化床(1.1)中，在上层鼓泡流化床(1.1)中，物料颗粒中未被完全氧化的固体燃料继续氧化反应，整个过程直至到最上层的鼓泡流化床(1.1)；最上层的鼓泡流化床(1.1)产生的烟气和物料颗粒经横管(1.3)进入旋风分离器(2)，进行气固分离，烟气通过烟气排气管(2.2)排出，分离下来的物料颗粒通过料腿(2.1)进入返料器(3)中，经从返料器(3)上的流化气体进口(3.2)进入的流化气体的流化作用后，呈流体状的物料颗粒经出料管(3.1)排出到塔式鼓泡反应器(1)最下层的鼓泡流化床(1.1)中，完成物料颗粒的循环流动过程。
5.根据权利要求4所述的基于塔式鼓泡反应器的循环流化床燃烧装置的燃烧方法，其特征在于：所述物料颗粒为含有固体燃料、脱硫剂和惰性床料的混合颗粒。
6.根据权利要求5所述的基于塔式鼓泡反应器的循环流化床燃烧装置的燃烧方法，其特征在于：所述物料颗粒中含有的脱硫剂与烟气在塔式鼓泡反应器(1)最下层的鼓泡流化床(1.1)中进行脱硫反应，未被利用的脱硫剂通过进入上层鼓泡流化床(1.1)继续脱硫反应，整个过程直至到最上层的鼓泡流化床(1.1)；最上层的鼓泡流化床(1.1)产生的烟气携带未被利用的脱硫剂经横管(1.3)进入旋风分离器(2)，进行气固分离，烟气通过烟气排气管(2.2)排出，分离下来的脱硫剂通过料腿(2.1)进入返料器(3)中，经返料器(3)回到塔式鼓泡反应器(1)最下层的鼓泡流化床(1.1)中，再次循环利用。
7.根据权利要求5所述的基于塔式鼓泡反应器的循环流化床燃烧装置的燃烧方法，其特征在于：所述固体燃料为含碳氢的固体燃料，包括煤炭、生物质、生活污泥；所述脱硫剂为可脱除烟气中含硫化合物的颗粒或粉末状固体脱硫剂。
8.根据权利要求4所述的基于塔式鼓泡反应器的循环流化床燃烧装置的燃烧方法，其特征在于：所述氧化性气体为空气、氧气、水蒸气、二氧化碳中一种或多种混合的气体。
9.根据权利要求4所述的基于塔式鼓泡反应器的循环流化床燃烧装置的燃烧方法，其特征在于：所述塔式鼓泡反应器(1)中的反应温度为750～1000℃。
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