CN1072767A - 用于烘干流化床锅炉的燃料的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于烘干给流化床锅炉(1)点 火的燃料的方法和装置。将流化床的热的、惰性的固 体燃料按一个被调节的速率自炉膛(2)循环至一个简 单的烘干机(11)，该烘干机(11)设置在至锅炉(1)的 燃料供料管路(7)上，借此烘干了燃料并产生了蒸 汽。借助于被控制的流化床固体燃料的再循环，可以 保持烘干机(11)的温度恒定不变，因此可省去烘干机 (11)的所有热传输表面。将烘干过程释放出来的几 乎纯净的蒸汽从烘干机(11)送到有用的应用场合。

Description

本发明涉及烘干给流化床锅炉点火的燃料的方法和设备。燃料在供给流化床锅炉前先要在位于供料管路中的烘干机中烘干，从而可使用再循环的流化床固体燃料去烘干燃料。控制流化床固体燃料的循环速率，使供给烘干机的热的流化床固体燃料的数量足够烘干所包含的燃料。流化床固体燃料在烘干机中与湿燃料混合，降低了燃料的湿度并且产生了蒸汽。将烘干的燃料和流化床固体燃料加到锅炉的炉膛中。可将烘干过程中产生的蒸汽从烘干机送至有用的应用场合，最好送至冷凝级，以便在能量产生过程中利用。

在加压燃料点火的动力设备中，在将湿燃料送入锅炉的炉膛之前一般借助于烟气将该湿燃料烘干。因为加压燃料燃烧室需要干燃料才能稳定燃烧，所说燃料的烘干过程是必不可少的。在流化床锅炉中，要进行有效的燃烧，燃料不必是干的，但在流化床中可能发生烘干和燃烧，这种烘干和燃烧的热量相当高。

在使用烟气的烘干过程中，烟气和烘干过程中产生的蒸汽逐渐相互混合在一起。从烟气和烘干过程中产生的蒸汽的气体混合物中回收热量，在经济效益上一般没有什么实用价值，这是因为在相当高的温度下不可能回收冷凝的热量，并且烟气中的酸性分量（NOx和SOx）在低于水的露点的温度下会强烈腐蚀热交换器表面。

还要借助于不同的蒸汽加热的烘干机（其中的烘干热量是从送入烘干机中的蒸汽获得的）对燃料进行烘干以便实现加压燃料的点火。蒸汽在为烘干机设计的热交换器表面上冷凝。一般来说，使用温度尽可能低的低压蒸汽，并且不必回收燃料释放出来的蒸汽。

现有技术中的一种有用的蒸汽加热的烘干机结构是流化床蒸汽加热的烘干机，其中首先用压缩机来提高烘干机排出蒸汽的压力水平，然后将加压的蒸汽引向烘干机的蒸汽冷凝表面，借此来回收来自排出蒸汽的冷凝热量。这样一种烘干机的缺点是投资成本高和压缩机的内部功耗相当大。

德国专利申请DE3，726，643公开了一种结构，这种结构仅限于用在循环的流化床锅炉，其中的整个的循环流化床固体燃料流是送到混合器型的烘干机的。对于市场上销售的典型循环流化床锅炉而言，该系统使用了一种带有冷却表面的热交换器结构作为烘干机。在该德国申请出版物中描述的实施例中，再循环的蒸汽起液化气体的作用。因为不可能控制再循环的流化床固体燃料的数量以适应所需的烘干效应，所以要为烘干机提供热传输表面。于是，再循环的流化床固体燃料的冷却发生在三个不同的阶段：燃料的烘干、再循环蒸汽的过热、以及对置于烘干机流化床中的冷却管道的热传输。

上述系统还有一个缺点，即烘干机的结构和处理装置很复杂，使投资成本高昂。再有，在这种实施例中的烘干机的流化床温度必须比水蒸发成蒸汽所必须的相变温度明显地高（高出100-300℃），因此燃料的气化和焦油的生成将要妨碍该设备的技术上的可行性。

本发明不限于烘干机运行的流化床技术。本烘干机的基本特征是，允许流化床固体燃料以被控的方式进入烘干机的数量必须能保持烘干机温度在一个期望的水平上。

当按照本发明操作流化床烘干机时，在烘干过程中产生的循环的排出蒸汽不是像上述的德国申请的实施例中的那种情况用于冷却流化床，而是保持该流化床处于液化状态。

当按照本发明通过再循环流化床固体燃料至烘干过程的热量输入量是根据所需的烘干容量进行控制时，即可将烘干机的结构简化，因为可从烘干机上省去所有的热传输表面。换言之，烘干机一般必须具备的热传输能力由调节至烘干机的热输入量的控制方案所代替。鉴于此，本发明的焦点不在于用蒸汽烘干本身（这方面已在几个市场上销售的产品应用中实施了），而在于实现一个极其有益的烘干机结构。

如以上所述，由于和燃料的燃烧有关的一些原因，流化床锅炉不一定要烘干燃烧的燃料。但如果可以冷凝来自烘干过程的排出蒸汽，烘干机就可能在能量产生方面给出有经济效益的优越条件。从中可以得到一个附带的好处，即重新进入炉膛的烟气量减少了，减少的数量为被冷凝的排出蒸汽量。因此可以使用较小的锅炉，并且降低了锅炉的投资成本。

按照本发明，燃料的烘干是使用给烘干过程引入热量的热的流化床固体燃料，在将燃料供给锅炉之前，在适于安置在燃料供料管路中的一个烘干机中完成的。将流化床固体燃料再循环进入设在供料管路中的烘干机内的数量必须使再循环的流化床固体燃料的热量与烘干该燃料的能量要求相适应。通过来自流化床固体燃料\燃料混合物温度的控制信号来控制再循环速率。该控制装置也可以使用其它的与混合物温度有关的测量信号，例如一氧化碳、或混合物的温度。该控制方案基本上是通过调节再循环的流化床固体燃料至烘干机的供料速度实现的。

热的流化床固体燃料与湿燃料混合，使包含在湿燃料中的湿气在烘干温度下蒸发。流化床固体燃料\湿燃料混合物温度范围保持在能从该湿燃料蒸发出所含水份的温度和避免湿燃料高温分解的温度之间。烘干温度依赖于烘干机通常所处的压力和要烘干的燃料。在大气压下，烘干温度一般为110℃左右。通过调节流化床固体燃料进入烘干机的供料速度，并且通过有效地混合烘干机中的流化床固体燃料和湿燃料，就能避免混合物过热。通过常规的燃料供料喷嘴将该混合物加入流化床锅炉的炉膛。

借助于使用惰性的流化床固体燃料把热量引入烘干过程，即可获得烘干过程中的所谓排放蒸汽以便作为几乎纯净的蒸汽供回收利用，该蒸汽的冷凝温度极接近于烘干温度。

将热量引入烘干过程的这种方式的结果是得到一个有特殊优点的烘干机，因为对于烘干机的热输入是在流化床固体燃料与湿燃料在烘干机中混合的过程中以有效的方式发生的。在烘干机中冷却了的流化床固体燃料在返回到炉膛的热的流化床并与该流化床混合在一起时又迅速加热起来。

原则上，可以将该烘干机构造成任何封闭的气密混合器，可在该混合器中让热的流化床固体燃料与湿燃料相互有效混合在一起。另一种实际可行的烘干机是借助于再循环的排出蒸汽液化的流化床烘干机。该烘干机的流化床的有效内部热传输能力保证了烘干机的均匀温度分布，同时该流化床的稳定的热含量能够防止在给该烘干过程供料临时中断期间发生燃料过热。

本发明的烘干机即适用于气泡型流化床锅炉，又适用于循环的流化床锅炉。当一部分循环固体燃料加到循环的流化床锅炉时，这部分循环固体燃料就被送往烘干机，被烘干的燃料和被冷却的循环固体燃料的混合物从烘干机、经过例如循环固体燃料的返回喷嘴、返回到锅炉的炉膛。

按本发明的烘干机从炉膛获得了用于烘干过程的热量，由于新颖的烘干安排，因此锅炉的流化床尺寸不需要有大的改变。但对锅炉尺寸却有影响，因为烟气中没有烘干过程中产生的蒸汽，所以烟气体积减少了。如果将该烘干机用于新的流化床锅炉，锅炉的对流面积以及静电烟气除尘器的尺寸都可减少。

具体地说，按照本发明的方法的主要特征如下：

一种用于烘干给流化床锅炉（1）点火的燃料的方法，在该方法中，

让来自流化床锅炉（1）的炉膛的热的流化床固体燃料自锅炉的炉膛再循环至设置在燃料供料管道中的一个烘干机（11），

该湿燃料在烘干机（11）中与流化床固定燃料混合并被烘干，因此从该湿燃料中释放出蒸汽，

将被烘干的燃料和流化床固体燃料的混合物送入流化床锅炉（1）中，

控制流化床固定燃料再循环速率，以便将流化床固体燃料/湿燃料混合物的温度保持在蒸汽的饱和温度以上、燃料的高温分解温度之下;

将烘干过程中产生的几乎纯净的蒸汽从烘干机（11）加到有用的应用场合。

另外，按照本发明的设备的特征如下：

一种用来烘干给流化床锅炉（1）点火的燃料的设备，所说设备包括：

一个流化床锅炉（1），

一个燃料烘干机（11），

一个用于自烘干机至烘干机再循环流化床固体燃料的喷嘴（8），

一个用于自烘干机至锅炉供应湿燃料与流化床固体燃料的混合物的喷嘴（10），

其特征在于该设备进一步还包括：

用于调节进入烘干机的再循环的流化床固体燃料数量的控制部件（16）和/或（15），

用于将在烘干过程中产生的蒸汽送至有用的应用场合的喷嘴（9），并且

在烘干机中没有单独的热传输表面。

按本发明的方法和设备有许多优点。所用的烘干方法便于实现一个以极其有益的结构和制造成本为特色的烘干系统。新的烘干系统的成本和现有的其它系统相比低达10-20%左右。

按照本发明的烘干系统可用来产生排出蒸汽，这些蒸汽可用于产生能量的过程中。例如在一个用50%湿度的泥煤燃料点燃的流化床锅炉中，从烘干机可产生的排出蒸汽压力为1巴，可用在动力设备工艺中的透平回路中。排出蒸汽的能量可用于局部加热中，例如作为工艺用汽使用，或用在电力产生过程中。在产生局部加热能量或工艺用汽过程中，相对于对锅炉的燃料热量输入功率而言的总热量输出增加约13.3%相对于燃料热量输入功率而言的电能产生增加约为1.7%。

如上所述，因为在要从锅炉排出的烟气中没有燃料烘干过程中产生的排出蒸汽，因此可以减小锅炉的尺寸。对于上述实例，锅炉尺寸减小了15-20%。

下面参照所附的附图详尽地描述本发明，其中：

图1示意地表示出按照本发明的烘干方法和设备，以及

图2表示一个实施例，其中的锅炉是一种循环的流化床锅炉，烘干机是一种流化床烘干机，该烘干机的结构被设计用来再循环在烘干过程中产生的并返回到烘干机以便液化烘干机的流化床的一部分蒸汽。

按照图1所示的方法，即用本发明的方法例如在一个简单的混合床烘干机中将诸如泥煤之类的湿燃料烘干，并且利用在烘干过程中产生的几乎纯净的蒸汽来产生能量。典型应用中的烘干过程在大气压力下进行。该设备包括：带有炉膛2的流化床锅炉1、空气入口集合管4、分配空气的炉蓖5、以及烟囱3、烘干机11、燃料供料管7、和该流化床锅炉的液化空气入口管6。另外，该设备中还设置一个再循环流化床固体燃料的供料喷嘴8、混合流化床固体燃料和该湿燃料的返回喷嘴10、排放燃料烘干过程中释放的蒸汽的回收管9、以及调节湿燃料和流化床固体燃料流的冷凝器13和控制部件15和16、以及燃料供料控制部件17。

高湿度泥煤沿燃料供给管7加到烘干机11。在这种情况下含砂的、热的、惰性流化床的固体燃料在400-1000℃温度下，最好在800-900℃温度下，自流化床锅炉1经入口喷嘴8再循环至该烘干机。借助于控制部件16调节进入的再循环的固体燃料数量，使经烘干机11再循环的流化床固体燃料导入的热量和烘干过程消耗的热量相一致。下面详细描述烘干机的能量要求和控制。

在烘干机11中，流化床固体燃料与该湿燃料进行机械式混合。当流化床固体燃料与该湿燃料直接接触时就将发生有效的热传输。

当该湿燃料与流化床固体燃料混合时，即烘干了该湿燃料并且产生了蒸汽。因为除该湿燃料外，只有来自锅炉流化床的固体燃料能够进入烘干机，在烘干过程中产生的排出蒸汽几乎是纯净的，一般只含约2-5%的惰性气体。因此，排出的蒸汽容易冷凝，它的冷凝热量容易回收。

排出的蒸汽从烘干机11沿管道9排去，供进一步使用，在本例中排到冷凝器13，在冷凝器13回收冷凝的热量。由于惰性气体含量少，因此蒸汽的冷凝温度和烘干过程中使用的温度非常接近。因而可以将这种冷凝热用在局部加热或发电厂工艺流程中，例如在预热供应水、预热燃烧空气、或局部加热回路的热交换中用作工艺用气和/或用于产生电能。

将烘干的燃料和流化床固体燃料的混合物从烘干机11、经喷嘴10、供入到锅炉的炉2中，在炉2中，经炉干机冷却了的流化床固定燃料在与炉2的热流化床混合时迅速热起来。

按照本发明来控制流化床固体燃料的再循环速率，使再循环的固体燃料的热量和烘干机11中烘干过程需要输入的热量相适应。在这里讨论的实例中，再循环速率由控制部件16调节，该控制部件16一般来说是一个闸门，或是一个所谓锁-斗式供料器。启动该控制部件的反馈信号取自烘干机11内包含的流化床固体燃料/湿燃料混合物的温度。因此温度的适当的设定值是根据烘干机的内部压力以及被烘干的燃料的质量调节的。在泥煤燃料的大气压下的烘干过程中，温度设定值一般是110℃左右。借助于温度计来监视烘干机11的温度。除温度外，还可测量任何其它的和温度相关的变化过程以便获得反馈信号。按照这一方案，控制部件16允许进入烘干机11的热的流化床固体燃料的数量必须能借助于进入的固体燃料导入的热量把烘干机的温度恒定地维持在期望的数值上。如果内部的温度有增加的趋势，控制部件16即对进入烘干机的固体燃料流进行限制，以便维持温度恒定。与此相应地，如果检测到温度下降，则要增加流化床固定燃料再循环速率。

烘干机11的内部温度必须略高于在烘干机通常所处压力下从燃料蒸发出来的排出蒸汽的饱和温度，另一方面该内部温度也不要太高以致于启动燃料的高温分解。因此这些边界条件是限制烘干机11（即流化床固体燃料/湿燃料混合物）的可允许温度的工作范围的那些条件。

在这个典型的实施例中，借助于放在烘干机11中的温度计来监视这个温度。另外，可以在喷嘴10处测量混合物温度，或者在喷嘴9处测量蒸汽温度，因为这两个温度基本上相等。

在本例中描述的烘干机11是一种简单的、低成本的混合器型设备，无需单独的热交换器表面。对于沿进入流化床固体燃料导入的热量进行调节，就能避免烘干机11过热，因此在典型的实施例中，可把烘干机的温度维持在100-150℃左右之内，或者简言之，比释放的排出蒸汽高出0-50℃左右。

还可以对烘干过程加压，为此要使流化床锅炉和烘干机在相等的压力下工作，或者让烘干机相对于锅炉的压力有一个正的压力。如果烘干机相对于锅炉有一个正压力，则要使用两个控制部件15和16，使它们在锅炉和烘干机之间起压力密封门的作用。在这种情况下，控制部件必须或者取所谓的锁-斗供料器型式，或者是其它加压门供料器。烘干机的内部温度比从烘干机11中的燃料在工作压力下释放出来的排出蒸汽的饱含温度高出0-50℃左右。

按图1所是的另一个实施方案，省去控制部件16，烘干机相对于锅炉的高度较低些。经喷嘴8再循环的流化床固体燃料量用控制部件15控制，其中使用了沿管路10进行的流化床固体燃料/湿燃料混合物的温度作为用烘干机的质量速率秤校正的反馈信号。控制部件15一般是一个加压门供料器，或者是一个螺旋推料器，其旋转速度是根据由螺旋推料器传送的流化床固体燃料/燃料混合物的温度调节的。因此在这一点监视混合物的温度是适当的。当从烘干机中出来的混合物质量流趋向于减少烘干机中混合物的含量时，为烘干机允许的更多的热的固体燃料通过喷嘴8进入了烘干机。当烘干机装满时，流化床固体燃料的入口流动也即停止了。简言之，如果沿管路10行进的混合物的温度趋向于提高过大，则借助于控制部件15来减少沿管路10的质量流，同时烘干机装满，于是停止了热的流化床固体燃料经管路8至烘干机的入口流动。按这种方式通过控制部件15来调节流化床固体燃料的再循环，控制部件15的工作状态根据沿管路10行进的混合物的温度来控制。

图2表示中一个实施例，其中锅炉1是一种循环式流化床锅炉，烘干机11是一种流化床烘干机。使在烘干过程排出的部分排出蒸汽再循环并且用于液化烘干机流化床。如以上第一实例所述，用于烘干燃料的所需数量的热流化床固体燃料从锅炉1开始、经控制部件16、沿管路8再循环至烘干机11。经管路7进入烘干机中的燃料在烘干机中与流化床固体燃料混合。

在烘干机11的流化床内的燃料颗粒和流化床固体燃料之间发生了有效的热传输，并且流化床温度保持接近蒸发的蒸汽相变温度，即比蒸汽的饱和温度高出10-20℃左右。

在烘干过程释放的蒸汽沿管路9传出，留待进一步利用。一部分蒸汽沿管路14再循环，返回到烘干机，用于液化流化床固体燃料/湿燃料的混合物。借助于鼓风机18将再循环的蒸汽压力提高。从烘干机出来的另一部分排出蒸汽留待进一部利用，在本例中是送到冷凝器13。

循环的固体燃料自锅炉1送到旋流器19，此后一部分循环的固体燃料经控制部件16送至烘干机11。其余的循环的固体燃料经喷嘴20直接反回到锅炉。烘干的燃料与冷却的循环的固体燃料的混合物经管路10返回到炉膛2。将进入烘干机11的流化床固体燃料的循环速率控制方式按排成和图1所示的实例的控制方式相同。在图2这里所示的典型实施例中，也可以省去控制部件16，因此流动的调节是借助于控制部件15按上边描述过的方式进行的。

另外，在图1和图2所示的两个实力中，可以借助于置于管路7上的一个燃料供料控制部件来调节燃料热量输入以便和所需要的锅炉的热输出相适应，所说控制部件例如可以是一个螺旋推料器，或者是一个所谓的锁-斗式供料器。

本发明不局限于在用电设备中的应用，本发明可以和以上所述种类的所有流化床锅炉结合使用。

待烘干的燃料可以是泥煤，或者是任何其它的湿燃料，例如煤、褐煤、污水斑积物、生物量、或类似的可燃烧物质。

Claims (11)

1、一种用于烘干给流化床锅炉(1)点火的燃料的方法，在该方法中，

让来自流化床锅炉(1)的炉膛的热的流化床固体燃料自锅炉的炉膛再循环至设置在燃料供料管道中的一个烘干机(11)，

该湿燃料在烘干机(11)中与流化床固定燃料混合并被烘干，因此从该湿燃料中释放出蒸汽，

将被烘干的燃料和流化床固体燃料的混合物送入流化床锅炉(1)中，

其特征在于：

控制流化床固定燃料再循环速率，以便将流化床固体燃料/湿燃料混合物的温度保持在蒸汽的饱和温度以上、燃料的高温分解温度之下；

将烘干过程中产生的几乎纯净的蒸汽从烘干机(11)加到有用的应用场合。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于烘干过程是在加压情况下进行的。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于再循环速率的控制是通过调节进入烘干机的再循环的流化床固定燃料的数量实现的。

4、如权利要求3所述的方法，其特征在于再循环速率的控制是借助于控制部件（15）和/或（16）实现的。

5、如前述任何一个权利要求所述的方法，其特征在于烘干机（11）的工作温度维持在比烘干过程中产生的蒸汽的饱和温度高出0-50℃。

6、如前述任何一个权利要求所述的方法，其特征在于将烘干过程中产生的蒸汽冷凝。

7、如前述任何一个权利要求所述的方法，其特征在于在烘干过程产生的蒸汽中包含的惰性气体的最大含量为5%。

8、如前述任何一个权利要求所述的方法，其特征在于使用诸如泥煤、煤、褐煤、污水斑积物、或生物量之类的含水燃料作为待烘干的燃料。

9、一种用来烘干给流化床锅炉（1）点火的燃料的设备，所说设备包括：

一个流化床锅炉（1），

一个燃料烘干机（11），

一个用于自烘干机至烘干机再循环流化床固体燃料的喷嘴（8），

一个用于自烘干机至锅炉供应湿燃料与流化床固体燃料的混合物的喷嘴（10），

其特征在于该设备进一步还包括：

用于调节进入烘干机的再循环的流化床固体燃料数量的控制部件（16）和/或（15），

用于将在烘干过程中产生的蒸汽送至有用的应用场合的喷嘴（9），并且

在烘干机中没有单独的热传输表面。

10、如权利要求9所述的设备，其特征在于烘干机（11）是流化床烘干机，并且该设备包括用于将烘干过程中产生的部分蒸汽再循环至烘干机（11）以便用作液化气体的装置。

11、如权利要求9或10所述的设备，其特征在于所说烘干机（11）是加压的。