CN108758596A - 并列循环流化床生物质-生物质型煤联合气化-燃烧锅炉 - Google Patents

Abstract

并列循环流化床生物质‑生物质型煤联合气化‑燃烧锅炉，涉及一种多燃料循环流化床锅炉，解决了现有循环流化床锅炉燃用燃料单一、燃料燃烧后余热利用不充分、释放较多环境污染物的问题。所述锅炉的流化床分为并列的两个区域，可实现生物质型煤的燃烧、生物质气化同时分床进行，减少了氮氧化物、二氧化碳、硫磷氧化物等环境污染物的排放。生物质型煤是由秸秆、稻壳等生物质废弃物颗粒与煤粉颗粒按照7：3或5：5的比例混合成型。两床间隔板上部有一定的弯曲弧度，对物料有引流作用。床1内燃料燃烧产生的高温颗粒在流化时溢流到床2，床2气化反应后生成的残碳被回收送入床1继续燃烧，形成一个内部循环，使各反应所产生的热量得以充分的利用。

Description

并列循环流化床生物质-生物质型煤联合气化-燃烧锅炉

技术领域

本发明涉及生物质燃料气化和生物质型煤燃烧技术领域，具体涉及一种并列循环流化床生物质-生物质型煤联合气化-燃烧锅炉。

背景技术

循环流化床锅炉与其他锅炉相比，具有脱硫效果好、锅炉效率高、氮氧化合物排放量低和燃料适用性广等优点，生物质燃料具有二氧化碳零排放特性且几乎不含硫磷成分，因此具有较为广阔的开发与应用前景。但是就目前的循环流化床锅炉的发展情况来看，其应用还存在着燃用燃料单一、燃料燃烧后余热利用不充分的问题，而且仍然存在环境污染问题。

发明内容

为了更好地提高燃料利用率，最大程度减少二氧化硫和氮氧化合物等污染物的排放，提供了一种燃料循环并列式生物质-生物质型煤联合气化-燃烧的技术。

本发明的技术方案是：此种并列循环流化床生物质-生物质型煤联合气化-燃烧锅炉的炉膛底部被划分为两个区域，即床1与床2。其中床1内进行的是燃烧反应过程，燃料是由生物质与煤混合制成的生物质型煤；床2中进行的是生物质的气化。床1内的燃烧产生的高温颗粒会经过导流隔板溢流到床2中，作为床2内生物质气化的热源。两个床都分别设置了独立的流化系统，床1由鼓风机引入二次风，在墙2（10）上的一定高度位置送入炉膛，携带生物质型煤颗粒的一次风从床层底部经布风板进入炉膛，其着火热主要来自两部分：一个是被燃料气流卷吸回的高温回流烟气，一个是高温火焰及炉壁对燃料气流的辐射；床2中气化过程的气化介质是由左侧锅炉燃烧过程产生的高温水蒸气，高温水蒸气从水冷壁（11）流经连接管（12），再经由节流阀（13）及喷嘴（14）高速地射入气化炉炉膛，对床体起到流化作用。床1的墙1（8）、墙2（10）、墙3（1）三面墙均布置有水冷壁（11），与床2相邻的一侧用水泥浇筑的隔板（7）隔开，隔板（7）垂直于床层但顶部向床2侧有一定弧度弯曲。通过隔板（7）溢流过来的高温颗粒作为床2较为稳定的热源，床2中墙5（3）下部设有进料口（4），墙4（2）与墙6（6）不设装置，两床底部均设有排渣孔（5、9），床2的排渣孔（5）通过管道与一次风送入管道相连。

本发明与现有的设计技术相比较具有以下有益效果：本发明通过通过将流化床分成两个区域，实现了生物质型煤的燃烧、残碳的燃烧、生物质气化的过程同时分床进行；隔板（7）上部的弧度起到一定的引流导向作用，流化状态下颗粒发生溢流，气化后由残碳构成的混合颗粒被重新导入炉膛进行燃烧，从而实现了两床之间的物质及能量的定向传递，形成一个物质与能量的循环，充分利用了各部分反应中产生的能量；本发明主要进行的是生物质的燃烧与气化反应，由于生物质具有二氧化碳零排放的特性，整体反应大大减少了氮氧化物、二氧化碳等环境污染物的排放，而且生物质燃料不含硫磷成分，可减少对锅炉的腐蚀以及酸雨等污染物的产生。

附图说明

图1是流化床划分的俯视图；

图2是流化床的三维示意图；

图3是上部弯曲形隔板的示意图；

图4是水蒸汽（连接管上箭头）流向图；

图中标号：1-墙3；2-墙4；3-墙5；4-进料口；5-排渣孔；6-墙6；7-隔板；8-墙1；9-排渣孔；10-墙2；11-水冷壁；12-连接管；13-节流阀；14-喷嘴。

具体实施方式

并列循环流化床生物质-生物质型煤联合气化-燃烧锅炉的工作原理如下：

1、床1：

生物质颗粒与煤粉混合制成的生物质型煤通过一次风的携带，经由布风板均匀从床层底部送入。燃料与空气混合燃烧，释放大量反应热，其发生的主要化学反应有：

（煤粉燃烧过程）

此外，从床2底部导流过来的混合物主要成分是反应后的残碳，也在床1中燃烧，其燃烧化学反应方程式为：

上述各反应均为放热反应，床1温度约为850-950℃。燃烧后产生的烟气中的高温颗粒通过隔板（7）的引流作用进入床2，作为床2中的生物质气化的高温热源。

在床1周围的墙1（8）、墙2（10）、墙3（1）这三面墙上均匀布置有水冷壁（11），在燃烧反应过程中，水冷壁（11）中的水受热变作水蒸汽，进入床2的流化系统，为生物质的气化反应提供了气化介质。

反应所产生的残渣通过床1底部的排渣孔（9）排出。

2、床2：

高温水蒸气从水冷壁（11）出来后进入连接管（12），通过节流阀（13）来控制调节其流量与流速，然后再送入床2的喷嘴（14），以达到对生物质颗粒的流化效果，同时水蒸气也作为气化反应的气化介质。

从墙5（3）的进料口（4）送入一定量的生物质，高温水蒸气通过喷嘴（14）从底部送入，从床1溢流到床2的高温颗粒混合物所携带的热量被合理利用起来，这部分热量被用作是生物质气化的稳定热源。

水蒸气与高温下的生物质颗粒发生反应，包括：生物质的热分解反应、水蒸气-碳的还原反应、甲烷化反应、CO与水蒸气的变换反应等。具体反应方程式如下：

（1）生物质热分解反应：生物质在150℃以上的条件下会发生不可逆的热分解反应。大分子碳水化合物的化学键被打碎，析出挥发分（主要包括氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、焦油和其他碳水化合物），剩余碳构成进一步反应的基体。

（2）水蒸气-碳的还原反应：

（3）甲烷化反应：

（4）CO与水蒸气的变换反应：

上述各反应基本上均为吸热反应，气化后床2的温度降低在200-350℃。床2中生物质气化后由残碳构成的混合物颗粒经排渣孔（5）排出，排渣孔（5）经收集管道与一次风送煤管道相连，重新送入床1内进行燃烧，从而形成一个物质和能量的内部循环。

Claims (5)

1.并列循环流化床生物质-生物质型煤联合气化-燃烧锅炉，其特征在于，循环流化床内部结构分为两个并列的区域，分别进行生物质的气化、生物质型煤的燃烧反应。

2.根据权利要求1所述的并列循环流化床生物质-生物质型煤联合气化-燃烧锅炉，其特征在于，本流化床锅炉燃烧室中的燃烧原料采用生物质型煤，该生物质型煤是由秸秆、木屑、稻壳等生物质废弃物颗粒与煤粉颗粒按照7：3或5：5的比例混合成型，经热值分析认为此比例下生物质型煤可达到和煤颗粒近似的热值。

3.根据权利要求1所述的并列循环流化床生物质-生物质型煤联合气化-燃烧锅炉，其特征在于，两床之间用水泥筑成的隔板分隔，隔板结构为底部竖直、顶部具有一定弧度的弯曲，起到引导物料溢流的作用。

4.根据权利要求1所述的并列循环流化床生物质-生物质型煤联合气化-燃烧锅炉，其特征在于，采用独立送风系统，有利于分别调整床层膨胀高度、控制残碳的利用与回收。

5.根据权利要求1所述的并列循环流化床生物质-生物质型煤联合气化-燃烧锅炉，其特征在于，将燃烧流化床1内水冷壁产生的高温水蒸汽通入气化流化床2中，作为其气化介质；床2中气化反应的气化速度通过节流阀控制。