CN114543553A - 一种间歇式的循环流化床锅炉底渣余热回收耦合co2固定装置 - Google Patents

一种间歇式的循环流化床锅炉底渣余热回收耦合co2固定装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种间歇式的循环流化床锅炉底渣余热回收耦合CO2固定装置，涉及循环流化床锅炉技术领域。本发明包括本体，本体的顶部开设有第二气体出口、底渣入口和第三气体出口，且底渣入口位于第二气体出口和第三气体出口之间，本体的内侧装配有搅拌机构，搅拌机构用于加快高温底渣颗粒的换热效率，本体的内侧还装配有筛分机构，筛分机构用于根据高温底渣颗粒大小进行快速分类。本发明通过搅拌机构和筛分机构的结构设计，使本装置降低了冷却底渣所需冷却介质的使用量，提高了所回收的底渣余热的再利用效率，提升了本装置的高效性，且通过循环换热机构的结构设计，使本装置在进行CO2固定时效率高，降低了使用成本。

Description

一种间歇式的循环流化床锅炉底渣余热回收耦合CO2固定装置
技术领域
本发明属于循环流化床锅炉技术领域，特别是涉及一种间歇式的循环流化床锅炉底渣余热回收耦合CO2固定装置。
背景技术
采用循环流化床锅炉燃用煤时，炉膛底部会排出大量的高温底渣，若不经冷却直接排放，其底渣物理热损失或高达10％以上，大幅降低了锅炉效率。同时，常规的灰渣输送机械可承受的温度上限大多仅在150-300℃之间，这也增大了高温底渣机械化运输的困难度；
目前，常用的底渣冷却装置主要有滚筒冷渣器和流化床冷渣器，但两者均存在一定的技术问题，且很难解决所回收底渣热量的余热利用问题。当采用滚筒冷渣器时，受自身结构和工作原理的限制，换热后仅能得到100℃以下的凝结水，同时实际的底渣余热回收利用率也只有10％左右。当底渣处理量较大时，需要大量的凝结水，会对汽机回热系统造成显著的影响，甚至还可能出现机组所有的凝结水量都不足以满足底渣冷却需求的情况。当采用流化床冷渣器时，吸热后的流化风被送回至炉膛作为补充二次风使用，以提高锅炉效率并能回收底渣中的细颗粒。然而，由于流化床冷渣器内的气固混合特性较好，换热系数高，因此换热后的风温通常不超过400℃，能量品质较低，致使底渣余热回收利用率不高，且气固浓度较大，回风管道磨损严重。此外，随着底渣量的增大，流化床冷渣器所需的流化风量也相应增加，炉内气固流动与燃烧传热所受的影响也增大，且仍存在全部二次风量都不足以满足底渣冷却需求的可能性；
中国发明专利201710238950.1公开了一种循环流化床锅炉底渣余热回收装置。以再循环烟气作为循环流化床锅炉底渣的冷却介质，在移动床换热器内与高温底渣颗粒进行直接接触换热，且采用多级水平串联往复式布置，延长烟气与底渣的接触时间，最终获得较高终温的低含尘热烟气。然而，该装置在处理平均粒径较小的底渣颗粒时，床层阻力较大，系统能耗大幅提高，且宽筛分底渣颗粒在移动床内自由下落过程中易架桥堵塞；
中国发明专利201910102388.9公开了一种循环流化床锅炉底渣余热回收装置。采用高温底渣颗粒冲刷移动床竖管排的方式强化高温底渣颗粒与管内冷却空气的间接换热，同时利用变径螺旋叶板的调节，与底渣颗粒自身重力实现底渣余热装置的连续运行。然而，该装置主要依靠管壁的壁面传热，高温底渣颗粒自上而下移动过程中径向混合较差，贴近管壁处的底渣颗粒换热效果较好，但远离管壁处的底渣颗粒换热效果较差，且在大型化中存在需要的管子数量多、底渣颗粒能否均匀分配等困难；另一方面底渣颗粒容易在管间堆积、架桥，产生堵塞，从而影响整个装置的连续稳定运行；
此外，煤燃烧过程中会释放大量的CO2，当前工业捕集CO2的手段主要有物理吸收法和化学吸附法，物理吸附法包括变压吸附技术等，化学吸收法包括胺化合物吸收法、钙基吸收剂法、锂金属氧化物法、膜分离技术、O2/CO2循环燃烧方式、化学链燃烧法及生物吸收法等。然而，由于常规的燃前捕集、燃后捕集和富氧燃烧技术存在建设成本高昂、系统效率损耗较高等问题，故基于钙基吸收剂的化学链循环捕获CO2技术作为一种新兴的低成本燃后碳捕获技术而受到广泛关注。目前，国内外研究学者主要采用气固混合剧烈、反应速率快循环流化床或鼓泡流化床作为反应器，但存在系统较为复杂，物料流态化以及物料分离输运等控制难度较高，吸收剂颗粒磨损等问题，同时钙基吸收剂利用石灰石等含钙基矿物在高温下进行循环煅烧/碳酸化反应吸收二氧化碳，其反应温度在600-800℃左右，需要额外补充热量；
总的来说，现有的底渣冷却余热回收装置和CO2固定装置在使用中还存在以下技术问题：
1、冷却底渣所需的冷却介质使用量较大，不便于提高所回收的底渣余热的再利用效率。
2、在进行CO2固定时效率较低，使用成本高，不利于使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种间歇式的循环流化床锅炉底渣余热回收耦合CO2固定装置，以解决上述背景技术中所提出的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种间歇式的循环流化床锅炉底渣余热回收耦合CO2固定装置，包括本体，所述本体的顶部开设有第二气体出口、底渣入口和第三气体出口，且所述底渣入口位于第二气体出口和第三气体出口之间，所述本体的内侧装配有搅拌机构，所述搅拌机构用于加快高温底渣颗粒的换热效率，所述搅拌机构包括驱动装置和搅拌轴，所述本体内侧的底部通过轴承转动连接有搅拌轴，所述搅拌轴的底部固定有驱动装置，所述搅拌轴的外侧均布固定有多个桨叶；
所述本体的内侧还装配有筛分机构，所述筛分机构用于根据高温底渣颗粒大小进行快速分类。
进一步地，所述搅拌机构还包括多孔陶瓷小球，所述本体的内侧设置有填料层，所述填料层的内侧放置有多个多孔陶瓷小球。
进一步地，所述搅拌轴的内部设置有第一空腔，多个所述桨叶的内部均设置有第二空腔，所述第二空腔均与第一空腔连通，所述第一空腔与第二空腔内均注入有冷却水。
进一步地，所述多孔陶瓷小球的粒径为4～6mm。
进一步地，所述筛分机构包括第一不锈钢孔板、第二不锈钢孔板、锥形阀和粗颗粒底渣通道，所述搅拌轴的外侧且位于填料层底部的位置固定有第一不锈钢孔板，所述第一不锈钢孔板的内侧均布开设有多个尺寸相同的第一通孔，所述搅拌轴的顶部且位于填料层顶部的位置固定有第二不锈钢孔板，所述第二不锈钢孔板的内侧均布开设有多个尺寸相同的第二通孔，所述本体的外侧均布固定有多个粗颗粒底渣通道，所述粗颗粒底渣通道均与本体连通，所述粗颗粒底渣通道的顶部均固定有锥形阀。
进一步地，其中一部分所述第一通孔和第二通孔靠近搅拌轴的位置分布较密集，其中另一部分所述第一通孔和第二通孔远离搅拌轴的位置分布较稀疏。
进一步地，所述第一通孔的内径尺寸大于或等于第二通孔的内径尺寸。
进一步地，所述本体的内侧装配有循环换热机构，所述循环换热机构用于对筛分机构分出的粗颗粒底渣进行余热回收。
进一步地，所述循环换热机构包括错流式移动床换热器、第一气体入口、第一气体出口、排渣阀、第二气体入口和风室，所述粗颗粒底渣通道的底部均固定有错流式移动床换热器，所述错流式移动床换热器的外侧均固定有第一气体入口，所述第一气体入口的一端均贯穿错流式移动床换热器固定有连接管，所述连接管的顶部均固定有第一气体出口，所述错流式移动床换热器的底部均固定有排渣阀，所述本体的内侧且位于第一不锈钢孔板下方的位置设置有风室，所述风室内侧的底部均布开设有多个第二气体入口。
进一步地，所述连接管与第一气体出口连接处a的高度是连接管与第一气体入口连接处b的高度的2～2.5倍。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过搅拌机构和筛分机构的结构设计，使本装置降低了冷却底渣所需冷却介质的使用量，提高了所回收的底渣余热的再利用效率，提升了本装置的高效性。
2、本发明通过循环换热机构的结构设计，使本装置在进行CO2固定时效率高，降低了使用成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种间歇式的循环流化床锅炉底渣余热回收耦合CO2固定装置的结构示意图；
图2为本发明一种间歇式的循环流化床锅炉底渣余热回收耦合CO2固定装置的第一不锈钢孔板的内部结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、驱动装置；2、搅拌轴；3、第一不锈钢孔板；4、多孔陶瓷小球；5、第二不锈钢孔板；6、锥形阀；7、第二气体出口；8、底渣入口；9、第三气体出口；10、粗颗粒底渣通道；11、错流式移动床换热器；12、第一气体入口；13、第一气体出口；14、排渣阀；15、第二气体入口；16、风室。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2所示，本发明为一种间歇式的循环流化床锅炉底渣余热回收耦合CO2固定装置，包括本体，本体的顶部开设有第二气体出口7、底渣入口8和第三气体出口9，且底渣入口8位于第二气体出口7和第三气体出口9之间，本体的内侧装配有搅拌机构，搅拌机构用于加快高温底渣颗粒的换热效率，搅拌机构包括驱动装置1和搅拌轴2，本体内侧的底部通过轴承转动连接有搅拌轴2，搅拌轴2的底部固定有驱动装置1，搅拌轴2的外侧均布固定有多个桨叶；
本体的内侧还装配有筛分机构，筛分机构用于根据高温底渣颗粒大小进行快速分类；
搅拌机构还包括多孔陶瓷小球4，本体的内侧设置有填料层，填料层的内侧放置有多个多孔陶瓷小球4，多孔陶瓷小球4通过“湿浸渍+干燥+焙烧”的方法在其表面负载CaO和MgO，搅拌轴2和桨叶转动时，填料层内的多孔陶瓷小球4绕搅拌轴2做圆周运动，并同时将热量传递给多孔陶瓷小球4；
搅拌轴2的内部设置有第一空腔，多个桨叶的内部均设置有第二空腔，第二空腔均与第一空腔连通，第一空腔与第二空腔内均注入有冷却水，桨叶在转动时可将多孔陶瓷小球4搅拌晃动，加快了细颗粒底渣与多孔陶瓷小球4的热传递效率；
多孔陶瓷小球4的粒径为4～6mm，细颗粒底渣可通过多孔陶瓷小球4之间的缝隙向下流动，此粒径可以增加细颗粒底渣在填料层的留存时间，进而增加了细颗粒底渣与多孔陶瓷小球4的热传递时间；
筛分机构包括第一不锈钢孔板3、第二不锈钢孔板5、锥形阀6和粗颗粒底渣通道10，搅拌轴2的外侧且位于填料层底部的位置固定有第一不锈钢孔板3，第一不锈钢孔板3的内侧均布开设有多个尺寸相同的第一通孔，搅拌轴2的顶部且位于填料层顶部的位置固定有第二不锈钢孔板5，第二不锈钢孔板5的内侧均布开设有多个尺寸相同的第二通孔，本体的外侧均布固定有多个粗颗粒底渣通道10，粗颗粒底渣通道10均与本体连通，粗颗粒底渣通道10的顶部均固定有锥形阀6，高温底渣颗粒经过第二不锈钢孔板5过滤后，细颗粒底渣通过不锈钢孔板5表面的第二通过落入填料层中，而粗颗粒底渣则沿第二不锈钢孔板5的表面流入到粗颗粒底渣通道10内；
其中一部分第一通孔和第二通孔靠近搅拌轴2的位置分布较密集，其中另一部分第一通孔和第二通孔远离搅拌轴2的位置分布较稀疏，以便于减少气流上升过程中的边壁效应即边壁处的气流量大，中心处的气流量小，让气流更加均匀地穿过多孔陶瓷小球4进行换热和气固异相反应；
第一通孔的内径尺寸大于或等于第二通孔的内径尺寸，细颗粒底渣通过第二通孔落入填料层中，而粗颗粒底渣则被筛分出去，最终细颗粒底渣通过第一通孔排出，当第一通孔的内径尺寸大于第二通孔的内径尺寸时，可避免第一通孔排出细颗粒底渣产生堵塞；
本体的内侧装配有循环换热机构，循环换热机构用于对筛分机构分出的粗颗粒底渣进行余热回收；
循环换热机构包括错流式移动床换热器11、第一气体入口12、第一气体出口13、排渣阀14、第二气体入口15和风室16，粗颗粒底渣通道10的底部均固定有错流式移动床换热器11，错流式移动床换热器11的外侧均固定有第一气体入口12，第一气体入口12的一端均贯穿错流式移动床换热器11固定有连接管，连接管的顶部均固定有第一气体出口13，错流式移动床换热器11的底部均固定有排渣阀14，本体的内侧且与第一不锈钢孔板3下方的位置设置有风室16，风室16内侧的底部均布开设有多个第二气体入口15，经再循环烟气风机加压后的再循环烟气分为两路，其中一路气体通过第一气体入口12进入错流式移动床换热器11内，最终通过第一气体出口13排出，放热后的粗颗粒底渣经排渣阀14排出，另一路气体通过第二气体入口15进入风室16内；
连接管与第一气体出口13连接处a的高度是连接管与第一气体入口12连接处b的高度的2～2.5倍，此高度差可以保证吸热后的烟气在水平横穿粗颗粒底渣层时的速度一致，使得换热更加均匀。
本实施例的一个具体应用为：在实际运行过程中，从炉膛排出的高温底渣颗粒经底渣入口8进入本装置内，在重力的作用下落在第二不锈钢孔板5上，在驱动装置1的带动作用下，第二不锈钢孔板5和搅拌轴2绕搅拌轴2的中心线做轴向转动，此时第二气体出口7和第三气体出口9均处于关闭状态，锥形阀6处于开启状态；落在第二不锈钢孔板5上的宽筛分底渣颗粒一边在绕搅拌轴2的中心线做轴向转动，一边由内侧向外侧滚动，在滚动过程中，细颗粒底渣通过不锈钢孔板5表面的第二通孔落入填料层中，而粗颗粒底渣则沿第二不锈钢孔板5的表面经粗颗粒底渣通道10落入错流式移动床换热器11内自然堆积，其中为了保证吸热后的烟气在水平横穿粗颗粒底渣层时的速度一致，换热更加均匀，连接管与第一气体出口13连接处a的高度是连接管与第一气体入口12连接处b的高度的2～2.5倍，此外，在搅拌轴2及其桨叶的带动作用下，填料层的多孔陶瓷小球4绕搅拌轴2做圆周运动，细颗粒底渣在多孔陶瓷小球4的圆周运行下穿过缝隙向下流动，并同时将热量传递给多孔陶瓷小球4，最终细颗粒底渣从第一不锈钢孔板3的第一通孔流出，经风室16的斜坡排出；
运行一段时间后，关闭底渣入口8和锥形阀6，打开第二气体出口7、第一气体入口12和第一气体出口13，经再循环烟气风机加压后的再循环烟气分为两路，其中一路气体经第一气体入口12进入错流式移动床换热器11内，与自然堆积的高温粗颗粒底渣进行直接接触换热，换热后的烟气经第一气体出口13排出，返回至炉膛适宜位置进行放热，而放热后的粗颗粒底渣经排渣阀14排出，另一路气体经第二气体入口15进入风室16内，穿过第一不锈钢孔板3表面的第一通孔进入填料层中，与多孔陶瓷小球4直接接触吸热，同时烟气中的CO2与多孔陶瓷小球4表面负载的CaO和MgO反应，生成CaCO3和MgCO3，多孔陶瓷小球4在搅拌轴2及其桨叶的带动下做圆周运动，便于更好地与再循环烟气接触换热和发生气固异相反应，脱除CO2吸热后的再循环烟气经第二气体出口7排出，返回至炉膛适宜位置进行放热；
运行一段时间后，关闭第二气体出口7，打开底渣入口8、锥形阀6和第三气体出口9，高温底渣颗粒经底渣入口8落入第二不锈钢孔板5上，第二不锈钢孔板5在驱动装置1的带动作用下绕搅拌轴2的中心线做轴向转动，落在第二不锈钢孔板5上的宽筛分底渣颗粒一边在绕搅拌轴2的中心线做轴向转动，一边由内侧向外侧滚动，在滚动过程中，细颗粒底渣通过不锈钢孔板5表面的第二通孔落入填料层中，而粗颗粒底渣则沿第二不锈钢孔板5的表面经粗颗粒底渣通道10落入错流式移动床换热器11内自然堆积，此外，在搅拌轴2及其桨叶的带动作用下，填料层的多孔陶瓷小球4绕搅拌轴2做圆周运动，细颗粒底渣在多孔陶瓷小球4的圆周运行下向下流动，并将热量传递给多孔陶瓷小球4，此时多孔陶瓷小球表面生成的CaCO3和MgCO3发生煅烧反应，释放出的高浓度CO2气体经第三气体出口9排出，重复上述步骤，即可完成间歇式的循环流化床锅炉底渣余热回收耦合CO2固定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种间歇式的循环流化床锅炉底渣余热回收耦合CO2固定装置，其特征在于，包括本体，所述本体的顶部开设有第二气体出口(7)、底渣入口(8)和第三气体出口(9)，且所述底渣入口(8)位于第二气体出口(7)和第三气体出口(9)之间，所述本体的内侧装配有搅拌机构，所述搅拌机构用于加快高温底渣颗粒的换热效率，所述搅拌机构包括驱动装置(1)和搅拌轴(2)，所述本体内侧的底部通过轴承转动连接有搅拌轴(2)，所述搅拌轴(2)的底部固定有驱动装置(1)，所述搅拌轴(2)的外侧均布固定有多个桨叶；
所述本体的内侧还装配有筛分机构，所述筛分机构用于根据高温底渣颗粒大小进行快速分类。
2.根据权利要求1所述的一种间歇式的循环流化床锅炉底渣余热回收耦合CO2固定装置，其特征在于，所述搅拌机构还包括多孔陶瓷小球(4)，所述本体的内侧设置有填料层，所述填料层的内侧放置有多个多孔陶瓷小球(4)。
3.根据权利要求1所述的一种间歇式的循环流化床锅炉底渣余热回收耦合CO2固定装置，其特征在于，所述搅拌轴(2)的内部设置有第一空腔，多个所述桨叶的内部均设置有第二空腔，所述第二空腔均与第一空腔连通，所述第一空腔与第二空腔内均注入有冷却水。
4.根据权利要求2所述的一种间歇式的循环流化床锅炉底渣余热回收耦合CO2固定装置，其特征在于，所述多孔陶瓷小球(4)的粒径为4～6mm。
5.根据权利要求1所述的一种间歇式的循环流化床锅炉底渣余热回收耦合CO2固定装置，其特征在于，所述筛分机构包括第一不锈钢孔板(3)、第二不锈钢孔板(5)、锥形阀(6)和粗颗粒底渣通道(10)，所述搅拌轴(2)的外侧且位于填料层底部的位置固定有第一不锈钢孔板(3)，所述第一不锈钢孔板(3)的内侧均布开设有多个尺寸相同的第一通孔，所述搅拌轴(2)的顶部且位于填料层顶部的位置固定有第二不锈钢孔板(5)，所述第二不锈钢孔板(5)的内侧均布开设有多个尺寸相同的第二通孔，所述本体的外侧均布固定有多个粗颗粒底渣通道(10)，所述粗颗粒底渣通道(10)均与本体连通，所述粗颗粒底渣通道(10)的顶部均固定有锥形阀(6)。
6.根据权利要求5所述的一种间歇式的循环流化床锅炉底渣余热回收耦合CO2固定装置，其特征在于，其中一部分所述第一通孔和第二通孔靠近搅拌轴(2)的位置分布较密集，其中另一部分所述第一通孔和第二通孔远离搅拌轴(2)的位置分布较稀疏。
7.根据权利要求5所述的一种间歇式的循环流化床锅炉底渣余热回收耦合CO2固定装置，其特征在于，所述第一通孔的内径尺寸大于或等于第二通孔的内径尺寸。
8.根据权利要求1所述的一种间歇式的循环流化床锅炉底渣余热回收耦合CO2固定装置，其特征在于，所述本体的内侧装配有循环换热机构，所述循环换热机构用于对筛分机构分出的粗颗粒底渣进行余热回收。
9.根据权利要求6所述的一种间歇式的循环流化床锅炉底渣余热回收耦合CO2固定装置，其特征在于，所述循环换热机构包括错流式移动床换热器(11)、第一气体入口(12)、第一气体出口(13)、排渣阀(14)、第二气体入口(15)和风室(16)，所述粗颗粒底渣通道(10)的底部均固定有错流式移动床换热器(11)，所述错流式移动床换热器(11)的外侧均固定有第一气体入口(12)，所述第一气体入口(12)的一端均贯穿错流式移动床换热器(11)固定有连接管，所述连接管的顶部均固定有第一气体出口(13)，所述错流式移动床换热器(11)的底部均固定有排渣阀(14)，所述本体的内侧且位于第一不锈钢孔板(3)下方的位置设置有风室(16)，所述风室(16)内侧的底部均布开设有多个第二气体入口(15)。
10.根据权利要求9所述的一种间歇式的循环流化床锅炉底渣余热回收耦合CO2固定装置，其特征在于，所述连接管与第一气体出口(13)连接处a的高度是连接管与第一气体入口(12)连接处b的高度的2～2.5倍。
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