CN1421639A - 耦合旋转锥体给料器的两段燃烧系统及燃烧污染控制方法 - Google Patents

耦合旋转锥体给料器的两段燃烧系统及燃烧污染控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及耦合旋转锥体给料器的两段燃烧系统及燃烧污染控制方法，在单台炉体上实现燃气蒸气联产和燃烧污染控制，通过锥体的旋转实现煤颗粒的输送给料，并将旋转锥体给料器设置在燃烧床内，通过间壁加热和渗流传热方式对给料器内的煤实现热解干馏或气化。本发明采用两段燃烧方法实现低NOx排放，给料器产生的半焦进入燃烧床燃烧，可燃气体进入燃烧炉可燃气体燃烧段燃烧，同时配合两级脱硫实现低SOx排放，一级脱硫段设置在给料器的可燃气体出口处，实现对可燃气体脱硫，二级脱硫是在半焦燃烧床中添加钙基脱硫剂，实现燃烧过程脱硫。采用本发明的方法可以在小型工业锅炉和燃烧炉上实现燃气蒸气联产和低污染物排放。

Description

耦合旋转锥体给料器的两段燃烧系统及燃烧污染控制方法
技术领域：
本发明涉及一种耦合旋转锥体给料器的两段燃烧系统，以及利用此系统进行燃烧污染控制的方法，是在单炉中实现燃气蒸气联产和污染物排放控制的工艺和装置。
背景技术：
由于环境保护的要求，正在开发研究各种不同的煤洁净燃烧技术，其中最有发展前途的就是煤的燃气蒸气联产工艺。通常情况下燃气蒸气联产需要双床并列运行，一床生产燃气，一床产生蒸气。
前苏联人的研究表明，对煤粉在缺氧的条件下进行深度热处理后燃烧，可明显地减少锅炉受热面上沉积物的形成以及烟气中氮氧化物的含量。煤经热预处理后燃烧，在受热面上结焦堆积强度只有未经处理煤燃烧时的30～40％，同时燃烧产物中氮氧化物的含量减少一半多[ДЕРИНΓ.И.С，энергетик，1994，No.1；黄少鄂，福建电力与电工，1995，15(1)：p53]。美国人设计出一种独特的螺旋给料机装置，煤在螺旋机内输送的过程中被预先加热而发生热解和脱硫反应，实验进一步验证了这种预先热处理的方法是减少煤燃烧产物中NOx和SOx有害气体的一种有效措施  [Yeh T.L.，Fuel processingtechnology，1993，V.33，P33；Lin L.，Fuel Processing Technology，1997，V.53：p15]。可惜这一装置的预加热是采用电加热方法，这在工业装置上难于推广应用。
中国专利92225381.1介绍了一种可供煤气的双床沸腾锅炉，煤首先在气化床热解气化，气化后的半焦通过双床之间的隔离墙上的溢流口进入燃烧床。这种结构很难防止双床间的相互串气。中国专利CN1203117A公开了一种解耦循环流化床燃烧系统及其脱硫与脱硝方法。采用循环流化床高温分离器分离下的热灰来加热原煤，该专利仅采用一级炉内燃烧脱硫。
最近，荷兰Twente大学公开了一种旋转锥体床生物质秸秆与固体热载体颗粒混合热解干馏工艺，通过锥体的旋转分离出锥体床内的固体热载体颗粒[Meier D.，Faix O.，Bioresource Technology 1999，68：p71]。但到目前为止，还没有人公开过一种旋转锥体给料器并用来实现煤的分段燃烧和低污染排放控制工艺。
近年来煤热解脱硫方法深受瞩目，研究表明通过热解脱硫方法可以脱除煤中硫份的50-60％，甚至更高。如果在后续的半焦燃烧过程中进一步脱除部分硫，就能够使煤的燃烧利用基本上满足我国环保标准要求。上述的技术背景表明，如果把煤的预热处理部件联结到给料和燃烧系统中，将煤进行燃烧前热解脱硫和分级燃烧以达到低污染排放，这将比只是深度净化排放烟气的工艺投资少、难度小。
发明内容：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种新型结构的耦合旋转锥体给料器的两段燃烧系统及燃烧污染控制方法，在单炉中实现燃气蒸气联产，并能有效控制污染物排放。
本发明的基本构思是：在给料器内实现煤的热预处理包括煤的干燥、热解和气化过程，为了对给料器内的煤进行加热，将给料器设置在燃烧室内，燃烧室的高温热源通过间壁加热和渗流传热方式对给料器内的煤实现热解干馏和气化。同时在给料器内实现对热解气体的脱硫(初级热解脱硫)。给料器产生的可燃气体引入燃烧室上部燃烧。热解产生的半焦从给料器卸料口送入燃烧室下部燃烧。在半焦燃烧中添加钙基脱硫剂，可以在燃烧过程中进一步脱硫(二级燃烧脱硫)。半焦燃烧产生的氮氧化物进入燃烧室上部，与燃气燃烧合成一个还原区，达到进一步降低氮氧化物含量的目的。由于整个系统采用两级脱硫(初级热解脱硫和二级燃烧脱硫)和两段燃烧(可燃气体与半焦分段燃烧)抑制氮氧化物生成方法，完全可以达到国家环保标准要求。一次脱硫后的洁净燃气还可以引出作为民用燃气或工业燃气使用，因而可以在在单台炉体上实现燃气蒸汽联供。
为了实现上述目的，本发明提出一种新颖的旋转锥体给料器，在旋转锥体给料器内实现颗粒物料输送和热化学反应双重功能。
本发明旋转锥体给料器主要由旋转锥体、固定锥体和封闭环、一级脱硫段、旋转轴等部件组成。旋转锥体呈碗形状，其上方布置的封闭环与下料立管相连，锥体底盘与旋转轴连接。旋转锥体下方设置的固定锥体呈开口的倒烧杯形状。旋转锥体与固定锥体之间组成一环行通道，环行通道的最下方为给料器的卸料口。旋转锥体的内侧设置螺旋型导向板。
本发明的锥体给料器的工作原理为：旋转轴由电动机驱动进而带动锥体旋转，煤通过下料管进入给料器，煤在旋转锥体给料器内依靠旋转离心力的作用衬托在旋转锥体斜壁上以颗粒层流动滑移的形式向上输出。颗粒滑移出旋转锥体后进入固定锥体与旋转锥体组成的环行通道。在环行通道内，颗粒以堆积填充床的形式向下移动，最后从给料器卸料口排出。在环行通道内堆积填充的颗粒移动层实际上起着料封阀门的作用。颗粒输送给料速率的调节控制是通过在旋转锥体的内侧设置螺旋型导向板和锥体斜度以及旋转速度三者之间的配合来实现的。
本发明的耦合旋转锥体给料器和燃烧室组成了两段燃烧系统。燃烧室下部是半焦燃烧段，上部是可燃气体燃烧段。旋转锥体给料器主体设置于燃烧室内部，煤斗在燃烧室外面，通过下料立管与旋转锥体给料器内部相连接，煤从料斗通过下料立管进入旋转锥体给料器的内部。
燃烧室运行温度为800～1000℃，通过燃烧床间壁加热和渗流传热方式对给料器内的煤实现热解干馏或气化，旋转锥体给料器内煤的热反应温度可控制在500～800℃之间运行。由于旋转锥体给料器基本上是隔绝氧气运行，给料器内煤热反应生成的燃气热值较高，因而可以作为民用煤气。本发明采用两段燃烧方法实现低NOx排放：旋转锥体给料器内产生的热解干馏挥发物或气化燃气进入燃烧室上部燃烧。旋转锥体给料器产生的半焦从给料器卸料口进入燃烧室下部半焦燃烧段燃烧。燃烧半焦所需的一次空气从燃烧室底部送入，燃烧可燃气体所需的二次空气从燃烧室上部侧面引入。半焦燃烧可采用流化床或移动火床形式，因而旋转锥体给料器可配置在流化床锅炉上，也适合配置在小型工业锅炉或燃烧炉上。半焦燃烧产生的氮氧化物进入燃烧室上部，与燃气燃烧合成一个还原区，达到进一步降低氮氧化物含量的目的。由于本方法产生的燃气热值能达到13MJ/Nm3以上，因而适宜于将可燃气体引出作为民用煤气或工业使用。采用本发明公开的方法可以在小型工业锅炉和燃烧炉上实现燃气蒸气联产。
本发明采用两级脱硫实现低SOx排放：一级脱硫段设置在旋转锥体给料器的可燃气体出口处，实现对给料器产生的可燃气体脱硫；二级脱硫是在半焦燃烧段中添加钙基脱硫剂，在燃烧过程中进一步脱硫。由于通过一次脱硫段的气体为热解气体或气化煤气，气体量大大少于煤燃烧的烟气量，因而一次脱硫费用大大少于烟气脱硫。同时，由于该系统采用半焦固体和可燃气体分段燃烧方法，因而可以降低氮氧化物的生成。
本发明提出的两段燃烧系统及燃烧污染控制方法，既可以为中小企业和城镇的燃气蒸气联产提供一种工艺简单、投资低廉的煤洁净利用方法，又可为中小型燃煤装置的低污染燃烧开辟一条新的途径，在中小锅炉和燃烧炉上具有广泛的应用前景。
附图说明：
图1为本发明的锥体给料器的结构示意图。
如图1所示，1为料斗，2为下料立管，3为一次脱硫段，4为旋转锥体，5为给料器的卸料口，6为旋转轴，7为电动机，8为锥体底盘，9为环行通道，10为固定锥体，11为封闭环。
图2为本发明锥体给料器中旋转锥体部分的俯视结构示意图。
图2中，4为旋转锥体，8为锥体底盘，12为螺旋型导向板。
图3为本发明的耦合旋转锥体给料器的两段燃烧系统和燃烧污染控制方法示意图。
如图3所示，将旋转锥体给料器13设置在燃烧室18内，燃烧室18分为上部可燃气体燃烧段20和下部半焦燃烧段14，一级脱硫段3设置在给料器的可燃气体出口处，实现对可燃气体脱硫，二级脱硫是在半焦燃烧段14中添加钙基脱硫剂，实现燃烧过程脱硫。
图4为本发明的耦合旋转锥体给料器的两段燃烧系统结构示意图。
如图4所示，13为设置在燃烧室内的旋转锥体给料器，14为半焦燃烧段，15为气化剂，16为一次空气，17为半焦，18为燃烧室，19为二次空气，20为可燃气体燃烧段，21为烟气出口。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。
本发明公开的锥体给料器的结构如图1所示。旋转锥体给料器主要由旋转锥体(4)、固定锥体(10)和封闭环(11)、一次脱硫段(3)、旋转轴(6)等部件组成。旋转锥体(4)呈碗形状，其上方布置有封闭环(11)，封闭环(11)中间与下料立管(2)相连，锥体底盘(8)与旋转轴(6)连接。旋转锥体(4)下方设置固定锥体(10)，固定锥体(10)呈开口的倒烧杯形状。旋转锥体(4)与固定锥体(10)之间组成一环行通道(9)，环行通道(9)的最下方为给料器的卸料口(5)。
旋转轴(6)由电动机(7)驱动进而带动锥体旋转(4)，煤通过下料管(2)进入旋转锥体给料器内。煤在旋转锥体给料器内依靠旋转离心力的作用衬托在旋转锥体斜壁上以颗粒层流动滑移的形式向上输出。颗粒滑移出旋转锥体(4)后进入固定锥体(10)与旋转锥体(4)组成的环行通道(9)。在环行通道(9)内，颗粒以堆积填充床的形式向下移动，最后从给料器卸料口(5)排出。在环行通道(9)内堆积填充的颗粒移动层实际上起着料封阀门的作用。颗粒输送给料速率的调节控制是通过在旋转锥体(4)的内侧设置螺旋型导向板(12)(如图2所示)和锥体斜度以及旋转速度三者之间的配合来实现的。
本发明公开的耦合旋转锥体给料器的两段燃烧系统和燃烧污染控制方法如图4所示。燃烧系统主要由上述的旋转锥体给料器(13)和燃烧室(18)组成。燃烧室下部是半焦燃烧段(14)，上部是可燃气体燃烧段(20)。将旋转锥体给料器(13)主体设置于燃烧室(18)内部。料斗(1)设置在燃烧室(18)外，通过下料立管(2)与旋转锥体给料器(13)内部相连接。煤从料斗(1)通过下料管(2)进入旋转锥体给料器(13)的内部。通过燃烧室(18)间壁加热和渗流传热方式对旋转锥体给料器(13)的煤实现热解干馏或气化。旋转锥体给料器(13)内的反应温度可控制在500～800℃之间运行。由于给料器基本上是隔绝氧气运行，给料器内煤热反应生成的燃气热值较高，因而可以作为民用煤气。本发明采用的两段燃烧方法实现低NOx排放是按以下方案实施的：旋转锥体给料器(13)内产生的热解干馏挥发物或气化煤气进入可燃气体燃烧段(20)燃烧。给料器产生的半焦从旋转锥体给料器卸料口(5)进入半焦燃烧段(14)燃烧。燃烧半焦所需的一次空气(16)从燃烧室底部送入，燃烧可燃气体所需的二次空气(19)从可燃气体燃烧段(20)侧面引入。半焦燃烧可采用流化床或移动火床炉，因而本发明的给料装置可配置在流化床锅炉上，也适合配置在小型工业锅炉或燃烧炉上。由于本发明方法产生的燃气热值能达到13MJ/Nm3以上，因而适宜于将可燃气体引出作为民用煤气或工业使用。采用本发明公开的方法可以在小型工业锅炉和燃烧炉上实现燃气蒸气联产。本发明采用的两级脱硫实现低SOx排放是按以下方案实施的：一级脱硫段(3)设置在旋转锥体给料器(13)的可燃气体出口处，实现对旋转锥体给料器(13)产生的可燃气体脱硫；二级脱硫是在半焦燃烧段(14)中添加钙基脱硫剂，在燃烧过程中进一步脱硫。由于通过脱硫段的气体为热解气体或气化煤气，气体量大大少于煤燃烧的烟气量，因而脱硫费用大大少于烟气脱硫。同时，由于本发明的系统采用煤分级热分解处理，半焦固体和可燃气体分段燃烧方法，因而可以降低NOx的生成。

Claims (3)

1、一种耦合旋转锥体给料器，其特征在于主要由旋转锥体(4)、固定锥体(10)和封闭环(11)、一次脱硫段(3)、旋转轴(6)组成，旋转锥体(4)呈碗形状，其上方布置有封闭环(11)，封闭环(11)中间与下料立管(2)相连，锥体底盘(8)与旋转轴(6)连接，旋转锥体(4)下方设置固定锥体(10)，固定锥体(10)呈开口的倒烧杯形状，旋转锥体(4)与固定锥体(10)之间组成一环行通道(9)，环行通道(9)的下方为给料器的卸料口(5)，旋转锥体(4)的内侧设置螺旋型导向板(12)。
2、一种两段燃烧系统，其特征在于由权利要求1所说的的耦合旋转锥体给料器和燃烧室构成，燃烧室下部是半焦燃烧段(14)，上部是可燃气体燃烧段(20)，旋转锥体给料器(13)主体设置于燃烧室(18)内部，料斗(1)设置在燃烧室(18)外，通过下料立管(2)与旋转锥体给料器(13)内部相连接。
3、一种利用权利要求2的两段燃烧系统的燃烧污染控制方法，其特征在于通过锥体的旋转实现煤颗粒的输送给料，通过燃烧室(18)间壁加热和渗流传热方式对旋转锥体给料器(13)的煤实现热解干馏或气化，旋转锥体给料器(13)内的反应温度控制在500～800℃之间运行，采用两段燃烧方法实现低NOx排放，旋转锥体给料器(13)内产生的热解干馏挥发物或气化煤气进入可燃气体燃烧段(20)燃烧，给料器产生的半焦从旋转锥体给料器卸料口(5)进入半焦燃烧段(14)燃烧，燃烧半焦所需的一次空气(16)从燃烧室底部送入，燃烧可燃气体所需的二次空气(19)从可燃气体燃烧段(20)侧面引入，采用两级脱硫实现低SOx排放，一级脱硫段(3)设置在旋转锥体给料器(13)的可燃气体出口处，实现对旋转锥体给料器(13)产生的可燃气体脱硫；二级脱硫是在半焦燃烧段(14)中添加钙基脱硫剂，在燃烧过程中进一步脱硫。
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