專利名稱：一種分段高溫燃燒循環(huán)流化床系統(tǒng)及燃燒方法
技術領域：
本發(fā)明涉及分段高溫燃燒循環(huán)流化床系統(tǒng)及其燃燒方法，主要適用于有機廢棄物 焚燒、粒徑小于3mm以下的煤氣化或燃燒的工業(yè)鍋爐使用。
背景技術：
目前，循環(huán)流化床鍋爐由于溫度、空氣量和爐膛空間等因素的制約，在焚燒垃圾等 有機物時，易生成二噁英(PCDDs)，造成環(huán)境嚴重的污染，危害人體健康；當進行煤氣化時， 由于溫度較低，氣化反應效率較低；當燃燒采用粒徑小于3mm煤時，大量未燃盡的小顆粒 煤很難分離再循環(huán)，燃燒效率降低。造成以上問題原因在于循環(huán)流化床鍋爐爐體內燃燒 溫度800-90(TC，當在該溫度區(qū)域焚燒有機垃圾時，含氯垃圾不完全燃燒，極易生成二噁英 (PCDDs)；而當在該溫度環(huán)境下進行煤氣化時，氣化反應速率小，導致氣化效率低；同時在 800-90(TC下，煤反應速率低，小粒徑煤很難一次燃盡，但又不能通過分離器回送爐膛，造成 飛灰損失大。分段高溫燃燒循環(huán)流化床系統(tǒng)是解決上述問題的有效途徑之一，它利用爐膛中部 高溫區(qū)域解決二噁英排放、提高氣化生產效率和燃燒效率等技術難題。城市生活和工業(yè)生產中存在大量的急需處理的有機垃圾，工業(yè)生產中存在大量的 粒徑小于3_煤需要高效利用。分段高溫燃燒循環(huán)流化床系統(tǒng)可以燃燒或氣化粒徑小于 3mm煤，還可以燃燒有機廢棄物，不僅可提高燃燒效率或氣化效率，還可解決有機廢棄物燃 燒過程中二噁英等有害物排放問題，具有非常廣闊的的應用前景。

發(fā)明內容
為了克服傳統(tǒng)循環(huán)流化床鍋爐在燃燒有機垃圾時造成二噁英(PCDDs)排放、在煤 氣化時效率低、燃燒小粒徑煤時效率低等缺點，本發(fā)明提供一種分段高溫燃燒循環(huán)流化床 系統(tǒng)，可提高燃燒效率或氣化效率，還可解決有機廢棄物燃燒過程中二噁英等有害物排放 問題。為了實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為該系統(tǒng)把爐膛分三段，下部內循 環(huán)流化床燃燒段、中部高溫懸浮燃燒段、上部降溫段，中部高溫懸浮燃燒段1000-130(TC高 溫環(huán)境遠離二噁英生成溫度，使在爐膛下部燃燒段未燃盡的有害物質隨氣流流經爐膛中部 時，高溫焚燒，充分分解，可防止二噁英形成，可有效解決有機物焚燒是造成二噁英排放難 題；若進行煤氣化時，中部高溫段1000-130(TC高溫環(huán)境，可以增大煤氣化反應速率，大大 提高氣化生產效率，同時破壞焦油的生成；當燃用粒徑小于3mm的煤時，由于小顆粒煤在中 部高溫段高溫區(qū)停留2-3s，可保證小粒徑煤燃盡，這樣使得燃燒效率提高。為了維持中部高 溫懸浮燃燒段1000-1300°C高溫環(huán)境，該區(qū)域爐壁采用耐火材料包覆，同時調節(jié)送入該燃燒 區(qū)域的燃料量。為了避免爐膛出口受熱面和分離器壁面結焦，通過在爐膛上部設置屏式換 熱器，降低煙氣溫度，使爐膛出口煙氣溫度在800-900°C，低于灰粒熔化溫度。為了保證較大 粒徑燃料高效燃燒，爐膛下部采用內循環(huán)流化床燃燒，通過調節(jié)埋管換熱，保證爐膛下部燃燒溫度維持在800-90(TC，避免結焦。本發(fā)明與現有技術相比優(yōu)點在于(1)爐膛采用中部高溫懸浮燃燒段，該段處于1000-1300°C高溫環(huán)境，遠離二噁英生成溫度，煤氣化或燃燒效率高。(2)在爐膛中部高溫懸浮燃燒段，顆粒燃燒停留時間2_3s以上，保證小粒徑煤完 全燃盡，克服傳統(tǒng)流化床在燃燒小顆粒煤時，由于未燃盡而難分離再循環(huán)燃燒造成燃燒效 率低的難題。(3)本發(fā)明可高效利用粒徑小于3mm煤，進行燃燒或氣化。


圖1為本發(fā)明分段高溫燃燒循環(huán)流化床系統(tǒng)結構示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述。如圖1所示，本發(fā)明實施例提供了一種分段高溫燃燒循環(huán)流化床系統(tǒng)，用于小粒 徑煤燃燒、氣化或有機垃圾焚燒。該系統(tǒng)包括爐體和燃料給料系統(tǒng)，燃料給料系統(tǒng)包括小粒徑燃料給料裝置6和大 粒徑燃料給料裝置5，大粒徑燃料給料裝置5與爐體底部內循環(huán)流化床燃燒段2連接，用于 向爐體底部內循環(huán)流化床燃燒段2供給大粒徑燃料，小粒徑燃料給料裝置6與爐體中部高 溫懸浮燃燒段3連接，用于向爐體中部供給小粒徑燃料，調整小粒徑燃料給料裝置6的送入 燃料量，保持爐體中部高溫懸浮燃燒段3在高溫環(huán)境下燃燒，爐體中部的高溫懸浮燃燒段3 的燃燒溫度在1000-1300°C，并且高溫懸浮燃燒段3的爐壁采用高溫耐火材料包覆，大粒徑 燃料給料裝置5向爐體內底部送入的大粒徑燃料為煤或有機廢棄物(粒徑0. 5-3mm)，小粒 徑燃料給料裝置6向爐體內中部送入的小粒徑燃料為粒徑在0. 5mm以下的煤；爐體上部降 溫段4設置有控制爐體出口溫度的換熱器13，該換熱器為屏式換熱器，降溫段4的爐壁為水 冷壁14，通過水冷壁14和換熱器13將爐體出口溫度控制在800-900°C。爐體底部的內循環(huán) 流化床燃燒段2的下部設置循環(huán)調節(jié)風室8、低速風室9和高速風室10，低速風室9和循環(huán) 調節(jié)風室8分別以高速風室10為中心對稱設置在該高速風室10兩側，循環(huán)調節(jié)風室8設 置在相對高速風室10的最外側。爐體底部的內循環(huán)流化床燃燒段2設置有隔板11和埋管 12，埋管12設置在爐體內底部的兩側，位于循環(huán)調節(jié)風室8的上方位置，爐體內的燃料通過 埋管12換熱，調整爐體底部的內循環(huán)流化床燃燒段2的溫度在800-900°C ；隔板11相對爐 體底面垂直或傾斜設置，將爐體底部分為三段，使得循環(huán)調節(jié)風室8吹出的風與低速風室9 和高速風室10吹出的風隔開。該系統(tǒng)上還設置有燃料再循環(huán)系統(tǒng)，該燃料再循環(huán)系統(tǒng)包括 分離器15和返料控制器17，分離器15和返料控制器17之間通過落料管16連接，燃料再循 環(huán)系統(tǒng)將爐體上部出口與爐體底部連接，從爐體上部出口排出的煤氣經分離器15分離，分 離器15可以為旋風分離器或多管陶瓷高溫除塵器，分離出的燃料顆粒通過返料控制器17 送入爐體底部的內循環(huán)流化床燃燒段2繼續(xù)氣化或燃燒，煤氣經分離器15分離后從煙道排 出，煙道尾部設置有對流換熱器18和空氣預熱器7，通過對流換熱器18和空氣預熱器7換 熱，用于加熱燃燒送風；空氣預熱器7向循環(huán)調節(jié)風室8、低速風室9和高速風室10提供循環(huán)流化熱風，并將小粒徑燃料給料裝置6中的小粒徑燃料攜帶送入爐體中部。中部高溫懸浮燃燒段3，1000-130(TC高溫環(huán)境遠離二噁英生成溫度，使在爐膛下部燃燒段2未燃盡的有害物質隨氣流流經爐膛中部時，高溫焚燒，充分分解，可防止二噁英 形成，可有效解決有機物焚燒是造成二噁英排放難題；若進行煤氣化時，中部高溫段3在 1000-130(TC高溫環(huán)境，可以增大煤氣化反應速率，大大提高氣化生產效率，同時破壞焦油 的生成；當燃用粒徑小于3mm的煤時，由于小顆粒煤在中部高溫段3高溫區(qū)停留2_3s，可保 證小粒徑煤燃盡，這樣使得燃燒效率提高。需要指出的是根據本發(fā)明的具體實施方式
所做出的任何變形，均不脫離本發(fā)明的 精神以及權利要求記載的范圍。
權利要求
一種分段高溫燃燒循環(huán)流化床系統(tǒng)，其特征在于，包括爐體和燃料給料系統(tǒng)，燃料給料系統(tǒng)包括小粒徑燃料給料裝置和大粒徑燃料給料裝置，大粒徑燃料給料裝置與爐體底部內循環(huán)流化床燃燒段連接，用于向爐體底部內循環(huán)流化床燃燒段供給大粒徑燃料，小粒徑燃料給料裝置與爐體中部高溫懸浮燃燒段連接，用于向爐體中部供給小粒徑燃料，調整小粒徑燃料給料裝置的送入燃料量，保持爐體中部高溫懸浮燃燒段在高溫環(huán)境下燃燒；爐體上部降溫段設置有控制爐體出口溫度的換熱器。
2.如權利要求1所述的分段高溫燃燒循環(huán)流化床系統(tǒng)，其特征在于，所述爐體底部的 內循環(huán)流化床燃燒段的下部設置循環(huán)調節(jié)風室、低速風室和高速風室，所述低速風室和循 環(huán)調節(jié)風室分別以所述高速風室為中心對稱設置在該高速風室兩側，其中循環(huán)調節(jié)風室設 置在相對高速風室的最外側。
3.如權利要求2所述的分段高溫燃燒循環(huán)流化床系統(tǒng)，其特征在于，所述爐體底部的 內循環(huán)流化床燃燒段設置有隔板和埋管，所述埋管設置在爐體內底部的兩側，位于所述循 環(huán)調節(jié)風室的上方位置，爐體內的燃料通過埋管換熱調整爐體底部的內循環(huán)流化床燃燒段 的溫度在800-90(TC ；所述隔板相對爐體底面垂直或傾斜設置，將爐體底部分為三段，使得 所述循環(huán)調節(jié)風室吹出的風與所述低速風室和高速風室吹出的風隔開。
4.如權利要求1所述的分段高溫燃燒循環(huán)流化床系統(tǒng)，其特征在于，所述大粒徑燃料 給料裝置向所述爐體內底部送入的大粒徑燃料為粒徑0. 5-3mm的煤或有機廢棄物，所述小 粒徑燃料給料裝置向所述爐體內中部送入的小粒徑燃料為粒徑在0. 5mm以下的煤。
5.如權利要求1所述的分段高溫燃燒循環(huán)流化床系統(tǒng)，其特征在于，所述爐體中部的 高溫懸浮燃燒段的燃燒溫度在1000-1300°C，并且高溫懸浮燃燒段的爐壁采用高溫耐火材 料包覆。
6.如權利要求1所述的分段高溫燃燒循環(huán)流化床系統(tǒng)，其特征在于，所述爐體上部降 溫段設置的換熱器為屏式換熱器，將爐體出口溫度控制在800-900°C。
7.如權利要求1-6任一所述的分段高溫燃燒循環(huán)流化床系統(tǒng)，其特征在于，所述的分 段高溫燃燒循環(huán)流化床系統(tǒng)上還設置有燃料再循環(huán)系統(tǒng)，該燃料再循環(huán)系統(tǒng)包括分離器和 返料控制器，燃料再循環(huán)系統(tǒng)將所述爐體上部出口與所述爐體底部連接，從爐體上部出口 排出的煤氣經分離器分離，分離出的燃料顆粒通過返料控制器送入爐體底部的內循環(huán)流化 床燃燒段繼續(xù)氣化或燃燒，煤氣經分離器分離后從煙道排出。
8.如權利要求7所述的分段高溫燃燒循環(huán)流化床系統(tǒng)，其特征在于，所述煙道尾部設 置有對流換熱器和空氣預熱器，通過對流換熱器和空氣預熱器換熱，用于加熱燃燒送風；空 氣預熱器向所述循環(huán)調節(jié)風室、低速風室和高速風室提供循環(huán)流化熱風，并將小粒徑燃料 給料裝置中的小粒徑燃料攜帶送入爐體中部。
9.如權利要求7所述的分段高溫燃燒循環(huán)流化床系統(tǒng)，其特征在于，所述分離器為旋 風分離器或多管陶瓷高溫除塵器。
10.一種如權利要求1所述的分段高溫燃燒循環(huán)流化床系統(tǒng)的分段燃燒方法，具體為 爐體內分為下部內循環(huán)流化床燃燒段、中部高溫懸浮燃燒段和上部降溫段三段燃燒，下部 燃燒段的燃燒溫度為800-900°C、中部高溫懸浮燃燒段的燃燒溫度為1000-1300°c、上部降 溫段的溫度為800-900°C，中部高溫懸浮燃燒段1000-1300°C高溫環(huán)境遠離二噁英生成溫 度，使在爐膛下部燃燒段未燃盡的有害物質隨氣流流經爐體中部時，高溫焚燒，充分分解。
全文摘要
本發(fā)明公開一種分段高溫燃燒循環(huán)流化床系統(tǒng)及燃燒方法，該系統(tǒng)和方法采用分段燃燒技術，沿爐膛高度方向分三段，包括下部內循環(huán)流化床燃燒段、中部高溫懸浮燃燒段、上部降溫段，將粒徑較大的燃料(煤或有機廢棄物)送入下部內循環(huán)流化床燃燒段燃燒，該段燃燒溫度保持在800-900℃，粒徑較小的煤送入爐膛中部高溫燃燒，該段燃燒溫度保持在1000-1300℃，爐膛上部布置屏式受熱面，爐膛出口溫度為800-900℃。本發(fā)明高溫分段燃燒系統(tǒng)可以燃燒煤、有機廢棄物，還可進行煤氣化，不僅可提高燃燒效率或氣化效率，還可解決有機廢棄物燃燒過程中二噁英等有害物排放問題，具有非常廣闊的的應用前景。
文檔編號F23C101/00GK101806451SQ201010147429
公開日2010年8月18日 申請日期2010年4月13日 優(yōu)先權日2010年4月13日
發(fā)明者余立新, 張宇, 李博, 李森, 李騰, 魏小林 申請人:中國科學院力學研究所