專(zhuān)利名稱(chēng)：一種射流調(diào)控的生物質(zhì)和煤循環(huán)流化床共燃裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種固體燃料的燃燒裝置，具體地說(shuō)涉及一種射流調(diào)控的生物質(zhì)和煤循環(huán)流化床共燃裝置。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)與煤和石油等傳統(tǒng)化石燃料具有很大的兼容性，不僅在發(fā)電和供熱利用方面易于和現(xiàn)有能源工業(yè)相銜接，而且是唯一可直接轉(zhuǎn)換為含碳燃料的可再生資源。2009年 12月國(guó)際能源署在生物質(zhì)能報(bào)告中指出，目前可再生能源提供全球13%的一次能源，而生物質(zhì)能在可再生能源中處于主導(dǎo)地位，約為10%，其中在經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織國(guó)家中生物質(zhì)能約占3%，主要用于發(fā)電和供熱；但在發(fā)展中國(guó)家中平均約為22%，其中有些國(guó)家甚至高達(dá)90%以上，以民用燃料為主。我國(guó)《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》指出，目前我國(guó)生物質(zhì)資源可轉(zhuǎn)換為能源的潛力約5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，今后的潛力可達(dá)10億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。生物質(zhì)能的高效利用不僅可以減少全球溫室氣體二氧化碳的排放，而且有利于緩解國(guó)家油氣資源的對(duì)外依存度，同時(shí)也為我國(guó)引領(lǐng)人類(lèi)第四次工業(yè)革命提供了機(jī)遇。因此，開(kāi)展生物質(zhì)供熱、發(fā)電、制取清潔燃料以及化工原料和新型材料等方面的高技術(shù)開(kāi)發(fā)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有極其重要的戰(zhàn)略意義。在現(xiàn)有的生物質(zhì)資源利用路線(xiàn)中，直接燃燒是一種最簡(jiǎn)便可行的利用技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)外生物質(zhì)直接燃燒技術(shù)主要包括生物質(zhì)單獨(dú)燃燒和與煤混燃兩種。生物質(zhì)單獨(dú)燃燒用于發(fā)電或熱電聯(lián)供已在北美和歐洲得到了廣泛應(yīng)用，但主要建設(shè)在大型農(nóng)場(chǎng)或農(nóng)業(yè)非常集中的地區(qū)；我國(guó)也研制開(kāi)發(fā)出不同類(lèi)型的生物質(zhì)燃燒鍋爐，技術(shù)已基本成熟，主要包括木柴 (木屑)鍋爐、甘蔗渣鍋爐和稻殼鍋爐。然而，與歐美國(guó)家相比較，國(guó)內(nèi)生物質(zhì)資源比較分散，作為商品的供應(yīng)量非常有限，因此，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)應(yīng)用多為中小容量鍋爐，且由于原料的季節(jié)性和地域半徑等原因的制約，迫使生物質(zhì)單獨(dú)燃燒企業(yè)在缺乏政策扶持前提下難以維持正常運(yùn)行，只有木材廠(chǎng)和碾米廠(chǎng)等利用廢棄生物質(zhì)資源的企業(yè)才有其生存空間。從技術(shù)層面講，生物質(zhì)燃燒過(guò)程中沉積、結(jié)渣、腐蝕等問(wèn)題尚未得到很好地解決，對(duì)于采用流化床燃燒鍋爐還需要進(jìn)一步研究爐內(nèi)顆粒流動(dòng)非均勻性對(duì)燃燒和換熱過(guò)程的影響行為。盡管煤炭在我國(guó)一次能源中所占比例逐年減少，但總量卻仍然呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)， 因此開(kāi)展煤與生物質(zhì)混燃技術(shù)具有更重要的現(xiàn)實(shí)意義。生物質(zhì)與煤在鍋爐中混合燃燒，毋需對(duì)現(xiàn)存燃煤設(shè)備進(jìn)行太大改動(dòng)，即在現(xiàn)有燃煤鍋爐的基礎(chǔ)上，根據(jù)生物質(zhì)特點(diǎn)對(duì)燃料供應(yīng)和燃燒室進(jìn)行部分改造，以生物質(zhì)燃料替代部分礦物燃料進(jìn)行混合燃燒后發(fā)電或熱電聯(lián)供。尤其是大型電廠(chǎng)的可調(diào)節(jié)性大，能適應(yīng)不同程度的生物質(zhì)混合燃燒，可以根據(jù)當(dāng)?shù)厣镔|(zhì)資源的可獲得程度靈活匹配生物質(zhì)混合燃燒規(guī)模。同時(shí)，高揮發(fā)分和低含硫量的生物質(zhì)與煤混燃的協(xié)同效應(yīng)可以降低燃煤鍋爐尾氣中的SOx和NOx，采用燃燒溫度相對(duì)較低的流化床技術(shù)則效果更佳
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易操作的生物質(zhì)和煤循環(huán)流化床共
燃裝置。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它是由流化床、旋風(fēng)分離器、料腿、返料器、生物質(zhì)焦油裂解器、富氧空氣攜帶生物質(zhì)進(jìn)料管、V形氣體分布板、原料煤入口、一次風(fēng)入口、二次風(fēng)入口、返料輸送風(fēng)入口、返料松動(dòng)風(fēng)入口、灰渣出口和煙氣出口組成。其特征在于流化床上部床體和下部床體通過(guò)錐形過(guò)渡段連接，上部床體直徑大于下部床體直徑，面積比為1. 2 到3. 0之間；流化床頂部與旋風(fēng)分離器入口連接；流化床下部床體內(nèi)置有生物質(zhì)焦油裂解器，側(cè)面設(shè)有富氧空氣攜帶生物質(zhì)進(jìn)料管并引至床體中心處向上伸至生物質(zhì)焦油裂解器下方；流化床底部設(shè)有風(fēng)室，風(fēng)室內(nèi)置有V形氣體分布板，底部的中心處設(shè)灰渣出口 ；流化床側(cè)面自下而上依次設(shè)有一次風(fēng)入口、原料煤入口和二次風(fēng)入口，一次風(fēng)入口和V形氣體分布板連通，二次風(fēng)入口位于流化床下部和錐形過(guò)渡段之間；旋風(fēng)分離器的頂部為煙氣出口， 底部與料腿連接，料腿底部與返料器一側(cè)連接，返料器另一側(cè)與流化床下部連接；返料器設(shè)有兩級(jí)輸送風(fēng)入口和松動(dòng)風(fēng)入口。其進(jìn)一步特征在于1、生物質(zhì)在高速富氧空氣攜帶下進(jìn)入流化床形成連續(xù)射流后迅速熱解，氣態(tài)熱解焦油與高速氣流卷吸的高溫固體物料一起進(jìn)入生物質(zhì)焦油裂解器，生物質(zhì)焦油吸收煤、半焦或焦炭與氧氣燃燒反應(yīng)放出的熱量后在裂解器內(nèi)裂解為小分子的可燃?xì)怏w；2、生物質(zhì)燃料一般水分高，發(fā)熱量低，不易著火，中心富氧射流空氣和生物質(zhì)焦油裂解器的引入，彌補(bǔ)了生物質(zhì)燃料不易著火的缺陷，同時(shí)可以將生物質(zhì)焦油迅速裂解為小分子可燃?xì)怏w；3、在生物質(zhì)焦油裂解器上部，部分生物質(zhì)燃?xì)饨M分將燃燒過(guò)程中所形成的部分NOx還原為氮?dú)猓瑴p少了燃燒過(guò)程氮氧化合物的排放；4、返料器設(shè)有松動(dòng)風(fēng)和兩級(jí)輸送風(fēng)，可以保證旋風(fēng)分離器分離的顆粒順利返回主體流化床；5、本專(zhuān)利技術(shù)可以對(duì)現(xiàn)有燃煤流化床鍋爐進(jìn)行改造，在高效利用生物質(zhì)資源的同時(shí)，減少二氧化碳、NOx和SOx的排放。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下獨(dú)特優(yōu)勢(shì)①本發(fā)明對(duì)生物質(zhì)和煤采用了不同的進(jìn)料方式，生物質(zhì)通過(guò)富氧空氣氣力輸送進(jìn)入流化床，在生物質(zhì)射流進(jìn)料管上方形成連續(xù)射流后在高溫下快速熱解，且熱解生物質(zhì)油吸收高速射流夾帶熱載體的熱量后進(jìn)一步裂解為小分子的可燃?xì)怏w，同時(shí)，生物質(zhì)熱解后的固體產(chǎn)物在射流作用下通過(guò)顆粒的內(nèi)循環(huán)達(dá)到床層內(nèi)不同物性顆粒的均勻混合，避免了生物質(zhì)和煤混合加料可能引起兩種物料分層的缺陷；②生物質(zhì)射流進(jìn)料管上方設(shè)置生物質(zhì)焦油裂解器，可以使生物質(zhì)熱解油在此裂解器內(nèi)幾乎全部裂解為小分子可燃?xì)怏w，避免了大分子生物質(zhì)焦油對(duì)后續(xù)系統(tǒng)影響；③富氧空氣生物質(zhì)射流進(jìn)料管和生物質(zhì)焦油裂解器的引入，彌補(bǔ)了生物質(zhì)燃料不易著火的缺陷；④在生物質(zhì)焦油裂解器上部，還原性的生物質(zhì)燃?xì)鈱⑷济哼^(guò)程中所形成的部分 NOx轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，有效地制約了氮氧化合物的排放；⑤上部帶有擴(kuò)大段的流化床可以使粒度較小或密度較輕的煤/生物質(zhì)顆粒返回到流化床下部密相區(qū)；此外，本發(fā)明還具有一般流化床的以下優(yōu)點(diǎn)①流化床下部裝有V形氣體分布板，保證了在流化床環(huán)隙區(qū)內(nèi)形成鼓泡流態(tài)化， 顆粒和氣體的混合更加充分，有效的促進(jìn)了生物質(zhì)和煤的燃燒反應(yīng)和熱量傳遞，提高了裝置的反應(yīng)效率，同時(shí)也有利于灰渣的排放；②返料器采用松動(dòng)風(fēng)和兩級(jí)輸送風(fēng)調(diào)控系統(tǒng)的壓力平衡，可以保證旋風(fēng)分離器分離的顆粒順利返回主體流化床。③本發(fā)明將生物質(zhì)添加到循環(huán)流化床燃煤鍋爐中，可以不同程度地減少燃煤鍋爐的二氧化碳、NOx和SOx排放。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，1是灰渣出口，2是富氧空氣和生物質(zhì)進(jìn)料口，3是一次風(fēng)入口，4是V形氣體分布板，5是原料煤入口，6是流化床下部床體，7是二次風(fēng)入口，8是流化床中部過(guò)渡段，9是流化床上部擴(kuò)大段，10是生物質(zhì)焦油裂解器，11是富氧空氣和生物質(zhì)進(jìn)料噴嘴，12 是風(fēng)室，13是返料松動(dòng)風(fēng)入口，14是返料輸送風(fēng)A入口，15是返料器，16是返料輸送風(fēng)B入口，17是料腿，18是旋風(fēng)分離器，19是煙氣出口。
具體實(shí)施例方式生物質(zhì)被富氧空氣氣力輸送通過(guò)生物質(zhì)射流進(jìn)料管2進(jìn)入流化床下部床體6，在生物質(zhì)射流進(jìn)料管2上方形成連續(xù)射流，原料煤則由原料煤入口 5進(jìn)入，并與生物質(zhì)形成逆流運(yùn)動(dòng)，在射流的擾動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)與煤的完全混合，富氧空氣經(jīng)一次風(fēng)入口 3和氣體分布器4進(jìn)入床內(nèi)，使整個(gè)床層處于穩(wěn)定流化狀態(tài)。生物質(zhì)和煤在富氧空氣的作用下發(fā)生燃燒放熱反應(yīng)，生物質(zhì)受熱生成生物質(zhì)油經(jīng)生物質(zhì)焦油裂解器10進(jìn)一步裂解為小分子可燃?xì)怏w，和煤燃燒生成的氣體一起，夾帶大量灰渣及未燃盡的煤粒、半焦等由流化床下部6向上移動(dòng)。二次風(fēng)由二次風(fēng)入口 7進(jìn)入加強(qiáng)燃燒，在擴(kuò)大段9內(nèi)進(jìn)一步燃燒后，部分固體顆粒返回流化床下部6，其余的氣體及粉塵進(jìn)入旋風(fēng)分離器18進(jìn)行氣固分離，分離后的高溫氣體由旋風(fēng)分離器18頂部的煙氣出口 19排出，固體進(jìn)入料腿17，依靠料腿17內(nèi)固體靜壓力及來(lái)自返料器15的兩級(jí)輸送風(fēng)和松動(dòng)風(fēng)的動(dòng)力順利返回流化床下部6。灰渣由流化床6底部的灰渣出口 1排出。
權(quán)利要求
1.一種射流調(diào)控的生物質(zhì)和煤循環(huán)流化床共燃裝置，是由流化床、旋風(fēng)分離器、料腿、 返料器、生物質(zhì)焦油裂解器、富氧空氣攜帶生物質(zhì)進(jìn)料管、V形氣體分布板、原料煤入口、一次風(fēng)入口、二次風(fēng)入口、返料輸送風(fēng)入口、返料松動(dòng)風(fēng)入口、灰渣出口和煙氣出口組成。其特征在于流化床上部床體9和下部床體6通過(guò)錐形過(guò)渡段8連接，上部床體9直徑大于下部床體6直徑；流化床頂部與旋風(fēng)分離器18入口連接；流化床下部床體6內(nèi)置有生物質(zhì)焦油裂解器10，側(cè)面設(shè)有富氧空氣攜帶生物質(zhì)進(jìn)料管2并引至床體中心處向上伸至生物質(zhì)焦油裂解器10下方；流化床底部設(shè)有風(fēng)室12，風(fēng)室內(nèi)置有V形氣體分布板4，底部的中心處設(shè)灰渣出口 1 ；流化床側(cè)面自下而上依次設(shè)有一次風(fēng)入口 3、原料煤入口 5和二次風(fēng)入口 7，一次風(fēng)入口 3和V形氣體分布板4連通，二次風(fēng)入口 7位于流化床下部6和錐形過(guò)渡段8之間； 旋風(fēng)分離器18的頂部為煙氣出口 19，底部與料腿17連接，料腿17底部與返料器15 —側(cè)連接，返料器15另一側(cè)與流化床下部6連接；返料器15設(shè)有兩級(jí)輸送風(fēng)入口 14、16和松動(dòng)風(fēng)人口 13。
2.如權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)和煤循環(huán)流化床共燃裝置，其特征在于流化床下部引入生物質(zhì)射流進(jìn)料噴嘴，既可以使生物質(zhì)在流化床底部迅速熱解，也可以強(qiáng)化生物質(zhì)及其燃燒殘焦與煤均勻混合。
3.如權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)和煤循環(huán)流化床共燃裝置，其特征在于所述流化床內(nèi)置有生物質(zhì)焦油裂解器，可以使生物質(zhì)焦油進(jìn)一步裂解為小分子可燃?xì)怏w，避免生物質(zhì)焦油對(duì)后續(xù)管道的堵塞等不利影響。
4.如權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)和煤循環(huán)流化床共燃裝置，其特征在于所述流化床上部帶有擴(kuò)大段，其中擴(kuò)大段和流化床下部的面積比為1. 2到3. 0之間，擴(kuò)大段的設(shè)置可以使部分固體顆?；氐搅骰蚕虏棵芟鄥^(qū)繼續(xù)燃燒，減輕旋風(fēng)分離器的分離負(fù)擔(dān)。
全文摘要
一種生物質(zhì)和煤復(fù)合燃燒裝置是由流化床(7)、生物質(zhì)射流進(jìn)料管(2)、富氧空氣入口(3)、氣體分布器(4)、原料煤入口(5)、流化床導(dǎo)熱管(6)、換熱器(9)、換熱器導(dǎo)熱管(10)、旋風(fēng)分離器(8)、灰渣出口(1)、貧氧空氣出口(11)和排灰口(12)組成。其特征在于流化床(7)底部裝有灰渣出口(1)、射流進(jìn)料管(2)和氣體分布器(4)，下部有導(dǎo)熱管(6)，側(cè)面有原料煤入口(5)，上部有旋風(fēng)分離器(8)；換熱器(9)底部是排灰口(12)，下部有貧氧空氣出口(11)，內(nèi)有導(dǎo)熱管(10)；富氧空氣輸送生物質(zhì)進(jìn)入流化床(7)后，在射流作用下使生物質(zhì)與煤快速混合后燃燒，大大地減少了生物質(zhì)焦油的生成。
文檔編號(hào)C10J3/60GK102278742SQ201010203058
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2010年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月9日
發(fā)明者張凱華, 張鍇, 楊勇平, 滕陽(yáng), 陳宏剛 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)