专利名称：生物质团聚排渣流化床燃烧装置与方法
技术领域：
本发明涉及的是一种能源技术领域的装置和方法，特别是一种生物质的团 聚排渣流化床燃烧方法与装置。
背景技术：
生物质是一种分布广、资源量丰富的清洁可再生资源，其能源化利用过程 可实现C02零排放。我国拥有十分丰富的生物质资源，发展生物质燃烧技术可以
缓解当前及将来的化石能源紧缺、减少温室气体的排放，同时对解决农村秸秆 等利用问题、增加农民收入具有非常重要的意义。流化床燃烧技术因具有燃烧 效率高、有害气体排放易控制、热容量大等一系列优点而得到广泛应用。但流 化床技术应用于生物质燃烧尚存在一些问题。因为生物质燃料含有某些不定量 的元素，如钾、钠、氯等，它们会降低灰分的熔点，增加了流化床的结渣趋势，
造成炉内整体结焦而被迫停炉；同时由于防结焦结渣原因，生物质流化床的炉 温偏低而造成飞灰含碳量增加。
经过对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号为CN 1928430A，该专利 公开了一种燃用生物质燃料的鼓泡流化床燃烧装置及方法的技术方案，该专利 将炉膛密相区的温度控制在600-700°C，以减少炉膛密相区的床料团聚；通过增 加炉膛高度设计以及配备的飞灰回送系统有效地提高半焦的燃尽率，解决了常 规设计方案中飞灰含碳量高的问题，达到较高的燃烧效率。该专利是一很有实 用价值的、针对生物质燃料的流化床改进技术，但由于采用床温限制、飞灰回 送，大大增加了投资成本和运行难度，但也不能根本上解决燃烧生物质的问题。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供一种生物质团聚排渣流化床燃烧装 置与方法，使其采用异速流化，加强流化床密相区的内循环，保证团聚灰渣一 旦形成，通过分选排渣系统及时排出，防止床内结焦的发生。流化床密相区温 度则仍维持传统温度(800-950°C)，保持流化床的高效燃烧。
本发明是通过如下技术方案实现的-
本发明所述的生物质团聚排渣流化床燃烧装置，包括炉膛、倾斜布风板、 低速一次风室、高速一次风室、分选排渣管、二次风进口、给料口、分选风管、 排渣口、旋风分离器、飞灰返料装置和密封渣箱。炉膛分为下部密相区和上部 稀相区，密相区设置倾斜布风板，倾斜布风板下部连接低速一次风室、高速一 次风室，高风速一次风室外侧布置分选排渣管，分选排渣管两侧分别设有分选 风管，分选风管和分选排渣管相通，旋风分离器位于炉体的一侧，旋风分离器 的下部连接飞灰返料装置，旋风分离器分离出的飞灰由飞灰返料装置返送回炉 膛下部密相区，分选排渣管下部接入密封渣箱，炉膛上部设有二次风进口，炉 膛两侧的炉墙上设置给料口 。
所述下部密相区为矩形结构，宽深比或深宽比为(1.5: 1) - (4: 1)。
所述上部稀相区为矩形或圆柱形结构。
所述倾斜布风板，其倾斜角度为5度-30度。
所述低速一次风室，其流化风量(速)为热态临界流化风量(速)的1-2.5倍。
所述高速一次风室，其流化风量(速)为热态临界流化风量(速)的3-6倍。
所述分选排渣管，其截面为圆柱形或矩形，分选风从两侧进入，分选风既 可以起到分选团聚灰渣的作用，同时还能加强炉膛密相区的物料内循环。 所述旋风分离器，其顶部设置有烟气出口。
所述分选排渣管下方设置落渣箱，用于收集炉内团聚排出的灰渣。落渣箱 的密封性还可以稳定分选送风。本发明在分选排渣管的设计上直接采用圆柱形 或矩形而取消了文丘里管，另外增加了密封渣箱。试验证明本发明设计更有利 于减小床内压力的波动，保证系统的稳定运行。
本发明所涉及的生物质团聚排渣流化床燃烧方法，包括以下步骤
第一步，首先向炉内加入筛分过的石英砂作为床料，投入生物质燃料燃烧;
第二步，调节高、低一次风室的风量，使高、低风室的风量比为1.5:1-4:1， 形成炉内物料的异速流化，实现床内颗粒大尺度的内循环运动和底部颗粒沿倾 斜布风板的定向流动；
第三步，团聚排渣，灰渣团聚成团、分选排出灰在达到初始粘结温度后， 在床内颗粒的内循环运动作用下，团聚成大的灰渣。当炉内的团聚灰渣随床料 运动至排渣口时会落到排渣管中，若管内风速确定，团聚灰渣本身重力大于在 管中受到的向上的浮力时就能落至渣箱中，反之，较小的灰渣会被送回炉内。 因此可以通过调节分选排渣管的风量而连续排出团聚灰渣。
与现有技术相比，本发明的有益效果为1)保证流化床连续安全运行生 物质燃料含有某些不定量的元素，如钾、钠、氯等会降低灰分的熔点。团聚灰 渣在炉内若不及时排出会使床内流化状态恶化。在异速流化的情况下，即使炉 膛密相区局部温度较高，团聚灰渣形成后随即随床料运动最终通过分选排渣系 统及时排入渣箱，避免因炉内结焦而导致停炉，保证流化床的连续运行。2) 燃烧效率高由于避免了结焦结渣，流化床燃烧生物质时密相区温度仍能维持 较高温度(800-950°C)，保证了流化床的高效燃烧。另外，采用炉内密相区的 异速流化大大加强炉内物料的内循环运动，以及飞灰回送外循环设置，增加了 生物质燃料在炉内的停留时间，提高了整体的燃烧反应效率，降低飞灰含碳量 30%以上。
图1是本发明装置结构示意图
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提 下进行实施，针对秸秆类生物质给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但 本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例装置包括炉膛l、倾斜布风板3、低速一次风室4、 高速一次风室5、分选风管6、分选排渣管7、排渣口8、给料口9、 二次风进口 10、旋风分离器ll、飞灰返料装置13、密封渣箱14。炉膛1分为下部密相区2 和上部稀相区15。炉膛1上部与旋风分离器11相连，旋风分离器11的下部连 接飞灰返料装置13，收集的飞灰重新回到炉膛密相区2进一步燃烧。下部密相 区2底部设置倾斜布风板3,倾斜布风板3的下方的一侧设有低速一次风室4和 另一侧设有高速一次风室5，排渣口 8位于倾斜布风板3高速风室的外侧，分选 排渣管7 —端与排渣口 8相连，分选排渣管7两侧分别设有分选风管6，分选风
管6和分选排渣管7相通。分选排渣管7下部接入密封渣箱14。炉膛1上部设 有二次风进口 10，炉膛1两侧的炉墙上设置给料口 9。
所述下部密相区2，为矩形结构，宽深比或深宽比为(1.5: 1) - (4: 1)。
所述炉膛1上部稀相区15为矩形或圆柱形结构。
所述倾斜布风板3，其倾斜角度为5度-30度。
所述低速一次风室4，其流化风量(速)为热态临界流化风量(速)的1-2. 5倍。
所述高速一次风室5，其流化风量(速)为热态临界流化风量(速)的3-6倍。
所述分选排渣管7，截面为圆柱形或矩形，分选风从两侧进入，分选风既可 以起到分选团聚灰渣的作用，同时还能加强炉膛密相区的物料内循环。 所述旋风分离器11的顶部设置有烟气出口 12。
上述结构的装置工作时，生物质由给料口 9进入炉膛1燃烧，燃烧后的烟 气携带飞灰向上运动进入旋风分离器11进行气固分离，烟气由顶部烟气出口 12 排出，收集的飞灰由旋风分离器11的下部进入飞灰返料装置13，重回到炉膛密 相区2进一步燃烧； 一次风从低速一次风室4、高速一次风室5进入倾斜布风板 3，用于床料异速流化，实现床内颗粒大尺度的内循环运动和底部颗粒沿倾斜布 风板3的定向流动； 一旦形成团聚灰渣则随底部定向流动及时到达排渣口8，进 入分选排渣管7，在分选风管6分选风冲击下，小颗粒和床料逆转返回床内，团 聚大灰渣则进入密封渣箱14。
以下以秸秆颗粒来说明本发明生物质团聚排渣流化床燃烧方法的实施例 生物质团聚排渣流化床装置的倾斜布风板3倾角为20。。在燃烧前，先将 床料进行筛分，使床料粒径控制在lmm以下。 一次风则先被相关炉外点火装置 加热，送入从炉膛1底部两个一次风室，加热过的一次风将床料温度加热到400 'C以上，此时从炉膛密相区2两侧的给料口加入压制过的秸秆颗粒，粒径在 5mm-10mm左右。调节高速一次风室5、低速一次风室4的风量，使高速一次风 室5、低速一次风室4的风量比为2:1。增加给料量逐步提高炉内温度直至800 。C以上。开启分选风管6，风量大小应至少保证床料不致下落。炉膛密相区2的 宽深比为3:1设计，炉内物料的异速流化可以使物料形成大尺度内循环。当秸秆燃烧后产生的灰渣一旦团聚成大颗粒，及时运动到排渣口8。调节分选风量的 大小以排出不同尺寸团聚灰渣。炉膛1燃烧产生的烟气经旋风分离器11气固分 离，烟气由旋风分离器11顶部的烟气出口 12排出，而飞灰通过飞灰返料器13 进入炉膛1密相区2进一步燃尽，这样通过物料在炉膛1内的内循环和飞灰回 送，延长了生物质燃料在炉内的停留时间，大大提高了燃尽度，提高整体燃烧 反应速率，降低飞灰含碳量30%以上。
当高速一次风室5流化风量为低速一次风室4流化风量1. 5或4倍时，团 聚排渣流化床也都能在800-95(TC正常运行，不发生结焦结渣，同时降低飞灰含 碳量30%以上。
权利要求
1、一种生物质团聚排渣流化床燃烧装置，包括炉膛、二次风进口、给料口、排渣口、旋风分离器和飞灰返料装置，其特征在于，还包括倾斜布风板、低速一次风室、高速一次风室、分选排渣管、分选风管、密封渣箱，炉膛分为下部密相区和上部稀相区，密相区设置倾斜布风板，倾斜布风板下部连接低速一次风室、高速一次风室，高风速一次风室外侧布置分选排渣管，分选排渣管两侧分别设有分选风管，分选风管和分选排渣管相通，旋风分离器位于炉体的一侧，旋风分离器的下部连接飞灰返料装置，旋风分离器分离出的飞灰由飞灰返料装置返送回炉膛下部密相区，分选排渣管下部接入密封渣箱，炉膛上部设有二次风进口，炉膛两侧的炉墙上设置给料口。
2、 根据权利要求1所述的生物质团聚排渣流化床燃烧装置，其特征是，所 述下部密相区为矩形结构，宽深比或深宽比为1.5: 1-4: 1。
3、 根据权利要求1所述的生物质团聚排渣流化床燃烧装置，其特征是，所 述上部稀相区为矩形或圆柱形结构。
4、 根据权利要求1所述的生物质团聚排渣流化床燃烧装置，其特征是，所述倾斜布风板，其倾斜角度为5度-30度。
5、 根据权利要求1所述的生物质团聚排渣流化床燃烧装置，其特征是，所 述低速一次风室，其流化风量为热态临界流化风量的1倍-2. 5倍。
6、 根据权利要求1所述的生物质团聚排渣流化床燃烧装置，其特征是，所 述高速一次风室，其流化风量为热态临界流化风量的3倍-6倍。
7、 根据权利要求1所述的生物质团聚排渣流化床燃烧装置，其特征是，所 述分选排渣管，其截面为圆柱形或矩形，分选风从两侧进入。
8、 一种生物质团聚排渣流化床燃烧方法，其特征在于，包括以下步骤 第一步，首先向炉内加入筛分过的石英砂作为床料，投入生物质燃料燃烧; 第二步，调节风量，形成炉内物料的异速流化，实现床内颗粒大尺度的内循环运动和底部颗粒沿倾斜布风板的定向流动；第三步，团聚排渣，灰渣团聚成团、分选排出灰在达到初始粘结温度后， 在床内颗粒的内循环运动作用下，团聚成大的灰渣，通过调节风量而连续排出团聚灰渣。
9、 根据权利要求8所述的生物质团聚排渣流化床燃烧方法，其特征是，所 述的调节风量，是指高、低风室的风量比为1.5:1-4:1。
10、 根据权利要求8所述的生物质团聚排渣流化床燃烧方法，其特征是， 所述的连续排出团聚灰渣，是指当炉内的团聚灰渣随床料运动至分选排渣管 上方时会落到排渣管中，若管内风速确定，灰渣本身重力大于在管中受到的向 上的浮力时就能落至渣箱中，反之，小的团聚灰渣会被送回炉内，所以通过调 节分选排渣管的风量而连续排出团聚灰渣。
全文摘要
本发明公开了一种能源技术领域的生物质团聚排渣流化床燃烧装置与方法，所述装置中炉膛分为下部密相区和上部稀相区。密相区采用倾斜布风板，倾斜布风板下部连接高、低风速一次风室。高风速一次风室外侧布置分选排渣管，排渣管出口连接渣箱。旋风分离器位于炉体的一侧，旋风分离器的下部连接飞灰返料装置。方法为调节高、低一次风室的风量，使高、低风室的风量比为1.5∶1-4∶1，形成炉内物料的异速流化状态；调节给料保证炉内的稳定燃烧，同时运用团聚排渣技术调节分选风量的大小以排出团聚灰渣，细颗粒床料分选后返送回炉内。本发明具有燃烧效率高同时能有效抑制炉内结渣，确保流化床连续安全运行。
文档编号F23C10/00GK101206026SQ20071017234
公开日2008年6月25日 申请日期2007年12月14日 优先权日2007年12月14日
发明者吴俊锋, 张小可, 张祚明, 施善彬, 温俊明, 章明川, 范浩杰, 军 袁 申请人:上海交通大学;上海环保工程成套有限公司