本发明涉及燃料气化和燃烧技术领域，具体涉及一种高效率循环-鼓泡联合流化床锅炉。
背景技术：
循环流化床锅炉技术是近十几年来迅速发展的一项高效低污染清洁燃烧枝术。与其他锅炉相比，具有锅炉效率高、脱硫效果好、氮氧化合物排放量低和燃料适用性广等优点，因而有着广阔的开发和应用前景。鼓泡流化床锅炉主要应用于床料流化速度较低的情况，有明显的密相区。然而大多数以单一流化床为主，且还是燃用单一燃料，存在燃料燃烧后余热不能充分利用的弊端。
技术实现要素：
本发明为了最大限度地增加燃料利用率，进一步减小氮氧化合物的排放，并且利用生物质(清洁能源)气化后可燃气体，提供了一种鼓泡-循环联合流化床生物质气化-煤燃烧的技术。
本发明的技术方案是：这种鼓泡-循环联合流化床锅炉炉膛主要分成3个床体：床1是循环流化床提升管区域，床2是床料分离区域，床3是鼓泡流化床区域。其中在床1进行煤和残碳的混合燃烧；在床2进行床料的分离；在床3进行生物质的气化。床1中床料硅砂携带煤炭燃烧，煤炭燃烧产生的热量传递给硅砂颗粒，高温硅砂颗粒与未燃尽的煤炭随提升管上升，经过旋风分离器进行气固分离。固体颗粒沿着下降管进入床2，在床2进行循环物料分离，一部分流回床1继续进行提升管中反应，另一部分流入床3。携带高温的循环物料为床3内生物质气化提供热量，有助于气化反应进行。每个床分别设置独立的流化系统，其中床1的流化是由鼓风机提供的风源，通过布风板进入床内，作为流化介质；床2和床3的流化是由锅炉产生的部分水蒸汽、通过节流阀调节，分别送入床2和床3的床内喷嘴，作为流化介质。床1提升管周围布置水冷壁水冷壁，提升管左侧底部设有进料口1，煤炭等燃料从进料口1送入，底部设有排渣孔。床2中，左侧设有回料口，右侧设有出料口。床3中，右侧底部设有进料口2，生物质从进料口2送入。循环流化床产生的烟气经旋风分离器离开锅炉，鼓泡流化床内生物质气化产生的可燃气体通过床3右侧上部出气口收集。在鼓泡流化床内完成气化反应后的残炭与硅砂颗粒通过连接管返回提升管中，完成一个周期的循环。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明通过将流化床分为两个个区域，实现了循环流化床内煤炭燃烧和鼓泡流化床内生物质与为燃尽煤炭气化的过程同时分床进行；同时，高温床料和残碳通过床2有规律地流入鼓泡流化床内，为气化反应提供热源。燃烧产生的烟气从顶部流出，气化产物从右侧气体出口流出。该发明的主要特点是让循环流化床与鼓泡流化床联合，分床反应，充分利用循环流化床的余热，最终能够同时获得燃烧反应释放的热量与气化产物，并且大大节省了空间利用率以及能量利用率。此外床2的作用更有效的利用热量，因为生物质气化所需温度仅是煤炭燃烧高温颗粒温度的2/3，故合理进行热量分布使得热量利用效率高，不浪费。床2内流化介质水蒸气除了具备流化作用，还可以阻止燃烧产生烟气进入床3。
附图说明
图1是高效率循环-鼓泡联合流化床锅炉流化床的三维图，图2是流化床剖面图，图3是床料流动图，图4是气体速度矢量图。
具体实施方式
高效率循环-鼓泡联合流化床锅炉的工作原理如下：
1、床1（循环流化床）：
少量的煤通过进料口1进入床1中，空气由鼓风机通过布风板从底部送入，煤与空气混合燃烧，放出大量的反应热，其发生的主要化学反应有：
同时，从床3中溢流过来的混合物主要成分是反应后的残碳，也可在床1中燃烧，其燃烧的化学反应方程为：
上述反应均为放热反应，床1温度为800-950℃。燃烧产生的烟气从旋风分离器顶部的排气口排出，经燃烧加热的高温砂粒和残碳颗粒到达旋风分离器尾部进入下降管，由下降管落入床2，并逐渐堆积，床2两侧连接管1，2对称，故经过回料口进入床1物料等于由出料口进入床3的物料。床2内流化介质水蒸气除了具备流化作用，还可以阻止燃烧产生烟气进入床3，防止两床产生的气体产物不发生流窜。流入床3中物料，为鼓泡流化床中生物质的气化提供能量（热源）和气化原料（残碳）。
在循环流化床周围布置水冷壁，在反应过程中水冷壁中的水受热变成水蒸汽，进入床2和床3的流化系统，高温蒸汽通过节流阀的控制，高速射入床2，对床体起到流化作用。同时，为鼓泡流化床中的气化反应提供了气化介质。
2、床3（鼓泡流化床）：
从水冷壁出来的水蒸汽进入连接管，通过节流阀调节来控制水蒸汽的流量，然后送入鼓泡流化床的喷嘴，在高速蒸汽射流的带动下，颗粒达到流化的效果。
在鼓泡流化床中从进料口2送入生物质作为气化原料，底端送入的水蒸气此时又可以作为气化介质，利用循环流化床中流过来砂粒与残碳的热，将通入鼓泡流化床中的生物质进行气化。同时残碳也被气化。气化产物产生可燃性气体从右侧上部集气口收集。残碳的气化反应基本反应方程式为：
蒸汽转化：
甲烷化：
式（1）、（2）为吸热反应，其余为放热反应。式（1）是煤气化的主反应之一。式（2）是式（1）的副反应，温度高于1000℃时可以忽略，式（3）为一氧化碳变换反应,只有在催化剂存在下才以显著的速度进行。式（4）、（5）、（6）在加压气化下较为重要。
水蒸汽与高温下的生物质发生反应，它包括生物质的热分解反应，水蒸汽-碳的还原反应，co与水蒸汽的变换反应、甲烷化反应等。
（1）生物质热分解反应：大分子的碳水化合物键被打碎，析出挥发分（主要包括氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、焦油和其他碳水化合物），留下碳构成进一步反应的基体。生物质在150℃以上将会发生不可逆的热分解反应。
（2）水蒸汽-碳的还原反应：
（3）co与水蒸汽的变换反应：
（4）甲烷化反应：
上述反应基本上均为吸热反应，气化后鼓泡流化床的温度降低200-350℃。而由于循环流化床带人砂粒和残碳携带有热源，因此鼓泡床内的温度能够稳定在较稳定的状态。
流化床的高温残碳和砂粒有规律的落入鼓泡流化床中，保证了气化的能量供给，同时由于床2水蒸气流化介质影响，气化产物被有效的与燃烧产生的烟气隔离开。实现了循环流化床和鼓泡流化床之间传递热量且分别进行各自的反应，互不影响。