一种高效环保循环流化床燃烧装置及其燃烧方法
【专利摘要】一种高效环保循环流化床燃烧装置及其燃烧方法，涉及一种高效环保循环流化床燃烧装置的设计技术及其燃烧方法的研究领域，包括环流反应器、快速流化床反应器、旋风分离器、“U”型阀；在环流反应器内设置分隔筒；沿分隔筒外周的环隙区底部设置环隙区气体分布板；在分隔筒内腔底部设置上升导流区分布板；快速流化床反应器的输入端与环流反应器连通，输出端与旋风分离器连通；在快速流化床反应器内设有至少一块导流板；旋风分离器的输出端通过返料立管与“U”型阀的输入端连通，“U”型阀的输出端通过返料斜管与环流反应器连通。本发明燃烧效率提高了2%，反应器内部温度得到较好的控制，避免了结焦现象，解决了脱硫与降低NOx的问题。
【专利说明】
一种高效环保循环流化床燃烧装置及其燃烧方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种高效环保循环流化床燃烧装置的设计技术及其燃烧方法的研究领域。
【背景技术】
[0002]循环流化床燃烧装置是利用分布器所带来的带压空气，将燃烧装置中的煤层流化，经过流化后的煤在燃烧装置中进行鼓泡、湍动流化并与空气接触后进行剧烈地燃烧，散发出大量的热量，这种循环流化床燃烧装置称之为燃烧锅炉。因为能够适应不同的煤种，甚至对于低挥发份、高灰分、低发热量的劣质煤以及部分煤矸石，都可以进行燃烧。同时，在这种循环流化床锅炉中，可通过在反应段加入伴有石灰石的煤块，能够在燃烧反应的同时，充分脱除煤块中所含有的硫份，既可以减少环境污染，又能够避免腐蚀。
[0003]因此循环流化床锅炉能够进行高强度的燃烧，燃烧效率高，脱硫能力强，生成氮氧化合物低，对煤种适用性广，工况易于调节且灰渣易于综合利用等优点，被认为是国际上最好的洁净煤技术之一。
[0004]现有技术中，循环流化床锅炉燃烧工艺中的煤块粒径范围较宽，在0~10mm之间。当燃烧锅炉开始运行时，锅炉中由于煤块粒径范围太宽导致容易在炉膛中形成煤块的分层，大块颗粒在底部密相区，细粉煤颗粒经过提升后超过终端夹带速度后脱离密相区后进入稀相区。研究表明，煤颗粒在析出挥发份后形成的焦炭颗粒温度要比燃烧区的温度高出50?200°C，焦炭的热处理会引起反应活性的下降，而焦炭的反应活性会随着其在燃烧区的停留时间增大而逐渐降低，最终形成失活的现象。很明显，粒径在几毫米的焦炭颗粒基本上会一直存在在燃烧区，而这类的颗粒又不太容易被作为碳渣排出，也不会继续燃烧，会一直在炉子中作为无效的颗粒，增大了燃烧区的藏量，给循环流化床锅炉带来了很大的问题，如磨损严重、燃烧效率低、压降增大、床层不稳定、压头过大等问题。文献CN101149146公开了一种低床压降循环流化床锅炉燃烧工艺方法，涉及快速循环流化床锅炉燃烧技术，其核心是在反应段全部形成快速床流态，控制床内燃烧温度850?930度，流化风速为4?6.2m/s。该技术由于炉膛类似于催化裂化技术中的提升管反应器的型式，颗粒浓度偏低，快速流化床反应器中的颗粒与气体的体积比低于0.1，远远低于湍动床或鼓泡床反应器的约0.2-0.45，这种条件下固然燃烧效率高，但是整个锅炉的处理量收到较大的限制，整个反应器处在富氧的环境下，对水冷壁的考验较大，同时高温条件不利于脱硫与低NOx，对环保不利。
[0005]现有技术中，由于锅炉在运行过程中，受到燃烧条件的限制，在密相区的颗粒混合较为不均匀，且温度不易控制。局部富氧会形成局部高温，在高温的条件下，当煤块的环境温度超过灰熔点后，煤块会变成液态，大量的液态煤块聚团后形成较大的煤渣。这样的煤渣形成后由于粒径变大，可能会直接粘在壁面，影响水冷壁对炉温的传热与控制；另外一方面，大块的液态煤渣，可能会克服流化风的曳力，直接掉入分布板、风帽或排渣口附近，多次这样的情况发生后，分布板、风帽或排渣口都有可能被堵塞，会逐渐形成分布风的不均匀、排渣口堵塞等恶劣情况。文献CN102997271A公开了一种避免循环流化床锅炉炉膛结渣的方法及其系统，将低压饱和蒸汽依次通过风箱和布风板排挤导入燃烧中的循环流化床锅炉炉膛中，其系统包括:带有风箱和布风板的循环流化床锅炉炉膛、用于输出低压饱和蒸汽的低压蒸汽联箱、用于凝结水回收的疏水箱和直接与地沟连接的外排管道，低压蒸汽联箱通过汽水管道连接所述风箱，低压蒸汽联箱输出的低压饱和蒸汽通过所述风箱和布风板输入至所述循环流化床锅炉炉膛中，可避免循环流化床锅炉炉膛结渣，克服原有炉膛易结渣常常需要停炉清渣的不足以及存在的安全隐患。
[0006]现有技术中，在锅炉的密相区的温度一般在850_900°C左右，在稀相区的温度低于密相区。在这样的温度下，脱硫与脱氮的温度条件都不是太理想。文献CN202868674U公布了一种高效率低能耗循环流化床锅炉烟气脱硝装置，包括炉膛、二次风箱、连接炉膛与二次风箱的二次风管、与炉膛连接的锅炉一次风机和锅炉引风机，二次风箱在炉膛高度方向分层布置，从二次风箱上连接出来的二次风管从在炉膛高度方向上分层进入炉膛，脱销效率高，提高锅炉燃烧效率，不增加脱销运行费用，降低厂用电，节省运行成本，可有效降低NOx的生成，达到控制目的，再经过SNCR烟气脱硝即可达到国家环保排放要求。但是还是没有从根本上解决高温较高的客观条件，且燃烧效率偏低，煤块的处理量较低。
[0007]综上所述，现有技术中存在着炉膛易形成结焦、燃烧效率偏低以及脱硫与降低NOx的条件苛刻等问题，上述文献中虽然可能解决了其中的部分问题，但是是以牺牲燃烧效率、粉煤(煤块)的处理量、温度条件或者环保条件等其他部分现象作为代价，而本发明有针对性地解决了这些问题。
【发明内容】
[0008]本发明目的在于针对以上问题，提供一种具有粉煤处理量较大、炉膛不易结焦、燃烧效率高、燃烧条件利于脱硫与降低NOx的排放等特点的高效环保循环流化床燃烧装置及其燃烧方法。
[0009]本发明的高效环保循环流化床燃烧装置包括环流反应器、快速流化床反应器、旋风分离器、“U”型阀；在所述环流反应器内设置分隔筒，所述分隔筒内腔形成上升导流区，所述分隔筒与环流反应器内壁之间形成环隙区；沿所述分隔筒外周的环隙区底部设置环隙区气体分布板;在所述分隔筒内腔底部设置上升导流区分布板，在所述上升导流区分布板中部设置排渣管，所述排渣管输出端伸出环流反应器底部布置;在所述环隙区分布板下方的环流反应器上设置环隙区进气口和上升导流区进气口，所述环隙区进气口的内端与环隙区连通，所述上升导流区进气口的内端与分隔筒内腔连通;在所述环隙区分布板上方的环流反应器上设置含石灰石的粉煤进料口 ；
所述快速流化床反应器的输入端与环流反应器连通，输出端与旋风分离器连通;在所述快速流化床反应器内设有至少一块导流板;在所述导流板下方的快速流化床反应器上设有二次风进气口；所述旋风分离器的输出端通过返料立管与“U”型阀的输入端连通，所述“U”型阀的输出端通过返料斜管与环流反应器连通;在所述“U”型阀底部设置“U”型阀流化风口。
[0010]本发明使用时由含石灰石的粉煤进料口中加入供燃烧使用的原料粉煤，原料粉煤经过环隙区进气口的空气流化后进行燃烧，并由于重力作用，由环隙区底部流入上升导流区，再由上升导流区进气口的空气流化后在上升导流区中进行进一步的燃烧，形成焦炭与灰的固体颗粒;焦炭与灰经过上升导流区的空气提升后，一部分返回环隙区与环隙区中的空气继续燃烧反应，完成循环;另外一部分粉煤与灰进入快速流化床反应器中，经过来自二次风进气口的二次风的接触，进行剧烈的富氧燃烧;未燃烧完全的焦炭、灰以及气体经过旋风分离器分离后，细灰与气体排除反应器，进行下一步净化处理，而经过换热后的低温固体颗粒则经过返料立管与“U”型阀，返回环流反应器中，低温的固体颗粒对环流反应器中的温度进行快速降温，同时未反应燃烧的焦炭含碳物则继续参与燃烧反应。
[0011]本发明所述上升导流区的直径与环隙区的直径比为0.1?0.9。
[0012]本发明所述快速流化床反应器与环流反应器的直径比为0.2?0.5。
[0013]本发明所述导流板为格栅型式、孔板型式或斜挡板型式中的一种或几种组合而成，导流板的数目为I?4块，所述导流板布置于快速流化床反应器高度的10-80%区间。
[0014]本发明所述分隔筒的高度为环流反应器高度的1/2?3/4。
[0015]本发明所述上升导流区分布板的水平角度为15?35°。
[0016]本发明的燃烧方法包括以下处理步骤:
1)将粉煤燃烧形成焦炭与灰的固体颗粒:由含石灰石的粉煤进料口中加入供燃烧使用的原料粉煤，原料粉煤经过环隙区进气口的空气流化后进行燃烧，并由于重力作用，由环隙区底部流入上升导流区，再由上升导流区进气口的空气流化后在上升导流区中进行进一步的燃烧，形成焦炭与灰的固体颗粒；
2)在快速流化床反应器中进行富氧燃烧:步骤I)中燃烧得到的焦炭与灰的固体颗粒经过导流区的空气提升后，一部分粉煤与灰进入快速流化床反应器中，经过来自二次风进气口的二次风的接触，进行剧烈的富氧燃烧；
3)返回环隙区再次燃烧:步骤I)中燃烧得到的焦炭与灰的固体颗粒经过导流区的空气提升后，一部分粉煤与灰返回环隙区与环隙区中的空气继续燃烧反应；
4)通过旋风分离器进行分离:将步骤2)中未燃烧完全的焦炭、灰以及气体通过旋风分离器分离出细灰、气体和经过换热后的低温固体颗粒;并将细灰、气体排出反应器；
5)对环流反应器降温:步骤4)中经过换热后的低温固体颗粒经过返料立管与“U”型阀，返回环流反应器中，对环流反应器中的温度进行快速降温；
6)循环燃烧:环流反应器在降温的同时，未反应燃烧的焦炭(含碳物)则继续参与燃烧反应。
[0017]本发明步骤I)中的环流反应器中为贫氧燃烧，温度为810?860°C;步骤2)中的快速流化床反应器中为富氧燃烧，温度为860?950°C。
[0018]本发明所述上升导流区内的气体线速为0.5-2.5 m/s，所述环隙区内的气体线速为0.2?1.5 m/s，所述快速反应流化床反应器内的气体线速为I?8 m/s。
[0019]本发明的技术方案，比现有技术燃烧装置中的燃烧效率提高了2%，反应器内部温度得到较好的控制，避免了结焦现象，同时解决了脱硫与降低NOx的问题，取得了较好的技术效果。
【附图说明】
[0020]图1为本发明高效环保循环流化床燃烧装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]如图1所示，包括环流反应器1、快速流化床反应器2、旋风分离器3、“U”型阀4;快速流化床反应器2与环流反应器I的直径比为0.2?0.5;在环流反应器I内设置分隔筒5，分隔筒5的高度为环流反应器高度I的1/2?3/4;分隔筒5内腔形成上升导流区6，分隔筒5与环流反应器I内壁之间形成环隙区7，上升导流区6的直径与环隙区7的直径比为0.1?0.9;沿分隔筒5外周的环隙区7底部设置环隙区气体分布板8;在分隔筒5内腔底部设置上升导流区分布板9，上升导流区分布板9的水平角度为15?35°;在上升导流区分布板9中部设置排渣管10，排渣管10输出端伸出环流反应器I底部布置;在环隙区分布板8下方的环流反应器I上设置环隙区进气口 11和上升导流区进气口 12，环隙区进气口 11的内端与环隙区7连通，上升导流区进气口 12的内端与分隔筒5内腔连通;在环隙区分布板8上方的环流反应器I上设置含石灰石的粉煤进料口 13。
[0022]快速流化床反应器2的输入端与环流反应器I连通，输出端与旋风分离器3连通;在快速流化床反应器2内设有三块格栅式导流板14;两块格栅式导流板14分别设置于快速流化床反应器2高度的10-80%区间;在两块格栅式导流板14下方的快速流化床反应器2上设有二次风进气口 15;旋风分离器3的输出端通过返料立管16与“U”型阀4的输入端连通，“U”型阀4的输出端通过返料斜管17与环流反应器I连通;在“U”型阀4底部设置“U”型阀流化风口18。
[0023]通过如图1所示的燃烧装置进行燃烧的方法为:
I)将粉煤燃烧形成焦炭与灰的固体颗粒:由含石灰石的粉煤进料口中加入供燃烧使用的原料粉煤，原料粉煤经过环隙区进气口的空气流化后进行燃烧，并由于重力作用，由环隙区底部流入上升导流区，再由上升导流区进气口的空气流化后在上升导流区中进行进一步的燃烧，形成焦炭与灰的固体颗粒，环流反应器中为贫氧燃烧，温度为810?860°C，上升导流区内的气体线速为0.5?2.5 m/s，环隙区内的气体线速为0.2?1.5 m/s。
[0024]2)在快速流化床反应器中进行富氧燃烧:步骤I)中燃烧得到的焦炭与灰的固体颗粒经过导流区的空气提升后，一部分粉煤与灰进入快速流化床反应器中，经过来自二次风进气口的二次风的接触，进行剧烈的富氧燃烧，温度为860?950 °C，快速反应流化床反应器内的气体线速为I?8 m/s。
[0025]3)返回环隙区再次燃烧:步骤I)中燃烧得到的焦炭与灰的固体颗粒经过导流区的空气提升后，一部分粉煤与灰返回环隙区与环隙区中的空气继续燃烧反应。
[0026]4)通过旋风分离器进行分离:将步骤2)中未燃烧完全的焦炭、灰以及气体通过旋风分离器分离出细灰、气体和经过换热后的低温固体颗粒;并将细灰、气体排出反应器。
[0027]5)对环流反应器降温:步骤4)中经过换热后的低温固体颗粒经过返料立管与“U”型阀，返回环流反应器中，对环流反应器中的温度进行快速降温。
[0028]6)循环燃烧:环流反应器在降温的同时，未反应燃烧的焦炭(含碳物)则继续参与燃烧反应。
[0029]经过本实施例处理后，燃烧装置的燃烧效率提高了2%，反应器内部温度得到较好的控制，避免了结焦现象，同时解决了脱硫与降低NOx的问题，取得了较好的技术效果。
【主权项】
1.一种高效环保循环流化床燃烧装置，包括环流反应器、快速流化床反应器、旋风分离 器、“U”型阀；其特征在于:在所述环流反应器内设置分隔筒，所述分隔筒内腔形成上升导流 区，所述分隔筒与环流反应器内壁之间形成环隙区；沿所述分隔筒外周的环隙区底部设置 环隙区气体分布板;在所述分隔筒内腔底部设置上升导流区分布板，在所述上升导流区分 布板中部设置排渣管，所述排渣管输出端伸出环流反应器底部布置;在所述环隙区分布板 下方的环流反应器上设置环隙区进气口和上升导流区进气口，所述环隙区进气口的内端与 环隙区连通，所述上升导流区进气口的内端与分隔筒内腔连通;在所述环隙区分布板上方 的环流反应器上设置含石灰石的粉煤进料口；所述快速流化床反应器的输入端与环流反应器连通，输出端与旋风分离器连通;在所 述快速流化床反应器内设有至少一块导流板;在所述导流板下方的快速流化床反应器上设 有二次风进气口；所述旋风分离器的输出端通过返料立管与“U”型阀的输入端连通，所述 “U”型阀的输出端通过返料斜管与环流反应器连通;在所述“U”型阀底部设置“U”型阀流化 风口。2.根据权利要求1所述的一种高效环保循环流化床燃烧装置，其特征在于:所述上升导 流区的直径与环隙区的直径比为0.1?0.9。3.根据权利要求1所述高效环保循环流化床燃烧装置，其特征在于:所述快速流化床反 应器与环流反应器的直径比为0.2?0.5。4.根据权利要求1所述高效环保循环流化床燃烧装置，其特征在于:所述导流板为格栅 型式、孔板型式或斜挡板型式中的一种或几种组合而成，导流板的数目为1?4块，所述导流 板布置于快速流化床反应器高度的10-80%区间。5.根据权利要求1所述的一种高效环保循环流化床燃烧方法，其特征在于:所述分隔筒 的高度为环流反应器高度的1/2?3/4。6.根据权利要求1所述的一种高效环保循环流化床燃烧方法，其特征在于:所述上升导 流区分布板的水平角度为15?35°。7.—种高效环保循环流化床燃烧方法，其特征在于包括以下处理步骤:1)将粉煤燃烧形成焦炭与灰的固体颗粒:由含石灰石的粉煤进料口中加入供燃烧使用 的原料粉煤，原料粉煤经过环隙区进气口的空气流化后进行燃烧，并由于重力作用，由环隙 区底部流入上升导流区，再由上升导流区进气口的空气流化后在上升导流区中进行进一步 的燃烧，形成焦炭与灰的固体颗粒；2)在快速流化床反应器中进行富氧燃烧:步骤1)中燃烧得到的焦炭与灰的固体颗粒经 过导流区的空气提升后，一部分粉煤与灰进入快速流化床反应器中，经过来自二次风进气 口的二次风的接触，进行剧烈的富氧燃烧；3)返回环隙区再次燃烧:步骤1)中燃烧得到的焦炭与灰的固体颗粒经过导流区的空气 提升后，一部分粉煤与灰返回环隙区与环隙区中的空气继续燃烧反应；4)通过旋风分离器进行分离:将步骤2)中未燃烧完全的焦炭、灰以及气体通过旋风分 离器分离出细灰、气体和经过换热后的低温固体颗粒;并将细灰、气体排出反应器；5)对环流反应器降温:步骤4)中经过换热后的低温固体颗粒经过返料立管与“U”型阀， 返回环流反应器中，对环流反应器中的温度进行快速降温；6)循环燃烧:环流反应器在降温的同时，未反应燃烧的焦炭(含碳物)则继续参与燃烧反应。8.根据权利要求7所述的一种高效环保循环流化床燃烧方法，其特征在于:步骤I)中的环流反应器为贫氧燃烧，温度为810?860°C ;步骤2)中的快速流化床反应器为富氧燃烧，温度为860?950 °C。9.根据权利要求7所述的一种高效环保循环流化床燃烧方法，其特征在于:所述上升导流区内的气体线速为0.5?2.5 m/s，所述环隙区内的气体线速为0.2?1.5 m/s，所述快速反应流化床反应器内的气体线速为I?8 m/s。
【文档编号】F23C10/10GK105972584SQ201610504187
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月1日
【发明人】卢春, 马世勤, 沙勇军
【申请人】南通联发热电有限公司