专利名称：一种控氧流化床系统及运行方法
技术领域：
本发明涉及的是一种燃烧设备及燃烧方法，特别是涉及一种控氧流化床系统及运行方法。
背景技术：
流化床燃烧技术具有燃料适应性广、燃烧效率高等特点，广泛应用于燃煤、燃生物质等。鼓泡流化床床层膨胀但仍相对平稳，有清晰的床层上表面，密相区内气固混合充分。 在流化床中，通常会加入一定粒径范围的惰性床料(如石英砂、石灰石等)，起到蓄热体加热燃料维持燃烧的作用，同时也保证了物料平衡。燃烧过程中通过调整空气量来调整炉膛内燃烧后的含氧量，既保证燃烧完全，又降低NOx的产生量。在鼓泡流化床中，为了防止床层温度过高，往往采用密相区埋管的方式布置受热面以降低床温，而埋管的磨损较严重。流化床技术在煤化工中还用于煤的气化。煤在流化床反应器中与气化剂充分混合。在流化床气化炉中，存在均勻分布并与煤的有机质聚生的飞灰，以及几乎与煤的有机质呈分离状态的具有较大矸石组分的灰。在Winkler流化床气化工艺应用于褐煤气化时，采用氧气和蒸汽作为气化剂。流化床气化工艺都尽可能提高炭转化率，增加产气率，并减少焦油产率。而焦载热干馏的煤炭热转化工艺系统中，需要一种以获得高温物料(载热体)为主要目的的燃烧装置，既不能引入惰性床料，又不能使装置内的燃料全部燃烧，也不能如气化炉般将燃料全部气化产气。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种控氧控温的流化床系统及运行方法，既避免引入惰性床料对产品纯度的影响，又能通过采取控制流化介质含氧量和两级减温措施，防止燃料燃烧过量和固体热载体的温度过高。本发明是通过如下技术方案实现的—种控氧流化床系统，所述系统包括控氧流化床、设置在控氧流化床底部的送风管和与送风管相连的鼓风机，所述控氧流化床包括炉膛、布风板、设置在布风板下方的风室、进料口和床上排料口，其特征在于所述系统还包括补燃室、换热器、循环风机和烟气管，补燃室进口与控氧流化床上部的烟气出口相连，补燃室出口与换热器相连，换热器通过烟气管与控氧流化床底部风室相连，在烟气管上设置循环风机；在布风板上方密相区的炉墙上设置喷水口。所述控氧流化床的炉膛上部截面为矩形，炉膛下部为渐缩棱台；或炉膛上部截面为圆形，炉膛下部为圆锥台；布风板处炉膛的截面积A1为炉膛上部截面积A2的0. 25 0. 4 倍，即 0. 25 ^ A1 A2 ^ 0. 4。所述喷水口为两个以上；所述蒸汽喷口为两个以上。本发明提供的一种控氧流化床系统的运行方法，其特征在于
1)固体燃料连续从控氧流化床的进料口进入炉膛，既作为燃料又作为床料；2)空气由鼓风机经送风管送入风室，作为流化介质对固体燃料进行流化并燃烧；3)燃烧后含有可燃粉尘和可燃气体的烟气进入补燃室，可燃粉尘和可燃气体在补燃室内完全燃烧，完全燃烧后的烟气进入换热器与换热介质换热降温；4)降温后的烟气一部分直接排放，另一部分由循环风机从烟气管送入风室与空气一起混合作为流化介质从布风板通入炉膛，通过调节空气量和烟气量的比例，使流化介质的含氧量为5% 21%，对炉膛内的固体燃料实行控氧燃烧；5)在控氧条件下，固体燃料燃烧过程中，将炉膛密相区分为两部分进行温度控制， 炉膛密相区的下部区域温度控制在850 1050°C，密相区的上部区域温度控制为900 IlOO0C ；当炉膛密相区的下部区域温度高于控制温度时，从蒸汽喷口喷入蒸汽，蒸汽在风室与流化介质混合，从布风板吹入，以降低炉膛密相区的下部区域温度，防止作为固体热载体的燃料温度过高而结焦；当炉膛密相区的下部区域和上部区域的温度同时高于控制温度时，同时从蒸汽喷口喷蒸汽和从喷水口向炉膛内喷水，迅速降低炉膛密相区的下部区域温度和上部区域温度，防止作为固体热载体的燃料温度过高而结焦；6)在控氧条件下，控氧流化床炉膛内只有部分固体燃料燃烧，固体燃料燃烧产生热量加热炉膛内所有固体燃料，得到固体热载体；固体热载体连续从床上排料口排出。与现有技术相比，本发明的有益效果为1)保证燃料燃烧量可控床内全部是燃料，若不控制流化介质的含氧量，会增加床内燃料的燃烧量；通过在流化介质中混入烟气， 调节流化介质中的含氧量在5% 21%内，保证燃料燃烧量可控。2、保证床温可控采用风室处喷水蒸气的基础调温手段稳定床温，辅助向床内喷水的紧急调温手段迅速降温，操作简单，调节灵活，可有效控制床温。
图1是本发明所涉及的一种控氧流化床系统示意图。图2是本发明所涉及的一种控氧流化床装置示意图。图中1-控氧流化床；2-炉膛；3-密相区；4-布风板；5-风室；6_蒸汽喷口 ；7_喷水口 ；8-送风管；9-烟气管；10-进料口 ； 11-床上排料口 ； 12-鼓风机；13-补燃室；14-换热器；15-循环风机。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明的具体结构、运行方法和实施方法进行详细论述。如图1所示，本发明包括控氧流化床1、设置在控氧流化床底部的送风管8和与送风管相连的鼓风机12、补燃室13、换热器14、循环风机15和烟气管15。补燃室13进口与控氧流化床1上部的烟气出口相连，补燃室13出口与换热器14相连，换热器14通过烟气管9与控氧流化床1底部风室5相连，在烟气管9上设置循环风机15。如图2所示，本发明的控氧流化床1包括炉膛2、布风板4、风室5、蒸汽喷口 6、 喷水口 7、进料口 10和床上排料口 11。炉膛2分为下部密相区3和上部稀相区，炉膛2 采用变截面结构，炉膛上部截面为矩形，炉膛下部为渐缩棱台；或炉膛上部截面为圆形，炉膛下部为圆锥台。布风板4设在炉膛2底部，即密相区3底部，布风板4处炉膛(即炉膛底部)的截面积A1为炉膛上部截面积(即炉膛稀相区截面积)A2的0.25 0.4倍，即 0. 25 ^ A1 A2 <0.4，既可以保证适量的流化介质进入使固体燃料维持较好的流化，又能使流化后的固体燃料在开阔面能及时分离下来减少夹带。布风板4下部连接风室5，风室5 下部连接送风管8和烟气管9，空气经由鼓风机12从送风管8通入风室5。控氧流化床1 燃烧后的烟气，经过补燃室13使烟气中含有的可燃粉尘和可燃气体完全燃烧后，进入换热器14与换热介质(水或有机工质)换热降温。降温后的烟气一部分直接排放，另一部分由风机15从烟气管9送入风室5与空气一起混合作为流化介质从布风板通入炉膛，通过调控空气量和烟气量的比例，使流化介质的含氧量为5% 21%。布风板4上方的炉墙上设有喷水口 7，如控氧流化床截面积较大，则根据降温需要设两个及两个以上的喷水口 7。风室 5上设有蒸汽喷口 6，如控氧流化床截面积较大，根据需要设置两个及两个以上的蒸汽喷口 6。床上排料口 11设在布风板4的最低端，便于将大块固体热载体排出炉膛。进料口 10设在与排料口相对侧的炉墙上，在炉膛稀相区底部，避免固体燃料进入炉膛后未及加热就被排出炉膛。本发明是一种内部全部是固体燃料(无其他惰性床料)的流化床，在该装置内通过燃烧一部分固体燃料来加热所有固体燃料，被加热的未燃固体燃料可作为固体热载体用于下一个工序与其他物质换热。因流化介质是空气，且为保证床内所有固体燃料流化，作为流化介质的空气量大于作为需要燃烧的固体燃料所对应的助燃空气量。也就是说，相对需要燃烧的燃料量，空气量过剩，则会消耗本不需燃烧的共同燃料，使其参与燃烧，造成固体燃料燃烧过量，固体热载体产量减少，影响下一个工序的稳定运行。另外，床内全部是固体燃料，固体燃料一旦开始燃烧，床温迅速升高，且不易控制，导致固体热载体的温度过高而结焦，不符合下一个工序的工艺要求或影响正常运行。因此在运行过程中，既需要控制燃料燃烧量，又需要控制炉内温度。因此上述流化床燃烧装置的运行方法是1)固体燃料连续从控氧流化床1的进料口 10进入炉膛2，既作为燃料又作为床料。2)空气由鼓风机12经送风管8送入风室5，作为流化介质对固体燃料进行流化， 设置在炉膛2内的点火装置将固体燃料点燃。3)燃烧后含有可燃粉尘和可燃气体的烟气进入补燃室13使烟气中含有的可燃粉尘和可燃气体完全燃烧，完全燃烧后的烟气进入换热器14与换热介质换热降温。4)降温后的烟气一部分直接排放，另一部分由风机15从烟气管9送入风室5与空气一起混合作为流化介质从布风板通入炉膛，通过调节空气量和烟气量的比例，使流化介质的含氧量为5% 21 %，对炉膛2内的固体燃料实行控氧燃烧；由于流化需要一定的气体流量，为保证流化所需的风量，而又防止过多的固体燃料参与燃烧，不能靠减少空气量来控制燃烧，而只能通过调整气体流化介质的含氧量来实现，即控氧燃烧。5)在控氧条件下，固体燃料燃烧过程中，将炉膛密相区分为两部分进行温度控制， 炉膛密相区的下部区域温度控制在850 1050°C，密相区的上部区域温度控制为900 IlOO0C ；根据固体燃料的类别和所需固体热载体的温度进行调整和设定。6)在控氧条件下，控氧流化床炉膛内只有部分固体燃料燃烧，固体燃料燃烧产生热量加热炉膛内所有固体燃料，得到固体热载体；固体热载体连续从床上排料口 11排出。
7)在控氧条件下固体燃料燃烧过程中，当炉膛密相区的下部区域温度高于控制温度时，从蒸汽喷口 6喷入蒸汽，蒸汽在风室5与流化介质混合，从布风板4吹入，以降低炉膛密相区的下部区域温度，防止作为固体热载体的燃料温度过高而结焦；当炉膛密相区的下部区域和上部区域的温度同时高于控制温度时，同时从蒸汽喷口 6喷蒸汽和从喷水口 7向炉膛内喷水，迅速降低炉膛密相区的下部区域温度和上部区域温度，防止作为固体热载体的燃料温度过高而结焦。不同的固体燃料，以及工艺要求的固体热载体温度不一样时，上述实施例中对应的流化风速并不一样，即其它流化介质量不一样，同时所设定的温度控制值即温度设定值也不一样。下面以一个煤化工过程半焦固体载热的实施例来对本发明作进一步详细说明。本实施例以固体半焦作为固体燃料。先将合格粒度的半焦从进料口 10加入炉膛内，并从风室5通入空气作为流化介质，使半焦处于流化状态，然后利用设在炉内的点火装置点燃半焦使其燃烧产生热量。燃烧后的烟气进入补燃室13使烟气中含有的可燃粉尘和可燃气体完全燃烧，然后进入换热器14换热降温。降温后的烟气一部分直接排放，另一部分由风机15从烟气管9送入风室5与空气一起混合作为流化介质。刚开始时由于固体燃料燃烧的热量不够加热所有的固体燃料，因此流化介质中的烟气量较少，流化介质的含氧量较高。随着燃烧的进行，为控制固体燃料燃烧量，增加流化介质中的烟气量，降低含氧量。根据设定工况和需要调节混合气的含氧量在5% 21%，就既能保证流化所需的风量，又能防止过多的固体燃料参与燃烧。在控氧条件下，固体燃料燃烧过程中，将炉膛密相区分为两部分进行温度控制。在该实施例中，将控氧流化床内炉膛密相区的上部区域温度控制值设为1000°C，炉膛密相区的下部区域温度控制值设为900 920°C。在半焦燃烧的过程中，产生的热量加热炉内所有的半焦，使密相区下部区域和上部区域温度均会升高。当密相区的下部区域温度超过设定的900 920°C，而炉膛密相区上部区域的温度未高于1000°C时，采用基础调温手段，即从风室5上的蒸汽喷口 6喷入蒸汽，与气体流化介质混合，从布风板吹入，降低密相区下部区域温度，使其在900 920°C以内。但如果燃烧比较旺盛，在基础调温手段实施的过程中，炉膛密相区温度仍继续上升，密相区上部区域温度超过了 1000°C时，在使用基础调温手段的同时，必须启动辅助的紧急调温手段，即从风室5上的蒸汽喷口 6喷入蒸汽，与气体流化介质混合，从布风板吹入，同时从喷水口 7向炉膛内喷水，迅速降低密相区上部区域和下部区域的温度，两种手段结合使密相区下部区域的温度达到900 920°C、 密相区上部区域的温度低于1000°C。固体燃料在炉膛内流化扬起到截面积较大的稀相区后，流化风速降低，扬起的固体燃料回落到密相区。固体燃料在流化过程中，作为固体热载体的未燃烧半焦被加热到900°C，从床上排料口 11排出，供给下一个工序。
权利要求
1.一种控氧流化床系统，所述系统包括控氧流化床(1)、设置在控氧流化床底部的送风管(8)和与送风管相连的鼓风机(12)，所述控氧流化床包括炉膛( 、布风板(4)、设置在布风板下方的风室(5)、进料口(10)和床上排料口(11)，其特征在于所述系统还包括补燃室(13)、换热器(14)、循环风机(1 和烟气管(9)，补燃室(1 进口与控氧流化床(1)上部的烟气出口相连，补燃室(1 出口与换热器(14)相连，换热器(14)通过烟气管(9)与控氧流化床(1)底部风室( 相连，在烟气管(9)上设置循环风机(1 ；在布风板上方密相区的炉墙上设置喷水口(7)；在风室(5)内设有蒸汽喷口(6)。
2.根据权利要求1所述的一种控氧流化床系统，其特征在于所述控氧流化床(1)的炉膛上部截面为矩形，炉膛下部为渐缩棱台；或炉膛上部截面为圆形，炉膛下部为圆锥台； 布风板处炉膛的截面积A1为炉膛上部截面积A2的0. 25 0. 4倍。
3.根据权利要求1或2所述的一种控氧流化床系统，其特征在于所述喷水口(7)采用两个以上；所述蒸汽喷口(6)采用两个以上。
4.采用如权利要求1所述系统的一种控氧流化床运行方法，其特征在于该方法包括如下步骤1)使固体燃料连续从控氧流化床(1)的进料口(10)进入炉膛O)，既作为燃料又作为床料；2)空气由鼓风机(12)经送风管(8)送入风室(5)，作为流化介质使固体燃料流化并燃烧；3)燃烧后含有可燃粉尘和可燃气体的烟气进入补燃室(13)，可燃粉尘和可燃气体在补燃室内完全燃烧，完全燃烧后的烟气进入换热器(14)与换热介质换热降温；4)降温后的烟气一部分直接排放，另一部分由循环风机(1 从烟气管(9)送入风室 (5)与空气一起混合作为流化介质从布风板通入炉膛，通过调节空气量和烟气量的比例，使流化介质的含氧量为5% 21% ；5)在控氧条件下，固体燃料燃烧过程中，将炉膛密相区分为两部分进行温度控制，炉膛密相区的下部区域温度控制在850 1050°C，密相区的上部区域温度控制为900 1100°C ； 当炉膛密相区的下部区域温度高于控制温度时，从蒸汽喷口(6)喷入蒸汽，蒸汽在风室(5) 与流化介质混合，从布风板(4)吹入，以降低炉膛密相区的下部区域温度，防止作为固体热载体的燃料温度过高而结焦；当炉膛密相区的下部区域和上部区域的温度同时高于控制温度时，同时从蒸汽喷口(6)喷蒸汽和从喷水口(7)向炉膛内喷水，迅速降低炉膛密相区的下部区域温度和上部区域温度，防止作为固体热载体的燃料温度过高而结焦；6)在控氧条件下，控氧流化床炉膛内只有部分固体燃料燃烧，固体燃料燃烧产生热量加热炉膛内所有固体燃料，得到固体热载体；固体热载体连续从床上排料口(11)排出。
全文摘要
一种控氧流化床系统及运行方法，包括控氧流化床、鼓风机、补燃室、换热器和风机。控氧流化床包括炉膛、布风板、风室、进料口和床上排料口，炉膛采用变截面结构，布风板处炉膛的截面积A1为炉膛上部截面积A2的0.25～0.4倍；在布风板上方密相区的炉墙设置两个以上的喷水口，风室设有两个以上的蒸汽喷口。流化床内以固体燃料作为床料，空气与烟气混合形成含氧量为5％～21％的气体流化介质，对固体燃料进行流化并部分燃烧。蒸汽和喷水作为调温手段，有效保证床层温度和炉膛温度在设定值内，避免载体温度过高而结焦。本发明为无床料全燃料燃烧，保证固体载热体的纯度；控氧措施和床温控制措施，能有效控制燃料燃烧量，并保证运行稳定。
文档编号F23C10/18GK102384469SQ20111019705
公开日2012年3月21日 申请日期2011年7月14日 优先权日2011年7月14日
发明者张衍国, 李清海, 牛娅丽, 王亮, 蒙爱红, 钟玮娜, 马晓玲 申请人:曲靖众一精细化工股份有限公司, 清华大学