一种流化床气化飞灰的燃用系统的制作方法

本发明属于火力发电中的节能减排领域，具体涉及一种流化床气化飞灰的燃用系统，用于对煤炭气化过程中产生的废气灰渣进行回收利用。

背景技术：

煤气化工艺是对煤炭清洁高效利用的技术，目前在煤炭利用方面占有很大市场，但受限于工艺原理使煤气化过程产生了大量未燃尽的气化飞灰，解决气化飞灰难以利用的问题对煤气化工艺的发展有很大意义。

气化飞灰相比原煤具有更细的粒径、较高的灰分含量和着火温度，在一般循环流化床锅炉进行燃烧时虽然灰分影响不大但是燃烧温度无法满足导致其难以燃尽。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种流化床气化飞灰的燃用系统，通过改变循环流化床锅炉的布风板布置方式、进气、进料方式等措施对气化飞灰进行预热、聚集、局部高温燃烧、燃尽区高效燃烧，达到气化飞灰在流化床锅炉高效燃烧和使流化床锅炉节能减排的效果。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种流化床气化飞灰的燃用系统，包括第一燃料仓、炉膛、旋风分离器、气化飞灰仓、石灰石仓、第二燃料仓、灰斗、鼓风机、底部布风板、底侧布风板、空气压缩机和空气膜分离器；其中，第一燃料仓布置在炉膛上部，通过渐扩管道输送至炉膛密相区与稀相区交界位置，二次风进口设置在炉膛中部侧面，并与渐扩管道直径开始变大的位置连通；旋风分离器的入口与炉膛出口连接，旋风分离器的出口与灰斗入口连接，气化飞灰仓的出口与灰斗连接，鼓风机与灰斗连接，灰斗出口连接至炉膛底侧密相区，旋风分离器的顶部设有烟气出口；

石灰石仓连接至炉膛中部，第二燃料仓连接至炉膛底侧密相区，底侧布风板布置在炉膛底侧倾斜面，底部布风板布置在炉膛底部；空气膜分离器布置在炉膛外下侧，入口与空气压缩机出口相连，出口分别与燃尽风管道、底部布风板和底侧布风板连接，空气压缩机入口为一次风进口，燃尽风管道出口与炉膛上部连接处为燃尽风进口，炉膛的底部还设置有灰渣出口。

本发明进一步的改进在于，空气膜分离器出口分别与燃尽风管道、底部布风板和底侧布风板连接的管道上均设置有流量阀。

本发明进一步的改进在于，底部布风板采用四角切圆布风板，其周向均匀开设有四个进风口，其垂直于炉膛纵轴向炉膛吹入含氧浓度较低的气流，通过四侧切圆吹风使炉膛密相区燃料绕锅炉纵轴旋转，聚集细颗粒燃料于炉膛中央，同时使大颗粒燃料绕外圈旋转延长其在锅炉内的滞留时间。

本发明进一步的改进在于，该系统设置有三路给粉，第一路给粉是气化飞灰通过燃料仓直接进入循环流化床锅炉旋风分离器的灰斗中，通过作用于灰斗的鼓风机直接进入循环流化床锅炉的密相区，第二路给粉由第二燃料仓连接至炉膛密相区外围，第三路给粉由第一燃料仓连接至炉膛中央。

本发明进一步的改进在于，通过空气膜分离器形成低氧浓度气流和高氧浓度气流，其中，低氧浓度气流从锅炉底侧布置的底侧布风板吹入炉膛，使锅炉密相区燃料绕锅炉纵轴旋转，高氧浓度气流分开通入锅炉底部布风板的中央部位和锅炉上部的燃尽风通道，分别促进密相区中部聚集的细颗粒燃料的高温燃烧和保证炉膛上部燃料的进一步燃烧。

本发明进一步的改进在于，送至炉膛密相区外围的给粉与送至炉膛中央的给粉的燃料相同或者不同，送至炉膛中央的给粉量小于送至炉膛密相区外围的给粉量，且在燃料不同时，送至炉膛中央的给粉采用低氮含量的燃料。

本发明具有如下有益的技术效果：

本发明提供的一种流化床气化飞灰的燃用系统，采用对气化飞灰进行预热的方式为在循环流化床锅炉旋风分离器的灰斗处供给气化飞灰，并通过鼓风机使气化飞灰与高温循环灰混合进行预热并被输送到炉膛的密相区。在炉膛底侧布置底侧布风板，通入含氧浓度稍低的气流，给炉内粉粒一个垂直于炉膛纵轴的切向速度，使锅炉内密相区燃料在悬浮燃烧的同时绕锅炉纵轴旋转，利用离心力的作用使大颗粒燃料在炉膛外围旋转，包含气化飞灰的小颗粒燃料被聚集在炉膛中轴区，延长了大颗粒燃料在锅炉内的停留时间，降低了炉膛外围燃料的NOx释放量，也有利于灰渣在炉膛底侧出渣；对气化飞灰进行局部高温燃烧的方式为提高锅炉底部布风板中央部位一次风的含氧量，通过在炉膛中央通入高氧浓度一次风使细颗粒燃料在高温下燃烧，气化飞灰在高温下能有效燃烧，同时，在炉膛中央设置由上至下的给粉管道，在管道直径开始扩大部位通入切向空气使燃料旋转向下，与包含气化飞灰在内的小颗粒燃料形成对流，然后扩散至炉膛截面，加强炉内扰动，增进燃烧效果，最后通过炉膛上部的高氧浓度燃尽风使锅炉内燃料进一步燃烧。

进一步，对气化飞灰进行聚集的方式为在炉膛底侧布置四角切圆布风板，给炉膛密相区燃料颗粒一个切向速度，使其绕炉膛纵轴旋转，由于离心力的作用，大颗粒燃料在炉膛外围旋转延长了其在锅炉内滞留时间，小颗粒燃料被聚集在炉膛中轴区域，气化飞灰由于粒径较细也被聚集在炉膛中轴区。

进一步，空气膜分离器可以将进入仪器的空气分成含氧浓度较高和较低的两股气流，其中含氧浓度较高的气流通入炉膛底部布风板的中央部位和炉膛上部的燃尽风管道，含氧浓度较低的气流通入炉膛底侧的布风板，这样聚集在炉膛外围的大颗粒燃料在还原气氛下燃烧产生的NOx较低，聚集在炉膛中轴区的小颗粒燃料在高氧浓度下燃烧保证了燃烧温度，混合燃料在高氧浓度燃尽风的作用下也可以进一步燃烧。此外，空气膜分离器可以保证炉膛内部总体进气含氧量不变。

进一步，流量阀可以调节进气流量，保证锅炉内燃料的流化状态和密相区燃料颗粒的旋转状态，同时控制燃尽风量保证混合燃料的燃烧效果。

进一步，第一燃料仓和第二燃料仓的燃料可以相同也可以不同，由于炉膛密相区外围的还原气氛会抑制第二燃料仓送至燃料的氮氧化物的生成，故第一燃料仓送至炉膛中央的给粉量应该较小且在燃料不同时优先采用低氮含量的燃料，此时循环流化床锅炉整体燃料的NOx较一般流化床锅炉较低。

综上所述，本发明通过改变循环流化床锅炉的布风板布置方式、一次风含氧量和燃尽风含氧量及进料方式，可以针对气化飞灰提高锅炉局部燃烧温度，使气化飞灰在循环流化床锅炉能高效燃烧，不仅可以解决气化飞灰的利用问题，同时可以降低循环流化床锅炉的燃料消耗量和氮氧化物排放量。

附图说明

图1为本发明一种流化床气化飞灰的燃用系统的结构示意图；

图2为循环流化床锅炉的底侧布风板示意图。

附图标记说明：

1-第一燃料仓；2-炉膛；3-旋风分离器；4-气化飞灰仓；5-石灰石仓；6-第二燃料仓；7-灰斗；8-鼓风机；9-底部布风板；10-底侧布风板；11-流量阀；12-空气压缩机；13-空气膜分离器；101-进风口；

A-一次风进口；B-二次风进口；C-燃尽风进口；D-烟气出口；E-灰渣出口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做出进一步的说明。

如图1和图2所示，本发明提供的一种流化床气化飞灰的燃用系统，包括第一燃料仓1、炉膛2、旋风分离器3、气化飞灰仓4、石灰石仓5、第二燃料仓6、灰斗7、鼓风机8、底部布风板9、底侧布风板10、流量阀11、空气压缩机12和空气膜分离器13。

其中，第一燃料仓1布置在炉膛2上部，通过渐扩管道输送至炉膛密相区与稀相区交界位置，二次风进口B设置在炉膛中部侧面，并与渐扩管道直径开始变大的位置连通；旋风分离器3的入口与炉膛2出口连接，旋风分离器3的出口与灰斗7入口连接，气化飞灰仓4的出口与灰斗7连接，鼓风机8与灰斗7连接，灰斗7出口连接至炉膛底侧密相区，旋风分离器3的顶部设有烟气出口D；石灰石仓5连接至炉膛中部，第二燃料仓6连接至炉膛底侧密相区，底侧布风板10布置在炉膛底侧倾斜面，底部布风板9布置在炉膛底部；空气膜分离器13布置在炉膛外下侧，入口与空气压缩机12出口相连，出口分别与燃尽风管道、底部布风板9和底侧布风板10连接，空气压缩机12入口为一次风进口A，燃尽风管道出口与炉膛2上部连接处为燃尽风进口C，炉膛2的底部还设置有灰渣出口E。此外，底部布风板9采用四角切圆布风板，其周向均匀开设有四个进风口101。

结合图1可以看出流化床气化飞灰的燃用系统的实施过程是：

将气化飞灰仓4连接锅炉旋风分离器3的灰斗7，通过灰斗7配置的鼓风机(8)吹风送入炉膛密相区；在锅炉底侧布置对称四块布风板，协同底部布风板9使炉膛密相区燃料颗粒保持流化状态的同时绕炉膛纵轴旋转，分离大颗粒于炉膛外围和小颗粒于炉膛中轴区；在炉膛中部设置由上至下的渐扩给粉管路，在管道直径开始变大的位置通入切向空气使燃料在管道中内旋向下；在锅炉外安装空气膜分离器13将一次风分为含氧浓度不同的两股气流，含氧浓度高的气流通入通入炉膛底部布风板9的中央部位和炉膛上部的燃尽风管道，含氧浓度较低的气流通入炉膛底侧的底侧布风板10。

本发明提出的流化床气化飞灰的燃用系统的运行过程是：

气化飞灰在旋风分离器3的灰斗7中与循环灰混合，通过鼓风机8进入炉膛密相区与炉膛内燃料混合，混合燃料在炉膛底侧布风板10和底部布风板9进风的作用下绕炉膛螺旋上升，在离心力的作用下分离大颗粒燃料在炉膛外围燃烧，聚集包含气化飞灰的小颗粒燃料在炉膛中轴区燃烧，通过底部中央的底部布风板9和燃尽风管道的进风氧浓度变化的调整使混合燃料高效燃烧，通过炉膛中央向下给粉使上升燃料与下降的燃料对流，加强扰动，增进燃烧效果，最后通过旋风分离器3分离出尾部烟气中的循环灰进入炉膛循环，而烟气则进入炉膛尾部的换热区。

本发明所述实施方案，其核心思想是针对气化飞灰细粒径和难燃的特点，通过采取合理的措施使其能在循环流化床锅炉高效燃烧，具体措施包括：通过将气化飞灰通入旋风分离器3的灰斗7对其进行预热；通过锅炉底部布风板9和底侧布风板10的作用使炉膛密相区燃料颗粒旋转，聚集包含气化飞灰在内的细颗粒燃料于炉膛中央；通过提高炉膛底部布风板9中央部位进气含氧量使气化飞灰在高温下剧烈燃烧；通过炉膛中央给粉管道内向下旋转燃料流的反向对流，加强混合燃料扰动，增进燃烧效果，通过通入高含氧量的燃尽风使混合燃料进一步燃烧。

所述实施方案，可通过调整空气膜分离器13和调节流量阀11来控制炉膛内燃料颗粒的旋转和流化速度、炉膛中轴区细颗粒的燃烧温度、炉膛上部混合燃料的燃尽程度，使气化飞灰能在循环流化床锅炉内高效燃烧。

所述实施方案，可在第二燃料仓6中燃烧包含半焦在内的高氮氧化物排放的燃料，由于该燃料通入位置为低氧浓度的炉膛密相区外围区域，可在还原气氛下减少其氮氧化物的排放。

所述实施方案，在空气膜分离器13前添加空气压缩机12，以保证空气膜分离器13的工作效率。