專利名稱：燃用生物質(zhì)燃料的循環(huán)流化床燃燒裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃用生物質(zhì)燃料的循環(huán)流化床燃燒裝置及方法，所述生物質(zhì)包括稻麥秸稈、枝條、果殼等廣泛品種的的農(nóng)林業(yè)廢棄物。
背景技術(shù)：
我國有十分豐富的生物質(zhì)資源，對生物質(zhì)進行燃燒利用無論是對于緩解常規(guī)能源短缺、減少污染物排放還是對解決農(nóng)村秸稈利用問題、增加農(nóng)民收入都有著非常重要的意義。但目前國內(nèi)尚沒有有效的大規(guī)模燃燒利用生物質(zhì)的技術(shù)手段，特別是對于構(gòu)成我國生物質(zhì)資源主體的秸稈類原料。由于秸稈具有特殊的物理、化學(xué)性質(zhì)和燃燒特性，目前國際上只有丹麥掌握了以振動爐排為基本爐型的較成熟的秸稈燃燒技術(shù)。由于我國生物質(zhì)燃料供應(yīng)模式的限制，用作燃料的生物質(zhì)資源存在供應(yīng)不穩(wěn)定、來源復(fù)雜多樣、品質(zhì)品種波動較大、預(yù)處理水平低等特點，振動爐排爐的燃燒方式?jīng)Q定了它較難適應(yīng)我國生物質(zhì)燃料供應(yīng)模式。
循環(huán)流化床燃燒作為一種成熟的技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于煤炭、矸石、油頁巖、城市垃圾等固體燃料的燃燒利用，并顯示出強大的生命力。其基本優(yōu)勢在于非常強的燃料適應(yīng)性、半焦循環(huán)燃燒帶來的高燃燒效率和憑借理想的氣-液、氣-固反應(yīng)條件達到的低污染排放特性。但是常規(guī)的燃煤循環(huán)流化床并不適合直接燃用秸稈等生物質(zhì)燃料，生物質(zhì)燃料低能量密度、形狀不規(guī)則易卡澀、易著火、高揮發(fā)份、低灰份、焦灰質(zhì)地輕軟、堿金屬含量豐富等特點會給常規(guī)的流態(tài)化燃燒過程帶來諸多麻煩，造成進料不暢、氣相燃燒份額過大、爐膛上部溫度難以控制、二次風(fēng)組織難度大、揚析量過大、固體未完全燃燒損失升高、燃用特定生物質(zhì)燃料時堿金屬問題難以克服等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種燃用生物質(zhì)燃料的循環(huán)流化床燃燒裝置及方法。
它具有爐膛，爐膛上部接有水平煙道，爐膛內(nèi)和水平煙道內(nèi)設(shè)有受熱面，水平煙道另一端與中溫旋風(fēng)分離器相接，旋風(fēng)分離器上端依次與尾部煙道、除塵器、引風(fēng)機、煙囪相接，旋風(fēng)分離器下端接有循環(huán)回路并與爐膛密相區(qū)相接，在循環(huán)回路上接有床料和添加劑補充口，生物質(zhì)原料儲倉經(jīng)包含生物質(zhì)破碎設(shè)備與爐膛的入爐口相接。
所述的爐膛下部設(shè)有變截面爐膛密相區(qū)。變截面爐膛密相區(qū)的寬深比為5∶1～1.5∶1。中溫旋風(fēng)分離器的工作溫度和返料物料溫度在700℃以下。
燃用生物質(zhì)燃料的循環(huán)流化床燃燒組織方法是利用一二次風(fēng)配比和返料保證密相區(qū)在800℃-600℃溫度下運行，利用流態(tài)化燃燒特性和物料循環(huán)確保爐膛揮發(fā)份燃燒區(qū)在820℃以下中溫燃燒，利用爐膛水冷受熱面積保證進入爐膛上部和水平煙道內(nèi)的受熱面煙氣溫度不高于730℃-780℃限制值。循環(huán)流化床的運行通過選擇窄篩分小粒度床料運行于低流化風(fēng)速、高流化數(shù)的狀態(tài)。
所述的低流化風(fēng)速、高流化數(shù)，其下部風(fēng)速為3-5m/s，上部風(fēng)速為2-4m/s，流化數(shù)大于3。窄篩分小粒度床料的粒度小于2mm。
本發(fā)明的優(yōu)點1)燃燒效率高。較高的爐膛設(shè)計保證了稀相區(qū)燃燒空間，降低了大量揮發(fā)份在爐膛內(nèi)部析出過快造成氣體未完全燃燒損失增加的危險。在循環(huán)流化床中良好的氣、固混合和循環(huán)有利于生物質(zhì)半焦顆粒的破碎和燃盡，配合窄篩分小粒度床料，變截面爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計的擁有良好物料循環(huán)的循環(huán)流化床運行模式可以有效提高半焦的一次燃凈率，解決常規(guī)設(shè)計方案中飛灰含碳量高的問題，達到較高的燃燒效率；2)燃料適應(yīng)性廣，本發(fā)明繼承了流態(tài)化燃燒的這一特點，采用將各種生物質(zhì)燃料簡單破碎到10cm直接入爐，不但簡化了燃料制備和給料系統(tǒng)，還大大增加了設(shè)備對生物質(zhì)燃料質(zhì)量、品種變動的容忍度和適應(yīng)性，降低了入爐燃料預(yù)處理費用，還簡化了鍋爐設(shè)計，提高了燃料供喂系統(tǒng)的冗余可靠性；3)通過對鍋爐的特殊設(shè)計和燃燒組織，可以保證燃料及床料在循環(huán)流化床系統(tǒng)回路中多次循環(huán)、穩(wěn)定順暢地進行燃燒，同時成功解決高堿生物質(zhì)在燃燒中可能帶來的堿金屬聚團、結(jié)渣、沉積和高溫腐蝕問題。


附圖是燃用生物質(zhì)燃料的循環(huán)流化床燃燒裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖中生物質(zhì)儲倉1、生物質(zhì)破碎設(shè)備2、爐膛3、受熱面4、燃料給入口5、變截面爐膛密相區(qū)6、循環(huán)回路7、床料和添加劑補充口8、旋風(fēng)分離器9、尾部煙道10、除塵器11、引風(fēng)機12、煙囪1具體實施方式
如附圖所示，燃用生物質(zhì)燃料的循環(huán)流化床燃燒裝置具有爐膛3，爐膛上部接有水平煙道，爐膛內(nèi)和水平煙道內(nèi)設(shè)有受熱面4，水平煙道另一端與中溫旋風(fēng)分離器9相接，旋風(fēng)分離器9上端依次與尾部煙道10、除塵器11、引風(fēng)機12、煙囪13相接，旋風(fēng)分離器9下端接有循環(huán)回路7并與爐膛密相區(qū)相接，在循環(huán)回路7上接有床料和添加劑補充口8，生物質(zhì)原料儲倉1經(jīng)包含生物質(zhì)破碎設(shè)備2與爐膛3的入爐口5相接。
本發(fā)明的循環(huán)流化床生物質(zhì)(秸稈)燃燒方案，其特征在于低密相區(qū)溫度，爐膛燃燒控制在中溫范疇，限制進入爐膛上部受熱面的最高煙氣溫度，同時確保物料分離和循環(huán)回送系統(tǒng)工作在700℃以下。運行中采用窄篩分小粒度床料配合變截面爐膛結(jié)構(gòu)的循環(huán)流化床燃燒，同時對稻桿、麥秸和其他生物質(zhì)采用簡單破碎到10cm以下的經(jīng)給料口直接入爐參與燃燒。
本發(fā)明是利用循環(huán)流化床極強的燃料適應(yīng)性直接燃燒各種規(guī)格的經(jīng)切割破碎處理的秸稈燃料或其他生物質(zhì)物料，簡化了燃料預(yù)處理工藝。采用較高的爐膛緩解了生物質(zhì)揮發(fā)份在燃燒初期強烈析出給燃燒組織帶來的不良影響。生物質(zhì)燃燒裝置維持800℃-600℃較低密相區(qū)溫度，該溫度既確保燃燒過程具有足夠的反應(yīng)速度和強度，又減小密相區(qū)內(nèi)高溫下可能發(fā)生的灰熔粘連的危險。爐膛內(nèi)部利用爐內(nèi)高濃度的顆粒維持均勻的溫度場，同時降低最高燃燒溫度，避免堿金屬物質(zhì)過多析出，同時避免爐內(nèi)結(jié)渣。較高的爐膛適合于布置較大的水冷受熱面確保進入上部后部受熱面的煙氣溫度低于730℃-780℃的限制值，同時運行中維持分離器及其連接的返料系統(tǒng)工作溫度小于700℃。
燃料在爐前通過前墻上均勻排布的給料口在循環(huán)床燃燒室下部給入，該處爐膛截面積最小，風(fēng)速保持在3～5m/s，同時爐膛截面采用寬深比為5∶1～1.5∶1的設(shè)計，以有效地促進各給料口給入的生物質(zhì)燃料良好的縱向傳遞、物理分離和正常燃燒解體。隨著爐膛高度增加，爐膛截面逐漸增加，到爐膛中上部風(fēng)速穩(wěn)定在2-4m/s，既可保證足夠的流化數(shù)和正常的物料循環(huán)，又能夠減少輕軟的生物質(zhì)焦炭顆粒的楊析，增加這些顆粒停留時間，強化燃燼度。
本發(fā)明循環(huán)回路上設(shè)有額外的添加物給入口，其特征在于及時補充床料或者在必要的時候通過使用特殊床料或添加物緩解或解決燃燒特定生物質(zhì)原料時的堿金屬問題。
由于生物質(zhì)原料和半焦一般質(zhì)地非常輕，且灰含量相對很低，本發(fā)明采用粒徑小于2mm的窄篩分小粒度床料低循環(huán)倍率運行，并可根據(jù)燃料品種選擇不同密度的床料以作為調(diào)節(jié)密相區(qū)燃燒的手段。小粒徑床料保證流化床在較低風(fēng)速下即可達到足夠的流化數(shù)保證爐內(nèi)的傳質(zhì)傳熱和燃燒過程的順利進行。窄篩分床料模式則可以有效緩解爐內(nèi)循環(huán)物料在運行過程中的質(zhì)量損失，延長床料補充周期，降低運行費用。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明循環(huán)流化床生物質(zhì)燃燒裝置可以燃燒稻麥秸稈在內(nèi)的各種生物質(zhì)燃料，對于各種原料，可視初始幾何尺寸經(jīng)破碎設(shè)備2切碎到10cm以下的合適長度由給料控制設(shè)備送到爐前給料口后被送入爐內(nèi)主要由高溫床料和循環(huán)灰構(gòu)成的密相區(qū)中，加入的燃料迅速與物料混合并開始熱解以及焦炭與揮發(fā)份的燃燒過程。燃燒所需的一次風(fēng)14由爐底送入。在密相區(qū)離解、揚析的生物質(zhì)半焦混合著床料顆粒以及密相區(qū)中析出的沒有來得及參與燃燒的揮發(fā)份迅速進入爐膛的懸浮段，并在該段內(nèi)分層送入的大量二次風(fēng)15的輔助下進行進一步燃燼。懸浮段煙氣流速通過爐膛截面擴張而被控制在2-4m/s以下，以盡可能延長細微半焦粒子在爐內(nèi)高溫區(qū)的停留時間，同時增加內(nèi)循環(huán)份額以保證密相區(qū)溫度的穩(wěn)定。為了保證爐內(nèi)料層的穩(wěn)定和對爐膛內(nèi)堿金屬相關(guān)無機物質(zhì)的控制在循環(huán)回路7上還分別布置有床料給料設(shè)備和添加劑給入裝置8。爐膛內(nèi)的熱物料隨熱煙氣一起通過爐膛出口附近的受熱面后進入中溫旋風(fēng)分離器9，經(jīng)旋風(fēng)分離器分離后的煙氣進入鍋爐尾部煙道10，先后流經(jīng)各受熱面，由除塵器11、引風(fēng)機12、煙囪13排出。被分離器分離下來的物料經(jīng)過返料回路7和后墻的返料口進入爐膛以實現(xiàn)循環(huán)燃燒。
權(quán)利要求
1.一種燃用生物質(zhì)燃料的循環(huán)流化床燃燒裝置，其特征在于，它具有爐膛(3)，爐膛上部接有水平煙道，爐膛內(nèi)和水平煙道內(nèi)設(shè)有受熱面(4)，水平煙道另一端與中溫旋風(fēng)分離器(9)相接，旋風(fēng)分離器(9)上端依次與尾部煙道(10)、除塵器(11)、引風(fēng)機(12)、煙囪(13)相接，旋風(fēng)分離器(9)下端接有循環(huán)回路(7)并與爐膛密相區(qū)相接，在循環(huán)回路(7)上接有床料和添加劑補充口(8)，生物質(zhì)原料儲倉(1)經(jīng)包含生物質(zhì)破碎設(shè)備(2)與爐膛(3)的入爐口(5)相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃用生物質(zhì)燃料的循環(huán)流化床燃燒裝置，其特征在于，所述的爐膛(3)下部設(shè)有變截面爐膛密相區(qū)(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種燃用生物質(zhì)燃料的循環(huán)流化床燃燒裝置，其特征在于，所述的變截面爐膛密相區(qū)(6)的寬深比為5∶1～1.5∶1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃用生物質(zhì)燃料的循環(huán)流化床燃燒裝置，其特征在于，所述的中溫旋風(fēng)分離器(9)的工作溫度和返料物料溫度在700℃以下。
5.一種使用如權(quán)利要求1所述裝置的燃用生物質(zhì)燃料的循環(huán)流化床燃燒組織方法，其特征在于，利用一二次風(fēng)配比和返料保證密相區(qū)在800℃-600℃溫度下運行，利用流態(tài)化燃燒特性和物料循環(huán)確保爐膛揮發(fā)份燃燒區(qū)在820℃以下中溫燃燒，利用爐膛水冷受熱面積保證進入爐膛上部和水平煙道內(nèi)的受熱面煙氣溫度不高于730℃-780℃限制值。循環(huán)流化床的運行通過選擇窄篩分小粒度床料運行于低流化風(fēng)速、高流化數(shù)的狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種燃用生物質(zhì)燃料的循環(huán)流化床燃燒方法，其特征在于，所述的低流化風(fēng)速、高流化數(shù)，其下部風(fēng)速為3-5m/s，上部風(fēng)速為2-4m/s，流化數(shù)大于3。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種燃用生物質(zhì)燃料的循環(huán)流化床燃燒方法，其特征在于，所述的窄篩分小粒度床料的粒度小于2mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種燃用生物質(zhì)燃料的循環(huán)流化床燃燒裝置及方法。燃用生物質(zhì)燃料的循環(huán)流化床燃燒裝置包括爐膛，爐膛出口和水平煙道設(shè)置受熱面，后接中溫運行的旋風(fēng)分離器，旋風(fēng)分離器上端依次與尾部煙道、除塵器、引風(fēng)機、煙囪相接，旋風(fēng)分離器下端接有循環(huán)回路并與爐膛密相區(qū)相接，在循環(huán)回路上接有床料和添加劑補充口以便于在必要時加入添加劑來解決堿金屬問題。各種生物質(zhì)燃料通過在爐前并列的給料口，經(jīng)破碎設(shè)備預(yù)處理后在風(fēng)輔助吹送下進入爐膛內(nèi)變截面爐膛密相區(qū)。對軟秸稈類生物質(zhì)需要破碎到10cm以下后入爐燃燒。本發(fā)明具有原料適應(yīng)性廣、燃燒效率高等特點并能有效解決高堿生物質(zhì)燃燒過程中的各種堿金屬問題。
文檔編號F23G5/02GK1804460SQ20061004935
公開日2006年7月19日 申請日期2006年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月25日
發(fā)明者駱仲泱, 余春江, 方夢祥, 周勁松, 王樹榮, 王勤輝, 施正倫, 程樂鳴, 高翔, 倪明江, 岑可法 申請人:浙江大學(xué)