專利名稱：生物質(zhì)團聚排渣流化床燃燒裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種能源技術(shù)領(lǐng)域的裝置和方法，特別是一種生物質(zhì)的團 聚排渣流化床燃燒方法與裝置。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)是一種分布廣、資源量豐富的清潔可再生資源，其能源化利用過程 可實現(xiàn)C02零排放。我國擁有十分豐富的生物質(zhì)資源，發(fā)展生物質(zhì)燃燒技術(shù)可以
緩解當前及將來的化石能源緊缺、減少溫室氣體的排放，同時對解決農(nóng)村秸稈 等利用問題、增加農(nóng)民收入具有非常重要的意義。流化床燃燒技術(shù)因具有燃燒 效率高、有害氣體排放易控制、熱容量大等一系列優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。但流 化床技術(shù)應(yīng)用于生物質(zhì)燃燒尚存在一些問題。因為生物質(zhì)燃料含有某些不定量 的元素，如鉀、鈉、氯等，它們會降低灰分的熔點，增加了流化床的結(jié)渣趨勢，
造成爐內(nèi)整體結(jié)焦而被迫停爐；同時由于防結(jié)焦結(jié)渣原因，生物質(zhì)流化床的爐 溫偏低而造成飛灰含碳量增加。
經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利公開號為CN 1928430A，該專利 公開了一種燃用生物質(zhì)燃料的鼓泡流化床燃燒裝置及方法的技術(shù)方案，該專利 將爐膛密相區(qū)的溫度控制在600-700°C，以減少爐膛密相區(qū)的床料團聚；通過增 加爐膛高度設(shè)計以及配備的飛灰回送系統(tǒng)有效地提高半焦的燃盡率，解決了常 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。該專利是一很有實 用價值的、針對生物質(zhì)燃料的流化床改進技術(shù)，但由于采用床溫限制、飛灰回 送，大大增加了投資成本和運行難度，但也不能根本上解決燃燒生物質(zhì)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種生物質(zhì)團聚排渣流化床燃燒裝 置與方法，使其采用異速流化，加強流化床密相區(qū)的內(nèi)循環(huán)，保證團聚灰渣一 旦形成，通過分選排渣系統(tǒng)及時排出，防止床內(nèi)結(jié)焦的發(fā)生。流化床密相區(qū)溫 度則仍維持傳統(tǒng)溫度(800-950°C)，保持流化床的高效燃燒。
本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的-
本發(fā)明所述的生物質(zhì)團聚排渣流化床燃燒裝置，包括爐膛、傾斜布風(fēng)板、 低速一次風(fēng)室、高速一次風(fēng)室、分選排渣管、二次風(fēng)進口、給料口、分選風(fēng)管、 排渣口、旋風(fēng)分離器、飛灰返料裝置和密封渣箱。爐膛分為下部密相區(qū)和上部 稀相區(qū)，密相區(qū)設(shè)置傾斜布風(fēng)板，傾斜布風(fēng)板下部連接低速一次風(fēng)室、高速一 次風(fēng)室，高風(fēng)速一次風(fēng)室外側(cè)布置分選排渣管，分選排渣管兩側(cè)分別設(shè)有分選 風(fēng)管，分選風(fēng)管和分選排渣管相通，旋風(fēng)分離器位于爐體的一側(cè)，旋風(fēng)分離器 的下部連接飛灰返料裝置，旋風(fēng)分離器分離出的飛灰由飛灰返料裝置返送回爐 膛下部密相區(qū)，分選排渣管下部接入密封渣箱，爐膛上部設(shè)有二次風(fēng)進口，爐 膛兩側(cè)的爐墻上設(shè)置給料口 。
所述下部密相區(qū)為矩形結(jié)構(gòu)，寬深比或深寬比為(1.5: 1) - (4: 1)。
所述上部稀相區(qū)為矩形或圓柱形結(jié)構(gòu)。
所述傾斜布風(fēng)板，其傾斜角度為5度-30度。
所述低速一次風(fēng)室，其流化風(fēng)量(速)為熱態(tài)臨界流化風(fēng)量(速)的1-2.5倍。
所述高速一次風(fēng)室，其流化風(fēng)量(速)為熱態(tài)臨界流化風(fēng)量(速)的3-6倍。
所述分選排渣管，其截面為圓柱形或矩形，分選風(fēng)從兩側(cè)進入，分選風(fēng)既 可以起到分選團聚灰渣的作用，同時還能加強爐膛密相區(qū)的物料內(nèi)循環(huán)。 所述旋風(fēng)分離器，其頂部設(shè)置有煙氣出口。
所述分選排渣管下方設(shè)置落渣箱，用于收集爐內(nèi)團聚排出的灰渣。落渣箱 的密封性還可以穩(wěn)定分選送風(fēng)。本發(fā)明在分選排渣管的設(shè)計上直接采用圓柱形 或矩形而取消了文丘里管，另外增加了密封渣箱。試驗證明本發(fā)明設(shè)計更有利 于減小床內(nèi)壓力的波動，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
本發(fā)明所涉及的生物質(zhì)團聚排渣流化床燃燒方法，包括以下步驟
第一步，首先向爐內(nèi)加入篩分過的石英砂作為床料，投入生物質(zhì)燃料燃燒;
第二步，調(diào)節(jié)高、低一次風(fēng)室的風(fēng)量，使高、低風(fēng)室的風(fēng)量比為1.5:1-4:1， 形成爐內(nèi)物料的異速流化，實現(xiàn)床內(nèi)顆粒大尺度的內(nèi)循環(huán)運動和底部顆粒沿傾 斜布風(fēng)板的定向流動；
第三步，團聚排渣，灰渣團聚成團、分選排出灰在達到初始粘結(jié)溫度后， 在床內(nèi)顆粒的內(nèi)循環(huán)運動作用下，團聚成大的灰渣。當爐內(nèi)的團聚灰渣隨床料 運動至排渣口時會落到排渣管中，若管內(nèi)風(fēng)速確定，團聚灰渣本身重力大于在 管中受到的向上的浮力時就能落至渣箱中，反之，較小的灰渣會被送回爐內(nèi)。 因此可以通過調(diào)節(jié)分選排渣管的風(fēng)量而連續(xù)排出團聚灰渣。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為1)保證流化床連續(xù)安全運行生 物質(zhì)燃料含有某些不定量的元素，如鉀、鈉、氯等會降低灰分的熔點。團聚灰 渣在爐內(nèi)若不及時排出會使床內(nèi)流化狀態(tài)惡化。在異速流化的情況下，即使爐 膛密相區(qū)局部溫度較高，團聚灰渣形成后隨即隨床料運動最終通過分選排渣系 統(tǒng)及時排入渣箱，避免因爐內(nèi)結(jié)焦而導(dǎo)致停爐，保證流化床的連續(xù)運行。2) 燃燒效率高由于避免了結(jié)焦結(jié)渣，流化床燃燒生物質(zhì)時密相區(qū)溫度仍能維持 較高溫度(800-950°C)，保證了流化床的高效燃燒。另外，采用爐內(nèi)密相區(qū)的 異速流化大大加強爐內(nèi)物料的內(nèi)循環(huán)運動，以及飛灰回送外循環(huán)設(shè)置，增加了 生物質(zhì)燃料在爐內(nèi)的停留時間，提高了整體的燃燒反應(yīng)效率，降低飛灰含碳量 30%以上。


圖1是本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提 下進行實施，針對秸稈類生物質(zhì)給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但 本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
如圖1所示，本實施例裝置包括爐膛l、傾斜布風(fēng)板3、低速一次風(fēng)室4、 高速一次風(fēng)室5、分選風(fēng)管6、分選排渣管7、排渣口8、給料口9、 二次風(fēng)進口 10、旋風(fēng)分離器ll、飛灰返料裝置13、密封渣箱14。爐膛1分為下部密相區(qū)2 和上部稀相區(qū)15。爐膛1上部與旋風(fēng)分離器11相連，旋風(fēng)分離器11的下部連 接飛灰返料裝置13，收集的飛灰重新回到爐膛密相區(qū)2進一步燃燒。下部密相 區(qū)2底部設(shè)置傾斜布風(fēng)板3,傾斜布風(fēng)板3的下方的一側(cè)設(shè)有低速一次風(fēng)室4和 另一側(cè)設(shè)有高速一次風(fēng)室5，排渣口 8位于傾斜布風(fēng)板3高速風(fēng)室的外側(cè)，分選 排渣管7 —端與排渣口 8相連，分選排渣管7兩側(cè)分別設(shè)有分選風(fēng)管6，分選風(fēng)
管6和分選排渣管7相通。分選排渣管7下部接入密封渣箱14。爐膛1上部設(shè) 有二次風(fēng)進口 10，爐膛1兩側(cè)的爐墻上設(shè)置給料口 9。
所述下部密相區(qū)2，為矩形結(jié)構(gòu)，寬深比或深寬比為(1.5: 1) - (4: 1)。
所述爐膛1上部稀相區(qū)15為矩形或圓柱形結(jié)構(gòu)。
所述傾斜布風(fēng)板3，其傾斜角度為5度-30度。
所述低速一次風(fēng)室4，其流化風(fēng)量(速)為熱態(tài)臨界流化風(fēng)量(速)的1-2. 5倍。
所述高速一次風(fēng)室5，其流化風(fēng)量(速)為熱態(tài)臨界流化風(fēng)量(速)的3-6倍。
所述分選排渣管7，截面為圓柱形或矩形，分選風(fēng)從兩側(cè)進入，分選風(fēng)既可 以起到分選團聚灰渣的作用，同時還能加強爐膛密相區(qū)的物料內(nèi)循環(huán)。 所述旋風(fēng)分離器11的頂部設(shè)置有煙氣出口 12。
上述結(jié)構(gòu)的裝置工作時，生物質(zhì)由給料口 9進入爐膛1燃燒，燃燒后的煙 氣攜帶飛灰向上運動進入旋風(fēng)分離器11進行氣固分離，煙氣由頂部煙氣出口 12 排出，收集的飛灰由旋風(fēng)分離器11的下部進入飛灰返料裝置13，重回到爐膛密 相區(qū)2進一步燃燒； 一次風(fēng)從低速一次風(fēng)室4、高速一次風(fēng)室5進入傾斜布風(fēng)板 3，用于床料異速流化，實現(xiàn)床內(nèi)顆粒大尺度的內(nèi)循環(huán)運動和底部顆粒沿傾斜布 風(fēng)板3的定向流動； 一旦形成團聚灰渣則隨底部定向流動及時到達排渣口8，進 入分選排渣管7，在分選風(fēng)管6分選風(fēng)沖擊下，小顆粒和床料逆轉(zhuǎn)返回床內(nèi)，團 聚大灰渣則進入密封渣箱14。
以下以秸稈顆粒來說明本發(fā)明生物質(zhì)團聚排渣流化床燃燒方法的實施例 生物質(zhì)團聚排渣流化床裝置的傾斜布風(fēng)板3傾角為20。。在燃燒前，先將 床料進行篩分，使床料粒徑控制在lmm以下。 一次風(fēng)則先被相關(guān)爐外點火裝置 加熱，送入從爐膛1底部兩個一次風(fēng)室，加熱過的一次風(fēng)將床料溫度加熱到400 'C以上，此時從爐膛密相區(qū)2兩側(cè)的給料口加入壓制過的秸稈顆粒，粒徑在 5mm-10mm左右。調(diào)節(jié)高速一次風(fēng)室5、低速一次風(fēng)室4的風(fēng)量，使高速一次風(fēng) 室5、低速一次風(fēng)室4的風(fēng)量比為2:1。增加給料量逐步提高爐內(nèi)溫度直至800 。C以上。開啟分選風(fēng)管6，風(fēng)量大小應(yīng)至少保證床料不致下落。爐膛密相區(qū)2的 寬深比為3:1設(shè)計，爐內(nèi)物料的異速流化可以使物料形成大尺度內(nèi)循環(huán)。當秸稈燃燒后產(chǎn)生的灰渣一旦團聚成大顆粒，及時運動到排渣口8。調(diào)節(jié)分選風(fēng)量的 大小以排出不同尺寸團聚灰渣。爐膛1燃燒產(chǎn)生的煙氣經(jīng)旋風(fēng)分離器11氣固分 離，煙氣由旋風(fēng)分離器11頂部的煙氣出口 12排出，而飛灰通過飛灰返料器13 進入爐膛1密相區(qū)2進一步燃盡，這樣通過物料在爐膛1內(nèi)的內(nèi)循環(huán)和飛灰回 送，延長了生物質(zhì)燃料在爐內(nèi)的停留時間，大大提高了燃盡度，提高整體燃燒 反應(yīng)速率，降低飛灰含碳量30%以上。
當高速一次風(fēng)室5流化風(fēng)量為低速一次風(fēng)室4流化風(fēng)量1. 5或4倍時，團 聚排渣流化床也都能在800-95(TC正常運行，不發(fā)生結(jié)焦結(jié)渣，同時降低飛灰含 碳量30%以上。
權(quán)利要求
1、一種生物質(zhì)團聚排渣流化床燃燒裝置，包括爐膛、二次風(fēng)進口、給料口、排渣口、旋風(fēng)分離器和飛灰返料裝置，其特征在于，還包括傾斜布風(fēng)板、低速一次風(fēng)室、高速一次風(fēng)室、分選排渣管、分選風(fēng)管、密封渣箱，爐膛分為下部密相區(qū)和上部稀相區(qū)，密相區(qū)設(shè)置傾斜布風(fēng)板，傾斜布風(fēng)板下部連接低速一次風(fēng)室、高速一次風(fēng)室，高風(fēng)速一次風(fēng)室外側(cè)布置分選排渣管，分選排渣管兩側(cè)分別設(shè)有分選風(fēng)管，分選風(fēng)管和分選排渣管相通，旋風(fēng)分離器位于爐體的一側(cè)，旋風(fēng)分離器的下部連接飛灰返料裝置，旋風(fēng)分離器分離出的飛灰由飛灰返料裝置返送回爐膛下部密相區(qū)，分選排渣管下部接入密封渣箱，爐膛上部設(shè)有二次風(fēng)進口，爐膛兩側(cè)的爐墻上設(shè)置給料口。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)團聚排渣流化床燃燒裝置，其特征是，所 述下部密相區(qū)為矩形結(jié)構(gòu)，寬深比或深寬比為1.5: 1-4: 1。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)團聚排渣流化床燃燒裝置，其特征是，所 述上部稀相區(qū)為矩形或圓柱形結(jié)構(gòu)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)團聚排渣流化床燃燒裝置，其特征是，所述傾斜布風(fēng)板，其傾斜角度為5度-30度。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)團聚排渣流化床燃燒裝置，其特征是，所 述低速一次風(fēng)室，其流化風(fēng)量為熱態(tài)臨界流化風(fēng)量的1倍-2. 5倍。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)團聚排渣流化床燃燒裝置，其特征是，所 述高速一次風(fēng)室，其流化風(fēng)量為熱態(tài)臨界流化風(fēng)量的3倍-6倍。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)團聚排渣流化床燃燒裝置，其特征是，所 述分選排渣管，其截面為圓柱形或矩形，分選風(fēng)從兩側(cè)進入。
8、 一種生物質(zhì)團聚排渣流化床燃燒方法，其特征在于，包括以下步驟 第一步，首先向爐內(nèi)加入篩分過的石英砂作為床料，投入生物質(zhì)燃料燃燒; 第二步，調(diào)節(jié)風(fēng)量，形成爐內(nèi)物料的異速流化，實現(xiàn)床內(nèi)顆粒大尺度的內(nèi)循環(huán)運動和底部顆粒沿傾斜布風(fēng)板的定向流動；第三步，團聚排渣，灰渣團聚成團、分選排出灰在達到初始粘結(jié)溫度后， 在床內(nèi)顆粒的內(nèi)循環(huán)運動作用下，團聚成大的灰渣，通過調(diào)節(jié)風(fēng)量而連續(xù)排出團聚灰渣。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的生物質(zhì)團聚排渣流化床燃燒方法，其特征是，所 述的調(diào)節(jié)風(fēng)量，是指高、低風(fēng)室的風(fēng)量比為1.5:1-4:1。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的生物質(zhì)團聚排渣流化床燃燒方法，其特征是， 所述的連續(xù)排出團聚灰渣，是指當爐內(nèi)的團聚灰渣隨床料運動至分選排渣管 上方時會落到排渣管中，若管內(nèi)風(fēng)速確定，灰渣本身重力大于在管中受到的向 上的浮力時就能落至渣箱中，反之，小的團聚灰渣會被送回爐內(nèi)，所以通過調(diào) 節(jié)分選排渣管的風(fēng)量而連續(xù)排出團聚灰渣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能源技術(shù)領(lǐng)域的生物質(zhì)團聚排渣流化床燃燒裝置與方法，所述裝置中爐膛分為下部密相區(qū)和上部稀相區(qū)。密相區(qū)采用傾斜布風(fēng)板，傾斜布風(fēng)板下部連接高、低風(fēng)速一次風(fēng)室。高風(fēng)速一次風(fēng)室外側(cè)布置分選排渣管，排渣管出口連接渣箱。旋風(fēng)分離器位于爐體的一側(cè)，旋風(fēng)分離器的下部連接飛灰返料裝置。方法為調(diào)節(jié)高、低一次風(fēng)室的風(fēng)量，使高、低風(fēng)室的風(fēng)量比為1.5∶1-4∶1，形成爐內(nèi)物料的異速流化狀態(tài)；調(diào)節(jié)給料保證爐內(nèi)的穩(wěn)定燃燒，同時運用團聚排渣技術(shù)調(diào)節(jié)分選風(fēng)量的大小以排出團聚灰渣，細顆粒床料分選后返送回爐內(nèi)。本發(fā)明具有燃燒效率高同時能有效抑制爐內(nèi)結(jié)渣，確保流化床連續(xù)安全運行。
文檔編號F23C10/00GK101206026SQ20071017234
公開日2008年6月25日 申請日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者吳俊鋒, 張小可, 張祚明, 施善彬, 溫俊明, 章明川, 范浩杰, 軍 袁 申請人:上海交通大學(xué);上海環(huán)保工程成套有限公司