流化床锅炉分区流化床水平循环燃烧方法及水平循环分区流化床

摘要

本发明公开了一种流化床锅炉分区流化床水平循环燃烧方法及水平循环分区流化床，通过在流化床内布风板上设置几块高度不同的隔墙，形成一个柱塞区和若干个小流化床区，并在柱塞区内装设气动式固体物料循环装置，使床内颗粒燃料在床内呈横向水平迁移运动，形成水平循环，增加颗粒在床内的运动路径，以解决颗粒直接从给料口到溢流口的“短路”问题，延长颗粒在床内的停留时间，强化密相区内的埋管与颗粒床料传热，提高燃料颗粒在床内的一次燃烧的燃烬度，提高燃烧效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种流化床锅炉的流化床燃烧技术及装置，具体说是一种流化床锅炉分区流化床水平循环燃烧方法及水平循环分区流化床。

背景技术

随着全球范围的能源短缺和人们环保意识的加强，对燃烧装置的燃烧效率、燃料适应性和污染物排放的要求越来越高。由于流化床燃烧可以通过炉内添加脱硫剂、采用低温燃烧和分级燃烧，在能源利用和环保两方面具有其独特的优势，得到了广泛的应用。当颗粒燃料在鼓泡流化床中燃烧时，由于固体颗粒燃料仅垂直运动而不能充分地分散在鼓泡式流化床中，所以固体燃料不能均匀燃烧，比重大于流化介质的不燃性物质在很宽的范围内沉积在炉底，难以从炉中排出，致使焚烧炉或锅炉不能在稳定的条件下工作。为解决简单鼓泡流化床的上述问题，最近已提出了通过设置流化气布风装置，对流化床中流化介质赋予不同的流化速度，从而在床内形成颗粒物料内循环的流化床焚烧炉和流化床锅炉。但对于如何加强大截面流化床内循环的形成，杜绝颗粒物料“短路”现象等没有解决。

发明内容

本发明的发明目的在于，克服现有技术存在的技术缺陷，提供一种流化床锅炉分区流化床水平循环燃烧方法及水平循环分区流化床，通过在流化床内布风板上设置几块高度不同的隔墙，形成一个柱塞区和若干个小流化床区，并在柱塞区内装设气动式固体物料循环装置，使床内颗粒燃料在床内呈横向水平迁移运动，形成水平循环，增加颗粒在床内的运动路径，以解决颗粒直接从给料口到溢流口的“短路”问题，延长颗粒在床内的停留时间，强化密相区内的埋管与颗粒床料传热，提高燃料颗粒在床内的一次燃烧的燃烬度，提高燃烧效率。

本发明的基本思路：基于传统单区鼓泡流化床燃烧装置，根据“分区流化、横向迁移、强化传热”的思路，利用不同高度的床间隔墙，将单一的大截面床面分成一个柱塞区和若干面积相近和不等的小区域。在柱塞区内设置气动式固体物料循环装置。各小区域与相应的风室匹配，形成了若干高低不同且相互独立的小流化床区。较高床区的物料通过床面溢流和抛撒流向较低床区，最低床区物料则通过设置在柱塞区的气动式固体物料循环装置的气流引射作用送入高床区底部，从而实现床内颗粒物料的横向迁移，进而形成颗粒物料的水平循环。固体燃料从低床区加入，由中床区排出，根本解决了物料“短路”的现象。本发明充分利用小流化床的优势，结合颗粒物料的横向迁移，改善了流化床横向混合差的缺点，同时在燃烧过程中，由于各区之间物料交换，可以减小各床区间温度差异，提高燃烧效率。此外，在分区流化床的悬浮区通过二次风补充，增强床料在悬浮段的混合，以进一步提高细颗粒物料燃烧效率。由此可见，由多个小型传统流化床单元组成的大型水平循环分区流化床燃烧装置，既保留了传统流化床燃烧装置的技术特点，又克服了传统单区鼓泡流化床燃烧装置床内物料流化不均匀、难以大型化的不足。

本发明流化床锅炉分区流化床水平循环燃烧方法，其步骤是：首先，将流化床分隔成一个柱塞区和若干个高度不同的小流化床区，然后将固体燃料由低床区加入，利用低床区燃料燃烧产生的热量使燃料升温、热解，析出挥发份，生成焦炭，部分焦炭通过床面溢流和抛撒，越过低床区隔墙，进入柱塞区；柱塞区内布风板上不布置流化风，该区内物料在气动式固体物料循环装置的定向引射作用下，被送入高床区底部，在高床区流化风的作用下完成焦炭燃烧；同样高床区内的物料通过床面溢流进入中床区，未完全燃烧的焦炭在该区域内燃烬，燃烬后的灰渣从溢流口排出；同时部分物料又可通过中床区的隔墙溢流回到低床区，进而实现物料的水平循环。

本发明方法，不仅充分利用了固体燃料燃烧过程中预热干燥、挥发份与焦炭燃烧和燃烬三个阶段的特点，而且发挥了流化床的优势，延长了物料停留时间，实现了燃料的高效燃烧。此外，分区流化床中不同流化床区的燃烧特点，也为各区添加不同性质固体燃料(如：煤、生物质、城市生活垃圾等)的混合燃烧技术的实现提供了条件。

本发明流化床锅炉水平循环分区流化床，包括炉体，炉体的底部设置流化床；其特征是：在流化床内布风板上分别加装低床区隔墙、高床区隔墙和中床区隔墙；低床区隔墙与高床区隔墙相互平行，中床区隔墙与其垂直设置，将流化床体分隔成柱塞区和低床区、高床区及中床区，低床区、高床区及中床区与布风板下部的各自风室相对应，形成高、中、低三个小流化床；低床区隔墙与静止料层高度之比为0.45～1.0，高床区隔墙和中床区隔墙以及中床区隔墙和低床区隔墙的高度比例为1.2～1.7；对应于各小流化床，在布风板上分别设置排渣口；在柱塞区内设置气动式固体物料循环装置，该装置的循环风引入管连接进气母管、进气母管设有若干个喷嘴；各喷嘴对应高床区隔墙下部的引射孔；布风板位于柱塞区下部的部分无孔。

本发明进一步的优化方案为，在炉体的悬浮区设置二次风进风口。

本发明的特点：

1)多个流化区域的设置，在炉内形成多个流化床小模块，该类型的水平循环分区流化床结构简单，较传统鼓泡床炉更易大型化；

2)气动式颗粒物料循环装置的设置和床面物料溢流和抛撒的作用，实现床内颗粒物料的横向迁移和水平循环；

3)改变各小流化床间隔墙高度比例和颗粒物料循环风流量，可以方便地调节颗粒物料的横向迁移量，因而适用于燃烧不同特性的燃料和固体废弃物；

4)水平循环分区流化床内颗粒横向迁移和二次风的设置，有利于保持下部密相区和上部稀相区温度的均匀分布，提高燃烧效率；

5)固体燃料加料点和灰渣卸料点的布置更方便，从根本上解决了物料“短路”现象。

本发明改善了流化床内颗粒横向混合特性，延长了燃料停留时间，杜绝了床料“短路”的现象，提高燃料颗粒在床内的一次燃烧的燃烬度，提高燃烧效率，有效地解决了大截面流化床出现的床压失稳和气固混合差等的技术难题。本发明装置不仅适用用于固体燃料的燃烧，而且还可以用于固体物料的干燥、气化等领域。

附图说明

图1为本发明流化床锅炉水平循环分区流化床结构示意图(主视图)；

图2为本发明流化床锅炉水平循环分区流化床结构示意图(侧视图)；

图3为本发明流化床锅炉水平循环分区流化床的气动式固体物料循环装置结构示意图；

图4为图3A-A剖面图；

图5为本发明流化床锅炉水平循环分区流化床结构俯视图示意图(床内颗粒物料的横向迁移和水平循环示意图)。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图，对本发明作进一步详细说明。

实施例1、流化床锅炉水平循环分区流化床，包括炉体1，炉体的底部设置流化床；在流化床内布风板4上分别加装耐火水泥预制板制成的低床区隔墙5、高床区隔墙14和中床区隔墙9，隔墙宽度为60～100mm；低床区隔墙与高床区隔墙相互平行，中床区隔墙与其垂直设置，将流化床体分隔成柱塞区40和低床区41、高床区42及中床区43，低床区、高床区及中床区与布风板下部的各自风室(3、12、19)相对应，形成高、中、低三个小流化床；低床区隔墙与静止料层高度之比为0，8，高床区隔墙和中床区隔墙以及中床区隔墙对应低床区部位和低床区隔墙的高度比例为1.5；对应于各小流化床，在布风板上分别设置排渣口(2、11、20)，重量较重的底渣选择性排出。分区流化床上还设置有脱硫剂储仓和输送系统7，可以添加石灰石、白云石等脱硫剂进行炉内脱硫。在柱塞区内设置气动式固体物料循环装置13，该装置的循环风引入管1301连接进气母管1302、进气母管设有若干个喷嘴1303；各喷嘴对应高床区隔墙下部的引射孔1401。布风板4位于柱塞区40下部的部分无孔；燃烧过程中，气动式固体物料循环装置的循环风量占总流化风量的比例小于5％。

固体燃料通过螺旋给料器6从低床区布风板4上方100mm左右处送入床内密相区，流化风分别通过低床区风室3、高床区风室12和中床区风室19三个独立风室，经布风板4进入炉内。燃料和空气在床内完成混合、挥发份的析出、燃烧等物理和化学过程。燃烧反应产生的能量通过颗粒床内埋管传递给工质。随着颗粒床料的流化，低床区内部分床料通过床面溢流和抛撒越过低床区隔板5进入柱塞区40。柱塞区内的颗粒物料在可调喷嘴1303定向引射的作用下，由高床区隔墙14下部的引射孔1401进入高床区，并随高床区物料一起流化。同样，高床区内的颗粒物料通过床面溢流和抛撒进入中床区，中床区内的部分颗粒物料从灰渣溢流口8卸出，部分又可以回到低床区41，形成了床内物料的水平循环。三个小流化区和柱塞区的结合构成了一个整体，完全杜绝了物料“短路”现象，也不会出现传统单区流化床炉因截面风速不够而形成局部死区和流化不良的情况。

实施例2、与实施例1基本相同，所不同的是在炉体的悬浮区设置二次风进风口10。低床区隔墙与静止料层高度之比为0.45，高床区隔墙和中床区隔墙以及中床区隔墙和低床区隔墙的高度比例为1.2。用于各小流化床的一次风和悬浮区18设置的二次风与燃料进行物化反应，生成的烟气和飞灰从出口烟窗21进入旋风分离器17分离，未反应完的飞灰经回料控制器15返回炉内密相区继续反应，从而提高碳转化率，回料控制器15为气控非机械阀，控制风为空气，旋风分离器和回料控制器之间的膨胀通过膨胀节16吸收。

实施例3、与实施例2基本相同，所不同的是，低床区隔墙与静止料层高度之比为1.0，高床区隔墙和中床区隔墙以及中床区隔墙和低床区隔墙的高度比例为1.7。