海藻生物质的异密度循环流化床燃烧处理方法

摘要

本发明涉及一种海藻生物质的异密度循环流化床燃烧处理方法，采用石英砂与石灰石混合构成异密度循化流化床的媒体物料，将海藻颗粒或切片燃料送入流化床内燃烧。海藻在燃烧过程中发生破碎与磨损，细小颗粒被热烟气从密相区带入上部稀相区燃烧，被带出的磨损未充分的较大颗粒海藻和媒体物料经流化床燃烧室出口处的分离燃尽回输装置的分离捕捉，返回燃烧室下部的密相区实现循环燃烧，以提高燃烧效率，减少媒体物料损失。流化床燃烧温度控制在650－950℃，控制了热力型NOx生成与避免海藻在流化床内结渣。燃烧后产生的灰渣用来制作农用肥料，燃烧所产生的热量，加热工质后作为热源向外提供热量或为汽轮机提供动力源产生动能推动发电机发电。

说明书

技术领域

本发明涉及一种海藻生物质的异密度循环流化床燃烧处理方法，对沿海地区用于经济性工业开发后的大量富余海藻或生产过程中生成的海藻尾料进行洁净能源利用。属于生物工程与能源领域。

背景技术

自然界蕴藏着一种丰富的“绿色”可再生能源：生物质能源，占世界能源总消耗的14％，仅次于石油、煤炭和天然气(生物质能源应用研究现状与发展前景.林产化学与工业，2002年，第2期，75～80页)。生物质能的载体是生物质。生物质指任何可再生的或可循环的有机物质(不包括多年生长的用材林)，主要包括薪柴、农林作物、杂草、城市固体废弃物、生活污水、水生植物、禽畜粪便等。根据专家估算，地球上每年生长的生物能总量约1400-1800亿吨(干重)，相当于目前世界总能耗的10倍。生物质能源分布极广、产量巨大，在理想状态下地球上的生物质潜力可达到现实能源消费的180～200倍(发展生物质能可获得多方面的效益.节能，2003年，第2期，45～47页)。随着化石能源的日益枯竭和环境恶化问题的日趋严重，世界上许多国家都对生物质能的利用投入巨资研究。全世界大范围对生物质资源的利用主要是木料与农作物，对海洋生物质的研究与利用还较少。而海洋生物资源开发的潜力巨大，其中海藻植物约有一万多种，尤其我国有广阔的海疆，海岛沿岸14200多公里，生长着三四千种海藻，包括红藻、褐藻及绿藻等种群(中国海藻志.第二卷红藻门，第三册石花菜目隐丝藻目胭脂藻目.科学出版社，2004年，vii-ix页)，部分海藻产量居世界首位。海藻相对于陆上生物质有其独特优势，生长速度快，便于养殖；生长在海里，不占用耕地资源；吸收CO₂，种类繁多，可以交替大量繁殖，保证全年资源充足，解决了生物质资源分散和受季节限制等大规模应用的瓶颈问题。在我国沿海很多经济发达地区，除了一般的用于食品、化妆品、药用等经济性开发后，富余的大量海藻可以因地制宜地开发其作为生物质能源的价值(海藻的热解特性分析.中国电机工程学报，2007年，第14期，102～106页)，有力地补充当地的能源供给。世界上一些国家正在关注海藻能源利用的开发：LiveFuels公司宣称2010年美国将实现海藻-生物质原油的转化；日本也正在研究以海藻为原料提取甲烷发电。但资料表明对海藻这类潜力巨大的生物质的异密度循环流化床燃烧处理研究尚属空白。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种利用海藻生物质循环流化床直接燃烧利用方法，采用合理的方式对海藻进行资源化洁净利用，将海藻生物质能转化为热能用来供热或发电。

为实现这一目的，本发明采用石英砂与石灰石混合构成异密度循化流化床的媒体物料，将压制成型的海藻颗粒或小块切片送入流化床内燃烧，海藻颗粒在流化床内燃烧过程中发生破碎与磨损，细小颗粒被热烟气从密相区带入上部稀相区燃烧，被带出的磨损未充分的较大颗粒海藻和媒体物料经流化床燃烧室出口处的分离燃尽回输装置的分离捕捉，返回燃烧室下部的密相区实现循环燃烧。流化床燃烧海藻生物质的温度控制在650-950℃，控制了热力型NOx生成与避免海藻在流化床内结渣。燃烧后产生的灰渣用来制作农用肥料，燃烧所产生的热量，加热工质后作为热源向外提供热量或为汽轮机提供动力源产生动能推动发电机发电。

本发明方法的具体实现步骤是：

1、首先根据海藻的灰熔点与发热量选择燃烧利用品种，一般选择灰熔点不低于1000度，低位发热量大于6MJ·kg^-1的海藻，选择后将其干燥粉碎，压制成型为颗粒状或经切片机切割为块状，其最大边长为50mm左右。

2、采用石英砂与石灰石混合构成异密度循化流化床的媒体物料，其中石灰石的比例由海藻的含硫量确定，一般取钙硫的摩尔比为1～4。媒体物料的筛分粒度为0.28～4mm；利用物料添加装置把媒体物料加入循环流化床，静止床料层的厚度为250mm～850mm。

3、运行流化床时，先用外部热源将媒体物料加热，同时调节送风量使媒体物料处于流化状态，将压制成型的海藻颗粒或海藻切片从燃烧室顶部或侧墙给入，控制流化床燃烧运行温度为650～950℃。

4、在流化床燃烧室出口处设置分离燃尽回输装置，对飞出流化床燃烧室的海藻和媒体物料进行分离捕捉，并送回流化床燃烧室下部的密相区实现循环燃烧。

5、燃烧后产生的灰渣用来制作农用肥料，燃烧所产生的热量，加热受热面的工质后作为热源向外提供热量或为汽轮机提供动力源产生动能推动发电机发电。

本发明中，媒体物料(石灰石与石英砂的混合物)的颗粒粒度与级配可以为：0.28mm～1mm的质量份额为5％～10％，1mm～2mm的质量份额为30％～50％，2mm～3mm的质量份额为30％～50％，3mm～4mm的质量份额为5％～10％。

本发明所燃用海藻的低位发热量一般大于6MJ·kg^-1。海藻燃料在流化床内的燃烧过程中发生挥发分的析出、均相着火、固定碳的燃烧，其颗粒之间，颗粒与媒体物料之间发生磨损，磨损产生的细小颗粒被热烟气从密相区带入上部稀相区悬浮燃烧。而另一些被带出的磨损未充分的较大海藻颗粒和媒体物料经燃烧室出口处的分离燃尽回输装置的分离、捕捉，返回燃烧室下部的密相区实现循环燃烧，同时分离器气流扰动有利于挥发分与氧气的进一步混合和燃尽，使得燃烧更加充分，提高了燃烧效率，减少媒体物料损失。媒体物料中的石灰石能够在流化床内煅烧成CaO，CaO能与烟气中的SO₂反应进一步生成CaSO₄，减少了SO₂的排放。CaO也能与灰中低熔点碱性氧化物反应生成高熔点物质，提高了灰的熔融温度，有效避免了低温结渣。循环流化床燃烧后产生的灰渣，由于含有较多钾盐、钠盐，以及其他土壤改良物质(Mg、P和Ca等元素)，可以进一步用来制作农用肥料。此外，流化床燃烧海藻生物质的温度控制在650-950℃，有效控制了热力型NOx生成与避免海藻在流化床内结渣。流化床燃烧所产生的热量，传给布置在受热面的工质，加热后的工质作为热源向外提供热量或为汽轮机提供动力源产生动能推动发电机发电。

本发明的突出优点是：(1)利用石灰石辅助混合媒体物料，能够实现直接脱硫，脱硫系统简单、成本低；同时能够提高海藻灰的结渣温度；(2)控制海藻处于低温燃烧，抑制了热力型NOx的生成与排放，也避免了海藻高温结渣；(3)流化床燃烧方式有利于海藻的着火燃烧与燃尽，具有高的燃烧效率；(4)海藻的异密度循环流化床燃烧处理方法适应了海藻含水量大的特点，可以稳定安全的连续运行；(5)流化床燃烧后的灰渣可以进一步制作肥料。

本发明采用异密度循环流化床低温燃烧方法，对沿海地区用于经济性工业开发后的大量富余海藻或生产过程中生成的海藻尾料进行洁净能源利用，最大可能地因地制宜地利用了海藻这种丰富的海洋可再生能源，也解决了环境污染问题，为海藻高效、清洁、合理地利用开辟了一条新的道路，具有巨大的市场潜力与社会经济效益。

具体实施方式

实施例1

1、首先根据工业要求与海藻的灰熔点和发热量分析，选择灰熔点不低于1000度，低位发热量大于6MJ·kg^-1的海藻品种，然后将采集的海藻干燥粉碎，压制成型为颗粒状。

2、采用石英砂与石灰石混合构成异密度循化流化床的媒体物料，媒体物料的粒度与级配为：0.28mm～1mm的质量份额为5％，1mm～2mm的质量份额为35％，2mm～3mm的质量份额为50％，3mm～4mm的质量份额为10％；其中石灰石的比例由海藻的含硫量确定，取钙硫摩尔比约为2。将媒体物料用媒体物料补充装置送入循环流化床燃烧室底部，静止床料层的厚度为650mm。

3、用外部热源将媒体物料加热到800℃左右，同时调节送风量使媒体物料处于流化状态。用投料装置将压制成型的海藻颗粒从燃烧室顶部或侧墙给入，控制流化床燃烧运行温度为650～950℃。

4、在流化床燃烧室出口处设置分离燃尽回输装置，将被热空气带出流化床燃烧室的海藻颗粒与媒体物料进行分离、捕捉，并通过分离器下部的回输通道送回流化床燃烧室下部的密相区，实现了海藻颗粒的循环燃烧，也减少了物料损失。燃烧效率能达到98％，固硫效率85％以上，热力型NOx生成量极少。

5、燃烧后产生的灰渣用来制作农用肥料，燃烧所产生的热量，加热受热面的工质后作为热源向外提供热量或为汽轮机提供动力源产生动能推动发电机发电。

实施例2

1、首先根据工业要求与海藻的灰熔点和发热量分析，选择灰熔点不低于1000度，低位发热量大于6MJ·kg^-1的海藻品种，然后将采集的海藻干燥粉碎，经切片机切割为小块，海藻切片的最大边长为45mm左右。

2、采用石英砂与石灰石混合构成异密度循化流化床的媒体物料，媒体物料的粒度与级配为：0.28mm～1mm的质量份额为8％，1mm～2mm的质量份额为45％，2mm～3mm的质量份额为40％，3mm～4mm的质量份额为7％；其中石灰石的比例由海藻的含硫量确定，取钙硫的摩尔比约为3。将媒体物料用媒体物料补充装置送入循环流化床燃烧室底部，静止床料层的厚度为450mm。

3、用外部热源将媒体物料加热到750℃左右，同时调节送风量使媒体物料处于流化状态。用投料装置将海藻切片从燃烧室顶部或侧墙给入，控制流化床燃烧运行温度为650～950℃。

4、在流化床燃烧室出口处设置分离燃尽回输装置，将被热空气带出流化床燃烧室的海藻颗粒与媒体物料进行分离、捕捉，并通过分离器下部的回输通道送回流化床燃烧室下部的密相区，实现了海藻颗粒的循环燃烧，也减少了物料损失。燃烧效率能达到98％，固硫效率90％以上，热力型NOx生成量极少。

5、燃烧后产生的灰渣用来制作农用肥料，燃烧所产生的热量，加热受热面的工质后作为热源向外提供热量或为汽轮机提供动力源产生动能推动发电机发电。

实施例3

1、首先根据工业要求与海藻的灰熔点和发热量分析，选择灰熔点不低于1000度，低位发热量大于6MJ·kg^-1的海藻品种，然后将采集的海藻干燥粉碎，压制成型为颗粒状。

2、采用石英砂与石灰石混合构成异密度循化流化床的媒体物料，媒体物料的粒度与级配为：0.28mm～1mm的质量份额为10％，1mm～2mm的质量份额为40％，2mm～3mm的质量份额为40％，3mm～4mm的质量份额为10％；其中石灰石的比例由海藻的含硫量确定，取钙硫的摩尔比约为4。将媒体物料用媒体物料补充装置送入循环流化床燃烧室底部，静止床料层的厚度为250mm。

3、用外部热源将媒体物料加热到700℃左右，同时调节送风量使媒体物料处于流化状态。用投料装置将压制成型的海藻颗粒从燃烧室顶部或侧墙给入，控制流化床燃烧运行温度为650～950℃。

4、在流化床燃烧室出口处设置分离燃尽回输装置，将被热空气带出流化床燃烧室的海藻颗粒与媒体物料进行分离、捕捉，并通过分离器下部的回输通道送回流化床燃烧室下部的密相区，实现了海藻颗粒的循环燃烧，也减少了物料损失。燃烧效率能达到98％，固硫效率95％以上，热力型NOx生成量极少。

5、燃烧后产生的灰渣用来制作农用肥料，燃烧所产生的热量，加热受热面的工质后作为热源向外提供热量或为汽轮机提供动力源产生动能推动发电机发电。