[发明专利]循环流化床气化—燃烧复合燃煤锅炉

说明书

技术领域

本发明是一种燃煤锅炉，特别是循环流化床气化-燃烧复合燃煤锅炉。 

背景技术

目前使用的燃煤锅炉多是层燃炉、煤粉炉和循环流化床炉。层燃炉运行简单、电耗低，但效率低、不适应煤种变化、压火时排放苯并芘之类的污染物。煤粉炉一度因煤粉制备复杂、电耗高、颗粒物和氮氧化物排放量大，不适于作为中小型燃煤设备而被淘汰，近来煤炭科学有采用煤粉集中制备、完善给粉控制、分级供风减少氮氧化物排放和布袋除尘等措施，重新进入市场，但仍存在电耗高、可用煤种单一的缺陷。现有的循环流化床燃煤炉可以良好燃用高灰分、高水分、低挥发分燃料，能够在燃烧过程中低成本脱硫和抑制氮氧化物生成，燃烧效率也较高，但也存在炉内受热面磨损、燃用发热量大于18MJ/Kg的低灰分煤时需要添加循环物料以及鼓风电耗过高等问题。现有循环流化床燃煤炉是依靠颗粒回流带出密相区燃烧富余的热量实现密相区的温度稳定，为达到足够大的回流量好强化传热，除设置分离器使小颗粒循环外，还要求较高的气速，正是高气速和高颗粒浓度造成对炉内受热面的严重磨损，同样，现有循环流化床燃煤炉之所以难以燃用低灰分煤也是因为依靠煤自身灰分难以达到足够的颗粒回流量，低灰分煤是我国工业用煤的主体，只能使用高灰分煤将限制循环流化床炉的使用范围。 

发明内容

针对燃煤流化床密相区热平衡问题，本发明将密相区从以燃烧为主转化为以气化为主，通过大幅度减少供给密相区的一次风量，使密相区由低碳转为富碳，当密相区温度超过900℃，煤在密相区将发生气化反应，产生干馏煤气和空气煤气。为使密相区温度稳定在1050℃以下，生成CO的气化反应需要支出的热量仅为纯燃烧反应的1/5左右，再计及密相区反应份额，需要从以气化为主的 密相区带出的热量仅为燃烧总容量的10％左右。产生的煤气和细颗粒煤将在位于密相区上部的稀相区燃烧。从密相区底部供入的高压一次风仅占总风量的25～30％(一般循环流化床燃煤炉为60～90％)，而稀相区燃烧所需二次风为低压头，同时煤气燃烧易于组织，加以又设置有高温旋风分离器，采用低的过量空气系数仍能达到高的燃烧效率，显著减少的高压一次风量、低的二次风压和低的过量空气系数使气化-燃烧复合燃煤炉的鼓风电耗仅为现有循环流化床燃煤炉的50％左右。如同煤粉炉和燃气炉一样，稀相区可以运行于较高的温度，它主要依靠辐射而不是颗粒接触对炉壁受热面传热，较低的气速和较低低颗粒浓度使磨损轻微。对于发热量大于18MJ/Kg的低灰分煤，在气化过程中颗粒会逐渐变小，被扬析到稀相区后燃尽。煤中夹杂的少量高灰颗粒将从底部排出，视含碳情况确定是否需要再破碎和再燃用。烟气和煤灰进入高温旋风分离器，被分离的颗粒通过J形阀返回炉内，细颗粒返回密相区使密相区颗粒平均粒度减小，有助于气化，细颗粒的循环提高了它们的燃尽度，即使与煤粉炉比较，气化-燃烧复合炉煤颗粒更粗，炉膛温度较低，但颗粒燃尽度并不低。旋风分离器同时是一个能保证气体可燃物在较低的过量空气系数条件下仍能充分燃烧的燃烧器。 

低过量空气系数和分级气化、燃烧可以减少NO_x的生成。由于设置旋风分离器，在炉温不超过1150℃和石灰石颗粒粒径不大于1毫米时，炉内仍可脱硫。 

附图说明

图1为该发明的系统图； 

其中编号分别代表：(1)流化床煤气化密相区、(2)燃烧煤气和细小煤颗粒的稀相区、(3)高温旋风分离器、(4)J型回料阀、(5)煤、(6)风帽、(7)高压一次风、(8)密相区和稀相区之间的过渡区、(9)二次风、(10)给煤口、(11)被分离的颗粒、(12)烟气、(13)对流受热面 

具体实施方式

本发明是这样实现的：该燃煤锅炉的燃烧系统(如图1)主要由流化床煤 气化密相区(1)、燃烧煤气和细小煤颗粒的稀相区(2)、高温旋风分离器(3)和J型回料阀(4)组成，形成循环流化床气化-燃烧复合燃煤锅炉。煤(5)由稀相区供入，落入密相区。由密相区底部风帽(6)供入高压一次风(7)，气体向上使颗粒流化，对于最大颗粒直径为10～25毫米的煤，密相区底部空塔气速为0.6～1.2标米/秒，密相区温度为950～1050℃，一次风量为理论空气量的20～30％，密相区静止料层厚度为0.5～1米，密相区物料含碳应大于15％。煤中挥发分受热裂解产生干馏煤气，颗粒中的碳与空气中的氧反应产生大量CO和少量CO₂，形成空气煤气。从密相区和稀相区之间的过渡区(8)供入二次风(9)，二次风可以前后对吹，从前墙供入的二次风位于给煤口(10)下方，将保证不会产生炭黑。煤气与细颗粒煤在稀相区燃烧，稀相区温度为950～1150℃，二次风的强烈扰动和高温，保证煤气和细颗粒煤在稀相区迅速燃烧。燃烧热量通过辐射传给炉壁受热面，为避免严重磨损，稀相区气流上升气速为1～2米/秒。烟气和煤灰进入高温旋风分离器，被分离的颗粒(11)通过J形阀返回炉内，细颗粒的循环提高了它们的燃尽度。离开高温旋风分离器的烟气(12)进入对流受热面(13)继续换热。