[发明专利]用于鼓泡流化床燃烧的床料

说明书

本发明属于鼓泡流化床燃烧的技术领域并涉及具有0.1mm至1.8mm的平均粒径dp的钛铁矿颗粒作为具有低于1.3的过量空气比(λ)的鼓泡流化床(BFB)锅炉的床料的用途，以及用于操作鼓泡流化床(BFB)锅炉的方法，包括用包含权利要求1和4‑5中任一项限定的钛铁矿颗粒的鼓泡流化床进行燃烧过程；和将过量空气比(λ)设定为小于1.3的值。

技术领域

本发明属于鼓泡流化床燃烧的技术领域，并涉及钛铁矿颗粒在鼓泡流化床锅炉中的用途以及用于操作鼓泡流化床锅炉的方法。

背景技术

在流化床燃烧(FBC)中，燃料悬浮于固体颗粒材料的热流化床中。在该技术中，使流化气体以特定流化速度通过固体颗粒床料。在非常低的气体速度下，床保持静止。一旦流化气体的速度升高超过流化气体的力平衡作用于颗粒的重力的最小流化速度(u_mf)时，固体床料在许多方面行为表现类似于流体，且床被认为是流化的。实际使用的两种主要类型的流化床燃烧系统是鼓泡流化床(BFB)锅炉和循环流化床(CFB)锅炉。

BFB燃烧已经开发为炉排锅炉(grate boiler)的替代，并到现在为止是用于燃烧各种各样的燃料的成熟技术。炉排锅炉在温度和燃料分布上可以表现出相当大的变化。在BFB技术中，床料，通常是硅砂，被应用为热载体以在脱挥发和焦炭转化区中产生更均匀的热和燃料分布。在BFB燃烧中，流化气体速度高于最小流化速度且低于床颗粒夹带流化气体中并被流化气流带走的夹带速度。这些流化气体速度导致在床中形成气泡，在与炉排燃烧相比时，有利于气体传送通过床料并允许更好地控制燃烧条件(更好的温度和湍流控制)。该技术在燃烧非常潮湿的燃料时是特别有利的，因为良好混合的床料起到热量贮存(heatmagazine)作用而平衡由湿燃料转化所引起的局部冷区。

在BFB燃烧中，未燃烧的燃料可以包含于随烟道气上升的飞灰中。通过CFB锅炉的开发解决了这个问题，其允许再循环未燃烧的燃料。在CFB燃烧中，流化气体以高于夹带速度的流化速度通过床料，使得固体颗粒被流化气流带走。然后将颗粒从气流中分离，并通过返料器(loop seal)循环回炉中。

通常将空气用作流化气体(所谓的一次空气)，并从床下方通过床料，从而起到燃烧所需的氧源的作用。即使流化床被看作是在固体燃料和床料之间提供良好混合的系统，特别是当与炉排锅炉相比时，混合并不完全。例如，由于例如乱窜(streaking)(在炉内出现氧含量高且具有较差的与可燃物的接触或不接触的独立气态流)，可能出现关于炉内燃料和氧气的不均匀混合条件。为了补偿不均匀的混合条件，有必要以超过化学计量所需的量提供氧气以实现基本上完全的燃烧。过量的空气比率取决于燃料的不均匀性，通常为1.3。为此，二次和通常的三次空气端口分布于锅炉的关键区域(通常在炉的余幅(freeboard)中)，以确保完全燃料燃烧。

然而，向锅炉供应过量空气会导致锅炉效率降低，并还可能导致不期望的环境影响，如例如增加一氧化碳(CO)、未燃烧的烃或氮氧化物(NO_x)的排放。

由现有技术，已知在CFB过程中使用钛铁矿作为流化床料(H.Thunman et al.,Fuel 113(2013)300-309)。天然存在的矿物钛铁矿是一种氧化铁钛(FeTiO₃)，其可以反复氧化和还原，由此起到氧化还原材料的作用。由于钛铁矿的这种还原氧化特性，该材料可以用作循环流化床(CFB)燃烧中的氧载体。对CFB燃烧中的钛铁矿的研究由化学循环燃烧(CLC)中钛铁矿作为固体氧携带材料的研究所启发，其中固体携氧携带材料在富氧和贫氧环境之间循环。在CFB过程中，钛铁矿颗粒会经历炉内的还原条件和在再循环进入炉时的氧化条件。

发明内容

本发明的目的是提供用于高效和成本有效的鼓泡流化床燃烧，具体地用于连续操作的BFB锅炉的方式。

通过本发明的用途和本发明的方法解决了这个目的。有利的实施方式限定于从属权利要求中。