專利名稱：一種控氧流化床系統(tǒng)及運(yùn)行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種燃燒設(shè)備及燃燒方法，特別是涉及一種控氧流化床系統(tǒng)及運(yùn)行方法。
背景技術(shù)：
流化床燃燒技術(shù)具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高等特點，廣泛應(yīng)用于燃煤、燃生物質(zhì)等。鼓泡流化床床層膨脹但仍相對平穩(wěn)，有清晰的床層上表面，密相區(qū)內(nèi)氣固混合充分。 在流化床中，通常會加入一定粒徑范圍的惰性床料(如石英砂、石灰石等)，起到蓄熱體加熱燃料維持燃燒的作用，同時也保證了物料平衡。燃燒過程中通過調(diào)整空氣量來調(diào)整爐膛內(nèi)燃燒后的含氧量，既保證燃燒完全，又降低NOx的產(chǎn)生量。在鼓泡流化床中，為了防止床層溫度過高，往往采用密相區(qū)埋管的方式布置受熱面以降低床溫，而埋管的磨損較嚴(yán)重。流化床技術(shù)在煤化工中還用于煤的氣化。煤在流化床反應(yīng)器中與氣化劑充分混合。在流化床氣化爐中，存在均勻分布并與煤的有機(jī)質(zhì)聚生的飛灰，以及幾乎與煤的有機(jī)質(zhì)呈分離狀態(tài)的具有較大矸石組分的灰。在Winkler流化床氣化工藝應(yīng)用于褐煤氣化時，采用氧氣和蒸汽作為氣化劑。流化床氣化工藝都盡可能提高炭轉(zhuǎn)化率，增加產(chǎn)氣率，并減少焦油產(chǎn)率。而焦載熱干餾的煤炭熱轉(zhuǎn)化工藝系統(tǒng)中，需要一種以獲得高溫物料(載熱體)為主要目的的燃燒裝置，既不能引入惰性床料，又不能使裝置內(nèi)的燃料全部燃燒，也不能如氣化爐般將燃料全部氣化產(chǎn)氣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種控氧控溫的流化床系統(tǒng)及運(yùn)行方法，既避免引入惰性床料對產(chǎn)品純度的影響，又能通過采取控制流化介質(zhì)含氧量和兩級減溫措施，防止燃料燃燒過量和固體熱載體的溫度過高。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的—種控氧流化床系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括控氧流化床、設(shè)置在控氧流化床底部的送風(fēng)管和與送風(fēng)管相連的鼓風(fēng)機(jī)，所述控氧流化床包括爐膛、布風(fēng)板、設(shè)置在布風(fēng)板下方的風(fēng)室、進(jìn)料口和床上排料口，其特征在于所述系統(tǒng)還包括補(bǔ)燃室、換熱器、循環(huán)風(fēng)機(jī)和煙氣管，補(bǔ)燃室進(jìn)口與控氧流化床上部的煙氣出口相連，補(bǔ)燃室出口與換熱器相連，換熱器通過煙氣管與控氧流化床底部風(fēng)室相連，在煙氣管上設(shè)置循環(huán)風(fēng)機(jī)；在布風(fēng)板上方密相區(qū)的爐墻上設(shè)置噴水口。所述控氧流化床的爐膛上部截面為矩形，爐膛下部為漸縮棱臺；或爐膛上部截面為圓形，爐膛下部為圓錐臺；布風(fēng)板處爐膛的截面積A1為爐膛上部截面積A2的0. 25 0. 4 倍，即 0. 25 ^ A1 A2 ^ 0. 4。所述噴水口為兩個以上；所述蒸汽噴口為兩個以上。本發(fā)明提供的一種控氧流化床系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其特征在于
1)固體燃料連續(xù)從控氧流化床的進(jìn)料口進(jìn)入爐膛，既作為燃料又作為床料；2)空氣由鼓風(fēng)機(jī)經(jīng)送風(fēng)管送入風(fēng)室，作為流化介質(zhì)對固體燃料進(jìn)行流化并燃燒；3)燃燒后含有可燃粉塵和可燃?xì)怏w的煙氣進(jìn)入補(bǔ)燃室，可燃粉塵和可燃?xì)怏w在補(bǔ)燃室內(nèi)完全燃燒，完全燃燒后的煙氣進(jìn)入換熱器與換熱介質(zhì)換熱降溫；4)降溫后的煙氣一部分直接排放，另一部分由循環(huán)風(fēng)機(jī)從煙氣管送入風(fēng)室與空氣一起混合作為流化介質(zhì)從布風(fēng)板通入爐膛，通過調(diào)節(jié)空氣量和煙氣量的比例，使流化介質(zhì)的含氧量為5% 21%，對爐膛內(nèi)的固體燃料實行控氧燃燒；5)在控氧條件下，固體燃料燃燒過程中，將爐膛密相區(qū)分為兩部分進(jìn)行溫度控制， 爐膛密相區(qū)的下部區(qū)域溫度控制在850 1050°C，密相區(qū)的上部區(qū)域溫度控制為900 IlOO0C ；當(dāng)爐膛密相區(qū)的下部區(qū)域溫度高于控制溫度時，從蒸汽噴口噴入蒸汽，蒸汽在風(fēng)室與流化介質(zhì)混合，從布風(fēng)板吹入，以降低爐膛密相區(qū)的下部區(qū)域溫度，防止作為固體熱載體的燃料溫度過高而結(jié)焦；當(dāng)爐膛密相區(qū)的下部區(qū)域和上部區(qū)域的溫度同時高于控制溫度時，同時從蒸汽噴口噴蒸汽和從噴水口向爐膛內(nèi)噴水，迅速降低爐膛密相區(qū)的下部區(qū)域溫度和上部區(qū)域溫度，防止作為固體熱載體的燃料溫度過高而結(jié)焦；6)在控氧條件下，控氧流化床爐膛內(nèi)只有部分固體燃料燃燒，固體燃料燃燒產(chǎn)生熱量加熱爐膛內(nèi)所有固體燃料，得到固體熱載體；固體熱載體連續(xù)從床上排料口排出。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為1)保證燃料燃燒量可控床內(nèi)全部是燃料，若不控制流化介質(zhì)的含氧量，會增加床內(nèi)燃料的燃燒量；通過在流化介質(zhì)中混入煙氣， 調(diào)節(jié)流化介質(zhì)中的含氧量在5% 21%內(nèi)，保證燃料燃燒量可控。2、保證床溫可控采用風(fēng)室處噴水蒸氣的基礎(chǔ)調(diào)溫手段穩(wěn)定床溫，輔助向床內(nèi)噴水的緊急調(diào)溫手段迅速降溫，操作簡單，調(diào)節(jié)靈活，可有效控制床溫。


圖1是本發(fā)明所涉及的一種控氧流化床系統(tǒng)示意圖。圖2是本發(fā)明所涉及的一種控氧流化床裝置示意圖。圖中1-控氧流化床；2-爐膛；3-密相區(qū)；4-布風(fēng)板；5-風(fēng)室；6_蒸汽噴口 ；7_噴水口 ；8-送風(fēng)管；9-煙氣管；10-進(jìn)料口 ； 11-床上排料口 ； 12-鼓風(fēng)機(jī)；13-補(bǔ)燃室；14-換熱器；15-循環(huán)風(fēng)機(jī)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方法和實施方法進(jìn)行詳細(xì)論述。如圖1所示，本發(fā)明包括控氧流化床1、設(shè)置在控氧流化床底部的送風(fēng)管8和與送風(fēng)管相連的鼓風(fēng)機(jī)12、補(bǔ)燃室13、換熱器14、循環(huán)風(fēng)機(jī)15和煙氣管15。補(bǔ)燃室13進(jìn)口與控氧流化床1上部的煙氣出口相連，補(bǔ)燃室13出口與換熱器14相連，換熱器14通過煙氣管9與控氧流化床1底部風(fēng)室5相連，在煙氣管9上設(shè)置循環(huán)風(fēng)機(jī)15。如圖2所示，本發(fā)明的控氧流化床1包括爐膛2、布風(fēng)板4、風(fēng)室5、蒸汽噴口 6、 噴水口 7、進(jìn)料口 10和床上排料口 11。爐膛2分為下部密相區(qū)3和上部稀相區(qū)，爐膛2 采用變截面結(jié)構(gòu)，爐膛上部截面為矩形，爐膛下部為漸縮棱臺；或爐膛上部截面為圓形，爐膛下部為圓錐臺。布風(fēng)板4設(shè)在爐膛2底部，即密相區(qū)3底部，布風(fēng)板4處爐膛(即爐膛底部)的截面積A1為爐膛上部截面積(即爐膛稀相區(qū)截面積)A2的0.25 0.4倍，即 0. 25 ^ A1 A2 <0.4，既可以保證適量的流化介質(zhì)進(jìn)入使固體燃料維持較好的流化，又能使流化后的固體燃料在開闊面能及時分離下來減少夾帶。布風(fēng)板4下部連接風(fēng)室5，風(fēng)室5 下部連接送風(fēng)管8和煙氣管9，空氣經(jīng)由鼓風(fēng)機(jī)12從送風(fēng)管8通入風(fēng)室5?？匮趿骰? 燃燒后的煙氣，經(jīng)過補(bǔ)燃室13使煙氣中含有的可燃粉塵和可燃?xì)怏w完全燃燒后，進(jìn)入換熱器14與換熱介質(zhì)(水或有機(jī)工質(zhì))換熱降溫。降溫后的煙氣一部分直接排放，另一部分由風(fēng)機(jī)15從煙氣管9送入風(fēng)室5與空氣一起混合作為流化介質(zhì)從布風(fēng)板通入爐膛，通過調(diào)控空氣量和煙氣量的比例，使流化介質(zhì)的含氧量為5% 21%。布風(fēng)板4上方的爐墻上設(shè)有噴水口 7，如控氧流化床截面積較大，則根據(jù)降溫需要設(shè)兩個及兩個以上的噴水口 7。風(fēng)室 5上設(shè)有蒸汽噴口 6，如控氧流化床截面積較大，根據(jù)需要設(shè)置兩個及兩個以上的蒸汽噴口 6。床上排料口 11設(shè)在布風(fēng)板4的最低端，便于將大塊固體熱載體排出爐膛。進(jìn)料口 10設(shè)在與排料口相對側(cè)的爐墻上，在爐膛稀相區(qū)底部，避免固體燃料進(jìn)入爐膛后未及加熱就被排出爐膛。本發(fā)明是一種內(nèi)部全部是固體燃料(無其他惰性床料)的流化床，在該裝置內(nèi)通過燃燒一部分固體燃料來加熱所有固體燃料，被加熱的未燃固體燃料可作為固體熱載體用于下一個工序與其他物質(zhì)換熱。因流化介質(zhì)是空氣，且為保證床內(nèi)所有固體燃料流化，作為流化介質(zhì)的空氣量大于作為需要燃燒的固體燃料所對應(yīng)的助燃空氣量。也就是說，相對需要燃燒的燃料量，空氣量過剩，則會消耗本不需燃燒的共同燃料，使其參與燃燒，造成固體燃料燃燒過量，固體熱載體產(chǎn)量減少，影響下一個工序的穩(wěn)定運(yùn)行。另外，床內(nèi)全部是固體燃料，固體燃料一旦開始燃燒，床溫迅速升高，且不易控制，導(dǎo)致固體熱載體的溫度過高而結(jié)焦，不符合下一個工序的工藝要求或影響正常運(yùn)行。因此在運(yùn)行過程中，既需要控制燃料燃燒量，又需要控制爐內(nèi)溫度。因此上述流化床燃燒裝置的運(yùn)行方法是1)固體燃料連續(xù)從控氧流化床1的進(jìn)料口 10進(jìn)入爐膛2，既作為燃料又作為床料。2)空氣由鼓風(fēng)機(jī)12經(jīng)送風(fēng)管8送入風(fēng)室5，作為流化介質(zhì)對固體燃料進(jìn)行流化， 設(shè)置在爐膛2內(nèi)的點火裝置將固體燃料點燃。3)燃燒后含有可燃粉塵和可燃?xì)怏w的煙氣進(jìn)入補(bǔ)燃室13使煙氣中含有的可燃粉塵和可燃?xì)怏w完全燃燒，完全燃燒后的煙氣進(jìn)入換熱器14與換熱介質(zhì)換熱降溫。4)降溫后的煙氣一部分直接排放，另一部分由風(fēng)機(jī)15從煙氣管9送入風(fēng)室5與空氣一起混合作為流化介質(zhì)從布風(fēng)板通入爐膛，通過調(diào)節(jié)空氣量和煙氣量的比例，使流化介質(zhì)的含氧量為5% 21 %，對爐膛2內(nèi)的固體燃料實行控氧燃燒；由于流化需要一定的氣體流量，為保證流化所需的風(fēng)量，而又防止過多的固體燃料參與燃燒，不能靠減少空氣量來控制燃燒，而只能通過調(diào)整氣體流化介質(zhì)的含氧量來實現(xiàn)，即控氧燃燒。5)在控氧條件下，固體燃料燃燒過程中，將爐膛密相區(qū)分為兩部分進(jìn)行溫度控制， 爐膛密相區(qū)的下部區(qū)域溫度控制在850 1050°C，密相區(qū)的上部區(qū)域溫度控制為900 IlOO0C ；根據(jù)固體燃料的類別和所需固體熱載體的溫度進(jìn)行調(diào)整和設(shè)定。6)在控氧條件下，控氧流化床爐膛內(nèi)只有部分固體燃料燃燒，固體燃料燃燒產(chǎn)生熱量加熱爐膛內(nèi)所有固體燃料，得到固體熱載體；固體熱載體連續(xù)從床上排料口 11排出。
7)在控氧條件下固體燃料燃燒過程中，當(dāng)爐膛密相區(qū)的下部區(qū)域溫度高于控制溫度時，從蒸汽噴口 6噴入蒸汽，蒸汽在風(fēng)室5與流化介質(zhì)混合，從布風(fēng)板4吹入，以降低爐膛密相區(qū)的下部區(qū)域溫度，防止作為固體熱載體的燃料溫度過高而結(jié)焦；當(dāng)爐膛密相區(qū)的下部區(qū)域和上部區(qū)域的溫度同時高于控制溫度時，同時從蒸汽噴口 6噴蒸汽和從噴水口 7向爐膛內(nèi)噴水，迅速降低爐膛密相區(qū)的下部區(qū)域溫度和上部區(qū)域溫度，防止作為固體熱載體的燃料溫度過高而結(jié)焦。不同的固體燃料，以及工藝要求的固體熱載體溫度不一樣時，上述實施例中對應(yīng)的流化風(fēng)速并不一樣，即其它流化介質(zhì)量不一樣，同時所設(shè)定的溫度控制值即溫度設(shè)定值也不一樣。下面以一個煤化工過程半焦固體載熱的實施例來對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本實施例以固體半焦作為固體燃料。先將合格粒度的半焦從進(jìn)料口 10加入爐膛內(nèi)，并從風(fēng)室5通入空氣作為流化介質(zhì)，使半焦處于流化狀態(tài)，然后利用設(shè)在爐內(nèi)的點火裝置點燃半焦使其燃燒產(chǎn)生熱量。燃燒后的煙氣進(jìn)入補(bǔ)燃室13使煙氣中含有的可燃粉塵和可燃?xì)怏w完全燃燒，然后進(jìn)入換熱器14換熱降溫。降溫后的煙氣一部分直接排放，另一部分由風(fēng)機(jī)15從煙氣管9送入風(fēng)室5與空氣一起混合作為流化介質(zhì)。剛開始時由于固體燃料燃燒的熱量不夠加熱所有的固體燃料，因此流化介質(zhì)中的煙氣量較少，流化介質(zhì)的含氧量較高。隨著燃燒的進(jìn)行，為控制固體燃料燃燒量，增加流化介質(zhì)中的煙氣量，降低含氧量。根據(jù)設(shè)定工況和需要調(diào)節(jié)混合氣的含氧量在5% 21%，就既能保證流化所需的風(fēng)量，又能防止過多的固體燃料參與燃燒。在控氧條件下，固體燃料燃燒過程中，將爐膛密相區(qū)分為兩部分進(jìn)行溫度控制。在該實施例中，將控氧流化床內(nèi)爐膛密相區(qū)的上部區(qū)域溫度控制值設(shè)為1000°C，爐膛密相區(qū)的下部區(qū)域溫度控制值設(shè)為900 920°C。在半焦燃燒的過程中，產(chǎn)生的熱量加熱爐內(nèi)所有的半焦，使密相區(qū)下部區(qū)域和上部區(qū)域溫度均會升高。當(dāng)密相區(qū)的下部區(qū)域溫度超過設(shè)定的900 920°C，而爐膛密相區(qū)上部區(qū)域的溫度未高于1000°C時，采用基礎(chǔ)調(diào)溫手段，即從風(fēng)室5上的蒸汽噴口 6噴入蒸汽，與氣體流化介質(zhì)混合，從布風(fēng)板吹入，降低密相區(qū)下部區(qū)域溫度，使其在900 920°C以內(nèi)。但如果燃燒比較旺盛，在基礎(chǔ)調(diào)溫手段實施的過程中，爐膛密相區(qū)溫度仍繼續(xù)上升，密相區(qū)上部區(qū)域溫度超過了 1000°C時，在使用基礎(chǔ)調(diào)溫手段的同時，必須啟動輔助的緊急調(diào)溫手段，即從風(fēng)室5上的蒸汽噴口 6噴入蒸汽，與氣體流化介質(zhì)混合，從布風(fēng)板吹入，同時從噴水口 7向爐膛內(nèi)噴水，迅速降低密相區(qū)上部區(qū)域和下部區(qū)域的溫度，兩種手段結(jié)合使密相區(qū)下部區(qū)域的溫度達(dá)到900 920°C、 密相區(qū)上部區(qū)域的溫度低于1000°C。固體燃料在爐膛內(nèi)流化揚(yáng)起到截面積較大的稀相區(qū)后，流化風(fēng)速降低，揚(yáng)起的固體燃料回落到密相區(qū)。固體燃料在流化過程中，作為固體熱載體的未燃燒半焦被加熱到900°C，從床上排料口 11排出，供給下一個工序。
權(quán)利要求
1.一種控氧流化床系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括控氧流化床(1)、設(shè)置在控氧流化床底部的送風(fēng)管(8)和與送風(fēng)管相連的鼓風(fēng)機(jī)(12)，所述控氧流化床包括爐膛( 、布風(fēng)板(4)、設(shè)置在布風(fēng)板下方的風(fēng)室(5)、進(jìn)料口(10)和床上排料口(11)，其特征在于所述系統(tǒng)還包括補(bǔ)燃室(13)、換熱器(14)、循環(huán)風(fēng)機(jī)(1 和煙氣管(9)，補(bǔ)燃室(1 進(jìn)口與控氧流化床(1)上部的煙氣出口相連，補(bǔ)燃室(1 出口與換熱器(14)相連，換熱器(14)通過煙氣管(9)與控氧流化床(1)底部風(fēng)室( 相連，在煙氣管(9)上設(shè)置循環(huán)風(fēng)機(jī)(1 ；在布風(fēng)板上方密相區(qū)的爐墻上設(shè)置噴水口(7)；在風(fēng)室(5)內(nèi)設(shè)有蒸汽噴口(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種控氧流化床系統(tǒng)，其特征在于所述控氧流化床(1)的爐膛上部截面為矩形，爐膛下部為漸縮棱臺；或爐膛上部截面為圓形，爐膛下部為圓錐臺； 布風(fēng)板處爐膛的截面積A1為爐膛上部截面積A2的0. 25 0. 4倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種控氧流化床系統(tǒng)，其特征在于所述噴水口(7)采用兩個以上；所述蒸汽噴口(6)采用兩個以上。
4.采用如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的一種控氧流化床運(yùn)行方法，其特征在于該方法包括如下步驟1)使固體燃料連續(xù)從控氧流化床(1)的進(jìn)料口(10)進(jìn)入爐膛O)，既作為燃料又作為床料；2)空氣由鼓風(fēng)機(jī)(12)經(jīng)送風(fēng)管(8)送入風(fēng)室(5)，作為流化介質(zhì)使固體燃料流化并燃燒；3)燃燒后含有可燃粉塵和可燃?xì)怏w的煙氣進(jìn)入補(bǔ)燃室(13)，可燃粉塵和可燃?xì)怏w在補(bǔ)燃室內(nèi)完全燃燒，完全燃燒后的煙氣進(jìn)入換熱器(14)與換熱介質(zhì)換熱降溫；4)降溫后的煙氣一部分直接排放，另一部分由循環(huán)風(fēng)機(jī)(1 從煙氣管(9)送入風(fēng)室 (5)與空氣一起混合作為流化介質(zhì)從布風(fēng)板通入爐膛，通過調(diào)節(jié)空氣量和煙氣量的比例，使流化介質(zhì)的含氧量為5% 21% ；5)在控氧條件下，固體燃料燃燒過程中，將爐膛密相區(qū)分為兩部分進(jìn)行溫度控制，爐膛密相區(qū)的下部區(qū)域溫度控制在850 1050°C，密相區(qū)的上部區(qū)域溫度控制為900 1100°C ； 當(dāng)爐膛密相區(qū)的下部區(qū)域溫度高于控制溫度時，從蒸汽噴口(6)噴入蒸汽，蒸汽在風(fēng)室(5) 與流化介質(zhì)混合，從布風(fēng)板(4)吹入，以降低爐膛密相區(qū)的下部區(qū)域溫度，防止作為固體熱載體的燃料溫度過高而結(jié)焦；當(dāng)爐膛密相區(qū)的下部區(qū)域和上部區(qū)域的溫度同時高于控制溫度時，同時從蒸汽噴口(6)噴蒸汽和從噴水口(7)向爐膛內(nèi)噴水，迅速降低爐膛密相區(qū)的下部區(qū)域溫度和上部區(qū)域溫度，防止作為固體熱載體的燃料溫度過高而結(jié)焦；6)在控氧條件下，控氧流化床爐膛內(nèi)只有部分固體燃料燃燒，固體燃料燃燒產(chǎn)生熱量加熱爐膛內(nèi)所有固體燃料，得到固體熱載體；固體熱載體連續(xù)從床上排料口(11)排出。
全文摘要
一種控氧流化床系統(tǒng)及運(yùn)行方法，包括控氧流化床、鼓風(fēng)機(jī)、補(bǔ)燃室、換熱器和風(fēng)機(jī)?？匮趿骰舶t膛、布風(fēng)板、風(fēng)室、進(jìn)料口和床上排料口，爐膛采用變截面結(jié)構(gòu)，布風(fēng)板處爐膛的截面積A1為爐膛上部截面積A2的0.25～0.4倍；在布風(fēng)板上方密相區(qū)的爐墻設(shè)置兩個以上的噴水口，風(fēng)室設(shè)有兩個以上的蒸汽噴口。流化床內(nèi)以固體燃料作為床料，空氣與煙氣混合形成含氧量為5％～21％的氣體流化介質(zhì)，對固體燃料進(jìn)行流化并部分燃燒。蒸汽和噴水作為調(diào)溫手段，有效保證床層溫度和爐膛溫度在設(shè)定值內(nèi)，避免載體溫度過高而結(jié)焦。本發(fā)明為無床料全燃料燃燒，保證固體載熱體的純度；控氧措施和床溫控制措施，能有效控制燃料燃燒量，并保證運(yùn)行穩(wěn)定。
文檔編號F23C10/18GK102384469SQ20111019705
公開日2012年3月21日 申請日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月14日
發(fā)明者張衍國, 李清海, 牛婭麗, 王亮, 蒙愛紅, 鐘瑋娜, 馬曉玲 申請人:曲靖眾一精細(xì)化工股份有限公司, 清華大學(xué)