本發(fā)明涉及高效清潔燃燒領(lǐng)域，特別涉及一種基于循環(huán)流化床的雙回路氣化燃燒系統(tǒng)及方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

循環(huán)流化床氣化爐由于具有原料適應(yīng)性廣、易于工程化放大等特點(diǎn)，在我國發(fā)展迅速，廣泛應(yīng)用于煤及生物質(zhì)類固體廢棄物的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化能源化利用領(lǐng)域。

目前工程中常見的生物質(zhì)氣化燃燒系統(tǒng)工藝為：生物質(zhì)原料在循環(huán)流化床氣化爐內(nèi)氣化燃燒后，所產(chǎn)生的高溫燃?xì)鈹y帶大量顆粒經(jīng)過旋風(fēng)分離器進(jìn)行氣固分離，大顆粒高溫灰被捕集下來經(jīng)立管和返料器返回氣化爐膛，燃?xì)鈹y帶細(xì)顆粒飛灰經(jīng)過后續(xù)凈化除塵處理后儲(chǔ)存?zhèn)溆没蛑苯油ㄈ胝羝仩t燃燒制取蒸汽兩種主要應(yīng)用模式。

然而由于原料顆粒在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間較短，且氣化爐膛溫度較低(一般低于900℃)等原因，氣化燃?xì)庵械娘w灰含碳量一般在20％左右，對于粒徑差別較大或原料草本、木質(zhì)成分不一的生物質(zhì)原料，部分灰渣與飛灰中的含碳量甚至高達(dá)30％，灰分含碳量高是導(dǎo)致系統(tǒng)效率降低的主要原因之一。

例如，對于中藥渣類工業(yè)生物質(zhì)，不同種類不同配方所產(chǎn)生的藥渣原料復(fù)雜多樣，并含有較多的木質(zhì)纖維，原料氣化處理前也需要粉碎處理，但考慮到工程運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)入氣化爐的物料勻質(zhì)性遠(yuǎn)不如煤粉。因此，多物料混合的生物質(zhì)類原料氣化系統(tǒng)運(yùn)行工況更加復(fù)雜，易發(fā)生反應(yīng)不均勻、氣化不完全的情況，造成系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定，并將返料閥堵塞，進(jìn)而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

而對于直接通入鍋爐燃燒的應(yīng)用模式，由于旋風(fēng)分離器的氣固分離效率有限，氣化燃燒中攜帶數(shù)量可觀的飛灰進(jìn)入鍋爐燃燒室，長時(shí)間運(yùn)行產(chǎn)生的灰塵勢必會(huì)對水冷壁產(chǎn)生沾污和腐蝕，影響鍋爐換熱效率與安全運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種基于循環(huán)流化床的雙回路氣化燃燒系統(tǒng)。該氣化燃燒系統(tǒng)不但可以大大降低灰分中的含碳量，降低進(jìn)入鍋爐的飛灰量，提高鍋爐的燃燒效率，還可以方便地控制物料循環(huán)量，并保持返料管路的壓力平衡，避免返料閥處的堵塞導(dǎo)致的系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，并且通過控制物料循環(huán)量實(shí)現(xiàn)快速調(diào)節(jié)氣化爐的反應(yīng)工況，利于系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)控與穩(wěn)定運(yùn)行。

本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種基于循環(huán)流化床的氣化燃燒系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行方法，該方法可以實(shí)現(xiàn)氣化爐的穩(wěn)定運(yùn)行。

本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供上述循環(huán)流化床的雙回路氣化燃燒系統(tǒng)在生物質(zhì)物料氣化中的應(yīng)用，尤其在多種類生物質(zhì)混合物料氣化中的應(yīng)用。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種基于循環(huán)流化床的雙回路氣化燃燒系統(tǒng)，包括氣化爐、一級分離器、換熱器、二級分離器、鍋爐和灰倉，其中，

一級分離器的進(jìn)口與氣化爐的出口連通，一級分離器的氣體出口與換熱器的熱介質(zhì)進(jìn)口連通，換熱器的熱介質(zhì)出口與二級分離器的進(jìn)口連通，經(jīng)過一級分離后的氣體在換熱器中換熱冷卻；二級分離器的氣體出口與所述鍋爐連通；

一級分離器的固體出口與第一返料閥的進(jìn)口連通，第一返料閥的一側(cè)出口與氣化爐的第一返料口連通，第一返料閥的另一側(cè)出口與灰倉連通；

二級分離器的固體出口與第二返料閥的進(jìn)口連通，第二返料閥的一側(cè)出口與氣化爐的第二返料口連通，第二返料閥的另一側(cè)出口與灰倉連通。

所述氣化爐、一級分離器、換熱器、二級分離器、鍋爐均設(shè)有若干個(gè)溫度和壓力測點(diǎn)。

換熱器的目的之一是對空氣進(jìn)行加熱，將加熱得到的熱空氣、蒸汽作為氣化介質(zhì)供給循環(huán)流化床氣化爐，控制氣化反應(yīng)溫度、調(diào)節(jié)反應(yīng)氣氛；換熱器的目的之二是為了降低氣化燃?xì)鉁囟?，使部分氣態(tài)焦油組分冷凝為液態(tài)，并粘附于細(xì)小飛灰顆粒，使細(xì)小飛灰顆粒形成較大粒徑的粒子，進(jìn)而提高二級旋風(fēng)分離器的除塵效率，獲取清潔生物質(zhì)燃?xì)?，并可減小進(jìn)入蒸汽鍋爐的飛灰量，保證鍋爐的換熱效率，也可減輕煙氣排放前的環(huán)保除塵壓力。

優(yōu)選的，所述第一返料閥和第二返料閥底部設(shè)有風(fēng)室，所述風(fēng)室頂部設(shè)有布風(fēng)板，所述布風(fēng)板上設(shè)有若干通風(fēng)的風(fēng)帽。

優(yōu)選的，在所述返料閥的密閉空間內(nèi)豎直落灰管口的兩側(cè)分別設(shè)置擋板將返料閥分隔為三個(gè)相對獨(dú)立的腔室，第一腔室的出口連接于氣化爐返料口，第三腔室的出口連接于灰倉，所述豎直落灰管連接于第二腔室的入口，所述擋板連接于返料閥頂板，其高度為返料閥空間高度的1/2～2/3。

優(yōu)選的，所述第一返料閥與第一返料口之間連接有第一輸料閥，第二返料閥與第二返料口之間連接有第二輸料閥。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述第一返料閥與灰倉之間連接有第三輸料閥，第二返料閥與第二返料口之間連接有第四輸料閥。

通過調(diào)節(jié)返料閥風(fēng)室的通風(fēng)量以及輸料閥開度，實(shí)現(xiàn)返回氣化爐或進(jìn)入灰倉物料循環(huán)量的控制，并可保持返料管路的壓力平衡，避免返料閥處的堵塞導(dǎo)致的系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定；此外，兩級返料裝置分別通過不同的管路連接于氣化爐與灰倉，構(gòu)成兩個(gè)獨(dú)立的返料工作回路，便于系統(tǒng)的操作與可控性能。

優(yōu)選的，所述換熱器為空氣預(yù)熱器，空氣預(yù)熱器的冷介質(zhì)進(jìn)口與空氣源連接，冷介質(zhì)出口與所述氣化爐連接。

氣化煤氣將冷空氣加熱，加熱后的熱空氣通入氣化爐中，控制氣化反應(yīng)溫度、調(diào)節(jié)反應(yīng)氣氛。

優(yōu)選的，所述換熱器為蒸汽發(fā)生器，蒸汽發(fā)生器的蒸汽出口端與氣化爐連通。氣化得到的高溫燃?xì)鈱⑺訜岬玫秸羝?/p>

優(yōu)選的，所述鍋爐與灰倉連接。

優(yōu)選的，所述鍋爐廢氣出口通過除塵裝置與煙囪連接，除塵裝置的固體出口與所述灰倉連通。

所述的一級分離器與二級分離器可選用分離器的種類有旋風(fēng)分離器、重力沉降器、慣性分離器；優(yōu)選的，所述一級分離器為第一旋風(fēng)分離器，二級分離器為第二旋風(fēng)分離器。

一種基于循環(huán)流化床的氣化燃燒系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行方法，包括如下步驟：

將氣化爐氣化得到的燃?xì)饨?jīng)過第一步氣固分離后，進(jìn)行降溫，降溫后的燃?xì)膺M(jìn)行第二步氣固分離，得到凈化后的燃?xì)?；第一步氣固分離和第二步氣固分離后的固體經(jīng)過返料閥進(jìn)行物料分配，固體按照分配比例返回氣化爐和灰倉。

優(yōu)選的，第一步氣固分離后的燃?xì)庵谢曳值暮繛?.5～2g/m³。

優(yōu)選的，降溫后的燃?xì)獾臏囟葹?00～300℃。

優(yōu)選的，第二步氣固分離后的燃?xì)庵谢曳值暮繛?0～200mg/m³。

上述循環(huán)流化床的雙回路氣化燃燒系統(tǒng)在生物質(zhì)物料氣化中的應(yīng)用，尤其在多種類生物質(zhì)混合物料氣化中的應(yīng)用。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明的雙回路氣化燃燒系統(tǒng)，采用兩級返料單元各自獨(dú)立工作返料，系統(tǒng)壓力與物料循環(huán)量易于調(diào)節(jié)控制，具有較好的顆粒循環(huán)倍率與燃燒效率，便于制取清潔的生物質(zhì)燃?xì)猓部蓽p小進(jìn)入蒸汽鍋爐的飛灰量，保證鍋爐的換熱效率，也可減輕煙氣排放前的環(huán)保除塵壓力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了廢棄生物質(zhì)原料的高效清潔轉(zhuǎn)化與利用。

本發(fā)明的第一分離器與第二分離器之間連接有換熱器，換熱器不但可以對進(jìn)入氣化爐中的空氣進(jìn)行預(yù)熱，改善氣化爐的燃燒環(huán)境，還可以對高溫燃?xì)膺M(jìn)行降溫，將燃?xì)庵械牟糠纸褂屠淠Y(jié)，將燃?xì)庵械募?xì)小固體顆粒粘結(jié)為較大的固體顆粒，提高了第二分離器對灰分的去除效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明返料閥的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是氣化爐運(yùn)行溫度變化曲線；

圖4是系統(tǒng)運(yùn)行壓力差變化曲線，氣化爐運(yùn)行壓力差為氣化爐底部與氣化風(fēng)室壓力差值，第一返料閥壓力差、第一返料閥壓力差分別為所述返料閥與其對應(yīng)風(fēng)室的壓力差值。

其中，1、進(jìn)料口，2、氣化爐，3、一級旋風(fēng)分離器，4、換熱器，5、二級旋風(fēng)分離器，6、鍋爐，7、除塵裝置，8、風(fēng)機(jī)，9、煙囪，10、灰倉，11、二級返料閥，12、一級返料閥，13、輸料閥；21-1、第一返料口，21-2、第二返料口，22、剛玉質(zhì)鋼纖維耐磨澆注料，23、中輕質(zhì)保溫可塑砼，24、硅酸鋁甩絲毯，25、擋板，26、落灰管，27、風(fēng)室，28、布風(fēng)板，29、風(fēng)帽，30、清渣口，31、排渣裝置。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，本發(fā)明的基于循環(huán)流化床的雙回路氣化燃燒系統(tǒng)，包括氣化爐2、一級旋風(fēng)分離器3、換熱裝置4、二級旋風(fēng)分離器5、鍋爐6、風(fēng)機(jī)8、煙囪9、灰倉10、一級返料閥12、二級返料閥11以及四個(gè)輸料閥13，氣化爐2的氣體出口與一級旋風(fēng)分離器3的氣體進(jìn)口連通，一級旋風(fēng)分離器3氣體出口與換熱器4的熱介質(zhì)進(jìn)口連通，換熱器4的熱介質(zhì)出口與二級旋風(fēng)分離器5的氣體進(jìn)口連通，二級旋風(fēng)分離器5的氣體出口與鍋爐6連通，鍋爐6的廢氣出口與除塵裝置7連通，鍋爐6的固體出口與灰倉10連通，除塵裝置7的氣體出口通過風(fēng)機(jī)8與煙囪9連通，除塵裝置7的固體出口與灰倉10連通。

一級旋風(fēng)分離器3的固體出口與一級返料閥12連通，一級返料閥12內(nèi)設(shè)置有風(fēng)機(jī)，一級返料閥12的一側(cè)出口通過輸料閥13與氣化爐2連通，一級返料閥12的另一側(cè)出口通過輸料閥13與灰倉10連通。

二級旋風(fēng)分離器3的固體出口與二級返料閥11連通，二級返料閥11內(nèi)設(shè)置有風(fēng)機(jī)，二級返料閥11的一側(cè)出口通過輸料閥13與氣化爐2連通，二級返料閥11的另一側(cè)出口通過輸料閥13與灰倉10連通。

所述第一返料閥和第二返料閥底部設(shè)有風(fēng)室27，所述風(fēng)室27頂部設(shè)有布風(fēng)板28，所述布風(fēng)板28上設(shè)有若干用于通風(fēng)的風(fēng)帽29。

在所述返料閥的內(nèi)部空間內(nèi)豎直落灰管26口的兩側(cè)分別設(shè)置擋板25將返料閥分隔為三個(gè)相對獨(dú)立的腔室，第一腔室的出口(即第一返料口21-1)連接于氣化爐返料口，第三腔室的出口(即第二返料口21-2)連接于灰倉10，所述豎直落灰管26連接于第二腔室的入口，所述擋板25連接于返料閥頂板，其高度為返料閥空間高度的1/2～2/3。

風(fēng)室27中的風(fēng)通過布風(fēng)板28上的風(fēng)帽29吹入返料閥的內(nèi)部空間內(nèi)，根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整進(jìn)入返料閥內(nèi)部的風(fēng)的分布，實(shí)現(xiàn)物料的分配。所述風(fēng)室27的底部傾斜設(shè)置，底部的最低處設(shè)置有清渣口30，通過布風(fēng)板28及風(fēng)帽29進(jìn)入風(fēng)室27的灰渣，可以通過清渣口2排出，貫穿所述布風(fēng)板28上下表面還設(shè)置有排渣裝置31，排渣裝置31的下端延伸出風(fēng)室27的底部，排渣裝置31上安裝有閥門，打開閥門即可將返料閥內(nèi)部空間中積累的灰渣排出。

返料閥壁由內(nèi)到外依次為剛玉質(zhì)鋼纖維耐磨澆注料22、中輕質(zhì)保溫可塑砼23和硅酸鋁甩絲毯24,其中剛玉質(zhì)鋼纖維耐磨澆注料22主要起耐高溫、耐磨損作用，中輕質(zhì)保溫可塑砼23主要起保溫作用，硅酸鋁甩絲毯24起隔熱保溫作用，三種材料的共同作用具有較好的保溫效果，可以減小系統(tǒng)的散熱損失，并減輕返料閥的重量。

粉碎后的生物質(zhì)材料從氣化爐2的進(jìn)料口1投入氣化爐2中進(jìn)行氣化，氣化得到的高溫燃?xì)庠谝患壭L(fēng)分離器3中進(jìn)行一次氣固分離，一級凈化后的燃?xì)膺M(jìn)入換熱器4中與空氣或水進(jìn)行換熱，得到熱空氣或蒸汽，燃?xì)獗唤禍刂?00～300℃，加熱得到的熱空氣或蒸汽輸送進(jìn)入氣化爐中；降溫后的燃?xì)膺M(jìn)入二級旋風(fēng)分離器5進(jìn)行二次氣固分離，凈化后的燃?xì)膺M(jìn)入鍋爐6中燃燒，燃燒過程中得到的灰分被收集進(jìn)入灰倉10中，產(chǎn)生的廢氣經(jīng)過除塵器7除塵后，在風(fēng)機(jī)8的作用下通過煙囪9排放。除塵器7中積累的灰分排入灰倉10中。

一級旋風(fēng)分離器3中積累的灰分經(jīng)過一級返料閥12分配后，大部分灰分返回氣化爐2，當(dāng)氣化爐運(yùn)行波動(dòng)較大或分離出的固體物料殘?zhí)贾递^低時(shí)，可把返回氣化爐的物料量調(diào)減甚至關(guān)停，將大部分的灰分輸送至灰倉10中；在調(diào)節(jié)一級返料閥12分配物料過程中，需要配合調(diào)整返料閥兩端出口處的輸料閥開度以便調(diào)節(jié)返料系統(tǒng)管理的壓力，保證氣化爐生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性。

二級旋風(fēng)分離器5中積累的灰分經(jīng)過二級返料閥11分配后，一部分灰分返回氣化爐2，一部分進(jìn)入灰倉10儲(chǔ)存，并調(diào)節(jié)輸料閥13的開度調(diào)節(jié)返料的壓力，保證氣化爐生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性。

以含有黃芪、川芎、赤芍、桂枝、桑枝等多種生物質(zhì)的某中藥渣為原料，采用本發(fā)明系統(tǒng)進(jìn)行了48h連續(xù)試驗(yàn)，試驗(yàn)前先將藥渣處理成含水率約15wt.％、粒徑＜1cm的物料，試驗(yàn)過程中保持進(jìn)料量為系統(tǒng)設(shè)計(jì)生物質(zhì)進(jìn)料量2t/h，氣化爐運(yùn)行溫度與系統(tǒng)運(yùn)行壓力差變化曲線分別如圖3、圖4所示。

由圖中可以看出，從冷態(tài)起爐到系統(tǒng)正常運(yùn)行耗時(shí)近6h，隨后可以反應(yīng)系統(tǒng)裝置主要運(yùn)行工況的氣化爐溫度、風(fēng)室與爐膛壓力差等參數(shù)出現(xiàn)不規(guī)則變化，但通過系統(tǒng)物料循環(huán)量的控制與調(diào)節(jié)，仍能保持系統(tǒng)壓力和爐體溫度在合理的區(qū)間內(nèi)波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)長時(shí)間運(yùn)行的連續(xù)與穩(wěn)定。

經(jīng)過兩級返料，系統(tǒng)排灰中的平均殘?zhí)剂靠煽刂圃?0％以下，進(jìn)入蒸汽鍋爐的燃?xì)獾娘w灰量為50～200mg/m³，鍋爐的換熱效率可達(dá)85％～90％。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。