專利名稱：一種控氧流化床系統及運行方法
技術領域：
本發明涉及的是一種燃燒設備及燃燒方法，特別是涉及一種控氧流化床系統及運行方法。
背景技術：
流化床燃燒技術具有燃料適應性廣、燃燒效率高等特點，廣泛應用于燃煤、燃生物質等。鼓泡流化床床層膨脹但仍相對平穩，有清晰的床層上表面，密相區內氣固混合充分。 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。燃燒過程中通過調整空氣量來調整爐膛內燃燒后的含氧量，既保證燃燒完全，又降低NOx的產生量。在鼓泡流化床中，為了防止床層溫度過高，往往采用密相區埋管的方式布置受熱面以降低床溫，而埋管的磨損較嚴重。流化床技術在煤化工中還用于煤的氣化。煤在流化床反應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質聚生的飛灰，以及幾乎與煤的有機質呈分離狀態的具有較大矸石組分的灰。在Winkler流化床氣化工藝應用于褐煤氣化時，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化率，增加產氣率，并減少焦油產率。而焦載熱干餾的煤炭熱轉化工藝系統中，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，又不能使裝置內的燃料全部燃燒，也不能如氣化爐般將燃料全部氣化產氣。
發明內容
本發明針對上述現有技術的不足，提供了一種控氧控溫的流化床系統及運行方法，既避免引入惰性床料對產品純度的影響，又能通過采取控制流化介質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。本發明是通過如下技術方案實現的—種控氧流化床系統，所述系統包括控氧流化床、設置在控氧流化床底部的送風管和與送風管相連的鼓風機，所述控氧流化床包括爐膛、布風板、設置在布風板下方的風室、進料口和床上排料口，其特征在于所述系統還包括補燃室、換熱器、循環風機和煙氣管，補燃室進口與控氧流化床上部的煙氣出口相連，補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室相連，在煙氣管上設置循環風機；在布風板上方密相區的爐墻上設置噴水口。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。本發明提供的一種控氧流化床系統的運行方法，其特征在于
1)固體燃料連續從控氧流化床的進料口進入爐膛，既作為燃料又作為床料；2)空氣由鼓風機經送風管送入風室，作為流化介質對固體燃料進行流化并燃燒；3)燃燒后含有可燃粉塵和可燃氣體的煙氣進入補燃室，可燃粉塵和可燃氣體在補燃室內完全燃燒，完全燃燒后的煙氣進入換熱器與換熱介質換熱降溫；4)降溫后的煙氣一部分直接排放，另一部分由循環風機從煙氣管送入風室與空氣一起混合作為流化介質從布風板通入爐膛，通過調節空氣量和煙氣量的比例，使流化介質的含氧量為5% 21%，對爐膛內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，將爐膛密相區分為兩部分進行溫度控制， 爐膛密相區的下部區域溫度控制在850 1050°C，密相區的上部區域溫度控制為900 IlOO0C ；當爐膛密相區的下部區域溫度高于控制溫度時，從蒸汽噴口噴入蒸汽，蒸汽在風室與流化介質混合，從布風板吹入，以降低爐膛密相區的下部區域溫度，防止作為固體熱載體的燃料溫度過高而結焦；當爐膛密相區的下部區域和上部區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噴水，迅速降低爐膛密相區的下部區域溫度和上部區域溫度，防止作為固體熱載體的燃料溫度過高而結焦；6)在控氧條件下，控氧流化床爐膛內只有部分固體燃料燃燒，固體燃料燃燒產生熱量加熱爐膛內所有固體燃料，得到固體熱載體；固體熱載體連續從床上排料口排出。與現有技術相比，本發明的有益效果為1)保證燃料燃燒量可控床內全部是燃料，若不控制流化介質的含氧量，會增加床內燃料的燃燒量；通過在流化介質中混入煙氣， 調節流化介質中的含氧量在5% 21%內，保證燃料燃燒量可控。2、保證床溫可控采用風室處噴水蒸氣的基礎調溫手段穩定床溫，輔助向床內噴水的緊急調溫手段迅速降溫，操作簡單，調節靈活，可有效控制床溫。
圖1是本發明所涉及的一種控氧流化床系統示意圖。圖2是本發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；4-布風板；5-風室；6_蒸汽噴口 ；7_噴水口 ；8-送風管；9-煙氣管；10-進料口 ； 11-床上排料口 ； 12-鼓風機；13-補燃室；14-換熱器；15-循環風機。
具體實施例方式下面結合附圖與實施例對本發明的具體結構、運行方法和實施方法進行詳細論述。如圖1所示，本發明包括控氧流化床1、設置在控氧流化床底部的送風管8和與送風管相連的鼓風機12、補燃室13、換熱器14、循環風機15和煙氣管15。補燃室13進口與控氧流化床1上部的煙氣出口相連，補燃室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底部風室5相連，在煙氣管9上設置循環風機15。如圖2所示，本發明的控氧流化床1包括爐膛2、布風板4、風室5、蒸汽噴口 6、 噴水口 7、進料口 10和床上排料口 11。爐膛2分為下部密相區3和上部稀相區，爐膛2 采用變截面結構，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。布風板4設在爐膛2底部，即密相區3底部，布風板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進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。布風板4下部連接風室5，風室5 下部連接送風管8和煙氣管9，空氣經由鼓風機12從送風管8通入風室5。控氧流化床1 燃燒后的煙氣，經過補燃室13使煙氣中含有的可燃粉塵和可燃氣體完全燃燒后，進入換熱器14與換熱介質(水或有機工質)換熱降溫。降溫后的煙氣一部分直接排放，另一部分由風機15從煙氣管9送入風室5與空氣一起混合作為流化介質從布風板通入爐膛，通過調控空氣量和煙氣量的比例，使流化介質的含氧量為5% 21%。布風板4上方的爐墻上設有噴水口 7，如控氧流化床截面積較大，則根據降溫需要設兩個及兩個以上的噴水口 7。風室 5上設有蒸汽噴口 6，如控氧流化床截面積較大，根據需要設置兩個及兩個以上的蒸汽噴口 6。床上排料口 11設在布風板4的最低端，便于將大塊固體熱載體排出爐膛。進料口 10設在與排料口相對側的爐墻上，在爐膛稀相區底部，避免固體燃料進入爐膛后未及加熱就被排出爐膛。本發明是一種內部全部是固體燃料(無其他惰性床料)的流化床，在該裝置內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換熱。因流化介質是空氣，且為保證床內所有固體燃料流化，作為流化介質的空氣量大于作為需要燃燒的固體燃料所對應的助燃空氣量。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，固體熱載體產量減少，影響下一個工序的穩定運行。另外，床內全部是固體燃料，固體燃料一旦開始燃燒，床溫迅速升高，且不易控制，導致固體熱載體的溫度過高而結焦，不符合下一個工序的工藝要求或影響正常運行。因此在運行過程中，既需要控制燃料燃燒量，又需要控制爐內溫度。因此上述流化床燃燒裝置的運行方法是1)固體燃料連續從控氧流化床1的進料口 10進入爐膛2，既作為燃料又作為床料。2)空氣由鼓風機12經送風管8送入風室5，作為流化介質對固體燃料進行流化， 設置在爐膛2內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氣體的煙氣進入補燃室13使煙氣中含有的可燃粉塵和可燃氣體完全燃燒，完全燃燒后的煙氣進入換熱器14與換熱介質換熱降溫。4)降溫后的煙氣一部分直接排放，另一部分由風機15從煙氣管9送入風室5與空氣一起混合作為流化介質從布風板通入爐膛，通過調節空氣量和煙氣量的比例，使流化介質的含氧量為5% 21 %，對爐膛2內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，而只能通過調整氣體流化介質的含氧量來實現，即控氧燃燒。5)在控氧條件下，固體燃料燃燒過程中，將爐膛密相區分為兩部分進行溫度控制， 爐膛密相區的下部區域溫度控制在850 1050°C，密相區的上部區域溫度控制為900 IlOO0C ；根據固體燃料的類別和所需固體熱載體的溫度進行調整和設定。6)在控氧條件下，控氧流化床爐膛內只有部分固體燃料燃燒，固體燃料燃燒產生熱量加熱爐膛內所有固體燃料，得到固體熱載體；固體熱載體連續從床上排料口 11排出。
7)在控氧條件下固體燃料燃燒過程中，當爐膛密相區的下部區域溫度高于控制溫度時，從蒸汽噴口 6噴入蒸汽，蒸汽在風室5與流化介質混合，從布風板4吹入，以降低爐膛密相區的下部區域溫度，防止作為固體熱載體的燃料溫度過高而結焦；當爐膛密相區的下部區域和上部區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向爐膛內噴水，迅速降低爐膛密相區的下部區域溫度和上部區域溫度，防止作為固體熱載體的燃料溫度過高而結焦。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，上述實施例中對應的流化風速并不一樣，即其它流化介質量不一樣，同時所設定的溫度控制值即溫度設定值也不一樣。下面以一個煤化工過程半焦固體載熱的實施例來對本發明作進一步詳細說明。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料口 10加入爐膛內，并從風室5通入空氣作為流化介質，使半焦處于流化狀態，然后利用設在爐內的點火裝置點燃半焦使其燃燒產生熱量。燃燒后的煙氣進入補燃室13使煙氣中含有的可燃粉塵和可燃氣體完全燃燒，然后進入換熱器14換熱降溫。降溫后的煙氣一部分直接排放，另一部分由風機15從煙氣管9送入風室5與空氣一起混合作為流化介質。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，因此流化介質中的煙氣量較少，流化介質的含氧量較高。隨著燃燒的進行，為控制固體燃料燃燒量，增加流化介質中的煙氣量，降低含氧量。根據設定工況和需要調節混合氣的含氧量在5% 21%，就既能保證流化所需的風量，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，將爐膛密相區分為兩部分進行溫度控制。在該實施例中，將控氧流化床內爐膛密相區的上部區域溫度控制值設為1000°C，爐膛密相區的下部區域溫度控制值設為900 920°C。在半焦燃燒的過程中，產生的熱量加熱爐內所有的半焦，使密相區下部區域和上部區域溫度均會升高。當密相區的下部區域溫度超過設定的900 920°C，而爐膛密相區上部區域的溫度未高于1000°C時，采用基礎調溫手段，即從風室5上的蒸汽噴口 6噴入蒸汽，與氣體流化介質混合，從布風板吹入，降低密相區下部區域溫度，使其在900 920°C以內。但如果燃燒比較旺盛，在基礎調溫手段實施的過程中，爐膛密相區溫度仍繼續上升，密相區上部區域溫度超過了 1000°C時，在使用基礎調溫手段的同時，必須啟動輔助的緊急調溫手段，即從風室5上的蒸汽噴口 6噴入蒸汽，與氣體流化介質混合，從布風板吹入，同時從噴水口 7向爐膛內噴水，迅速降低密相區上部區域和下部區域的溫度，兩種手段結合使密相區下部區域的溫度達到900 920°C、 密相區上部區域的溫度低于1000°C。固體燃料在爐膛內流化揚起到截面積較大的稀相區后，流化風速降低，揚起的固體燃料回落到密相區。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。
權利要求
1.一種控氧流化床系統，所述系統包括控氧流化床(1)、設置在控氧流化床底部的送風管(8)和與送風管相連的鼓風機(12)，所述控氧流化床包括爐膛( 、布風板(4)、設置在布風板下方的風室(5)、進料口(10)和床上排料口(11)，其特征在于所述系統還包括補燃室(13)、換熱器(14)、循環風機(1 和煙氣管(9)，補燃室(1 進口與控氧流化床(1)上部的煙氣出口相連，補燃室(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)底部風室( 相連，在煙氣管(9)上設置循環風機(1 ；在布風板上方密相區的爐墻上設置噴水口(7)；在風室(5)內設有蒸汽噴口(6)。
2.根據權利要求1所述的一種控氧流化床系統，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.根據權利要求1或2所述的一種控氧流化床系統，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.采用如權利要求1所述系統的一種控氧流化床運行方法，其特征在于該方法包括如下步驟1)使固體燃料連續從控氧流化床(1)的進料口(10)進入爐膛O)，既作為燃料又作為床料；2)空氣由鼓風機(12)經送風管(8)送入風室(5)，作為流化介質使固體燃料流化并燃燒；3)燃燒后含有可燃粉塵和可燃氣體的煙氣進入補燃室(13)，可燃粉塵和可燃氣體在補燃室內完全燃燒，完全燃燒后的煙氣進入換熱器(14)與換熱介質換熱降溫；4)降溫后的煙氣一部分直接排放，另一部分由循環風機(1 從煙氣管(9)送入風室 (5)與空氣一起混合作為流化介質從布風板通入爐膛，通過調節空氣量和煙氣量的比例，使流化介質的含氧量為5% 21% ；5)在控氧條件下，固體燃料燃燒過程中，將爐膛密相區分為兩部分進行溫度控制，爐膛密相區的下部區域溫度控制在850 1050°C，密相區的上部區域溫度控制為900 1100°C ； 當爐膛密相區的下部區域溫度高于控制溫度時，從蒸汽噴口(6)噴入蒸汽，蒸汽在風室(5) 與流化介質混合，從布風板(4)吹入，以降低爐膛密相區的下部區域溫度，防止作為固體熱載體的燃料溫度過高而結焦；當爐膛密相區的下部區域和上部區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)向爐膛內噴水，迅速降低爐膛密相區的下部區域溫度和上部區域溫度，防止作為固體熱載體的燃料溫度過高而結焦；6)在控氧條件下，控氧流化床爐膛內只有部分固體燃料燃燒，固體燃料燃燒產生熱量加熱爐膛內所有固體燃料，得到固體熱載體；固體熱載體連續從床上排料口(11)排出。
全文摘要
一種控氧流化床系統及運行方法，包括控氧流化床、鼓風機、補燃室、換熱器和風機。控氧流化床包括爐膛、布風板、風室、進料口和床上排料口，爐膛采用變截面結構，布風板處爐膛的截面積A1為爐膛上部截面積A2的0.25～0.4倍；在布風板上方密相區的爐墻設置兩個以上的噴水口，風室設有兩個以上的蒸汽噴口。流化床內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，對固體燃料進行流化并部分燃燒。蒸汽和噴水作為調溫手段，有效保證床層溫度和爐膛溫度在設定值內，避免載體溫度過高而結焦。本發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，并保證運行穩定。
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 優先權日2011年7月14日
發明者張衍國, 李清海, 牛婭麗, 王亮, 蒙愛紅, 鐘瑋娜, 馬曉玲 申請人:曲靖眾一精細化工股份有限公司, 清華大學