煤和生物質的混燒利用裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種煤和生物質的混燒利用裝置及方法，該裝置利用機械?空氣組合加料系統充分了混合煤和生物質，然后輸送到流化床中；經過換熱系統后的高溫流化風進入流化床底部，在柴油燃燒加熱系統的加熱作用下，煤和生物質進行流化燃燒；燃燒產生的殘渣經過排渣系統及時排出，未充分燃燒的細小物料和煙氣一起進入到旋風除塵器中，經過旋風分離的固體顆粒進入到回料室后，再次返回到流化床進行二次燃燒；經過旋風分離的煙氣進入到布袋除塵器，最后進入煙氣監測系統，如果煙氣達標就直接排放，未達標的煙氣返回到柴油燃燒室內進行再次燃燒。
【專利說明】
煤和生物質的混燒利用裝置及方法
技術領域
[0001]本發明屬于能源環境領域，特別涉及煤和生物質的綜合利用，具體為煤和生物質的混燒利用裝置及方法。
【背景技術】
[0002]中國能源結構與世界能源結構有所不同，長期以煤炭為主。當前，中國能源短缺環境污染嚴重，制約了國民經濟的發展和人民生活水平的提高。生物質能的開發利用，特別是生物質能發電得到了各級政府的高度重視和大力支持。生物質與煤混合燃燒發電技術，能充分利用現有技術與設備，是一種低成本、低風險、大規模使用生物質發電的有效技術手段，有助于減少常規化石能源消耗，減排C02、N0X和S02，緩解日益增多的環境問題和溫室效應。
[0003]生物質與煤混合燃燒發電技術，在歐洲和北美地區應用相當普遍。在美國，有300多家發電廠采用生物質與煤混合燃燒發電技術，裝機容量達6000MW。1997年奧地利ZeltwegB1cocomb 137MW電廠利用生物質與煤炭混合燃燒技術發電，生物質摻燒比例30%。國內一些高校和科研單位對生物質與煤混合燃燒發電技術及其設備進行了開發研究，取得了有價值成果。歐盟已與中國科技部簽訂協議，在生物質能利用領域進行合作研究與示范推廣，擬在河南、湖南、黑龍江三省建設三個不同技術類型的示范工程。
[0004]目前，煤和生物質混燒存在的問題:
[0005](I)無論是顆粒的密度還是形狀、大小，煤炭和生物質都存在一定差異，這兩種物質屬于異形異質顆粒。在混燒利用過程中，兩種不同物料的均勻混合存在一定難度。而混合程度的不均勻，必然會造成燃燒過程的不穩定，不利于系統的控制。
[0006](2)生物質顆粒密度比較小，煤炭屬于“寬篩分”范圍物質，本身就有許多細小顆粒。燃燒過程中會造成細小物料的“逃逸”，燃燒效率低下。
[0007](3)流化床反應器的加熱方式主要有電加熱和柴油燃燒加熱兩種。其中，電加熱使用方便、簡單，但是容易出現故障，維修復雜;柴油燃燒加熱的方式維修簡單，但是效率比較低，加熱速度慢。
[0008](4)生物質含堿金屬比較多，燃燒過程中，堿金屬、硫和氯元素以氣體的形態揮發出來，相互之間發生化學反應，然后以硫酸鹽或氯化物的形式凝結在飛灰顆粒和受熱面的壁面上。積灰結渣將降低設備的利用效率，減少設備使用壽命。
[0009](5)傳統的鼓泡流化床反應器，供風來源于底部的流化風。物料在流化風的作用下，主要進行垂直方向的運動，缺少水平方向的移動，限制了煤與生物質的混合，不利于充分燃燒。
【發明內容】
[0010]為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種煤和生物質的混燒利用裝置及方法。[0011 ]為實現上述目的，本發明采用的技術方案是:
[0012]—種煤和生物質的混燒利用裝置，包括機械-空氣組合加料系統、柴油燃燒加熱系統、生物質和煤炭回料系統、流化床系統、排渣系統和煙氣監測系統；
[0013]其中，所述流化床系統包括流化床，流化床外壁設置有雙螺旋加熱管，內壁設有一級擋板和二級擋板，底部連接排渣系統；
[0014]所述排渣系統包括依次連接的電磁閥、柔性連接裝置和底渣倉；
[0015]所述機械-空氣組合加料系統包括料倉，所述料倉上方設有煤加料口、變頻電動機和生物質加料口，料倉內部設有煤加料孔道，料倉下方內側壁上設有風帽，料倉底部為出料口，出料口連接螺旋加料桿，螺旋加料桿與流化床相連；
[0016]所述柴油燃燒加熱系統包括柴油罐，所述柴油罐連接柴油燃燒室，燃燒室的空氣入口與聯箱相連，聯箱與鼓風機相連;燃燒室的空氣出口連接雙螺旋加熱管的入口，雙螺旋加熱管的出口連接流化風換熱器；
[0017]所述生物質和煤炭回料系統包括依次相連的一級旋風除塵器和二級旋風除塵器，所述一級旋風除塵器與流化床的頂部連接，一級旋風除塵器和二級旋風除塵器的底部均與回料倉相連，回料倉通過回料腿與流化床的中下部連通，二級旋風除塵器連接布袋除塵器；
[0018]所述煙氣監測系統包括依次連接的布袋除塵器、引風機和煙囪，其中煙囪外排出裝有煙氣監測系統。
[0019]所述聯箱與流化風換熱器連接，流化風換熱器分別與布袋除塵器和流化床底部流化風入口相連。
[0020]所述聯箱與料倉下方位于風帽底部的位置連通。
[0021]所述的煤加料口與煤料孔道連通，煤料孔道的數量為2個，呈左右分布，煤料孔道的下端為楔狀;兩個煤料孔道能夠在變頻電動機的帶動下沿著水平方向進行圓周轉動，轉速為15-30r/min;風帽在料倉下方內下方側壁上呈四周平均分布，共有8個。
[0022]所述的雙螺旋加熱管包括上行螺旋管和下行螺旋管，其中上行螺旋管是高溫煙氣從流化床底部到頂部，下行螺旋管是高溫煙氣從流化床頂部到底部。
[0023]所述的一級擋板設置于流化床內壁的中間位置，其與流化床內壁的夾角為15度；所述的二級擋板設置于流化床煙氣排放出口附近，其與流化床內壁的夾角為22.5度。
[0024]所述柔性連接裝置的最大耐溫高度1200度，底渣倉設有與空氣連通的管道孔。
[0025]所述的一級旋風除塵器和二級旋風除塵器下方均設有閘閥開關。
[0026]所述煙氣監測系統與柴油燃燒室連接，管道上設置有閘閥。
[0027]—種基于上述的煤和裝置的生物質的混燒利用方法，
[0028]機械-空氣組合的加料系統中，風帽和煤料孔道通過空氣和煤料孔道的機械攪動，合圍成一個煤和生物質的均勻混合區，煤料孔道在變頻電動機的作用下進行轉動，混合均勻的物料通過螺旋桿的作用進入到流化床中；
[0029]低溫空氣經過流化風換熱器后，變為高溫的流化風進入到流化床底部，煤和生物質在流化風作用下進行流化燃燒;物料流化開始上升，在一級擋板和二級擋板的作用下，上升的物料受到擋板的影響產生水平運動，促進混合；同時部分物料在擋板的作用下又重新返回到密相區再次燃燒;燃燒后的殘渣在電磁閥的控制下，經過柔性連接裝置流入到底渣倉；
[0030]物料在流化床內燃燒時，柴油燃燒室內的高溫煙氣進入到雙螺旋加熱管中，對流化床進行加熱，促進燃燒;其中，高溫煙氣首先進入到上行螺旋管，從流化床底部上升到頂部，然后進入到下行螺旋管，高溫煙氣再從流化床頂部到底部;流出的高溫煙氣進入到流化風換熱器中，把熱量傳遞給鼓風機中出來的低溫空氣，冷卻后的煙氣最后進入到布袋除塵器；
[0031]部分未經充分燃燒的小顆粒煤和生物質，隨同煙氣一起進入到一級、二級旋風除塵器中，在旋風除塵器的作用下，未充分燃燒的小顆粒物料返回回料室，又重新進入到流化床中，進行二次燃燒；
[0032]經過旋風除塵器分離出來的煙氣和換熱后的煙氣一同進入到布袋除塵器，在引風機的作用下，通過煙囪，進入煙氣監測系統。當煙氣達標時及時排出，如果煙氣不達標，煙氣又重新回到柴油燃燒室內進行二次燃燒。
[0033]本發明的有益效果是:本發明是煤和生物質的混燒利用裝置及工作方法具有許多的突出優點:(I)采用機械-空氣組合的加料系統，可以最大限度的對煤和生物質進行均勻混合，防止物料的堵塞。(2)流化風換熱系統，利用了柴油燃燒室高溫煙氣的熱量對低溫空氣進行加熱，提高了能源利用效率。(3)柴油燃燒加熱系統，柴油燃燒加熱的方式維修簡單，利用上行管和下行管雙螺旋的加熱形式，延長了高溫煙氣在流化床外壁的停留時間，提高了加熱效率。(4)流化床系統，流化床內壁擋板的設置在一定程度上阻擋了細小物料被氣流帶出，同時加強了水平方向的流動，促進了煤炭和生物質混合燃燒。(5)排渣系統，生物質含堿金屬比較多，它在燃燒過程中，相互之間發生化學反應，以硫酸鹽或氯化物的形式凝結在飛灰顆粒和受熱面的壁面上。及時排出燃燒底渣，可以減少結渣發生的機率。(6)生物質和煤炭回料系統，把未充分燃燒的生物質和煤炭重新返料到流化床內，提高了燃燒效率。(7)煙氣監測系統，對不達標的煙氣進行監測，從而使煙氣重新回到柴油燃燒室進行二次燃燒，保障了煤和生物質混燒的穩定性。
【附圖說明】
[0034]圖1為本發明的煤和生物質的混燒利用裝置示意圖；
[0035]圖中，鼓風機1、聯箱2、柴油罐3、柴油燃燒室4、煤加料口5、變頻電動機6、生物質加料口 7、風帽8、煤料孔道9、料倉1、螺旋桿11、流化風換熱器12、電磁閥13、柔性連接裝置14、底渣倉15、流化床16、一級擋板17、二級擋板18、雙螺旋加熱管19、一級旋風分離器20、二級旋風分離器21、回料室22、布袋除塵器23、引風機24、煙囪25、煙氣監測系統26。
【具體實施方式】
[0036]下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0037]如圖1所示，本發明的一種煤和生物質的混燒利用裝置，包括機械-空氣組合加料系統、柴油燃燒加熱系統、生物質和煤炭回料系統、流化床系統、排渣系統和煙氣監測系統。
[0038]其中，所述流化床系統包括流化床16，流化床16外壁設置有雙螺旋加熱管19，內壁設有一級擋板17和二級擋板18，擋板一方面阻擋了細小物料被氣流帶出，另一方面限制了物料垂直方向的運動，加強了水平方向的流動，促進了煤和生物質的混合;流化床底部連接排渣系統。
[0039]所述排渣系統包括依次連接的電磁閥13、柔性連接裝置14和底渣倉15;排渣系統主要由電磁閥進行自動控制，定期排渣。燃燒后底渣的及時排出，可以減少結渣發生的機率。
[0040]所述機械-空氣組合加料系統包括料倉10，所述料倉10上方設有煤加料口5、變頻電動機6和生物質加料口 7，料倉10內部設有煤加料孔道9，料倉10下方內側壁上設有風帽8，料倉10底部為出料口，出料口連接螺旋加料桿11，螺旋加料桿11與流化床16相連。加料時，變頻電動機帶動煤料孔道轉動，一方面左右分布的煤料孔道可以平均分布煤炭量，另一方面轉動的孔道利于混勻物料。料倉內設有風帽，在底部側壁進行均勻排列，與轉動的煤料孔道構成一個“機械-空氣混合空間”，既防止了物料的堵塞，又能保障物料的均勻混合。
[0041]所述柴油燃燒加熱系統包括柴油罐3，柴油燃燒室4，燃燒室的空氣入口處接聯箱2，出口處接雙螺旋加熱管19，雙螺旋加熱管19的出口連接流化風換熱器12。利用柴油燃燒加熱的方式，產生的高溫煙氣進入到流化床外壁。外壁加熱采用雙螺旋管加熱，分為上行螺旋管和下行螺旋管。高溫煙氣首先進入流化床底部，經過上行螺旋管到達頂部，然后再進入下行螺旋管從流化床底部排出，進入流化風換熱系統中，最后經布袋除塵器進入煙氣監測系統中。
[0042]聯箱2與鼓風機I相連;鼓風機I的低溫空氣進入到流化風換熱器中，與雙螺旋加熱管出來的高溫煙氣進行熱量交換，低溫空氣被加熱到高溫流化風，進入到流化床內。
[0043]所述生物質和煤炭回料系統包括依次相連的一級旋風除塵器20和二級旋風除塵器21，所述一級旋風除塵器20與流化床16的頂部連接，一級旋風除塵器20和二級旋風除塵器21的底部均與回料室22相連，回料室22通過回料腿與流化床16的中下部連通，少部分未經充分燃燒的生物質和煤炭，經過旋風分離器后流入到回料室，最終進入流化床進行二次燃燒。
[0044]煙氣監測系統包括依次相連的布袋除塵器23、引風機24和煙囪25，其中煙囪25外排出裝有煙氣監測系統26。
[0045]聯箱2還與流化風換熱器12連接，流化風換熱器12與流化床16底部風入口相連。
[0046]聯箱2與料倉10下方位于風帽8底部的位置連通。
[0047]煤加料口5與煤料孔道9連通，煤料孔道9的數量為2個，呈左右分布，煤料孔道9的下端為楔狀;兩個煤料孔道9能夠在變頻電動機6的帶動下沿著水平方向進行圓周轉動，轉速為15-30r/min;風帽8在料倉10下方內側壁上呈四周平均分布，共有8個。
[0048]雙螺旋加熱管19包括上行螺旋管和下行螺旋管，其中上行螺旋管是高溫煙氣從流化床底部到頂部，下行螺旋管是高溫煙氣從流化床頂部到底部，兩螺旋管在流化床頂部相連。
[0049 ] 一級擋板17設置于流化床16內壁的中間位置，其與流化床16內壁的夾角為15度；二級擋板18設置于流化床16煙氣排放出口附近，其與流化床16內壁的夾角為22.5度。
[0050]柔性連接裝置14的最大耐溫高度1200度，底渣倉15設有與空氣連通的管道孔，用來冷卻排放的殘渣。
[0051]—級旋風除塵器20和二級旋風除塵器21下方均設有閘閥開關。
[0052]煙氣監測系統26通過管道與柴油燃燒室4連接，管道上設置有閘閥開關。
[0053]該裝置利用機械-空氣組合加料系統，充分混合煤和生物質，然后輸送到流化床中。經過換熱系統后的高溫流化風進入流化床底部，在柴油燃燒加熱系統的加熱作用下，煤和生物質進行流化燃燒。燃燒產生的殘渣經過排渣系統及時排出，未充分燃燒的部分物料和煙氣一起進入到旋風除塵器中，經過旋風分離的固體顆粒返回到回料室，再次進入流化床進行二次燃燒。旋風分離后的煙氣進入到布袋除塵器，最后進入煙氣監測系統，如果煙氣達標就直接排放，未達標的煙氣返回到柴油燃燒室內進行再次燃燒。
[0054]基于上述裝置的煤和生物質的混燒利用是:
[0055]機械-空氣組合的加料系統中，風帽8和煤料孔道9通過空氣和煤料孔道的機械攪動，合圍成一個煤和生物質的均勻混合區，煤料孔道9在變頻電動機6的作用下進行轉動，混合均勻的物料通過螺旋桿11的作用進入到流化床16中。
[0056]低溫空氣經過流化風換熱器12后，變為高溫的流化風進入到流化床底部，煤和生物質在流化風作用下進行流化燃燒。物料流化開始上升，在一級擋板17和二級擋板18的作用下，上升的物料受到擋板的影響產生水平運動，促進混合；同時部分物料在擋板的作用下又重新返回到密相區再次燃燒，提高了燃燒效率。燃燒后的殘渣在電磁閥13的控制下，經過柔性連接裝置14進入到底渣倉15。
[0057]物料在流化床內流化燃燒時，柴油燃燒室4內的柴油燃燒后提供的高溫煙氣進入到雙螺旋加熱管19中，對流化床進行加熱，促進燃燒。其中，高溫煙氣首先進入到上行螺旋管，高溫煙氣從流化床底部上升到頂部，然后進入到下行螺旋管，高溫煙氣再從流化床頂部到底部。流出的高溫煙氣進入到流化風換熱器12中，把熱量傳遞給鼓風機I中出來的低溫空氣，冷卻后的煙氣最后進入到布袋除塵器23。
[0058]部分未經充分燃燒的煤和生物質，隨同煙氣進入到一級旋風除塵器20和二級旋風除塵器21。在旋風除塵器的作用下，未經充分燃燒的物料返回到回料室22，重新進入到流化床16中，進行二次燃燒。
[0059]經過旋風除塵器分離的煙氣和換熱后的煙氣一同進入到布袋除塵器23，在引風機24的作用下，通過煙囪25，進入煙氣監測系統26，當煙氣達標時及時排出，如果煙氣不達標，煙氣又重新回到柴油燃燒室4內進行再次燃燒。
[0060]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出:對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種煤和生物質的混燒利用裝置，其特征在于:包括機械-空氣組合加料系統、柴油燃燒加熱系統、生物質和煤炭回料系統、流化床系統、排渣系統和煙氣監測系統； 其中，所述流化床系統包括流化床(16)，流化床(16)外壁設置有雙螺旋加熱管(19)，內壁設有一級擋板(17)和二級擋板(18)，底部連接排渣系統； 所述排渣系統包括依次連接的電磁閥(13)、柔性連接裝置(14)和底渣倉(15); 所述機械-空氣組合加料系統包括料倉(10)，所述料倉(10)上方設有煤加料口(5)、變頻電動機(6)和生物質加料口(7)，料倉(10)內部設有煤加料孔道(9)，料倉(10)下方內側壁上設有風帽(8)，料倉(1)底部為出料口，通過螺旋加料桿(11)與流化床(16)相連； 所述柴油燃燒加熱系統包括柴油罐(3)，所述柴油罐(3)連接柴油燃燒室(4)，燃燒室(4)的空氣入口與聯箱(2)相連，聯箱(2)與鼓風機(I)相連;燃燒室(4)的空氣出口連接雙螺旋加熱管(19)的入口，雙螺旋加熱管(19)的出口連接流化風換熱器(12)； 所述生物質和煤炭回料系統包括依次相連的一級旋風除塵器(20)和二級旋風除塵器(21)，所述一級旋風除塵器(20)與流化床(16)的頂部連接，一級旋風除塵器(20)和二級旋風除塵器(21)的底部均與回料倉(22)相連，回料倉(22)通過回料腿與流化床(16)的中下部連通，二級旋風除塵器(21)連接布袋除塵器(23); 所述煙氣監測系統包括依次連接的布袋除塵器(23)、引風機(24)和煙囪(25)，其中煙囪(25)外排出裝有煙氣監測系統(26)。2.根據權利要求1所述的煤和生物質的混燒利用裝置，其特征在于:所述聯箱(2)與流化風換熱器(12)連接，流化風換熱器(12)分別與布袋除塵器(23)和流化床(16)底部風入口相連。3.根據權利要求1所述的煤和生物質的混燒利用裝置，其特征在于:所述聯箱(2)與料倉(10)下方位于風帽(8)底部的位置連通。4.根據權利要求1所述的煤和生物質的混燒利用裝置，其特征在于:所述的煤加料口(5)與煤料孔道(9)連通，煤料孔道(9)的數量為2個，呈左右分布，煤料孔道(9)的下端為楔狀;兩個煤料孔道(9)能夠在變頻電動機(6)的帶動下沿著水平方向進行圓周轉動，轉速為15-30r/min;風帽(8)在料倉(1)下方內側壁上呈四周平均分布，共有8個。5.根據權利要求1所述的煤和生物質的混燒利用裝置，其特征在于:所述的雙螺旋加熱管(19)包括上行螺旋管和下行螺旋管，其中上行螺旋管是高溫煙氣從流化床底部到頂部，下行螺旋管是高溫煙氣從流化床頂部到底部。6.根據權利要求1所述的煤和生物質的混燒利用裝置，其特征在于:所述的一級擋板(17)設置于流化床(16)內壁的中間位置，其與流化床(16)內壁的夾角為15度;所述的二級擋板(18)設置于流化床(16)煙氣排放出口附近，其與流化床(16)內壁的夾角為22.5度。7.根據權利要求1所述的煤和生物質的混燒利用裝置，其特征在于:所述柔性連接裝置(14)的最大耐溫高度1200度，底渣倉(15)設有與空氣相通的管道孔。8.根據權利要求1所述的煤和生物質的混燒利用裝置，其特征在于:所述的一級旋風除塵器(20)和二級旋風除塵器(21)下方均設有閘閥開關。9.根據權利要求1所述的煤和生物質的混燒利用裝置，其特征在于:所述煙氣監測系統(26)通過管道與柴油燃燒室(4)連接，管道上設有閘閥開關。10.—種基于權利要求1-9任一所述的煤和裝置的生物質的混燒利用方法，其特征在 于: 機械-空氣組合的加料系統中，風帽(8)和煤料孔道(9)通過空氣和煤料孔道的機械攪動，合圍成一個煤和生物質的均勻混合區，煤料孔道(9)在變頻電動機(6)的作用下進行轉動，混合均勻的物料通過螺旋桿(11)的作用進入到流化床(16)中； 低溫空氣經過流化風換熱器(12)后，變為高溫的流化風進入到流化床(16)底部，煤和生物質在流化風作用下進行流化燃燒；物料流化開始上升，在一級擋板(17)和二級擋板(18)的作用下，上升的物料受到擋板的影響產生水平運動，促進混合;同時部分物料在擋板的作用下又重新返回到密相區再次燃燒;燃燒后的殘渣在電磁閥(13)的控制下，經過柔性連接裝置(14)進入到底渣倉(15); 物料在流化床內流化燃燒時，柴油燃燒室(4)內的柴油燃燒提供的高溫煙氣進入到雙螺旋加熱管(19)中，對流化床(16)進行加熱，促進燃燒;其中，高溫煙氣首先進入到上行螺旋管，高溫煙氣從流化床底部上升到頂部，然后進入到下行螺旋管，高溫煙氣再從流化床頂部到底部;最后流出的高溫煙氣進入到流化風換熱器(12)中，把熱量傳遞給鼓風機(I)中出來的低溫空氣，冷卻后的煙氣最后進入到布袋除塵器(23); 部分未經充分燃燒的煤和生物質，隨同煙氣進入到一級旋風除塵器(20)和二級旋風除塵器(21)，在旋風除塵器的作用下，固體物料進入到回料室(22)，重新返回到流化床(16)中，進行二次燃燒； 經過旋風除塵器分離的煙氣和換熱后的煙氣一同進入到布袋除塵器(23)，在引風機(24)的作用下，通過煙囪(25)，進入煙氣監測系統(26)，當煙氣達標時及時排出，如果煙氣不達標，煙氣重新回到柴油燃燒室(4)內進行再次燃燒。
【文檔編號】F28D7/02GK105864752SQ201610184143
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月28日
【發明人】仲兆平, 郭飛宏, 張金, 薛則禹, 王澤宇, 王恒, 丁寬
【申請人】東南大學