一種高揮發分含碳燃料熱粉化高效燃燒裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種高揮發分含碳燃料熱粉化高效燃燒裝置及方法，本發明采用熱粉化流化床爐將高揮發分含碳燃料進行加熱及粉化，產生高溫的半焦粉末及燃氣的混合物。高溫的半焦粉末及燃氣的混合物進入鍋爐，通過在爐膛內分級配風進行完全燃燒。燃燒后的灰分經過尾部的除塵器排出。本發明實現了高揮發分含碳燃料高效利用，通過熱粉化的方法解決了現有高揮發分含碳燃料熱制粉成本高的問題，突破了高揮發分含碳燃料利用難度大的瓶頸，提高了利用效率。
【專利說明】一種高揮發分含碳燃料熱粉化高效燃燒裝置及方法
[0001]
技術領域
[0002]本發明屬于高揮發分含碳燃料利用技術領域，具體涉及一種高揮發分含碳燃料熱粉化高效燃燒裝置及方法。
【背景技術】
[0003]高揮發分含碳燃料主要包括生物質和褐煤、泥煤等低階煤燃料。各種高揮發分含碳燃料都具有一定能量。高揮發分含碳燃料能是太陽能以化學能形式貯存的一種能量形式，直接或間接來源于植物的光合作用。地球上的植物進行光合作用所消費的能量，占太陽照射到地球總輻射量的0.2%，這部分能量是目前人類能源消費總量的40倍。
[0004]現有高揮發分含碳燃料主要采用固定床和流化床的燃燒方式，將燃燒反應簡化成低速率的氣固反應，燃燒效率低。國內外已建成多個工程，將燃料在燃燒前處理成粉狀，采用燃燒器的方式進行高效燃燒。但高揮發分含碳燃料在制粉過程中會出現諸多問題，如:揮發分易析出造成著火爆炸;水分造成燃料粉粘結;生物質燃料強度或韌性高，磨粉能耗高。
[0005]高揮發分含碳燃料在燃燒時，由于其火焰組織需要有一定的中心高溫區，高揮發分含碳燃料一旦在火焰高溫區沒有完成反應就將變成火星飛出系統。所以高揮發分含碳燃料燃燒機的效率難以再繼續提高，且在火焰高溫區容易產生NOx，造成NOx的高排放，現有高揮發分含碳燃料燃燒機的NOx排放量通常大于300mg/Nm3。高揮發分含碳燃料通常含有較高水分，低溫燃料粉在進入燃燒區域后，水分析出時間較長且水分析出需要大量能量，造成了燃燒不穩定。
[0006]因此，需要一種合理的高揮發分含碳燃料利用模式來提高原料利用的廣泛性和燃燒效率。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種高揮發分含碳燃料熱粉化高效燃燒裝置及方法。
[0008]—種高揮發分含碳燃料熱粉化高效燃燒裝置，包括熱粉化流化床爐、鍋爐、除塵設備和尾氣處理設備，所述熱粉化流化床爐下部設有投料口，熱粉化流化床爐底部還與氣體輸送設備的出風口相連，熱粉化流化床爐上部出口與鍋爐入口相連，鍋爐出口與除塵設備的入口連接，除塵設備的出口與尾氣處理設備相連。
[0009]作為上述技術方案的進一步描述:
投料口包括原料料倉和床料料倉；
作為上述技術方案的進一步描述:
鍋爐內依次布置有受熱面、空氣預熱器和省煤器；
作為上述技術方案的進一步描述: 尾氣處理設備包括引風機和煙囪，所述除塵設備通過引風機與煙囪連接；
作為上述技術方案的進一步描述:
熱粉化流化床爐內的投料口下部設有用于均勻分布空氣與溫度的風帽；
作為上述技術方案的進一步描述:
鍋爐內分級布置有空氣噴口；
一種高揮發分含碳燃料熱粉化高效燃燒方法，采用一種高揮發分含碳燃料熱粉化高效燃燒裝置進行生產，包括以下步驟:
(1)原料、床料通過投料口加入熱粉化流化床爐中，氣體輸送設備將空氣送入，使熱粉化流化床爐下部運行速度為l-5m/s，上部運行速度0.2-3.5m/s，熱粉化流化床爐運行溫度400-1200°C，在高溫及床料的作用下，高揮發分含碳燃料原料被粉化成<2_的半焦細粉，并產生燃氣；
(2)產生的高溫半焦細粉及燃氣的混合物進入鍋爐，與預熱空氣分級混合燃燒，燃燒產生的灰分經除塵設備收集，尾氣經尾氣處理設備排出。
[0010]作為上述技術方案的進一步描述:
高揮發分含碳燃料原料的熱值>1200Kcal/kg，粒度<20cm，揮發分含量大于25%; 作為上述技術方案的進一步描述:
熱粉化流化床爐加入的床料為耐磨粗床料顆粒，包括石英砂、河沙和/或氧化鋁球，粒徑為0.5?5mm。
[0011]本發明的原理是:
高揮發分含碳燃料中的生物質主要由木質素、纖維素、半纖維素組成，木質素含量越高，生物質的機械強度越高;纖維素的含量越高，生物質的彈性和韌性越好。而木質素與纖維素均是以C、H、0為主要元素組成的，其在高溫下大分子分子鍵斷裂，主要形成生物質半焦、燃氣(C0、C02、H2、C2H4、H20等)。生物質半焦為疏松多孔結構，機械強度及韌性遠低于生物質本身。高揮發分含碳燃料中的低階煤通常含有較高水分，在高溫下水分和揮發分析出，形成疏松多孔的半焦。
[0012]熱粉化流化床爐中加入高揮發分含碳燃料，在底部通入的空氣作用下在下部形成弱氧化區域，空氣中的氧分子被分布在高揮發分含碳燃料表面與C=C、C=H鍵反應，將燃料初步粉化，并在高溫的作用下生成半焦及燃氣。流化床內的床料在氣體推動作用下，進行高速運動，將疏松的半焦粉化成細粉。熱粉化流化床爐下部床料速度較高，有利于半焦粉化;上部氣流速度較低，較小粒度的半焦細粉能夠逸出，而較大粒度的半焦在重力作用下返回熱粉化流化床爐下部繼續粉化。
[0013]由于半焦粉及燃氣溫度較高，超過了熱力學點火溫度，與空氣混合后的燃燒為空間燃燒，而非傳統的火炬燃燒方式，大大提高了燃燒效率。在鍋爐燃燒室內高溫半焦粉及燃氣與空氣能夠充分分級混合燃燒，不但保證了高溫半焦粉及燃氣的完全燃燒，而且均勻了溫度場，抑制了 NOx的生成，同時通過布置受熱面來控制燃燒室的溫度，保證燃燒溫度小于高揮發分含碳燃料灰熔融溫度。
[0014]本發明的有益效果是:
(I)大大降低了高揮發分含碳燃料原料粉化的成本。利用高溫氧化改變高揮發分含碳燃料的化學及物理性質，再利用熱粉化流化床爐內床料的高速沖擊粉化燃料，大大降低了粉化所需要的能量；
(2)擴大了高揮發分含碳燃料利用范圍，高揮發分含碳燃料熱值>1200Kcal/kg，粒度<20cm；
(3 )提高了高揮發分含碳燃料利用效率，高揮發分含碳燃料燃燒效率>99%，并且降低了 NOx 排放至 < 100mg/Nm3。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明實施例中一種高揮發分含碳燃料熱粉化高效燃燒裝置的示意圖。
[0016]其中有:I，熱粉化流化床爐；101，原料料倉；102，床料料倉；103，鼓風機；104，風帽；2，鍋爐；201，受熱面；202，空氣預熱器;203，省煤器；204，空氣噴口 ;3，除塵器;4，引風機;5，煙囪。
【具體實施方式】
[0017]參見圖1，一種高揮發分含碳燃料熱粉化高效燃燒裝置，包括熱粉化流化床爐I，下部設有原料料倉101、床料料倉102，熱粉化流化床爐I內的底部設有用于均勻空氣分布和均勻溫度場的風帽104，熱粉化流化床爐I底部與鼓風機103相連，熱粉化流化床爐I上部與鍋爐2相連，鍋爐2設有用于控制鍋爐燃燒室內溫度的受熱面201，設有空氣預熱器202和省煤器203，還分級布置有空氣噴口 204，鍋爐2出口與除塵器3入口連接，除塵器3出口連接有引風機4，弓丨風機4出口連接有煙囪5。
[0018]—種高揮發分含碳燃料熱粉化高效燃燒方法，采用一種高揮發分含碳燃料熱粉化高效燃燒裝置進行生產，包括以下步驟:
(I)原料、床料通過原料料倉101、床料料倉102加入熱粉化流化床爐I中，鼓風機103將空氣送入，并通過風帽104均勻布風。熱粉化流化床爐I下部運行速度為l-5m/s，上部運行速度0.2-3.5m/s。熱粉化流化床爐I運行溫度400-1200°C。在高溫及床料的作用下，高揮發分含碳燃料原料被粉化成< 2mm的半焦細粉，并產生燃氣。
[0019](2)產生的高溫半焦細粉及燃氣的混合物進入鍋爐2與預熱空氣分級混合燃燒，燃燒產生的灰分經除塵器3收集，尾氣經引風機4和煙囪5排出。
[0020]其中，高揮發分含碳燃料原料的熱值>1200Kcal/kg，粒度<20cm，揮發分含量大于 25%;
其中，熱粉化流化床爐I加入的床料為耐磨粗床料顆粒，包括石英砂、河沙和/或氧化鋁球，粒徑為0.5?5mm。
[0021]實施例1
原料為木塊粒度20cm，含水量25%，熱值3120Kcal/kg，揮發分含量約67%。床料為氧化鋁球粒徑5mm加入熱粉化流化床爐內，熱粉化流化床爐下部氣體速度5m/s，上部氣體速度
3.5m/s，爐內溫度1200°C。木塊被粉化成約2_半焦，和燃氣混合后進入鍋爐內，與分級通入的空氣混合燃燒。燃燒后的尾氣NOx含量86mg/Nm3。原料燃燒效率約為99.9%。
[0022]實施例2
原料為竹片粒度10cm，含水量42%，熱值2350Kcal/kg，揮發分含量約63%。床料為氧化鋁球粒徑3mm加入熱粉化流化床爐內，熱粉化流化床爐下部氣體速度4m/s，上部氣體速度1.6m/s，爐內溫度850 V。木塊被粉化成約0.5mm半焦，和燃氣混合后進入鍋爐內，與分級通入的空氣混合燃燒。燃燒后的尾氣NOx含量74mg/Nm3。原料燃燒效率約為99.8%。
[0023]實施例3
原料為褐煤粒度5cm，含水量32%，熱值3200Kcal/kg，揮發分含量約43%。床料為河沙粒徑1.5mm加入熱粉化流化床爐內，熱粉化流化床爐下部氣體速度2.5m/s，上部氣體速度
1.2m/s，爐內溫度620°C。木塊被粉化成約1.2mm半焦，和燃氣混合后進入鍋爐內，與分級通入的空氣混合燃燒。燃燒后的尾氣NOx含量68mg/Nm3。原料燃燒效率約為99.5%
實施例4
原料為泥煤粒度3cm，含水量60%，熱值1200Kcal/kg，揮發分含量約56%。床料為石英砂
0.5mm加入熱粉化流化床爐內，熱粉化流化床爐下部氣體速度lm/s，上部氣體速度0.2m/s，爐內溫度400°C。木塊被粉化成約0.3_半焦，和燃氣混合后進入鍋爐內，與分級通入的空氣混合燃燒。燃燒后的尾氣NOx含量60mg/Nm3。原料燃燒效率約為99.4%。
[0024]以上所述僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發明思路下的技術方案均屬于本發明的保護范圍。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前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種高揮發分含碳燃料熱粉化高效燃燒裝置，其特征在于:包括熱粉化流化床爐、鍋爐、除塵設備和尾氣處理設備，所述熱粉化流化床爐下部設有投料口，熱粉化流化床爐底部還與氣體輸送設備的出風口相連，熱粉化流化床爐上部出口與鍋爐入口相連，鍋爐出口與除塵設備的入口連接，除塵設備的出口與尾氣處理設備相連。2.根據權利要求1所述的一種高揮發分含碳燃料熱粉化高效燃燒裝置，其特征在于:所述投料口包括原料料倉和床料料倉。3.根據權利要求1所述的一種高揮發分含碳燃料熱粉化高效燃燒裝置，其特征在于:所述鍋爐內依次布置有受熱面、空氣預熱器和省煤器。4.根據權利要求1所述的一種高揮發分含碳燃料熱粉化高效燃燒裝置，其特征在于:所述尾氣處理設備包括引風機和煙囪，所述除塵設備通過引風機與煙囪連接。5.根據權利要求1所述的一種高揮發分含碳燃料熱粉化高效燃燒裝置，其特征在于:所述熱粉化流化床爐內的投料口下部設有用于均勻分布空氣與溫度的風帽。6.根據權利要求1所述的一種高揮發分含碳燃料熱粉化高效燃燒裝置，其特征在于:所述鍋爐內分級布置有空氣噴口。7.權利要求1-6任一所述的一種高揮發分含碳燃料熱粉化高效燃燒裝置的燃燒方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)原料、床料通過投料口加入熱粉化流化床爐中，氣體輸送設備將空氣送入，使熱粉化流化床爐下部運行速度為l-5m/s，上部運行速度0.2-3.5m/s，熱粉化流化床爐運行溫度400-1200°C，在高溫及床料的作用下，高揮發分含碳燃料原料被粉化成<2_的半焦細粉，并產生燃氣； (2)產生的高溫半焦細粉及燃氣的混合物進入鍋爐，與預熱空氣分級混合燃燒，燃燒產生的灰分經除塵設備收集，尾氣經尾氣處理設備排出。8.根據權利要求7所述的一種高揮發分含碳燃料熱粉化高效燃燒方法，其特征在于:高揮發分含碳燃料原料的熱值>1200Kcal/kg，粒度<20cm，揮發分含量大于25%。9.根據權利要求7所述的一種高揮發分含碳燃料熱粉化高效燃燒方法，其特征在于:熱粉化流化床爐加入的床料為耐磨粗床料顆粒，包括石英砂、河沙和/或氧化鋁球，粒徑為0.5?5mm ο
【文檔編號】F23C10/18GK105889906SQ201610413306
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月13日
【發明人】張守軍, 范曉旭, 魯萬寶, 趙成武, 張守峰, 李益瑞, 吳銀龍, 馮干, 胡鵬
【申請人】合肥德博生物能源科技有限公司