一种高挥发分含碳燃料热粉化高效燃烧装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种高挥发分含碳燃料热粉化高效燃烧装置及方法，本发明采用热粉化流化床炉将高挥发分含碳燃料进行加热及粉化，产生高温的半焦粉末及燃气的混合物。高温的半焦粉末及燃气的混合物进入锅炉，通过在炉膛内分级配风进行完全燃烧。燃烧后的灰分经过尾部的除尘器排出。本发明实现了高挥发分含碳燃料高效利用，通过热粉化的方法解决了现有高挥发分含碳燃料热制粉成本高的问题，突破了高挥发分含碳燃料利用难度大的瓶颈，提高了利用效率。
【专利说明】一种高挥发分含碳燃料热粉化高效燃烧装置及方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明属于高挥发分含碳燃料利用技术领域，具体涉及一种高挥发分含碳燃料热粉化高效燃烧装置及方法。
【背景技术】
[0003]高挥发分含碳燃料主要包括生物质和褐煤、泥煤等低阶煤燃料。各种高挥发分含碳燃料都具有一定能量。高挥发分含碳燃料能是太阳能以化学能形式贮存的一种能量形式，直接或间接来源于植物的光合作用。地球上的植物进行光合作用所消费的能量，占太阳照射到地球总辐射量的0.2%，这部分能量是目前人类能源消费总量的40倍。
[0004]现有高挥发分含碳燃料主要采用固定床和流化床的燃烧方式，将燃烧反应简化成低速率的气固反应，燃烧效率低。国内外已建成多个工程，将燃料在燃烧前处理成粉状，采用燃烧器的方式进行高效燃烧。但高挥发分含碳燃料在制粉过程中会出现诸多问题，如:挥发分易析出造成着火爆炸;水分造成燃料粉粘结;生物质燃料强度或韧性高，磨粉能耗高。
[0005]高挥发分含碳燃料在燃烧时，由于其火焰组织需要有一定的中心高温区，高挥发分含碳燃料一旦在火焰高温区没有完成反应就将变成火星飞出系统。所以高挥发分含碳燃料燃烧机的效率难以再继续提高，且在火焰高温区容易产生NOx，造成NOx的高排放，现有高挥发分含碳燃料燃烧机的NOx排放量通常大于300mg/Nm3。高挥发分含碳燃料通常含有较高水分，低温燃料粉在进入燃烧区域后，水分析出时间较长且水分析出需要大量能量，造成了燃烧不稳定。
[0006]因此，需要一种合理的高挥发分含碳燃料利用模式来提高原料利用的广泛性和燃烧效率。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种高挥发分含碳燃料热粉化高效燃烧装置及方法。
[0008]—种高挥发分含碳燃料热粉化高效燃烧装置，包括热粉化流化床炉、锅炉、除尘设备和尾气处理设备，所述热粉化流化床炉下部设有投料口，热粉化流化床炉底部还与气体输送设备的出风口相连，热粉化流化床炉上部出口与锅炉入口相连，锅炉出口与除尘设备的入口连接，除尘设备的出口与尾气处理设备相连。
[0009]作为上述技术方案的进一步描述:
投料口包括原料料仓和床料料仓；
作为上述技术方案的进一步描述:
锅炉内依次布置有受热面、空气预热器和省煤器；
作为上述技术方案的进一步描述: 尾气处理设备包括引风机和烟囱，所述除尘设备通过引风机与烟囱连接；
作为上述技术方案的进一步描述:
热粉化流化床炉内的投料口下部设有用于均匀分布空气与温度的风帽；
作为上述技术方案的进一步描述:
锅炉内分级布置有空气喷口；
一种高挥发分含碳燃料热粉化高效燃烧方法，采用一种高挥发分含碳燃料热粉化高效燃烧装置进行生产，包括以下步骤:
(1)原料、床料通过投料口加入热粉化流化床炉中，气体输送设备将空气送入，使热粉化流化床炉下部运行速度为l-5m/s，上部运行速度0.2-3.5m/s，热粉化流化床炉运行温度400-1200°C，在高温及床料的作用下，高挥发分含碳燃料原料被粉化成<2_的半焦细粉，并产生燃气；
(2)产生的高温半焦细粉及燃气的混合物进入锅炉，与预热空气分级混合燃烧，燃烧产生的灰分经除尘设备收集，尾气经尾气处理设备排出。
[0010]作为上述技术方案的进一步描述:
高挥发分含碳燃料原料的热值>1200Kcal/kg，粒度<20cm，挥发分含量大于25%; 作为上述技术方案的进一步描述:
热粉化流化床炉加入的床料为耐磨粗床料颗粒，包括石英砂、河沙和/或氧化铝球，粒径为0.5?5mm。
[0011]本发明的原理是:
高挥发分含碳燃料中的生物质主要由木质素、纤维素、半纤维素组成，木质素含量越高，生物质的机械强度越高;纤维素的含量越高，生物质的弹性和韧性越好。而木质素与纤维素均是以C、H、0为主要元素组成的，其在高温下大分子分子键断裂，主要形成生物质半焦、燃气(C0、C02、H2、C2H4、H20等)。生物质半焦为疏松多孔结构，机械强度及韧性远低于生物质本身。高挥发分含碳燃料中的低阶煤通常含有较高水分，在高温下水分和挥发分析出，形成疏松多孔的半焦。
[0012]热粉化流化床炉中加入高挥发分含碳燃料，在底部通入的空气作用下在下部形成弱氧化区域，空气中的氧分子被分布在高挥发分含碳燃料表面与C=C、C=H键反应，将燃料初步粉化，并在高温的作用下生成半焦及燃气。流化床内的床料在气体推动作用下，进行高速运动，将疏松的半焦粉化成细粉。热粉化流化床炉下部床料速度较高，有利于半焦粉化;上部气流速度较低，较小粒度的半焦细粉能够逸出，而较大粒度的半焦在重力作用下返回热粉化流化床炉下部继续粉化。
[0013]由于半焦粉及燃气温度较高，超过了热力学点火温度，与空气混合后的燃烧为空间燃烧，而非传统的火炬燃烧方式，大大提高了燃烧效率。在锅炉燃烧室内高温半焦粉及燃气与空气能够充分分级混合燃烧，不但保证了高温半焦粉及燃气的完全燃烧，而且均匀了温度场，抑制了 NOx的生成，同时通过布置受热面来控制燃烧室的温度，保证燃烧温度小于高挥发分含碳燃料灰熔融温度。
[0014]本发明的有益效果是:
(I)大大降低了高挥发分含碳燃料原料粉化的成本。利用高温氧化改变高挥发分含碳燃料的化学及物理性质，再利用热粉化流化床炉内床料的高速冲击粉化燃料，大大降低了粉化所需要的能量；
(2)扩大了高挥发分含碳燃料利用范围，高挥发分含碳燃料热值>1200Kcal/kg，粒度<20cm；
(3 )提高了高挥发分含碳燃料利用效率，高挥发分含碳燃料燃烧效率>99%，并且降低了 NOx 排放至 < 100mg/Nm3。
【附图说明】
[0015]图1为本发明实施例中一种高挥发分含碳燃料热粉化高效燃烧装置的示意图。
[0016]其中有:I，热粉化流化床炉；101，原料料仓；102，床料料仓；103，鼓风机；104，风帽；2，锅炉；201，受热面；202，空气预热器;203，省煤器；204，空气喷口 ;3，除尘器;4，引风机;5，烟囱。
【具体实施方式】
[0017]参见图1，一种高挥发分含碳燃料热粉化高效燃烧装置，包括热粉化流化床炉I，下部设有原料料仓101、床料料仓102，热粉化流化床炉I内的底部设有用于均匀空气分布和均匀温度场的风帽104，热粉化流化床炉I底部与鼓风机103相连，热粉化流化床炉I上部与锅炉2相连，锅炉2设有用于控制锅炉燃烧室内温度的受热面201，设有空气预热器202和省煤器203，还分级布置有空气喷口 204，锅炉2出口与除尘器3入口连接，除尘器3出口连接有引风机4，弓丨风机4出口连接有烟囱5。
[0018]—种高挥发分含碳燃料热粉化高效燃烧方法，采用一种高挥发分含碳燃料热粉化高效燃烧装置进行生产，包括以下步骤:
(I)原料、床料通过原料料仓101、床料料仓102加入热粉化流化床炉I中，鼓风机103将空气送入，并通过风帽104均匀布风。热粉化流化床炉I下部运行速度为l-5m/s，上部运行速度0.2-3.5m/s。热粉化流化床炉I运行温度400-1200°C。在高温及床料的作用下，高挥发分含碳燃料原料被粉化成< 2mm的半焦细粉，并产生燃气。
[0019](2)产生的高温半焦细粉及燃气的混合物进入锅炉2与预热空气分级混合燃烧，燃烧产生的灰分经除尘器3收集，尾气经引风机4和烟囱5排出。
[0020]其中，高挥发分含碳燃料原料的热值>1200Kcal/kg，粒度<20cm，挥发分含量大于 25%;
其中，热粉化流化床炉I加入的床料为耐磨粗床料颗粒，包括石英砂、河沙和/或氧化铝球，粒径为0.5?5mm。
[0021]实施例1
原料为木块粒度20cm，含水量25%，热值3120Kcal/kg，挥发分含量约67%。床料为氧化铝球粒径5mm加入热粉化流化床炉内，热粉化流化床炉下部气体速度5m/s，上部气体速度
3.5m/s，炉内温度1200°C。木块被粉化成约2_半焦，和燃气混合后进入锅炉内，与分级通入的空气混合燃烧。燃烧后的尾气NOx含量86mg/Nm3。原料燃烧效率约为99.9%。
[0022]实施例2
原料为竹片粒度10cm，含水量42%，热值2350Kcal/kg，挥发分含量约63%。床料为氧化铝球粒径3mm加入热粉化流化床炉内，热粉化流化床炉下部气体速度4m/s，上部气体速度1.6m/s，炉内温度850 V。木块被粉化成约0.5mm半焦，和燃气混合后进入锅炉内，与分级通入的空气混合燃烧。燃烧后的尾气NOx含量74mg/Nm3。原料燃烧效率约为99.8%。
[0023]实施例3
原料为褐煤粒度5cm，含水量32%，热值3200Kcal/kg，挥发分含量约43%。床料为河沙粒径1.5mm加入热粉化流化床炉内，热粉化流化床炉下部气体速度2.5m/s，上部气体速度
1.2m/s，炉内温度620°C。木块被粉化成约1.2mm半焦，和燃气混合后进入锅炉内，与分级通入的空气混合燃烧。燃烧后的尾气NOx含量68mg/Nm3。原料燃烧效率约为99.5%
实施例4
原料为泥煤粒度3cm，含水量60%，热值1200Kcal/kg，挥发分含量约56%。床料为石英砂
0.5mm加入热粉化流化床炉内，热粉化流化床炉下部气体速度lm/s，上部气体速度0.2m/s，炉内温度400°C。木块被粉化成约0.3_半焦，和燃气混合后进入锅炉内，与分级通入的空气混合燃烧。燃烧后的尾气NOx含量60mg/Nm3。原料燃烧效率约为99.4%。
[0024]以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种高挥发分含碳燃料热粉化高效燃烧装置，其特征在于:包括热粉化流化床炉、锅炉、除尘设备和尾气处理设备，所述热粉化流化床炉下部设有投料口，热粉化流化床炉底部还与气体输送设备的出风口相连，热粉化流化床炉上部出口与锅炉入口相连，锅炉出口与除尘设备的入口连接，除尘设备的出口与尾气处理设备相连。2.根据权利要求1所述的一种高挥发分含碳燃料热粉化高效燃烧装置，其特征在于:所述投料口包括原料料仓和床料料仓。3.根据权利要求1所述的一种高挥发分含碳燃料热粉化高效燃烧装置，其特征在于:所述锅炉内依次布置有受热面、空气预热器和省煤器。4.根据权利要求1所述的一种高挥发分含碳燃料热粉化高效燃烧装置，其特征在于:所述尾气处理设备包括引风机和烟囱，所述除尘设备通过引风机与烟囱连接。5.根据权利要求1所述的一种高挥发分含碳燃料热粉化高效燃烧装置，其特征在于:所述热粉化流化床炉内的投料口下部设有用于均匀分布空气与温度的风帽。6.根据权利要求1所述的一种高挥发分含碳燃料热粉化高效燃烧装置，其特征在于:所述锅炉内分级布置有空气喷口。7.权利要求1-6任一所述的一种高挥发分含碳燃料热粉化高效燃烧装置的燃烧方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)原料、床料通过投料口加入热粉化流化床炉中，气体输送设备将空气送入，使热粉化流化床炉下部运行速度为l-5m/s，上部运行速度0.2-3.5m/s，热粉化流化床炉运行温度400-1200°C，在高温及床料的作用下，高挥发分含碳燃料原料被粉化成<2_的半焦细粉，并产生燃气； (2)产生的高温半焦细粉及燃气的混合物进入锅炉，与预热空气分级混合燃烧，燃烧产生的灰分经除尘设备收集，尾气经尾气处理设备排出。8.根据权利要求7所述的一种高挥发分含碳燃料热粉化高效燃烧方法，其特征在于:高挥发分含碳燃料原料的热值>1200Kcal/kg，粒度<20cm，挥发分含量大于25%。9.根据权利要求7所述的一种高挥发分含碳燃料热粉化高效燃烧方法，其特征在于:热粉化流化床炉加入的床料为耐磨粗床料颗粒，包括石英砂、河沙和/或氧化铝球，粒径为0.5?5mm ο
【文档编号】F23C10/18GK105889906SQ201610413306
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月13日
【发明人】张守军, 范晓旭, 鲁万宝, 赵成武, 张守峰, 李益瑞, 吴银龙, 冯干, 胡鹏
【申请人】合肥德博生物能源科技有限公司