用于运行流化床锅炉的方法技术

本发明专利技术涉及用于运行流化床锅炉的方法，包括用包含钛铁矿颗粒的流化床进行燃烧过程，其中钛铁矿颗粒在锅炉中的平均停留时间为至少75小时。本发明专利技术进一步涉及通过相应的方法可获得的钛铁矿颗粒以及所述钛铁矿颗粒作为携氧材料的用途。

A method for running a fluidized bed boiler

The present invention relates to a method for running a fluidized bed boiler, including a combustion process with a fluidized bed containing ilmenite particles, in which the average residence time of the ilmenite particles in the boiler is at least 75 hours. The invention further relates to the ilmenite particles obtained by corresponding methods and the use of the ilmenite particles as oxygen carrying materials.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于运行流化床锅炉的方法
本专利技术属于流化床燃烧的领域并涉及使用包含钛铁矿颗粒的流化床，用于运行流化床锅炉，如循环流化床锅炉或鼓泡流化床锅炉的方法。本专利技术进一步涉及通过相应的方法可获得的钛铁矿颗粒以及所述钛铁矿颗粒作为携氧材料的用途。
技术介绍
流化床燃烧是众所周知的技术，其中将燃料悬浮于固体颗粒材料，通常是硅砂和/或燃料灰的热流化床中。其他床材料也是可能的。在该技术中，使流化气体以特定的流化速度通过固体颗粒床材料。床材料用作质量和热量载体而促进快速的质量和热量传输。在非常低的气体速度下床保持静止。一旦流化气体的速度上升到最低速度以上(在最低速度下流化气体的力与作用于颗粒上的重力平衡)，固体床材料在许多方面表现类似于流体而床被称作是流化的。在鼓泡式流化床(BFB)锅炉中，流化气体通过床材料而在床中形成气泡，有助于气体传输通过床材料并当与炉排燃烧(gratecombustion)相比时允许更好的燃烧条件的控制(更好的温度和混合控制)。在循环流化床(CFB)锅炉中，流化气体以其中大部分颗粒被流化气体流带走的流化速度通过床材料。然后，通过例如旋风分离器从气体流中分离颗粒，并通常通过返料器(loopseal)将其再循环回炉中。通常，将含氧气体，典型地空气或空气与再循环烟道气的混合物用作流化气体(所谓的初级含氧气体或初级空气)，并且从床下方或床的下部通过床材料，从而充当燃烧所需的氧气源。
技术实现思路
本专利技术涉及流化床锅炉，如例如循环流化床锅炉或鼓泡流化床锅炉的改善的运行的问题。这个问题由独立权利要求的特征解决。有利的实施方式在从属权利要求中限定。首先，在本专利技术的上下文中解释几个术语。本专利技术涉及用于运行流化床锅炉的方法，包括用包含钛铁矿颗粒的流化床进行燃烧过程，其中钛铁矿颗粒在锅炉中的平均停留时间为至少75小时。钛铁矿是天然存在的矿物质，其主要由氧化钛铁(FeTiO3)组成。钛铁矿可以重复氧化和还原，并在化学链燃烧(CLC)中用作氧化还原材料。由现有技术已知在CFB过程中用钛铁矿颗粒代替一部分的硅沙床材料(H.Thunmanetal.,Fuel113(2013)300-309)。由于钛铁矿的还原/氧化特性，该材料可以用作流化床燃烧中的氧载体。与非活性床材料，例如100wt.-％的硅砂或燃料灰颗粒相比，使用含钛铁矿颗粒的床，燃烧过程可以以较低的空燃比进行。在经历初始活化阶段之后，因为钛铁矿颗粒经受流化床锅炉中的燃烧期间的反复氧化还原条件，它们会经历化学老化，并且与锅炉结构和其他流化的颗粒的物理相互作用会导致钛铁矿颗粒的机械磨损。因此，预期钛铁矿颗粒的携氧能力及其耐磨损性会在流化床锅炉中的燃烧期间迅速劣化，需要保持向燃烧器中供给相当大的新鲜钛铁矿颗粒。本专利技术基于实际上并非如此的出乎意料的发现。在第一步骤中，本专利技术已经认识到，即使在硫化床锅炉中作为床材料延长使用之后，钛铁矿仍然表现出非常好的携氧性能和一氧化碳(CO)氧向二氧化碳(CO2)的反应性(所谓的“气体转化”)。在第二步骤中，本专利技术已经认识到，在锅炉中延长的停留时间后，钛铁矿颗粒的磨损速率出乎意料地降低，并且在钛铁矿用作床材料延长的时间段后机械强度仍然非常好。本专利技术已经认识到，这些发现允许至少比常规流化床锅炉中床材料的典型停留时间高2.5倍的钛铁矿颗粒在锅炉中的平均停留时间。将钛铁矿颗粒的平均停留时间设定为如此长的值由此显著降低天然资源钛铁矿的总体消耗，并使燃烧过程更环保且更经济。本专利技术进一步认识到，暴露于锅炉条件的岩石钛铁矿颗粒获得更平滑的边缘(相比于新鲜钛铁矿)，从而具有较不侵蚀性的形状，这对锅炉结构，如壁、管排等磨损性较低。因此，岩石钛铁矿颗粒在锅炉中更长的停留时间也会改善这些锅炉结构的寿命。在本专利技术的方法中，钛铁矿颗粒在锅炉中的平均停留时间为至少75小时。在方法的优选实施方式中，钛铁矿颗粒在锅炉中的平均停留时间可以为至少100小时、进一步优选至少120小时、进一步优选至少150小时、进一步优选至少200小时、进一步优选至少250小时、进一步优选至少290小时、最优选至少300小时。出乎意料的是，本专利技术发现，即使在流化床锅炉连续运行296小时之后，钛铁矿颗粒仍表现出非常好的携氧性能、气体转化和机械强度，清楚地表明可以实现甚至更高的停留时间。在本专利技术上下文中，钛铁矿颗粒在锅炉中的平均停留时间(<T停留，钛铁矿>)定义为钛铁矿在床存量中的总质量(M钛铁矿)与新鲜钛铁矿的进料速率(R进料，钛铁矿)和锅炉的生产速率(R生产)的乘积之比：<T停留,钛铁矿>＝M钛铁矿/(R进料,钛铁矿×R生产)通过举例的方式，如果钛铁矿在锅炉的总质量为25吨，新鲜钛铁矿的进料速率为3kg/MWh时且生产速率为75MW，其得出平均停留时间<T停留，钛铁矿>＝25/(3×75/1000)小时＝111小时。在本专利技术的上下文中，术语新鲜钛铁矿是指尚未被用作锅炉中的床材料的钛铁矿。术语新鲜钛铁矿包括可能已经经历了初始氧化或活化过程的钛铁矿。在有利的实施方式中，钛铁矿颗粒在锅炉中的平均停留时间可以小于600小时、优选小于500小时、进一步优选小于400小时、进一步优选小于350小时。平均停留时间的所述较低和较高值的所有组合在本专利技术的上下文内都是可能的并且在此明确地公开。进料至燃烧器的床材料的一部分在离开锅炉的各种灰分流中由锅炉逸出。本专利技术认识到，可以从相应的灰分流中分离钛铁矿颗粒并再循环且优选地用作携氧材料。本专利技术优选地设想再循环钛铁矿用于相同的锅炉以及用于其他锅炉。在前一种情况下，通过将由灰分分离的钛铁矿颗粒再循环回锅炉中，可以增加钛铁矿颗粒在锅炉中的平均停留时间。在后一种情况下，可以利用特定的锅炉使用本专利技术的方法在正常锅炉运行期间产生活化的钛铁矿颗粒，然后可以将活化的钛铁矿颗粒进料至其他锅炉。这具有例如以下优点：这些其他锅炉可以从开始时就部分地或全部地使用活化的钛铁矿颗粒运行，这在延长的时间段内仍然具有非常好的携氧能力。另外，活化的岩石钛铁矿颗粒比新鲜的钛铁矿颗粒具有更少的侵蚀性形状。然而，也可以利用由灰分流分离的再循环的钛铁矿颗粒用于其它活动，例如需要活化的钛铁矿颗粒的各种应用。在用于运行流化床锅炉的本专利技术方法的优选实施方式中，方法包括以下步骤：a)由锅炉移除至少一种包含钛铁矿颗粒的灰分流；b)由至少一种灰分流分离钛铁矿颗粒。有利地，步骤a)和b)可以重复多次。在特别优选的实施方式中，步骤a)和b)可以重复多次以提供分离的钛铁矿颗粒的连续的流。优选地，至少一种灰分流选自由底灰流、飞灰流、锅炉灰流和过滤器灰流组成的组，优选地由底灰流和飞灰流组成的组。最优选地，至少一种灰分流是底灰流。在本专利技术方法的优选实施方式中，两种或更多种灰分流的任意组合是可能的。底灰是流化床锅炉的床材料损失的主要原因之一。去除底灰，即床底部的灰分，通常是连续过程，进行该过程以从床中除去碱金属(Na，K)和粗无机颗粒/块状物，以及在锅炉运行期间形成的任何附聚物，并保持床中足够的压力差。飞灰是灰分的一部分，其由气体从流化床中夹带出，并随气体飞出炉外。锅炉灰是在炉和烟道气净化过滤器之间的某处由锅炉排出的灰分。过滤器灰是由过滤器，通常可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于运行流化床锅炉的方法，包括用包含钛铁矿颗粒的流化床进行燃烧过程，其中所述钛铁矿颗粒在所述锅炉中的平均停留时间为至少75小时。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于运行流化床锅炉的方法，包括用包含钛铁矿颗粒的流化床进行燃烧过程，其中所述钛铁矿颗粒在所述锅炉中的平均停留时间为至少75小时。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钛铁矿颗粒在所述锅炉中的所述平均停留时间为至少100小时、优选至少120小时、进一步优选至少150小时、进一步优选至少200小时、进一步优选至少250小时、进一步优选至少290小时、最优选至少300小时。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述钛铁矿颗粒在所述锅炉中的所述平均停留时间为小于600小时、优选小于500小时、进一步优选小于400小时、进一步优选小于350小时。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，进一步包括：a)从所述锅炉除去包含钛铁矿颗粒的至少一种灰分流；b)从所述至少一种灰分流分离钛铁矿颗粒。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将所述钛铁矿颗粒从所述至少一种灰分流磁力分离。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将所述钛铁矿颗粒优选通过静电分离器从所述至少一种灰分流电分离。7.根据权利要求4-6中任一项所述的方法，其特征在于，将步骤a)和b)进行多次。8.根据权利要求4至7中任一项所述的方法，其特征在于，其进一步包括预选择步骤，其中在将所述钛铁矿颗粒从所述灰分流分离之前预选择所述至少一种灰分流中的所述颗粒；其中优选所述预选择包括机械颗粒分离和/或流体驱动的颗粒分离，更优选筛分和/或气体驱动的颗粒分离。9.根据权利要求4至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：本特奥克·安德松，帕瓦勒塔·克努特松，弗雷德里克·林德，亨里克·通曼，
申请(专利权)人：因姆普朗伯德公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE