生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰方法及其设备技术

本发明专利技术公开了一种生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰方法及其设备。该方法将燃煤飞灰喷射到生物质循环流化床锅炉内的密相燃烧区床层底部，使其与鼓泡或湍动流化状态的炽热生物质床料混合，生产强烈的传热传质和升温，并发生剧烈的翻滚和摩擦，将燃煤飞灰外层的灰壳磨掉，露出其中未燃尽的残炭黑芯，最终使燃煤飞灰在密相燃烧区和稀相燃烧区燃烧殆尽。其设备主要由与生物质循环流化床锅炉配套使用的燃煤飞灰储存仓、旋转给料装置、喷射器、鼓风机、传输管道和底饲耐磨喷嘴等组成。本发明专利技术将燃煤飞灰回收到生物质循环流化床锅炉中再次充分燃烧，进行二次发电，可有效减少生物质燃料用量，提高单位燃料的发电量，并可减少燃煤污染物排放。

【技术实现步骤摘要】
生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰方法及其设备
本专利技术涉及对锅炉燃烧发电过程中产生的废弃灰渣进行回收利用和节能减排的技术，具体地指一种生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰方法及其设备。
技术介绍
随着现代社会对能源需求的日益增长，燃煤锅炉发电厂的建设也越来越多。虽然我国地域广阔、煤炭资源分布广泛，但煤炭种类众多不一，尤其是在我国的南方和西南地区，许多省份拥有大量的无烟煤、贫煤等低挥发份煤种。燃煤锅炉电厂在燃用这些低等级煤种时，普遍存在所排放的燃煤飞灰含炭量高、燃尽程度不理想等问题，不仅浪费了大量煤炭资源，而且带来了严重的环境污染。为了解决上述问题，本领域技术人员也试尝将未燃尽的燃煤飞灰颗粒重新输送到燃煤锅炉中循环利用，但这些燃煤飞灰颗粒是通过面饲的方式直接送回燃煤锅炉上部稀相燃烧区的，一方面因其外部为不易导热和燃烧的灰壳层，使得其内部的可燃残炭黑芯在燃煤锅炉内无法达到燃烧所需的温度，另一方面因气固两相之间的滑移速度低、传热速率小、升温过程缓慢，在其还没来得及上升到足够的燃烧温度时就飞出了燃煤锅炉的炉膛，即燃煤飞灰颗粒只是在燃煤锅炉中走了个过场，实际上并没有被回收燃烧利用。另一方面，随着煤炭等传统化石能源储量的日益减少，生物质燃料作为一种可再生的替代能源得到了迅速的发展。采用生物质燃料直燃发电的电厂总装机容量也越来越多。但受生物质燃料资源收购半径和总量的制约，目前已经有许多生物质锅炉发电厂因收购不到生物质燃料而降低设计的生产负荷，特别是当发电厂采用能适应各种生物质燃料高效充分燃烧、且产生的残渣灰分低、环保性能好的生物质循环流化床锅炉时，维持发电连续进行的生物质燃料需要量极大，在无法确保收购量的情况下甚至只能停产。如何有效扩大生物质锅炉发电厂的原料来源、保证其生产规模和发电效益，这一直是本领域技术人员公认的难题和努力探索的方向，但至今为止尚无令人满意的技术方案问世。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要提供一种生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰方法及其设备，该技术可以确保燃煤锅炉生产的燃煤飞灰在生物质循环流化床锅炉中再次充分燃烧，进行二次发电；同时可有效减少生物质燃料的使用量，降低燃料投入成本，提高发电小时数，且减少污染物排放。为实现上述目的，本专利技术所设计的生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰方法，它是将燃煤锅炉排放的飞灰重新输送到生物质循环流化床锅炉中进行回收利用的过程，其特殊之处在于：该方法包括如下步骤：1)通过气流输送使燃煤飞灰颗粒处于悬浮流动状态，并喷射到生物质循环流化床锅炉内位于布风板上方的密相燃烧区床层底部；2)使燃煤飞灰颗粒与密相燃烧区中处于鼓泡流化状态或湍动流化状态的大量炽热生物质床料颗粒混合，生产强烈的传热传质和升温，并一起发生剧烈的翻滚和摩擦，将燃煤飞灰颗粒外层的灰壳磨掉，露出其中未燃尽的残炭黑芯；3)利用从布风板上的风帽中输出的一次风含氧浓度高的特点，使密相燃烧区中的残炭黑芯与氧气发生迅速和充分的燃烧反应，其中绝大部分残炭黑芯被燃尽；4)随后剩余的残炭黑芯在生物质循环流化床锅炉内流化风的作用下进入密相燃烧区上方温度相对较低的稀相燃烧区，在高温高热的惯性作用下继续保持燃烧反应，最终将剩余的残炭黑芯全部燃尽，从而实现燃煤飞灰颗粒的二次燃烧发电。作为优选方案，所说的步骤1)中，燃煤飞灰颗粒的掺入量与生物质循环流化床锅炉内生物质燃料的质量百分比控制在：燃煤飞灰颗粒10～30％，生物质燃料70～90％；其中，最佳的质量百分比控制在：燃煤飞灰颗粒15～20％，生物质燃料80～85％。由于生物质循环流化床锅炉具有燃烧充分高效、飞灰残渣含量少的特点(根据生物质燃料种类不同所产生的飞灰量一般在3～5％的范围内，特殊情况不超过10％)，因此额外添加30％以下的燃煤飞灰颗粒不会造成生物质循环流化床锅炉的负担，且循环量适中，可充分利用生物质循环流化床锅炉的流态化环境将燃煤飞灰颗粒燃尽。作为优选方案，所说的步骤1)中，燃煤飞灰颗粒与空气的悬浮混合物的流速控制在12～18m/s。其中，最佳的流速控制在14～16m/s，例如15m/s。适当的流速可以确保燃煤飞灰颗粒以一定的压力喷入密相燃烧区床层底部，加大其与炽热生物质床料颗粒之间的扰动、接触和混合，为后续剧烈燃烧反应创造条件。作为优选方案，所说的步骤1)中，燃煤飞灰颗粒与空气的质量比控制在2.0～3.5∶1。其中，最佳的质量比控制在2.5～3.0∶1。适当的质量比既可以确保燃煤飞灰颗粒进入密相燃烧区床层底部的浓度，又可以通过气力输送同步补充氧气，从而与一次风输送的氧气协同作用，使大部分燃煤飞灰颗粒中的残炭燃烧殆尽。作为优选方案，所说的步骤1)中，燃煤飞灰颗粒中的残炭含量占其总重量的8～15％。其中，大部分燃煤飞灰颗粒中的残炭含量占其总重量的10～14％。一般而言，这种残炭含量的燃煤飞灰颗粒的热值约在800～1200kcal/kg，可以有效补充生物质燃料发电热值偏低的不足，通过燃煤飞灰颗粒在密相燃烧区和稀相燃烧区的两级燃烧回用，最终进一步提高生物质循环流化床锅炉的发电效率。作为优选方案，所说的步骤2)和步骤3)中，燃煤飞灰颗粒在密相燃烧区的反应停留时间控制在0.8～1.5s。其中，最好的反应停留时间控制在1.0～1.2s。适当延长燃煤飞灰颗粒在密相燃烧区的反应停留时间，可促使其与一次风中的氧气充分接触混合燃烧，确保燃煤飞灰颗粒在此阶段尽量燃尽。作为优选方案，所说的步骤4)中，燃煤飞灰颗粒中剩余的残炭黑芯在稀相燃烧区的反应停留时间控制在5.2～6.5s。其中，最佳的反应停留时间控制在5.5～6.0s。这样，可以有效延长燃煤飞灰颗粒在生物质循环流化床锅炉内的总停留时间，确保所有的燃煤飞灰颗粒在此阶段完全燃尽。本专利技术为实现上述方法而专门设计的生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰设备，包括与生物质循环流化床锅炉配套使用的燃煤飞灰储存仓，其特殊之处在于：所述燃煤飞灰储存仓的底部出料口通过旋转给料装置与喷射器的粉料输入端相连，所述喷射器的空气输入端通过止回阀与鼓风机相连，所述喷射器的悬浮物喷口与传输管道的一端相连，所述传输管道的另一端从生物质循环流化床锅炉的底部风室进入其中、并穿过均布有风帽的布风板与底饲耐磨喷嘴相连，所述底饲耐磨喷嘴位于布风板上方的密相燃烧区中。作为优选方案，所述底饲耐磨喷嘴的喷射口位置高于所述布风板上的风帽的出风口位置500～800mm。这样，从风帽喷出的含氧浓度较高的一次风直接作用在其上方从底饲耐磨喷嘴喷出的燃煤飞灰颗粒上，一方面可以促使燃煤飞灰颗粒在密相燃烧区生产剧烈的翻滚和摩擦，脱除灰壳而露出其中的残炭黑芯；另一方面可以确保该残炭黑芯与氧气充分接触混合，发生剧烈的燃烧反应，从而将绝大部分的残炭黑芯燃尽。进一步地，所述底饲耐磨喷嘴的喷射方向与水平面的优选夹角为0～25°。这样，使燃煤飞灰颗粒以近乎水平的角度喷出，可增强其与炽热生物质床料颗粒之间的扰动，加大其与一次风中氧气的接触面积，从而提高燃煤飞灰颗粒中残碳黑芯的燃烧速率。进一步地，所述底饲耐磨喷嘴的数量为2～6个，可以是2个、4个或6个，均匀布置在所述布风板上方，各个底饲耐磨喷嘴通过支管与传输管道的另一端相连。这样，可以均匀分配进入生物质循环流化床锅炉内密相燃烧区床层底部的燃煤飞灰颗粒，确保生物质循环流化床锅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰方法，它是将燃煤锅炉排放的飞灰重新输送到生物质循环流化床锅炉(9)中进行回收利用的过程，其特征在于：该方法包括如下步骤：1)通过气流输送使燃煤飞灰颗粒处于悬浮流动状态，并喷射到生物质循环流化床锅炉(9)内位于布风板(11)上方的密相燃烧区(13)床层底部；2)使燃煤飞灰颗粒与密相燃烧区(13)中处于鼓泡流化状态或湍动流化状态的大量炽热生物质床料颗粒混合，生产强烈的传热传质和升温，并一起发生剧烈的翻滚和摩擦，将燃煤飞灰颗粒外层的灰壳磨掉，露出其中未燃尽的残炭黑芯；3)利用从布风板(11)上的风帽(12)中输出的一次风含氧浓度高的特点，使密相燃烧区(13)中的残炭黑芯与氧气发生迅速和充分的燃烧反应，其中绝大部分残炭黑芯被燃尽；4)随后剩余的残炭黑芯在生物质循环流化床锅炉(9)内流化风的作用下进入密相燃烧区(13)上方温度相对较低的稀相燃烧区(14)，在高温高热的惯性作用下继续保持燃烧反应，最终将剩余的残炭黑芯全部燃尽，从而实现燃煤飞灰颗粒的二次燃烧发电。

【技术特征摘要】
1.一种生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰方法，它是将燃煤锅炉排放的飞灰重新输送到生物质循环流化床锅炉(9)中进行回收利用的过程，其特征在于：该方法包括如下步骤：1)通过气流输送使燃煤飞灰颗粒处于悬浮流动状态，并喷射到生物质循环流化床锅炉(9)内位于布风板(11)上方的密相燃烧区(13)床层底部；2)使燃煤飞灰颗粒与密相燃烧区(13)中处于鼓泡流化状态或湍动流化状态的大量炽热生物质床料颗粒混合，生产强烈的传热传质和升温，并一起发生剧烈的翻滚和摩擦，将燃煤飞灰颗粒外层的灰壳磨掉，露出其中未燃尽的残炭黑芯；3)利用从布风板(11)上的风帽(12)中输出的一次风含氧浓度高的特点，使密相燃烧区(13)中的残炭黑芯与氧气发生迅速和充分的燃烧反应，其中绝大部分残炭黑芯被燃尽；4)随后剩余的残炭黑芯在生物质循环流化床锅炉(9)内流化风的作用下进入密相燃烧区(13)上方温度相对较低的稀相燃烧区(14)，在高温高热的惯性作用下继续保持燃烧反应，最终将剩余的残炭黑芯全部燃尽，从而实现燃煤飞灰颗粒的二次燃烧发电；并且，所说的步骤1)中：燃煤飞灰颗粒的掺入量与生物质循环流化床锅炉(9)内生物质燃料的质量百分比控制在：燃煤飞灰颗粒10～30％，生物质床燃料70～90％；燃煤飞灰颗粒与空气的悬浮混合物的流速控制在12～18m/s；燃煤飞灰颗粒与空气的质量比控制在2.0～3.5∶1；燃煤飞灰颗粒中的残炭含量占其总重量的8～15％。2.根据权利要求1所述的生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰方法，其特征在于：所说的步骤1)中，燃煤飞灰颗粒的掺入量与生物质循环流化床锅炉(9)内生物质燃料的质量百分比控制在：燃煤飞灰颗粒15～20％，生物质燃料80～85％。3.根据权利要求1所述的生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰方法，其特征在于：所说的步骤1)中，燃煤飞灰颗粒与空气的悬浮混合物的流速控制在14～16m/s。4.根据权利要求1所述的生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰方法，其特征在于：所说的步骤1)中，燃煤飞灰颗粒与空气的质量比控制在2.5～3.0∶1。5.根据权利要求1所述的生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰方法，其特征在于：所说的步骤1)中，燃煤飞灰颗粒中的残炭含量占其总重量的10～14％。6.根据权利要求1所述的生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰方法，其特征在于：所说的步骤2)和步骤3)中，燃煤飞灰颗粒在密相燃烧区(13)的反应停留时间控制在0.8～1.5s。7.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱德辉，张岩丰，周大庆，
申请(专利权)人：武汉凯迪工程技术研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42