一种基于循环流化床的双回路气化燃烧系统及方法与应用技术方案

本发明专利技术公开了一种基于循环流化床的双回路气化燃烧系统及方法与应用，包括气化炉、一级分离器、换热器、二级分离器、锅炉和灰仓，其中，一级分离器的进口与气化炉的出口连通，一级分离器的气体出口与换热器的热介质进口连通，换热器的热介质出口与二级分离器的进口连通，经过一级分离后的气体在换热器中换热冷却；二级分离器的气体出口与所述锅炉连通；一级分离器的固体出口与第一返料阀的进口连通，第一返料阀的一侧出口与气化炉的第一返料口连通，第一返料阀的另一侧出口与灰仓连通；二级分离器的固体出口与第二返料阀的进口连通，第二返料阀的一侧出口与气化炉的第二返料口连通，第二返料阀的另一侧出口与灰仓连通。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高效清洁燃烧领域，特别涉及一种基于循环流化床的双回路气化燃烧系统及方法与应用。
技术介绍
循环流化床气化炉由于具有原料适应性广、易于工程化放大等特点，在我国发展迅速，广泛应用于煤及生物质类固体废弃物的热化学转化能源化利用领域。目前工程中常见的生物质气化燃烧系统工艺为：生物质原料在循环流化床气化炉内气化燃烧后，所产生的高温燃气携带大量颗粒经过旋风分离器进行气固分离，大颗粒高温灰被捕集下来经立管和返料器返回气化炉膛，燃气携带细颗粒飞灰经过后续净化除尘处理后储存备用或直接通入蒸汽锅炉燃烧制取蒸汽两种主要应用模式。然而由于原料颗粒在炉膛内的停留时间较短，且气化炉膛温度较低(一般低于900℃)等原因，气化燃气中的飞灰含碳量一般在20％左右，对于粒径差别较大或原料草本、木质成分不一的生物质原料，部分灰渣与飞灰中的含碳量甚至高达30％，灰分含碳量高是导致系统效率降低的主要原因之一。例如，对于中药渣类工业生物质，不同种类不同配方所产生的药渣原料复杂多样，并含有较多的木质纤维，原料气化处理前也需要粉碎处理，但考虑到工程运行的经济性，进入气化炉的物料匀质性远不如煤粉。因此，多物料混合的生物质类原料气化系统运行工况更加复杂，易发生反应不均匀、气化不完全的情况，造成系统压力不稳定，并将返料阀堵塞，进而影响系统的稳定运行。而对于直接通入锅炉燃烧的应用模式，由于旋风分离器的气固分离效率有限，气化燃烧中携带数量可观的飞灰进入锅炉燃烧室，长时间运行产生的灰尘势必会对水冷壁产生沾污和腐蚀，影响锅炉换热效率与安全运行。
技术实现思路
针对以上现有技术中存在的技术问题，本专利技术的一个目的是提供一种基于循环流化床的双回路气化燃烧系统。该气化燃烧系统不但可以大大降低灰分中的含碳量，降低进入锅炉的飞灰量，提高锅炉的燃烧效率，还可以方便地控制物料循环量，并保持返料管路的压力平衡，避免返料阀处的堵塞导致的系统运行不稳定，并且通过控制物料循环量实现快速调节气化炉的反应工况，利于系统的动态调控与稳定运行。本专利技术的第二个目的是提供一种基于循环流化床的气化燃烧系统的稳定运行方法，该方法可以实现气化炉的稳定运行。本专利技术的第三个目的是提供上述循环流化床的双回路气化燃烧系统在生物质物料气化中的应用，尤其在多种类生物质混合物料气化中的应用。为了解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：一种基于循环流化床的双回路气化燃烧系统，包括气化炉、一级分离器、换热器、二级分离器、锅炉和灰仓，其中，一级分离器的进口与气化炉的出口连通，一级分离器的气体出口与换热器的热介质进口连通，换热器的热介质出口与二级分离器的进口连通，经过一级分离后的气体在换热器中换热冷却；二级分离器的气体出口与所述锅炉连通；一级分离器的固体出口与第一返料阀的进口连通，第一返料阀的一侧出口与气化炉的第一返料口连通，第一返料阀的另一侧出口与灰仓连通；二级分离器的固体出口与第二返料阀的进口连通，第二返料阀的一侧出口与气化炉的第二返料口连通，第二返料阀的另一侧出口与灰仓连通。所述气化炉、一级分离器、换热器、二级分离器、锅炉均设有若干个温度和压力测点。换热器的目的之一是对空气进行加热，将加热得到的热空气、蒸汽作为气化介质供给循环流化床气化炉，控制气化反应温度、调节反应气氛；换热器的目的之二是为了降低气化燃气温度，使部分气态焦油组分冷凝为液态，并粘附于细小飞灰颗粒，使细小飞灰颗粒形成较大粒径的粒子，进而提高二级旋风分离器的除尘效率，获取清洁生物质燃气，并可减小进入蒸汽锅炉的飞灰量，保证锅炉的换热效率，也可减轻烟气排放前的环保除尘压力。优选的，所述第一返料阀和第二返料阀底部设有风室，所述风室顶部设有布风板，所述布风板上设有若干通风的风帽。优选的，在所述返料阀的密闭空间内竖直落灰管口的两侧分别设置挡板将返料阀分隔为三个相对独立的腔室，第一腔室的出口连接于气化炉返料口，第三腔室的出口连接于灰仓，所述竖直落灰管连接于第二腔室的入口，所述挡板连接于返料阀顶板，其高度为返料阀空间高度的1/2～2/3。优选的，所述第一返料阀与第一返料口之间连接有第一输料阀，第二返料阀与第二返料口之间连接有第二输料阀。进一步优选的，所述第一返料阀与灰仓之间连接有第三输料阀，第二返料阀与第二返料口之间连接有第四输料阀。通过调节返料阀风室的通风量以及输料阀开度，实现返回气化炉或进入灰仓物料循环量的控制，并可保持返料管路的压力平衡，避免返料阀处的堵塞导致的系统运行不稳定；此外，两级返料装置分别通过不同的管路连接于气化炉与灰仓，构成两个独立的返料工作回路，便于系统的操作与可控性能。优选的，所述换热器为空气预热器，空气预热器的冷介质进口与空气源连接，冷介质出口与所述气化炉连接。气化煤气将冷空气加热，加热后的热空气通入气化炉中，控制气化反应温度、调节反应气氛。优选的，所述换热器为蒸汽发生器，蒸汽发生器的蒸汽出口端与气化炉连通。气化得到的高温燃气将水加热得到蒸汽。优选的，所述锅炉与灰仓连接。优选的，所述锅炉废气出口通过除尘装置与烟囱连接，除尘装置的固体出口与所述灰仓连通。所述的一级分离器与二级分离器可选用分离器的种类有旋风分离器、重力沉降器、惯性分离器；优选的，所述一级分离器为第一旋风分离器，二级分离器为第二旋风分离器。一种基于循环流化床的气化燃烧系统的稳定运行方法，包括如下步骤：将气化炉气化得到的燃气经过第一步气固分离后，进行降温，降温后的燃气进行第二步气固分离，得到净化后的燃气；第一步气固分离和第二步气固分离后的固体经过返料阀进行物料分配，固体按照分配比例返回气化炉和灰仓。优选的，第一步气固分离后的燃气中灰分的含量为0.5～2g/m3。优选的，降温后的燃气的温度为200～300℃。优选的，第二步气固分离后的燃气中灰分的含量为50～200mg/m3。上述循环流化床的双回路气化燃烧系统在生物质物料气化中的应用，尤其在多种类生物质混合物料气化中的应用。本专利技术的有益效果为：本专利技术的双回路气化燃烧系统，采用两级返料单元各自独立工作返料，系统压力与物料循环量易于调节控制，具有较好的颗粒循环倍率与燃烧效率，便于制取清洁的生物质燃气，也可减小进入蒸汽锅炉的飞灰量，保证锅炉的换热效率，也可减轻烟气排放前的环保除尘压力，进而实现了废弃生物质原料的高效清洁转化与利用。本专利技术的第一分离器与第二分离器之间连接有换热器，换热器不但可以对进入气化炉中的空气进行预热，改善气化炉的燃烧环境，还可以对高温燃气进行降温，将燃气中的部分焦油冷凝凝结，将燃气中的细小固体颗粒粘结为较大的固体颗粒，提高了第二分离器对灰分的去除效果。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术返料阀的结构示意图；图3是气化炉运行温度变化曲线；图4是系统运行压力差变化曲线，气化炉运行压力差为气化炉底部与气化风室压力差值，第一返料阀压力差、第一返料阀压力差分别为所述返料阀与其对应风室的压力差值。其中，1、进料口，2、气化炉，3、一级旋风分离器，4、换热器，5、二级旋风分离器，6、锅炉，7、除尘装置，8、风机，9、烟囱，10、灰仓，11、二级返料阀，12、一级返料阀，13、输料阀；21-1、第一返料口，21-2、第二返料口，22、刚玉质钢纤维耐磨浇注料，23、中轻质保温可塑砼，24、硅酸铝甩丝毯，25、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于循环流化床的双回路气化燃烧系统，其特征在于：包括气化炉、一级分离器、换热器、二级分离器、锅炉和灰仓，其中，一级分离器的进口与气化炉的出口连通，一级分离器的气体出口与换热器的热介质进口连通，换热器的热介质出口与二级分离器的进口连通，经过一级分离后的气体在换热器中换热冷却；二级分离器的气体出口与所述锅炉连通；一级分离器的固体出口与第一返料阀的进口连通，第一返料阀的一侧出口与气化炉的第一返料口连通，第一返料阀的另一侧出口与灰仓连通；二级分离器的固体出口与第二返料阀的进口连通，第二返料阀的一侧出口与气化炉的第二返料口连通，第二返料阀的另一侧出口与灰仓连通。

【技术特征摘要】
1.一种基于循环流化床的双回路气化燃烧系统，其特征在于：包括气化炉、一级分离器、换热器、二级分离器、锅炉和灰仓，其中，一级分离器的进口与气化炉的出口连通，一级分离器的气体出口与换热器的热介质进口连通，换热器的热介质出口与二级分离器的进口连通，经过一级分离后的气体在换热器中换热冷却；二级分离器的气体出口与所述锅炉连通；一级分离器的固体出口与第一返料阀的进口连通，第一返料阀的一侧出口与气化炉的第一返料口连通，第一返料阀的另一侧出口与灰仓连通；二级分离器的固体出口与第二返料阀的进口连通，第二返料阀的一侧出口与气化炉的第二返料口连通，第二返料阀的另一侧出口与灰仓连通。2.根据权利要求1所述的双回路气化燃烧系统，其特征在于：所述第一返料阀与第一返料口之间连接有第一输料阀，第二返料阀与第二返料口之间连接有第二输料阀；优选的，所述第一返料阀与灰仓之间连接有第三输料阀，第二返料阀与第二返料口之间连接有第四输料阀。3.根据权利要求1所述的双回路气化燃烧系统，其特征在于：所述第一返料阀和第二返料阀底部设有多个风室，多个风室的顶部设有布风板，所述布风板上设有若干用于通风的风帽，布风板与返料阀的壁围成返料阀的内部空间；优选的，在返料阀的进口的两侧分别设置有第一挡板和第二挡板，将返料阀内部空间分隔为三个相互连通的腔室，第一腔室的出口连接于气化炉返料口，第三腔室的出口连接于灰仓，第二腔室设置有所述返料阀的进口；...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈勇，常加富，徐鹏举，于杰，刘全美，刘兆远，
申请(专利权)人：山东百川同创能源有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37