用于鼓泡流化床燃烧的床料制造技术

本发明专利技术属于鼓泡流化床燃烧的技术领域并涉及具有0.1mm至1.8mm的平均粒径<dp>的钛铁矿颗粒作为具有低于1.3的过量空气比(λ)的鼓泡流化床(BFB)锅炉的床料的用途，以及用于操作鼓泡流化床(BFB)锅炉的方法，包括用包含权利要求1和4‑5中任一项限定的钛铁矿颗粒的鼓泡流化床进行燃烧过程；和将过量空气比(λ)设定为小于1.3的值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于鼓泡流化床燃烧的床料
本专利技术属于鼓泡流化床燃烧的
，并涉及钛铁矿颗粒在鼓泡流化床锅炉中的用途以及用于操作鼓泡流化床锅炉的方法。
技术介绍
在流化床燃烧(FBC)中，燃料悬浮于固体颗粒材料的热流化床中。在该技术中，使流化气体以特定流化速度通过固体颗粒床料。在非常低的气体速度下，床保持静止。一旦流化气体的速度升高超过流化气体的力平衡作用于颗粒的重力的最小流化速度(umf)时，固体床料在许多方面行为表现类似于流体，且床被认为是流化的。实际使用的两种主要类型的流化床燃烧系统是鼓泡流化床(BFB)锅炉和循环流化床(CFB)锅炉。BFB燃烧已经开发为炉排锅炉(grateboiler)的替代，并到现在为止是用于燃烧各种各样的燃料的成熟技术。炉排锅炉在温度和燃料分布上可以表现出相当大的变化。在BFB技术中，床料，通常是硅砂，被应用为热载体以在脱挥发和焦炭转化区中产生更均匀的热和燃料分布。在BFB燃烧中，流化气体速度高于最小流化速度且低于床颗粒夹带流化气体中并被流化气流带走的夹带速度。这些流化气体速度导致在床中形成气泡，在与炉排燃烧相比时，有利于气体传送通过床料并允许更好地控制燃烧条件(更好的温度和湍流控制)。该技术在燃烧非常潮湿的燃料时是特别有利的，因为良好混合的床料起到热量贮存(heatmagazine)作用而平衡由湿燃料转化所引起的局部冷区。在BFB燃烧中，未燃烧的燃料可以包含于随烟道气上升的飞灰中。通过CFB锅炉的开发解决了这个问题，其允许再循环未燃烧的燃料。在CFB燃烧中，流化气体以高于夹带速度的流化速度通过床料，使得固体颗粒被流化气流带走。然后将颗粒从气流中分离，并通过返料器(loopseal)循环回炉中。通常将空气用作流化气体(所谓的一次空气)，并从床下方通过床料，从而起到燃烧所需的氧源的作用。即使流化床被看作是在固体燃料和床料之间提供良好混合的系统，特别是当与炉排锅炉相比时，混合并不完全。例如，由于例如乱窜(streaking)(在炉内出现氧含量高且具有较差的与可燃物的接触或不接触的独立气态流)，可能出现关于炉内燃料和氧气的不均匀混合条件。为了补偿不均匀的混合条件，有必要以超过化学计量所需的量提供氧气以实现基本上完全的燃烧。过量的空气比率取决于燃料的不均匀性，通常为1.3。为此，二次和通常的三次空气端口分布于锅炉的关键区域(通常在炉的余幅(freeboard)中)，以确保完全燃料燃烧。然而，向锅炉供应过量空气会导致锅炉效率降低，并还可能导致不期望的环境影响，如例如增加一氧化碳(CO)、未燃烧的烃或氮氧化物(NOx)的排放。由现有技术，已知在CFB过程中使用钛铁矿作为流化床料(H.Thunmanetal.,Fuel113(2013)300-309)。天然存在的矿物钛铁矿是一种氧化铁钛(FeTiO3)，其可以反复氧化和还原，由此起到氧化还原材料的作用。由于钛铁矿的这种还原氧化特性，该材料可以用作循环流化床(CFB)燃烧中的氧载体。对CFB燃烧中的钛铁矿的研究由化学循环燃烧(CLC)中钛铁矿作为固体氧携带材料的研究所启发，其中固体携氧携带材料在富氧和贫氧环境之间循环。在CFB过程中，钛铁矿颗粒会经历炉内的还原条件和在再循环进入炉时的氧化条件。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供用于高效和成本有效的鼓泡流化床燃烧，具体地用于连续操作的BFB锅炉的方式。通过根据权利要求1的用途和根据权利要求6的方法解决了这个目的。有利的实施方式限定于从属权利要求中。具体地，本专利技术已经认识到，一方面，具有0.1mm至1.8mm的平均粒径<dp>的钛铁矿颗粒作为具有低于1.3的过量空气比率(λ)的鼓泡流化床(BFB)锅炉的床料的用途，以及另一方面，用于操作鼓泡流化床(BFB)锅炉的方法，包括：a)使用包含具有0.1mm至1.8mm的平均粒径<dp>的钛铁矿颗粒的鼓泡流化床进行燃烧过程；和a)将过量空气比率(λ)设定为小于1.3的值，使得以较少过量的空气进行鼓泡流化床燃烧过程，由此更接近于化学计量燃烧，导致效率提高。该解决方案是意想不到的，因为现有技术的CLC和CFB过程的共同特征是存在其中富/贫氧条件主导的独立区域。因此，这使得在具有明显不同的燃烧/反应条件的独立且限定的区域中高效地循环钛铁矿。相比之下，起泡流化床燃烧缺乏这些独立且限定的区域，并且看起来违反直觉的是，钛铁矿的供氧能力可以用于BFB燃烧。本专利技术基于以下出乎意料的发现：在鼓泡流化床燃烧中，原位燃烧参数的变化足以利用钛铁矿供氧能力有效地平衡空气供给和燃烧材料的变化。这使得可以降低过量空气比率(λ)，这增加效率并降低排放问题，特别是CO，NOx和未燃烧的烃的排放。因此，本专利技术允许在连续操作下在单一鼓泡流化床中利用钛铁矿的还原-氧化效应。首先，在本专利技术的上下文中解释了几个术语。本专利技术涉及具有0.1mm至1.8mm的平均粒径<dp>的钛铁矿颗粒作为具有低于1.3的过量空气比率(λ)的鼓泡流化床(BFB)锅炉的床料的用途。在本专利技术的上下文中，术语床料描述了旨在在BFB系统中生成流化床的材料。应该注意的是，燃料不是床料。术语燃料描述了待燃烧的材料，并包括已知在BFB锅炉中可燃烧的任何燃料，特别是生物质和基于废物的燃料。典型的燃料材料是木材，农业生物质或污泥。本专利技术不限于特定类型的燃料的燃烧并涵盖不同燃料的混合物的燃烧。过量空气比λ是BFB锅炉的运行中的常用参数，并定义为燃烧过程中实际存在的空气的燃料的质量比(MR空气/燃料＝m空气/m燃料)除以空气与燃料的化学计量质量比。即，λ＝(MR空气/燃料)实际/(MR空气/燃料)化学计量。实际存在于锅炉中的空气与燃料的质量比由供应给锅炉的燃料和空气的量确定。空气与燃料的化学计量质量比是提供的燃料的完全燃烧的化学计量所需的质量比，并可以对任何给定的燃料组成计算。本专利技术已经认识到，使用本专利技术的钛铁矿颗粒作为鼓泡流化床锅炉中的床料允许在接近化学计量比率的空气与燃料的比率下有效的燃烧，导致更有效的燃烧过程和更少的环境有害排放。根据本专利技术，钛铁矿颗粒用作具有低于1.3的λ的BFB锅炉的床料。在优选的实施方式中，λ为1.25或更小，更优选为1.2或更小，更优选为1.1或更小，最优选为1.05至1.1。对于基于废物的燃料的燃烧，优选λ为1.23或更小，更优选1.1或更小，更优选为1.05-1.23，最优选1.05-1.1。对于生物质燃料的燃烧，λ优选为1.19或更小，更优选为1.1或更小，更优选为1.05至1.19，最优选为1.05至1.1。本专利技术中使用的钛铁矿颗粒可以，例如，是钛铁矿砂，条件是钛铁矿砂颗粒满足粒径要求。优选地，钛铁矿颗粒是粉碎的钛铁矿。在本专利技术的上下文中，可以通过机械筛分处理粒径(dp)。将每次筛上捕获的质量称重，并将平均粒径(<dp>)计算为质量加权平均值。钛铁矿颗粒的平均粒径优选为至少0.2mm，更优选为至少0.3mm，最优选为至少0.4mm。优选地，钛铁矿颗粒的平均粒径不大于1.8mm，更优选不大于1.0mm，最优选不大于0.6mm。在本专利技术的上下文中，每个下限可以与每个上限组合而限定平均粒径范围。平均钛铁矿粒径的优选范围为0.2-1.8mm，0.3-1.0mm和0本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有0.1mm至1.8mm的平均粒径<dp>的钛铁矿颗粒作为用于具有低于1.3的过量空气比(λ)的鼓泡流化床(BFB)锅炉的床料的用途。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.22 EP 14199853.41.具有0.1mm至1.8mm的平均粒径<dp>的钛铁矿颗粒作为用于具有低于1.3的过量空气比(λ)的鼓泡流化床(BFB)锅炉的床料的用途。2.根据权利要求1所述的用途，其中，λ为1.25或更小、更优选1.2或更小、更优选1.1或更小、最优选1.05至1.1。3.根据权利要求1所述的用途，其中，基于废物的燃料的燃烧的λ为1.23或更小、优选为1.1或更小、更优选为1.05至1.23、最优选为1.05至1.1；和/或其中生物质燃料的燃烧的λ为1.19或更小、优选1.1或更小、更优选1.05至1.19、最优选1.05至1.1。4.根据权利要求1-3中任一项所述的用途，其中i)所述钛铁矿颗粒的所述平均粒径(<dp>)-为至少0.2mm、优选至少0.3mm、最优选至少0.4mm；并且-不大于1.8mm、优选不大于1.0mm、最优选不大于0.6mm；和/或ii)所述钛铁矿颗粒具有0.1mm至1.8mm的范围内，优选0.3mm至1.0mm的范围内的粒径(dp)。5.根据权利要求1-4中任一项所述的用途，其特征在于，所述钛铁矿是粉碎的岩石钛铁矿。6.一种用于操作鼓泡流化床(BFB)锅炉的方法，包括：a)用包含权利要求1和4-5中任一项所限定的钛铁矿颗粒的鼓泡流化床进行燃烧过程；和b)将所述过量空气比(λ)设定为低于1.3的值。7.根据权利要求6所述的方法，其中，λ设定为1.25或更小、更优选1.2或更小、更优选1.1或更小、最优选1.05至1.1的值。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，基于废物的燃料的燃烧的λ设定为1.23或更小、优选为1.1或更小、更优选1.05至1.23的值、最优选1.05至1.1的值；和/或其中生物质燃料的燃烧的λ设定为1.19或更小、优选1.1或更小、更优选1.05...

【专利技术属性】
技术研发人员：本特奥克·安德松，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