用于操作流化床锅炉的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于操作流化床锅炉的方法，包括：a)将次级含氧气体与初级含氧流化气体的比例设定为0.0至0.8的范围内的值；b)用包含钛铁矿颗粒的流化床进行燃料的燃烧；并且涉及流化床锅炉。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于操作流化床锅炉的方法
本专利技术属于流化床燃烧的
，并且涉及一种操作流化床锅炉的方法和一种流化床锅炉。
技术介绍
在流化床燃烧(FBC)中，燃料悬浮在固体颗粒材料(通常为硅砂)的热流化床中。在该技术中，流化气体以特定流化速度通过固体颗粒床料，其通常为硅砂。床料用作热载体以促进快速热传递。在非常低的气体速度下，床保持静止。当流化气体的速度升高到高于流化气体的力平衡作用在颗粒上的重力的最小流化速度时，固体床料在许多方面表现为类似流体，并且床被称为是流化的。在鼓泡流化床(BFB)锅炉中，流化气体通过床料以在床中形成气泡，便于气体通过床料的输送，并且当与炉排燃烧相比时允许更好地控制燃烧条件(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料。然后，例如通过旋风分离器将颗粒与气体流分离，并通常通过环封(loopseal)循环回到炉膛中。通常使用含氧气体(通常为空气或空气和再循环燃料气的混合物)作为流化气体(所谓的初级含氧气体或初级空气)，并从床下方通过床料，从而作为燃烧所需的氧源。在燃烧器的时间和空间上混合燃料和氧气的能力是达到高燃烧效率和低有害物质排放的最关键参数之一。用于在商业燃烧锅炉中实现充分混合和充分燃料转化的最常见的策略是操作具有用于将含氧气体(所谓的次级含氧气体(secondaryoxygencontaininggas，二次含氧气体)，通常为空气)注入到炉中的各种进料口的炉。进料口沿着炉分布在策略位置(通常在干舷中)以便于燃料和氧气的混合，导致复杂的锅炉设计。需要进料到炉中的次级含氧气体的量取决于锅炉类型(CFB或BFB)和所用的燃料类型。通常，给定燃料越不均匀和挥发性丰富，需要更多的次级含氧气体。此外，较高的燃料负荷需要较高量的次级含氧气体以实现燃料和氧气的充分混合。在实践中，所需的次级含氧气体的量可能相当高。实现次级含氧气体进入主气体流中的良好的混合并不简单。在大多数情况下，会发生效应“条纹(streaking)”。条纹现象与炉内的热气体和作为次级含氧气体进料的冷含氧气体(通常为冷空气)之间的均匀混合不良相结合。其自然原因是冷和热气体之间的粘度差以及整个反应器体积中进料空气的几何约束。条纹性能导致氧浓度可能非常高的局部区域。这些区域结合未转化的燃料可导致高温，其在实验期间已被测量可高达350℃以上温度。这些局部高温引起粘附在炉壁和炉下游的传热表面上的复杂的灰组分的熔化，导致结垢、腐蚀问题和升高的维护成本。混合不良一方面导致产生局部热区的富氧条纹，另一方面导致产生CO排放的缺氧条纹，并且在最坏的情况下会导致局部腐蚀。混合不良也是旋风分离器常常充当后燃烧器室的原因，因此具有较高的维护成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种操作流化床锅炉的方法，其允许燃料和氧气的良好混合并减少上述缺点。该目的通过独立权利要求的特征来解决。有益的实施方式在从属权利要求中限定。本专利技术提供了一种操作流化床锅炉的方法，包括：a)将次级含氧气体与初级含氧流化气体(primaryoxygencontainingfluidizinggas)的比例设定为在0.0至0.8范围内的值；b)用包含钛铁矿颗粒的流化床进行燃料的燃烧。从现有技术中可以知道在CFB方法中使用钛铁矿作为流化床料(H.Thunman等人，Fuel113(2013)300-309)。天然存在的矿物钛铁矿主要由铁钛氧化物(FeTiO3)组成，其可被重复地氧化和还原，从而充当氧化还原材料。由于钛铁矿的这种还原-氧化特征，该材料可以用作氧载体以改善循环流化床(CFB)燃烧中氧气和燃料的混合，并且现有技术已经报道，当床料包含钛铁矿颗粒时，CFB方法可以以较低的空气与燃料比进行。术语空气与燃料比(λ)是本领域中通常理解的并且表示在燃烧单元中相对于燃料供给的空气的量。其被定义为由提供给燃烧炉的氧除以化学计量燃烧所需的氧所确定的比例并且表示为其中，m氧,提供的是以燃烧空气形式供给到炉中的氧的总质量；并且m氧,化学计量是达到供给到炉中的燃料的化学计量燃烧所需氧的质量。本专利技术已经认识到，包含钛铁矿颗粒的流化床提供氧气和燃料的充分混合以进行对次级含氧气体具有减少或甚至去除的需求的燃烧过程。因此，给定燃料的燃烧可以比使用常规床料如硅砂可能的次级含氧气体与初级含氧流化气体的显著更低的比例进行。这进而可以大大减少(并且在没有次级氧气进料的情况下甚至避免)与将次级含氧气体供给到炉相关的缺点。解决方案是意想不到的，因为达到在现有技术中用钛铁矿作为床料获得的较低的空气与燃料比需要与对于仅硅砂的流化床库存的进料的次级空气与进料的初级空气的相同的恒定比，这表明需要次级与初级空气的基本上相同的分布以开发钛铁矿的载氧能力。相比之下，本专利技术惊奇地发现，钛铁矿的载氧能力是足够的，特别是即使在炉中的低气态氧含量下，也能够显著地减少或甚至去除进料到炉中的次级含氧气体。首先，在本专利技术的上下文中解释了几个术语。初级含氧气体是用于使锅炉中的床料流化的气体。通常通过床下方的一排喷嘴将初级含氧硫化气体注入炉中。在本专利技术的上下文中，术语次级含氧气体是指不是初级流化气体的供给到炉中的用于燃料的燃烧的所有含氧气体。通常通过位于整个炉内特别是炉的整个干舷(上部)的喷嘴将次级含氧气体注入到炉中。优选地，初级和/或次级含氧气体可以是空气。次级含氧气体与初级含氧气体的比例定义为次级含氧气体与初级含氧气体的质量流量的比(通常在工业应用中描述为含氧气体/秒的标准立方米)。在本专利技术的操作循环流化床锅炉的方法中，将次级含氧气体与初级含氧流化气体的比例设定为在0.0至0.8范围内的值。该范围包括其中将次级含氧气体与初级含氧流化气体的比例设定为0.0的情况，即，其中没有向炉内供给次级含氧气体的情况。与使用常规床料(例如，硅砂)相比，本专利技术允许以明显降低的次级含氧气体与初级含氧流化气体的比例的范围操作流化床锅炉。在优选的实施方式中，将次级含氧气体与初级含氧流化气体的比例设定为在0.0至0.7范围内的值，优选为在0.0至0.65范围内的值，更优选为在0.0至0.4范围内的值，更优选为在0.0至0.3范围内的值。最优选地，将次级含氧气体与初级含氧流化气体的比例设定为0。其它优选的实施方式特征在于以下特征：-燃料包括生物质并且将次级含氧气体与初级含氧流化气体的比例设定为在0.0至0.7范围内的值，进一步优选为在0.0至0.65的范围内，进一步优选为在0.0至0.5的范围内，进一步优选为在0.0至0.4的范围内，进一步优选为在0.0至0.3的范围内，进一步优选为在0.0至0.2的范围内，进一步优选为在0.0至0.1的范围内；和/或-燃料包括废弃物并且将次级含氧气体与初级含氧流化气体的比例设定为在0.0至0.65范围内的值，进一步优选为在0.0至0.5的范围内，进一步优选为在0.0至0.4的范围内，进一步优选为在0.0至0.3的范围内，进一步优选为在0.0至0.2的范围内，进一步优选为在0.0至0.1的范围内。本专利技术基于由载氧矿物钛铁矿代替部分或全部常规惰性床料。在本专利技术的上下文中，术语床料描述了意图在系统中产生流化床的材料。术语燃料描述了将在流化床方法中被燃烧的材料，并且包括已知在流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于操作流化床锅炉的方法，包括：a)将次级含氧气体与初级含氧流化气体的比例设定为在0.0至0.8范围内的值；b)用包含钛铁矿颗粒的流化床进行燃料的燃烧。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.15 EP 15172219.6;2015.06.25 EP 15173901.81.一种用于操作流化床锅炉的方法，包括：a)将次级含氧气体与初级含氧流化气体的比例设定为在0.0至0.8范围内的值；b)用包含钛铁矿颗粒的流化床进行燃料的燃烧。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于将所述次级含氧气体与初级含氧流化气体的比例设定为在0.0至0.7范围内的值，优选为在0.0至0.65范围内的值，更优选为在0.0至0.4范围内的值，更优选为在0.0至0.3范围内的值，其中，最优选为将所述次级含氧气体与初级含氧流化气体的比例设定为0。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中-所述燃料包括生物质并且将所述次级含氧气体与初级含氧流化气体的比例设定为在0.0至0.7范围内的值，进一步优选为在0.0至0.65范围内的值，进一步优选为在0.0至0.5范围内的值，进一步优选为在0.0至0.4范围内的值，进一步优选为在0.0至0.3范围内的值，进一步优选为在0.0至0.2范围内的值，进一步优选为在0.0至0.1范围内的值；和/或-所述燃料包括废弃物并且将所述次级含氧气体与初级含氧流化气体的比例设定为在0.0至0.65范围内的值，进一步优选为在0.0至0.5范围内的值，进一步优选为在0.0至0.4范围内的值，进一步优选为在0.0至0.3范围内的值，进一步优选为在0.0至0.2范围内的值，进一步优选为在0.0至0.1范围内的值。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，进一步包括以将烟道气中的氧浓度保持在高于0.8vol.％的下限值且低于5.0vol.％的上限值的量向炉膛供应氧。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于以下特征之一：-所述燃料包括煤并且以将所述烟道气中的氧浓度保持在高于0.8vol.％的下限值且低于2.5vol.％的上限值、优选高于0.8vol.％的下限值且低于2.0vol.％的上限值、更优选高于1.3vol.％的下限值且低于1.8vol.％的上限值、更优选高于1.5vol.％的下限值且低于1.8vol.％的上限值的量向所述炉膛供应氧；-所述燃料包括生物质并且以将所述烟道气中的氧浓度保持在高于1.0vol.％的下限值且低于3.5vol.％的上限值、优选高于1.0vol.％的下限值且低于3.0vol.％的上限值、更优选高于1.3vol.％的下限值且低于3.0vol.％的上限值、更优选高于1.5vol.％的下限值且低于3.0vol.％的上限值、更优选高于2.0vol.％的下限值且低于3.0vol.％的上限值、更优选高于1.3vol.％的下限值且低于2.5vol.％的上限值的量向所述炉膛供应氧；-所述燃料包括废弃物类燃料并且以将所述烟道气中的氧浓度保持在高于2.5vol.％的下限值且低于5.0vol.％的上限值、优选高于3.0vol.％的下限值且低于5.0vol.％的上限值、更优选高于3.5vol.％的下限值且低于5.0vol.％的上限值、更优选高于3.0vol.％的下限值且低于4.0vol.％的上限值的量向所述炉膛...

【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