燃烧含碳固体燃料的反应器和装置以及含碳固体燃料的燃烧方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及含碳固体燃料领域，具体涉及含碳固体燃料的燃烧装置和方法。该装置包括用于固体燃料燃烧的反应器(1)，反应器包括悬浮燃烧区(11)和层燃区(12)；层燃区设置有用于接收悬浮燃烧区中未燃尽的含碳固体燃料以进行二次燃烧的移动床层(121)，以及穿过移动床层上喷管(122)，所述上喷管的底部和所述移动床层的底部在层燃区的下部相通；悬浮燃烧区(11)设置有下喷管(111)；其中，下喷管和上喷管的设置使得下喷管携带的新鲜含碳固体燃料和第一含氧气体与上喷管携带的来自移动床层的小颗粒物质和第二含氧气体在所述悬浮燃烧区形成对撞气流。采用本发明专利技术的装置和方法能够对含碳固体燃料进行高效率燃烧，污染物排放低。

Reactor and device for burning solid fuel containing carbon and combustion method of solid fuel containing carbon

【技术实现步骤摘要】
燃烧含碳固体燃料的反应器和装置以及含碳固体燃料的燃烧方法
本专利技术涉及含碳固体燃料领域，具体涉及一种燃烧含碳固体燃料的反应器和包括所述反应器的装置以及一种含碳固体燃料的燃烧方法。
技术介绍
煤在我国的一次能源中占70％以上，而其中近1/3，即大约4.5吨标准煤又消耗在大约53万台各型工业锅炉的直接燃烧上。目前工业锅炉主要包括流化床锅炉和炉排炉。流化床炉燃烧技术是本世纪六十年代初得到迅速发展起来的一种新型清洁燃烧技术。采用该技术的焚烧炉的基本特征在于在炉膛下部布置有耐温的布风板，板上装有载热的惰性颗粒，通过床下布风，使惰性颗粒呈沸腾状，形成流化床段，在流化床段上方设有足够高的燃烬段(即悬浮段)。一般物料投入流化床后，颗粒与气体之间传热和传质速率高，物料在床层内几乎呈完全混合状态，投向床层的废弃物能迅速分散均匀。由于载热体贮蓄大量的热量，可以避免投料时炉温急剧变化，床层的温度保持均一，避免了局部过热，因此床层温度易于控制。同时它具有燃料效率高，负荷调节范围宽，污染物排放低，热强度高，适合燃用低热值燃料等优点。循环流化床由于物料的返料循环，烧的更干净一些，炉渣也更纯净，但其维修停炉期长，并且传统流化床燃烧方法只适用于较大规模的工业应用，除渣及粉尘回收装置较复杂，操作过程循环倍率较大，对炉体内耐火层的冲刷较为严重。炉排炉的优点是不需要对原料进行预处理。其不足之处如下：1.炉排必须耐热，在长期连续运行期间，热应力必须不变，这样炉排对材质要求高，而且炉排加工复杂，由于炉排需转动，可靠性低及能耗高构成其问题。2.对于垃圾处理，二恶英的产生温度在360℃～820℃之间，在炉排炉开车和停炉过程中炉温不可避免地要经过二恶英产生的温度区间，由于炉排炉开停车时间较长，所以这一过程二恶英排放量较大。同时，因炉排炉内需要机械装置，限制了炉排炉内温度的进一步提升，导致炉排炉一直在二恶英产生的温度区间附近工作，在燃烧过程控制不完全的情况下，二恶英将会大量产生；存在污染物排放不达标的现象，此外，炉排炉的燃烧方式较容易导致垃圾燃烧不充分。3.炉排炉的炉排不仅制造复杂，成本高，而且体积庞大，占地面积大。从技术角度来说，炉排炉适应范围广，性能稳定；从经济角度分析，炉排炉设备投资相对较高，但运行成本低，且运行时间久(一般设计年运行时间≥8000h)，经济效益反而好些；流化床设备便宜，但年运行时间少于炉排炉(一般设计年运行时间6600h，主要是要经常停炉维护)，因此经济收益不占优势。中国专利申请CN101025266A公开了一种煤燃锅炉的燃烧装置，其将燃烧过程分解为煤的流化床部分氧化气化和所生成半焦和可燃气的炉排式燃烧。该技术方案的特点是将煤热解和燃烧过程解耦，但由于仍采用流化床+固定床的形式，反应速率较慢，燃烧效率低，处理量偏低，不适用于工业或较大规模的民用供热的应用场合。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的如上问题，提供一种燃烧含碳固体燃料的反应器和装置，以及一种含碳固体燃料的燃烧方法，采用本专利技术的反应器、装置和方法能够对含碳固体燃料进行高效率燃烧，污染物排放低。为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种燃烧含碳固体燃料的反应器，该反应器包括悬浮燃烧区和层燃区；其中，层燃区设置有能够对悬浮燃烧区中未燃尽的含碳固体燃料进行二次燃烧的移动床层，以及穿过所述移动床层的上喷管；悬浮燃烧区设置有用于输送新鲜含碳固体燃料的下喷管；其中，下喷管和上喷管的设置使得包括新鲜含碳固体燃料和第一含氧气体的第一气固两相流与包括来自移动床层的小颗粒物质和第二含氧气体的第二气固两相流在所述悬浮燃烧区相撞，从而使得新鲜含碳固体燃料和所述小颗粒物质进行悬浮燃烧。本专利技术的第二方面提供一种燃烧含碳固体燃料的装置，该燃烧装置包括如上所述的反应器；以及用于接收来自反应器的烟气的烟气处理单元。本专利技术第三方面提供一种含碳固体燃料的燃烧方法，该方法包括：(1)在燃烧条件下，使包括新鲜含碳固体燃料和第一含氧气体的第一气固两相流与包括来自移动床层的小颗粒物质和第二含氧气体的第二气固两相流相撞，从而使得所述新鲜含碳固体燃料和来自移动床层的小颗粒物质进行悬浮燃烧；(2)将悬浮燃烧后形成的未燃尽的含碳固体燃料引入移动床层，并在第二含氧气体的作用下进行二次燃烧。本专利技术可以取得如下的有益效果：(1)本专利技术耦合了小颗粒固体燃料的悬浮燃烧和大颗粒固体燃料的移动床层燃，其中悬浮燃烧的反应速率较快，移动床层燃过程较慢。悬浮燃烧通过两股气固两相流的撞击流实现，一股物流为第一含氧气体(优选为第一预热含氧气体)携带新鲜燃料，流动方向为自上而下；另一股物流为第二含氧气体(优选为第二预热含氧气体)携带移动床层中生成的小颗粒物质，流动方向为自下而上。两股物流在移动床层上部撞击，形成撞击区，燃料颗粒在撞击区产生振荡运动，延长燃料颗粒在富氧空间中的停留时间；由于一部分颗粒进入反向气流，气固两相间可以形成较大的速度差，强化传质传热过程；颗粒的撞击和碰撞会造成破碎，减小颗粒体积，加快反应速率，提高燃烧效率。(2)撞击流悬浮燃烧过程中未燃尽颗粒返回移动床层。进入移动床层的预热空气对燃料床层底部有局部流化作用，床层发生缓慢燃烧，经历燃烧过程体积变小的颗粒逃逸出移动床层并落入层燃区下部，从而被第二含氧气体带入上喷管，被高速气流携带进入撞击区。移动床层的作用还包括：1.利用燃料的蓄热，维持燃烧炉的温度；2.进入燃烧炉的含碳固体燃料一般混有一定比例的脱硫剂，脱除悬浮燃烧和层燃过程中生成的硫化物；3.悬浮燃烧生成的NOx可以在通过移动床层的床层中被还原成N2。(3)优选的，本专利技术反应器的炉膛上部四面内墙还设置有换热器，利用移动床层的热辐射和热烟气的热对流换热生产热水或蒸汽；(4)优选的，本专利技术还设置有包括除尘器和省煤器的烟气处理装置，以对悬浮燃烧后生成的较轻飞灰随热烟气进入燃烧炉后的除尘器进行气固分离以除尘，除尘后的烟气进入省煤器进行换热，并优选对空气进行预热形成预热空气。附图说明图1是本专利技术提供的一种具体的含碳固体燃料的燃烧装置。图2是本专利技术提供的一种具体的层燃区。图3是本专利技术提供的一种插入有上喷管的孔板的结构示意图。附图标记说明1反应器2烟气处理单元3含氧气体供给单元4给料单元11悬浮燃烧区12层燃区21除尘器22省煤器41料仓42下降管43阀门121移动床层122上喷管111下喷管123排渣口124孔板221过热段222换热段具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。根据本专利技术的第一方面，提供一种燃烧含碳固体燃料的反应器，该反应器1包括悬浮燃烧区本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃烧含碳固体燃料的反应器，其特征在于，该反应器(1)包括悬浮燃烧区(11)和层燃区(12)；/n其中，所述层燃区(12)设置有能够对所述悬浮燃烧区(11)中未燃尽的含碳固体燃料进行二次燃烧的移动床层(121)，以及穿过所述移动床层(121)的上喷管(122)；/n所述悬浮燃烧区(11)设置有用于输送新鲜含碳固体燃料的下喷管(111)；/n其中，所述下喷管(111)和所述上喷管(122)的设置使得包括新鲜含碳固体燃料和第一含氧气体的第一气固两相流与包括来自所述移动床层(121)的小颗粒物质和第二含氧气体的第二气固两相流在所述悬浮燃烧区(11)相撞，从而使得新鲜含碳固体燃料和所述小颗粒物质进行悬浮燃烧。/n

【技术特征摘要】
1.一种燃烧含碳固体燃料的反应器，其特征在于，该反应器(1)包括悬浮燃烧区(11)和层燃区(12)；
其中，所述层燃区(12)设置有能够对所述悬浮燃烧区(11)中未燃尽的含碳固体燃料进行二次燃烧的移动床层(121)，以及穿过所述移动床层(121)的上喷管(122)；
所述悬浮燃烧区(11)设置有用于输送新鲜含碳固体燃料的下喷管(111)；
其中，所述下喷管(111)和所述上喷管(122)的设置使得包括新鲜含碳固体燃料和第一含氧气体的第一气固两相流与包括来自所述移动床层(121)的小颗粒物质和第二含氧气体的第二气固两相流在所述悬浮燃烧区(11)相撞，从而使得新鲜含碳固体燃料和所述小颗粒物质进行悬浮燃烧。


2.根据权利要求1所述的反应器，其中，所述第一含氧气体为第一预热含氧气体，所述第二含氧气体为第二预热含氧气体，所述第一气固两相流和所述第二气固两相流的撞击点设在距离所述层燃区(12)上端0.3-0.5D处；
优选的，所述层燃区(12)的高度为0.1-0.2D；
优选的，所述反应器的高度为1-5D；
优选的，所述下喷管(111)的直径为0.02-0.05D，所述上喷管(122)的直径为0.02-0.05D；
其中，D为反应器的内径。


3.根据权利要求1或2所述的反应器，其中，所述层燃区(12)设置有孔板(124)，所述孔板(124)用于接收所述悬浮燃烧区(11)中未燃尽的含碳固体燃料以形成所述移动床层(121)，且所述第二含氧气体能够通过所述孔板(124)进入所述移动床层(121)以对未燃尽的含碳固体燃料进行二次燃烧，且所述移动床层(121)中的小颗粒物质能够穿过所述孔板(124)离开所述移动床层(121)，并至少部分进入所述上喷管(122)中，
优选地，所述孔板(124)和所述上喷管(122)的设置使得所述第二含氧气体在所述上喷管(122)内的流速为15-25m/s，在所述移动床层(122)中的流速为0.8-1.2m/s。


4.根据权利要求1所述的反应器，其中，所述层燃区(12)还周向布置有至少一个用于排出残渣的排渣口(123)。


5.根据权利要求1、2或4所述的反应器，其中，所述悬浮燃烧区(11)的内壁还周向设置有换热器，以吸收反应热。


6.根据权利要求1、2或4所述的反应器，其中，所述上喷管(122)和/或所述下喷管(111)沿所述反应器的中心线设置。


7.一种燃烧含碳固体燃料的装置，其特征在于，该燃烧装置包括权利要求1-6中任意一项所述的反应器；以及用于接收来自反应器(1)的烟气的烟气处理单元(2)；
优选的，按照烟气的流向，所述烟气处理单元(2)依次包括除尘器(21)和省煤器(22)，在所述省煤器(22)中，能够通过与所述烟气换热为所述第一含氧气体和/或所述第二含氧气体提供至少部分热量。


8.根据权利要求1或7所述的装置，其中，该装置还包括含氧气体供给单元(3)和/或给料单元(4)；
优选的，所述含氧气体供给单元(3)分别连接所述下喷管(111)的上...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘臻，彭宝仔，冯子洋，方薪晖，索娅，安海泉，
申请(专利权)人：国家能源投资集团有限责任公司，北京低碳清洁能源研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11