[发明专利]一种稻壳直燃联产碳化稻壳装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳化稻壳装置，具体涉及一种稻壳直燃联产碳化稻壳装置 。

背景技术

目前，与常见的各类生物质燃料类似，稻壳也是由有机质和无机质组成，有机质的主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，无机质的基本成分为水分和灰分。

通过燃烧放热在锅炉中生产蒸汽、热水或导热油供用户使用，是稻壳最普遍的能源利用方式。目前，很多发电锅炉或工业锅炉使用稻壳为燃料，采用的燃烧方式与燃煤相同，常用的燃烧设备有链条炉排、往复炉排、流化床等。

稻壳的特殊之处在于：干燥基灰分含量为15％左右，远远高于其它种类的生物质，折算灰分高于大部分煤炭，所以，稻壳是一种极为特殊的高灰分生物质燃料，这使得稻壳在能源转换过程中，有非常特殊的燃烧特征和灰渣特征。

使用常规的固体燃料燃烧设备燃用稻壳时，着火条件和挥发份燃烧条件都很优越，所以稻壳是一种很容易燃烧的固体燃料。稻壳燃烧的难点在于固定碳难以燃尽，造成燃烧效率低下，产生的大量灰渣成为固体废弃物难以处理，其原因在于稻壳的灰分含量太高，灰分的主要组分为二氧化硅，燃烧过程中，固定碳与二氧化硅在高温条件下结合成硅碳络合物，极其难以燃尽，最终形成的稻壳灰带走大量未燃尽的碳，特别是稻壳灰的堆积密度小于200kg/ m3，与中质烟煤相比，同样容量的锅炉，排出的稻壳灰的体积是煤灰体积的5～8倍。煤灰可以作为砖或水泥的原料，而稻壳灰的成分和残碳燃烧性能皆不适合于作为建材原料使用，只在冶金行业有少量的稻壳灰用户（用于钢水保温等）。所以，按照现有的稻壳燃烧方式组织稻壳燃烧时，项目运营的难点在于稻壳灰难以处理。

为了解决稻壳灰的出路，技术上有两种路径：一是尽量提高固定碳的燃尽率，将稻壳灰的含碳量降到很低的水平，再进一步考虑稻壳灰的综合利用（例如作为保温材料）；二是尽量降低固定碳的燃尽率，将稻壳灰的含碳量提高到很高的水平，生产出碳化稻壳，再进一步考虑碳化稻壳的综合利用。以上两种技术路径皆有很多工程实践和实施案例。本发明提出的稻壳直燃联产碳化稻壳装置，属于第二种技术路径。

对于第二种技术路径，现有的稻壳锅炉联产碳化稻壳的装置，有气化（间接燃烧）和直燃两种方式。间接燃烧的稻壳锅炉联产碳化稻壳的方式是：稻壳通过固定床气化炉，生产出可燃气体和碳化稻壳，可燃气体作为锅炉的燃料，这种方式产能很低，效率低下，排出高浓度废水，所以使用效果很差。稻壳直接燃烧联产碳化稻壳，由于技术目标是产出碳化稻壳，流化床燃烧设备和往复炉排燃烧设备皆不适宜使用，所以，现有的稻壳直燃联产碳化稻壳的装置，以链条炉排燃烧设备为主，并发展出很多种形式。

技术含量较低的稻壳直燃联产碳化稻壳的方式是：在常规的链条炉排燃煤锅炉上，改用稻壳为燃料，通过加大床层厚度、加快炉排速度、减少或停止使用炉排风等技术手段，在火床上生产出碳化稻壳。这种方式存在的主要问题有：挥发份燃烧条件很差，效率低下，挥发份裂解产生的碳黑使得锅炉排烟黑度超标；燃料供应量不足，锅炉炉膛的燃烧强度低，煤斗容易自燃，锅炉出力大幅度下降；炉膛非常容易发生爆燃事故，严重威胁运行的安全性；碳化稻壳的含碳量不稳定。

技术含量相对较高的稻壳锅炉联产碳化稻壳的方式是：稻壳采用气力输送的方式，高位喷入炉膛，在炉膛的大空间内组织稻壳的悬浮燃烧并沉降到炉排的火床上，火床和炉膛之间用水冷管组分隔，炉排风室内掺入冷烟以减少火床燃烧的强度。现有的这类稻壳锅炉联产碳化稻壳方式，存在的问题主要有：系统复杂、造价高昂、火床堆积均匀性差、出渣困难、碳化稻壳的含碳量不稳定等。

本发明针对稻壳直燃联产碳化稻壳，采用了一种全新的思路：利用低位布置的前置喷燃器，并使用预燃室与后拱的配合，来组织稻壳的悬浮热解、挥发份燃烧和颗粒沉降，同时使用冷烟和蒸汽来精确调节炉排风的含氧量，在实现挥发份充分燃烧的同时，得到含碳量稳定并且含碳量可以精确调节的碳化稻壳。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种稻壳直燃联产碳化稻壳装置，其完成了稻壳的燃烧和碳化，可以产出含碳量稳定的碳化稻壳，含碳量可以根据下游用户的要求精确调节，从而解决上述背景技术中的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种稻壳直燃联产碳化稻壳装置，包括全部结构或部分结构安装于炉膛内的稻壳悬浮热解沉降系统、碳化床系统、配气系统、控制系统，其特征在于，所述稻壳悬浮热解沉降系统为完成稻壳进料并热解的工作部，所述配气系统为调节设备炉膛内空气含氧量的工作部，所述碳化床系统为稻壳堆积碳化的工作部，所述控制系统为监测炉膛内温度和空气含氧量且予以调控的工作部。