[发明专利]生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰方法及其设备

说明书

技术领域

本发明涉及对锅炉燃烧发电过程中产生的废弃灰渣进行回收利用和节能减排的技术，具体地指一种生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰方法及其设备。

背景技术

随着现代社会对能源需求的日益增长，燃煤锅炉发电厂的建设也越来越多。虽然我国地域广阔、煤炭资源分布广泛，但煤炭种类众多不一，尤其是在我国的南方和西南地区，许多省份拥有大量的无烟煤、贫煤等低挥发份煤种。燃煤锅炉电厂在燃用这些低等级煤种时，普遍存在所排放的燃煤飞灰含炭量高、燃尽程度不理想等问题，不仅浪费了大量煤炭资源，而且带来了严重的环境污染。为了解决上述问题，本领域技术人员也试尝将未燃尽的燃煤飞灰颗粒重新输送到燃煤锅炉中循环利用，但这些燃煤飞灰颗粒是通过面饲的方式直接送回燃煤锅炉上部稀相燃烧区的，一方面因其外部为不易导热和燃烧的灰壳层，使得其内部的可燃残炭黑芯在燃煤锅炉内无法达到燃烧所需的温度，另一方面因气固两相之间的滑移速度低、传热速率小、升温过程缓慢，在其还没来得及上升到足够的燃烧温度时就飞出了燃煤锅炉的炉膛，即燃煤飞灰颗粒只是在燃煤锅炉中走了个过场，实际上并没有被回收燃烧利用。

另一方面，随着煤炭等传统化石能源储量的日益减少，生物质燃料作为一种可再生的替代能源得到了迅速的发展。采用生物质燃料直燃发电的电厂总装机容量也越来越多。但受生物质燃料资源收购半径和总量的制约，目前已经有许多生物质锅炉发电厂因收购不到生物质燃料而降低设计的生产负荷，特别是当发电厂采用能适应各种生物质燃料高效充分燃烧、且产生的残渣灰分低、环保性能好的生物质循环流化床锅炉时，维持发电连续进行的生物质燃料需要量极大，在无法确保收购量的情况下甚至只能停产。如何有效扩大生物质锅炉发电厂的原料来源、保证其生产规模和发电效益，这一直是本领域技术人员公认的难题和努力探索的方向，但至今为止尚无令人满意的技术方案问世。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰方法及其设备，该技术可以确保燃煤锅炉生产的燃煤飞灰在生物质循环流化床锅炉中再次充分燃烧，进行二次发电；同时可有效减少生物质燃料的使用量，降低燃料投入成本，提高发电小时数，且减少污染物排放。

为实现上述目的，本发明所设计的生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰方法，它是将燃煤锅炉排放的飞灰重新输送到生物质循环流化床锅炉中进行回收利用的过程，其特殊之处在于：该方法包括如下步骤：

1)通过气流输送使燃煤飞灰颗粒处于悬浮流动状态，并喷射到生物质循环流化床锅炉内位于布风板上方的密相燃烧区床层底部；

2)使燃煤飞灰颗粒与密相燃烧区中处于鼓泡流化状态或湍动流化状态的大量炽热生物质床料颗粒混合，生产强烈的传热传质和升温，并一起发生剧烈的翻滚和摩擦，将燃煤飞灰颗粒外层的灰壳磨掉，露出其中未燃尽的残炭黑芯；

3)利用从布风板上的风帽中输出的一次风含氧浓度高的特点，使密相燃烧区中的残炭黑芯与氧气发生迅速和充分的燃烧反应，其中绝大部分残炭黑芯被燃尽；

4)随后剩余的残炭黑芯在生物质循环流化床锅炉内流化风的作用下进入密相燃烧区上方温度相对较低的稀相燃烧区，在高温高热的惯性作用下继续保持燃烧反应，最终将剩余的残炭黑芯全部燃尽，从而实现燃煤飞灰颗粒的二次燃烧发电。

作为优选方案，所说的步骤1)中，燃煤飞灰颗粒的掺入量与生物质循环流化床锅炉内生物质燃料的质量百分比控制在：燃煤飞灰颗粒10～30％，生物质燃料70～90％；其中，最佳的质量百分比控制在：燃煤飞灰颗粒15～20％，生物质燃料80～85％。由于生物质循环流化床锅炉具有燃烧充分高效、飞灰残渣含量少的特点(根据生物质燃料种类不同所产生的飞灰量一般在3～5％的范围内，特殊情况不超过10％)，因此额外添加30％以下的燃煤飞灰颗粒不会造成生物质循环流化床锅炉的负担，且循环量适中，可充分利用生物质循环流化床锅炉的流态化环境将燃煤飞灰颗粒燃尽。

作为优选方案，所说的步骤1)中，燃煤飞灰颗粒与空气的悬浮混合物的流速控制在12～18m/s。其中，最佳的流速控制在14～16m/s，例如15m/s。适当的流速可以确保燃煤飞灰颗粒以一定的压力喷入密相燃烧区床层底部，加大其与炽热生物质床料颗粒之间的扰动、接触和混合，为后续剧烈燃烧反应创造条件。