[发明专利]一种固体燃料循环流化床富氧燃烧装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于煤和生物质清洁利用领域，特别涉及一种固体燃料循环流化床富 氧燃烧装置及方法。

背景技术

富煤、缺油和少气的资源禀赋决定了煤炭在可预见的未来仍然是我国最重要 的基础能源，清洁、高效和低碳燃煤发电是保证国家可持续发展的重大战略需求。 中国煤炭工业协会统计，2013年全国煤炭产量约37亿吨，消费量36.1亿吨左右； 国家能源局统计，2013年全国能源消费总量为37.6亿吨标煤，其中煤炭占65.7％。 截至2013年底，我国发电总装机容量达12.47亿千瓦以上，其中火电装机容量超 过8.6亿千瓦，实际发电量占总发电量79％以上，消耗原煤占煤炭消费总量50％ 以上。因此，清洁高效燃煤发电是国家能源可持续发展的重要发展方向之一。

生物质作为一种二氧化碳净排放为零的可再生能源，已经引起国际社会的普 遍关注。具体来说，生物质资源包括种植生产的资源(如：甘蔗、木薯、玉米、 油菜籽、甜高粱、油楠、麻风树以及能源林等能源作物)和未利用的资源(如： 秸秆、稻壳、蔗渣、蔬菜残余物、木材加工废弃物等农业残余物，畜禽粪便、屠 宰场废弃物等动物粪便，渔业加工残余物以及生活垃圾、有机废水等城市废弃物) 两大类。在组成和结构方面，煤和生物质均属于含碳、氢、氧等元素的固体燃料。

富氧燃烧技术是最具发展前景的CO₂捕集技术之一。该技术将高纯氧气与部 分再循环烟气送入炉膛替代传统燃烧中的空气，由于没有氮气的注入，所以燃烧 后烟气中CO₂含量较高，实现了燃烧过程中CO₂的富集。富氧燃烧技术的早期研 究主要集中在煤粉炉富氧燃烧，循环流化床富氧燃烧技术研究起步较晚，但是循 环流化床富氧燃烧技术是将循环流化床洁净燃烧技术和富氧燃烧技术有机结合 的新型洁净燃烧技术，它充分发挥两者的优势，不但燃烧强度大、NO_x排放低和 脱硫成本低，尤其适合于煤矸石、煤泥、洗中煤和生物质等低热值固体燃料，同 时燃烧产生高CO₂浓度的烟气。与煤粉炉相比较，由于炉膛内部存在大量的惰性 物料，CFB富氧燃烧锅炉更容易实现从空气燃烧状态到富氧燃烧状态的切换。

传统的富氧燃烧流化床锅炉密相区与稀相区炉体截面积相同，必须经过很长 的过渡段才能实现气固的分离；由于氧气浓度的提高和循环烟气浓度降低使得锅 炉体积相应变小，尤其是尾部烟道体积减小，给锅炉受热面布置带来了很大难题， 从而影响了炉膛热量的吸收，降低了煤的燃烧效率。在富氧燃烧循环流化床中， 高纯氧气与再循环烟气如何混合、如何注入炉膛是需重点解决的技术问题，由于 再循环烟气存在粒径在0.5μm以下的颗粒，其与高浓度氧气(50％以上)混合 极易发生爆燃等安全事故。此外如何提高循环流化床的脱硫效率也是研究的重 点。因此，深入研究循环流化床富氧燃烧技术对低热值煤超低排放发电和二氧化 碳减排具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种固体燃料循环流化床富氧燃烧装置及方法，该 装置由风室、布风装置、炉膛、高温旋风分离器、返料器、换热器、省煤器、中 温旋风分离器、二级配风管组成；其特征在于，风室、布风装置、炉膛依次连接， 所述炉膛由下部的强混合区、中间锥形过渡区和上部的准平推流区三部分组成， 在强混合区上部设有煤或生物质等固体燃料与石灰石加料口，在准平推流区底部 设有二级配风管入口，在准平推流区上部通过管道与高温旋风分离器连接，高温 旋风分离器下端连接有返料器，返料器通过返料管与炉膛的强混合区下部相连 接，高温旋风分离器顶部连接内设换热器和省煤器的烟道；省煤器下部的烟道连 接中温旋风分离器，中温旋风分离器顶部通过第一烟气循环风机分别连接空气分 离装置和风室；空气分离装置同时与二级配风管连接；烟道下部通过第二、三烟 气循环风机分别连接到返料器底部、返料管上部及固体燃料与石灰石加料口。

所述炉膛的准平推流区和强混合区截面积之比为0.4:1--0.7:1。

一种循环流化床富氧燃烧装置中固体燃料燃烧的方法，其特征在于，该方法 是在循环流化床富氧燃烧装置中采用富氧燃烧分区调控和多级配风来实现固体 燃料燃烧，包括：