[发明专利]一种高含水颗粒燃料间壁式强化换热解耦气化燃烧系统

说明书

本发明提供了一种高含水颗粒燃料间壁式强化换热解耦气化燃烧系统，所述系统针对高含水颗粒燃料设计了包括具有间壁式强化换热结构的气化室以及上行燃烧室、下行燃烬室、前后两条横向烟道与锅炉换热室，使得初步干燥后的高含水颗粒燃料依次进行气化、燃烧、燃烬，产生的高温烟气分别通过两条横向烟道进入锅炉换热室。一方面，窄长和扩张的高温烟气通路有助于沉降轻质燃料生成的大量细灰；另一方面，两条横向烟道和上行燃烧室高温烟气可以为气化室提供热量；经除尘后的高温烟气继而在锅炉换热室通过蒸汽锅炉换热生产蒸汽，可以实现高含水颗粒燃料的清洁高效热回收，排放的烟气具有低NOsubgt;x/subgt;浓度、低灰含量的突出特点。

技术领域

本发明涉及生物质转化技术领域，涉及生物质解耦燃烧系统，具体涉及一种高含水颗粒燃料间壁式强化换热解耦气化燃烧系统。

背景技术

随着全球工业化的推进，地球上化石资源被加速消耗，这导致了化石资源尤其是高品位化石资源日益枯竭，同时带了全球范围内的环境问题。可再生资源、低品位化石资源及其它废弃资源的开发利用，是未来世界各国持续发展的必然选择。其中，可再生的生物质资源储量巨大、分布范围广，且碳中性，必将在社会生产中扮演越来越重要的角色。但生物质资源品质差别大，通常具有氮含量高、水分含量高、灰细等缺点，因此需要开发高效、低污染的转化技术，才能实现其清洁利用。这一需求也适用于化石资源开采和加工过程产生的高含泥水的废弃物或低品位资源(如洗煤、油泥)的清洁高效利用。

当前，能源化仍然是可再生资源、低品位化石资源及其它废弃资源的主要利用方式，依赖的技术主要是燃烧，且大多数情况下利用锅炉装置回收热量。常规的颗粒燃料直燃锅炉处理高含水、高含氮燃料，容易出现燃烧不稳定甚至熄火的问题，同时排放的烟气NO_x浓度通常非常高。针对锅炉内脱硝，包括高温喷射还原剂(如氨气)或通过调控燃烧过程，可减轻锅炉尾部脱硝的压力。其中，调控燃烧过程有时甚至可实现烟气排放NO_x直接满足排放标准。

CN110883050A公开一种高含水生活垃圾快速资源化清洁处理方法及其系统，包括以下步骤：(1)破碎：含水50-80％的垃圾原料破碎至颗粒＜50mm；(2)干燥：破碎后垃圾与热空气接触15-60min；(3)热解：干燥后80-105℃的垃圾与高温烟气接触15-60min，垃圾升温至300-600℃进行热解；(4)净化：150-300℃热解气经高温除尘和脱硫后，得到残碳颗粒和燃气；(5)低氮燃烧：步骤(2)产生的120-200℃热湿空气与150-300℃燃气进行燃烧，所得高温烟气调温至600-800℃，送入步骤(3)；(6)换热：冷空气与步骤(3)产生的300-400℃中温烟气进行间接换热，所得200-300℃空气送入步骤(2)，并排放120-160℃烟气；(7)粉碎：步骤(3)得到的残碳和残碳颗粒混合、粉碎。所述清洁处理方法流程复杂，且清洁处理系统占地面积大，热集成效果不佳。

颗粒燃料锅炉炉内控氮(低NO_x燃烧)方式包括燃料分级燃烧、空气分级燃烧和解耦燃烧等，共同的原理是在局部区域形成还原性的氛围抑制NO_x的生成或实现NO_x的还原。其中，解耦燃烧将颗粒燃料的燃烧过程分为热解气化和燃烧两阶段，采用分级热转化的方式，首先可避免了高含水燃料直接燃烧不稳定、燃烬率低等问题；同时，通过工艺过程调控，在气体产物和半焦再燃时实现生成的NO_x与还原性强的气体和高温半焦的交互而被还原为氮气，从而显著降低烟气中NO_x含量。解耦燃烧技术最初是基于中小燃煤锅炉提出的，其目的是通过热载体循环将半焦燃烧释放热量用于干燥和热解过程，并利用其挥发分和半焦还原燃烧产生的NO_x，这种技术充分利用了燃料本身产物，从而降低NO_x排放。随着研究的深入和应用实践，其在高含水、高挥发分的颗粒燃料清洁能源化方面显现出独特的优势，而解耦的热传递方式也不限于利用固体热载体，针对轻质燃料，可采用间壁式换热。解耦燃烧技术不仅控氮效果好，而且对颗粒燃料的原料适应性好，实施方式灵活，正被广泛推荐应用于各类高含氮燃料，特别是高含水颗粒燃料。