CN105864752B - 煤和生物质的混烧利用装置及方法 - Google Patents

煤和生物质的混烧利用装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种煤和生物质的混烧利用装置及方法，该装置利用机械‑空气组合加料***充分了混合煤和生物质，然后输送到流化床中；经过换热***后的高温流化风进入流化床底部，在柴油燃烧加热***的加热作用下，煤和生物质进行流化燃烧；燃烧产生的残渣经过排渣***及时排出，未充分燃烧的细小物料和烟气一起进入到旋风除尘器中，经过旋风分离的固体颗粒进入到回料室后，再次返回到流化床进行二次燃烧；经过旋风分离的烟气进入到布袋除尘器，最后进入烟气监测***，如果烟气达标就直接排放，未达标的烟气返回到柴油燃烧室内进行再次燃烧。

Description

煤和生物质的混烧利用装置及方法
技术领域
本发明属于能源环境领域，特别涉及煤和生物质的综合利用，具体为煤和生物质的混烧利用装置及方法。
背景技术
中国能源结构与世界能源结构有所不同，长期以煤炭为主。当前，中国能源短缺环境污染严重，制约了国民经济的发展和人民生活水平的提高。生物质能的开发利用，特别是生物质能发电得到了各级政府的高度重视和大力支持。生物质与煤混合燃烧发电技术，能充分利用现有技术与设备，是一种低成本、低风险、大规模使用生物质发电的有效技术手段，有助于减少常规化石能源消耗，减排CO2、NOX和SO2，缓解日益增多的环境问题和温室效应。
生物质与煤混合燃烧发电技术，在欧洲和北美地区应用相当普遍。在美国，有300多家发电厂采用生物质与煤混合燃烧发电技术，装机容量达6000MW。1997年奥地利ZeltwegBiococomb 137MW电厂利用生物质与煤炭混合燃烧技术发电，生物质掺烧比例30％。国内一些高校和科研单位对生物质与煤混合燃烧发电技术及其设备进行了开发研究，取得了有价值成果。欧盟已与中国科技部签订协议，在生物质能利用领域进行合作研究与示范推广，拟在河南、湖南、黑龙江三省建设三个不同技术类型的示范工程。
目前，煤和生物质混烧存在的问题：
(1)无论是颗粒的密度还是形状、大小，煤炭和生物质都存在一定差异，这两种物质属于异形异质颗粒。在混烧利用过程中，两种不同物料的均匀混合存在一定难度。而混合程度的不均匀，必然会造成燃烧过程的不稳定，不利于***的控制。
(2)生物质颗粒密度比较小，煤炭属于“宽筛分”范围物质，本身就有许多细小颗粒。燃烧过程中会造成细小物料的“逃逸”，燃烧效率低下。
(3)流化床反应器的加热方式主要有电加热和柴油燃烧加热两种。其中，电加热使用方便、简单，但是容易出现故障，维修复杂；柴油燃烧加热的方式维修简单，但是效率比较低，加热速度慢。
(4)生物质含碱金属比较多，燃烧过程中，碱金属、硫和氯元素以气体的形态挥发出来，相互之间发生化学反应，然后以硫酸盐或氯化物的形式凝结在飞灰颗粒和受热面的壁面上。积灰结渣将降低设备的利用效率，减少设备使用寿命。
(5)传统的鼓泡流化床反应器，供风来源于底部的流化风。物料在流化风的作用下，主要进行垂直方向的运动，缺少水平方向的移动，限制了煤与生物质的混合，不利于充分燃烧。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种煤和生物质的混烧利用装置及方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种煤和生物质的混烧利用装置，包括机械-空气组合加料***、柴油燃烧加热***、生物质和煤炭回料***、流化床***、排渣***和烟气监测***；
其中，所述流化床***包括流化床，流化床外壁设置有双螺旋加热管，内壁设有一级挡板和二级挡板，底部连接排渣***；
所述排渣***包括依次连接的电磁阀、柔性连接装置和底渣仓；
所述机械-空气组合加料***包括料仓，所述料仓上方设有煤加料口、变频电动机和生物质加料口，料仓内部设有煤加料孔道，料仓下方内侧壁上设有风帽，料仓底部为出料口，出料口连接螺旋加料杆，螺旋加料杆与流化床相连；
所述柴油燃烧加热***包括柴油罐，所述柴油罐连接柴油燃烧室，燃烧室的空气入口与联箱相连，联箱与鼓风机相连；燃烧室的空气出口连接双螺旋加热管的入口，双螺旋加热管的出口连接流化风换热器；
所述生物质和煤炭回料***包括依次相连的一级旋风除尘器和二级旋风除尘器，所述一级旋风除尘器与流化床的顶部连接，一级旋风除尘器和二级旋风除尘器的底部均与回料仓相连，回料仓通过回料腿与流化床的中下部连通，二级旋风除尘器连接布袋除尘器；
所述烟气监测***包括依次连接的布袋除尘器、引风机和烟囱，其中烟囱外排出装有烟气监测***。
所述联箱与流化风换热器连接，流化风换热器分别与布袋除尘器和流化床底部流化风入口相连。
所述联箱与料仓下方位于风帽底部的位置连通。
所述的煤加料口与煤料孔道连通，煤料孔道的数量为2个，呈左右分布，煤料孔道的下端为楔状；两个煤料孔道能够在变频电动机的带动下沿着水平方向进行圆周转动，转速为15-30r/min；风帽在料仓下方内下方侧壁上呈四周平均分布，共有8个。
所述的双螺旋加热管包括上行螺旋管和下行螺旋管，其中上行螺旋管是高温烟气从流化床底部到顶部，下行螺旋管是高温烟气从流化床顶部到底部。
所述的一级挡板设置于流化床内壁的中间位置，其与流化床内壁的夹角为15度；所述的二级挡板设置于流化床烟气排放出口附近，其与流化床内壁的夹角为22.5度。
所述柔性连接装置的最大耐温高度1200度，底渣仓设有与空气连通的管道孔。
所述的一级旋风除尘器和二级旋风除尘器下方均设有闸阀开关。
所述烟气监测***与柴油燃烧室连接，管道上设置有闸阀。
一种基于上述的煤和装置的生物质的混烧利用方法，
机械-空气组合的加料***中，风帽和煤料孔道通过空气和煤料孔道的机械搅动，合围成一个煤和生物质的均匀混合区，煤料孔道在变频电动机的作用下进行转动，混合均匀的物料通过螺旋杆的作用进入到流化床中；
低温空气经过流化风换热器后，变为高温的流化风进入到流化床底部，煤和生物质在流化风作用下进行流化燃烧；物料流化开始上升，在一级挡板和二级挡板的作用下，上升的物料受到挡板的影响产生水平运动，促进混合；同时部分物料在挡板的作用下又重新返回到密相区再次燃烧；燃烧后的残渣在电磁阀的控制下，经过柔性连接装置流入到底渣仓；
物料在流化床内燃烧时，柴油燃烧室内的高温烟气进入到双螺旋加热管中，对流化床进行加热，促进燃烧；其中，高温烟气首先进入到上行螺旋管，从流化床底部上升到顶部，然后进入到下行螺旋管，高温烟气再从流化床顶部到底部；流出的高温烟气进入到流化风换热器中，把热量传递给鼓风机中出来的低温空气，冷却后的烟气最后进入到布袋除尘器；
部分未经充分燃烧的小颗粒煤和生物质，随同烟气一起进入到一级、二级旋风除尘器中，在旋风除尘器的作用下，未充分燃烧的小颗粒物料返回回料室，又重新进入到流化床中，进行二次燃烧；
经过旋风除尘器分离出来的烟气和换热后的烟气一同进入到布袋除尘器，在引风机的作用下，通过烟囱，进入烟气监测***。当烟气达标时及时排出，如果烟气不达标，烟气又重新回到柴油燃烧室内进行二次燃烧。
本发明的有益效果是：本发明是煤和生物质的混烧利用装置及工作方法具有许多的突出优点：(1)采用机械-空气组合的加料***，可以最大限度的对煤和生物质进行均匀混合，防止物料的堵塞。(2)流化风换热***，利用了柴油燃烧室高温烟气的热量对低温空气进行加热，提高了能源利用效率。(3)柴油燃烧加热***，柴油燃烧加热的方式维修简单，利用上行管和下行管双螺旋的加热形式，延长了高温烟气在流化床外壁的停留时间，提高了加热效率。(4)流化床***，流化床内壁挡板的设置在一定程度上阻挡了细小物料被气流带出，同时加强了水平方向的流动，促进了煤炭和生物质混合燃烧。(5)排渣***，生物质含碱金属比较多，它在燃烧过程中，相互之间发生化学反应，以硫酸盐或氯化物的形式凝结在飞灰颗粒和受热面的壁面上。及时排出燃烧底渣，可以减少结渣发生的机率。(6)生物质和煤炭回料***，把未充分燃烧的生物质和煤炭重新返料到流化床内，提高了燃烧效率。(7)烟气监测***，对不达标的烟气进行监测，从而使烟气重新回到柴油燃烧室进行二次燃烧，保障了煤和生物质混烧的稳定性。
附图说明
图1为本发明的煤和生物质的混烧利用装置示意图；
图中，鼓风机1、联箱2、柴油罐3、柴油燃烧室4、煤加料口5、变频电动机6、生物质加料口7、风帽8、煤料孔道9、料仓10、螺旋杆11、流化风换热器12、电磁阀13、柔性连接装置14、底渣仓15、流化床16、一级挡板17、二级挡板18、双螺旋加热管19、一级旋风分离器20、二级旋风分离器21、回料室22、布袋除尘器23、引风机24、烟囱25、烟气监测***26。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，本发明的一种煤和生物质的混烧利用装置，包括机械-空气组合加料***、柴油燃烧加热***、生物质和煤炭回料***、流化床***、排渣***和烟气监测***。
其中，所述流化床***包括流化床16，流化床16外壁设置有双螺旋加热管19，内壁设有一级挡板17和二级挡板18，挡板一方面阻挡了细小物料被气流带出，另一方面限制了物料垂直方向的运动，加强了水平方向的流动，促进了煤和生物质的混合；流化床底部连接排渣***。
所述排渣***包括依次连接的电磁阀13、柔性连接装置14和底渣仓15；排渣***主要由电磁阀进行自动控制，定期排渣。燃烧后底渣的及时排出，可以减少结渣发生的机率。
所述机械-空气组合加料***包括料仓10，所述料仓10上方设有煤加料口5、变频电动机6和生物质加料口7，料仓10内部设有煤加料孔道9，料仓10下方内侧壁上设有风帽8，料仓10底部为出料口，出料口连接螺旋加料杆11，螺旋加料杆11与流化床16相连。加料时，变频电动机带动煤料孔道转动，一方面左右分布的煤料孔道可以平均分布煤炭量，另一方面转动的孔道利于混匀物料。料仓内设有风帽，在底部侧壁进行均匀排列，与转动的煤料孔道构成一个“机械-空气混合空间”，既防止了物料的堵塞，又能保障物料的均匀混合。
所述柴油燃烧加热***包括柴油罐3，柴油燃烧室4，燃烧室的空气入口处接联箱2，出口处接双螺旋加热管19，双螺旋加热管19的出口连接流化风换热器12。利用柴油燃烧加热的方式，产生的高温烟气进入到流化床外壁。外壁加热采用双螺旋管加热，分为上行螺旋管和下行螺旋管。高温烟气首先进入流化床底部，经过上行螺旋管到达顶部，然后再进入下行螺旋管从流化床底部排出，进入流化风换热***中，最后经布袋除尘器进入烟气监测***中。
联箱2与鼓风机1相连；鼓风机1的低温空气进入到流化风换热器中，与双螺旋加热管出来的高温烟气进行热量交换，低温空气被加热到高温流化风，进入到流化床内。
所述生物质和煤炭回料***包括依次相连的一级旋风除尘器20和二级旋风除尘器21，所述一级旋风除尘器20与流化床16的顶部连接，一级旋风除尘器20和二级旋风除尘器21的底部均与回料室22相连，回料室22通过回料腿与流化床16的中下部连通，少部分未经充分燃烧的生物质和煤炭，经过旋风分离器后流入到回料室，最终进入流化床进行二次燃烧。
烟气监测***包括依次相连的布袋除尘器23、引风机24和烟囱25，其中烟囱25外排出装有烟气监测***26。
联箱2还与流化风换热器12连接，流化风换热器12与流化床16底部风入口相连。
联箱2与料仓10下方位于风帽8底部的位置连通。
煤加料口5与煤料孔道9连通，煤料孔道9的数量为2个，呈左右分布，煤料孔道9的下端为楔状；两个煤料孔道9能够在变频电动机6的带动下沿着水平方向进行圆周转动，转速为15-30r/min；风帽8在料仓10下方内侧壁上呈四周平均分布，共有8个。
双螺旋加热管19包括上行螺旋管和下行螺旋管，其中上行螺旋管是高温烟气从流化床底部到顶部，下行螺旋管是高温烟气从流化床顶部到底部，两螺旋管在流化床顶部相连。
一级挡板17设置于流化床16内壁的中间位置，其与流化床16内壁的夹角为15度；二级挡板18设置于流化床16烟气排放出口附近，其与流化床16内壁的夹角为22.5度。
柔性连接装置14的最大耐温高度1200度，底渣仓15设有与空气连通的管道孔，用来冷却排放的残渣。
一级旋风除尘器20和二级旋风除尘器21下方均设有闸阀开关。
烟气监测***26通过管道与柴油燃烧室4连接，管道上设置有闸阀开关。
该装置利用机械-空气组合加料***，充分混合煤和生物质，然后输送到流化床中。经过换热***后的高温流化风进入流化床底部，在柴油燃烧加热***的加热作用下，煤和生物质进行流化燃烧。燃烧产生的残渣经过排渣***及时排出，未充分燃烧的部分物料和烟气一起进入到旋风除尘器中，经过旋风分离的固体颗粒返回到回料室，再次进入流化床进行二次燃烧。旋风分离后的烟气进入到布袋除尘器，最后进入烟气监测***，如果烟气达标就直接排放，未达标的烟气返回到柴油燃烧室内进行再次燃烧。
基于上述装置的煤和生物质的混烧利用是：
机械-空气组合的加料***中，风帽8和煤料孔道9通过空气和煤料孔道的机械搅动，合围成一个煤和生物质的均匀混合区，煤料孔道9在变频电动机6的作用下进行转动，混合均匀的物料通过螺旋杆11的作用进入到流化床16中。
低温空气经过流化风换热器12后，变为高温的流化风进入到流化床底部，煤和生物质在流化风作用下进行流化燃烧。物料流化开始上升，在一级挡板17和二级挡板18的作用下，上升的物料受到挡板的影响产生水平运动，促进混合；同时部分物料在挡板的作用下又重新返回到密相区再次燃烧，提高了燃烧效率。燃烧后的残渣在电磁阀13的控制下，经过柔性连接装置14进入到底渣仓15。
物料在流化床内流化燃烧时，柴油燃烧室4内的柴油燃烧后提供的高温烟气进入到双螺旋加热管19中，对流化床进行加热，促进燃烧。其中，高温烟气首先进入到上行螺旋管，高温烟气从流化床底部上升到顶部，然后进入到下行螺旋管，高温烟气再从流化床顶部到底部。流出的高温烟气进入到流化风换热器12中，把热量传递给鼓风机1中出来的低温空气，冷却后的烟气最后进入到布袋除尘器23。
部分未经充分燃烧的煤和生物质，随同烟气进入到一级旋风除尘器20和二级旋风除尘器21。在旋风除尘器的作用下，未经充分燃烧的物料返回到回料室22，重新进入到流化床16中，进行二次燃烧。
经过旋风除尘器分离的烟气和换热后的烟气一同进入到布袋除尘器23，在引风机24的作用下，通过烟囱25，进入烟气监测***26，当烟气达标时及时排出，如果烟气不达标，烟气又重新回到柴油燃烧室4内进行再次燃烧。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种煤和生物质的混烧利用装置，其特征在于：包括机械-空气组合加料***、柴油燃烧加热***、生物质和煤炭回料***、流化床***、排渣***和烟气监测***；
其中，所述流化床***包括流化床（16），流化床（16）外壁设置有双螺旋加热管（19），内壁设有一级挡板（17）和二级挡板（18），底部连接排渣***；
所述排渣***包括依次连接的电磁阀（13）、柔性连接装置（14）和底渣仓（15）；
所述机械-空气组合加料***包括料仓（10），所述料仓（10）上方设有煤加料口（5）、变频电动机（6）和生物质加料口（7），料仓（10）内部设有煤加料孔道（9），料仓（10）下方内侧壁上设有风帽（8），料仓（10）底部为出料口，通过螺旋加料杆（11）与流化床（16）相连；
所述柴油燃烧加热***包括柴油罐（3），所述柴油罐（3）连接柴油燃烧室（4），燃烧室（4）的空气入口与联箱（2）相连，联箱（2）与鼓风机（1）相连；燃烧室（4）的空气出口连接双螺旋加热管（19）的入口，双螺旋加热管（19）的出口连接流化风换热器（12）；
所述生物质和煤炭回料***包括依次相连的一级旋风除尘器（20）和二级旋风除尘器（21），所述一级旋风除尘器（20）与流化床（16）的顶部连接，一级旋风除尘器（20）和二级旋风除尘器（21）的底部均与回料仓（22）相连，回料仓（22）通过回料腿与流化床（16）的中下部连通，二级旋风除尘器（21）连接布袋除尘器（23）；
所述烟气监测***包括依次连接的布袋除尘器（23）、引风机（24）和烟囱（25），其中烟囱（25）外排出装有烟气监测***（26）。
2.根据权利要求1所述的煤和生物质的混烧利用装置，其特征在于：所述联箱（2）与流化风换热器（12）连接，流化风换热器（12）分别与布袋除尘器（23）和流化床（16）底部风入口相连。
3.根据权利要求1所述的煤和生物质的混烧利用装置，其特征在于：所述联箱（2）与料仓（10）下方位于风帽（8）底部的位置连通。
4.根据权利要求1所述的煤和生物质的混烧利用装置，其特征在于：所述的煤加料口（5）与煤料孔道（9）连通，煤料孔道（9）的数量为2个，呈左右分布，煤料孔道（9）的下端为楔状；两个煤料孔道（9）能够在变频电动机（6）的带动下沿着水平方向进行圆周转动，转速为15-30r/min；风帽（8）在料仓（10）下方内侧壁上呈四周平均分布，共有8个。
5.根据权利要求1所述的煤和生物质的混烧利用装置，其特征在于：所述的双螺旋加热管（19）包括上行螺旋管和下行螺旋管，其中上行螺旋管是高温烟气从流化床底部到顶部，下行螺旋管是高温烟气从流化床顶部到底部。
6.根据权利要求1所述的煤和生物质的混烧利用装置，其特征在于：所述的一级挡板（17）设置于流化床（16）内壁的中间位置，其与流化床（16）内壁的夹角为15度；所述的二级挡板（18）设置于流化床（16）烟气排放出口附近，其与流化床（16）内壁的夹角为22.5度。
7.根据权利要求1所述的煤和生物质的混烧利用装置，其特征在于：所述柔性连接装置（14）的最大耐温高度1200度，底渣仓（15）设有与空气相通的管道孔。
8.根据权利要求1所述的煤和生物质的混烧利用装置，其特征在于：所述的一级旋风除尘器（20）和二级旋风除尘器（21）下方均设有闸阀开关。
9.根据权利要求1所述的煤和生物质的混烧利用装置，其特征在于：所述烟气监测***（26）通过管道与柴油燃烧室（4）连接，管道上设有闸阀开关。
10.一种基于权利要求1-9任一所述装置的煤和生物质的混烧利用方法，其特征在于：
机械-空气组合的加料***中，风帽（8）和煤料孔道（9）通过空气和煤料孔道的机械搅动，合围成一个煤和生物质的均匀混合区，煤料孔道（9）在变频电动机（6）的作用下进行转动，混合均匀的物料通过螺旋杆（11）的作用进入到流化床（16）中；
低温空气经过流化风换热器（12）后，变为高温的流化风进入到流化床（16）底部，煤和生物质在流化风作用下进行流化燃烧；物料流化开始上升，在一级挡板（17）和二级挡板（18）的作用下，上升的物料受到挡板的影响产生水平运动，促进混合；同时部分物料在挡板的作用下又重新返回到密相区再次燃烧；燃烧后的残渣在电磁阀（13）的控制下，经过柔性连接装置（14）进入到底渣仓（15）；
物料在流化床内流化燃烧时，柴油燃烧室（4）内的柴油燃烧提供的高温烟气进入到双螺旋加热管（19）中，对流化床（16）进行加热，促进燃烧；其中，高温烟气首先进入到上行螺旋管，高温烟气从流化床底部上升到顶部，然后进入到下行螺旋管，高温烟气再从流化床顶部到底部；最后流出的高温烟气进入到流化风换热器（12）中，把热量传递给鼓风机（1）中出来的低温空气，冷却后的烟气最后进入到布袋除尘器（23）；
部分未经充分燃烧的煤和生物质，随同烟气进入到一级旋风除尘器（20）和二级旋风除尘器（21），在旋风除尘器的作用下，固体物料进入到回料室（22），重新返回到流化床（16）中，进行二次燃烧；
经过旋风除尘器分离的烟气和换热后的烟气一同进入到布袋除尘器（23），在引风机（24）的作用下，通过烟囱（25），进入烟气监测***（26），当烟气达标时及时排出，如果烟气不达标，烟气重新回到柴油燃烧室（4）内进行再次燃烧。
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