CN110173685A - 利用灰分的化学链燃烧装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种利用灰分的化学链燃烧装置，由循环流化床***、煤渣处理***、灰分处理***、飞灰循环***组成，流化床的一个出口依次经过旋风分离器、换热器和除尘器连接磨煤机的一个入口，磨煤机的另一入口连接给煤***，磨煤机的出口依次经焦炭预处理装置、旋流燃烧器连接流化床的一个入口；流化床的另一出口依次通过滚筒式冷渣器，灰分分离装置、凝结装置、球磨机、气体燃烧器连接流化床的另一入口。本发明可以实现化学链燃烧高效利用，由于采用灰分替代传统金属氧载体，灰分中的含氧量非常大，且使用灰分并没有改变化学链燃烧的机理，依然保持了化学链燃烧的绿色清洁的特点，同时使用的灰分就地取材，过程简单高效，大大降低化学链燃烧的装置原材料成本。

Description

利用灰分的化学链燃烧装置
技术领域
本发明涉及一种化学链燃烧装置，更具体地说，涉及一种利用灰分作为载氧剂进行化学链燃烧的方法及装置。
背景技术
化学链燃烧作为一种新型的煤的燃烧方式，因其燃烧产物只有二氧化碳和水蒸气使二氧化碳的分离较为简便而在格外注重温室气体的排放的当下备受瞩目。其基本原理是将传统的燃料与空气直接接触反应的燃烧借助于氧载体的作用分解为2个气固反应，燃料与空气无需接触，由氧载体将空气中的氧传递到燃料中，从而为二氧化碳的分离提供极大的便利。现今，氧载体的使用通常为金属，如Ni、Co、Fe、Cu、Mn等，一般用Fe作为金属氧载体。但是，金属氧载体的使用首先需要为其准备单独的空气反应炉，这对于金属氧载体的循环以及制备不是非常便捷，同时金属本身作为氧载体的含氧量又不是非常大，因此在燃烧反应室中需要大量的金属氧载体来维持反应的稳定进行，对于金属资源的循环使用具有一定的难度，同时也可能会导致煤的不完全燃烧而产生不必要的烟气，因此拥有巨大优势的化学链燃烧如今并没有被广泛使用。所以，寻找一种获取方式便利，含氧量大，可以维持化学链燃烧的稳定循环，同时成本低廉或消耗量不大的氧载体具有非常重大的研究意义的和经济价值。
发明内容
本发明的目的在于:解决普通化学链燃烧装置金属需求量大且浪费资源以及装置设备较为复杂的问题，而提供一种利用煤自身的燃烧产物灰分作为氧载体来进行化学链燃烧的利用灰分的化学链燃烧装置。该装置通过煤本身的燃烧产物灰分的循环使用，同时利用灰分中所含的大量氧来为煤的燃烧供氧，以此循环往复，最大化的利用灰分的高含氧量的特点，进行化学链燃烧，不但解决了金属氧载体有效利用率不高的问题，同时进一步简化了燃烧装置。
本发明的技术方案如下：
一种利用灰分的化学链燃烧装置，由循环流化床***、煤渣处理***、灰分处理***、飞灰循环***组成，所述循环流化床***包括流化床、旋风分离器、送风机、气体燃烧器、旋流燃烧器、焦炭预处理装置；所述煤渣处理***包括滚筒式冷渣器、灰分分离装置；所述述灰分处理***包括凝结装置、粉碎装置；所述的飞灰循环***包括换热器、除尘器、磨煤机和给煤***；所述流化床的一个出口依次经过旋风分离器、换热器和除尘器连接磨煤机的一个入口，所述的磨煤机的另一入口连接给煤***，所述磨煤机的出口依次经焦炭预处理装置、旋流燃烧器连接流化床的一个入口；所述流化床的另一出口依次通过滚筒式冷渣器，灰分分离装置、凝结装置、球磨机、气体燃烧器连接流化床的另一入口；所述滚筒式冷渣器的进口处于流化床的底部；所述旋风分离器的另一个出口连接焦炭预处理装置的另一个入口；所述送风机连接流化床。
进一步，所述流化床包括流化床反应器、管式电阻炉，流化床反应器中装有管式电阻炉，通过管式电阻炉加热，维持反应温度。
进一步，所述换热器包采用管壳式涡流热膜换热器，由壳体、传热管束、管板、折流板和管箱组成，传热管束采用正方形排列，便于清洗。
进一步，所述除尘器用于将粉尘从烟气中分离，并通过管道气路将含尘气体输送到除尘装置中，由除尘装置收集粉尘，而清洁的气体被引入总管或直接排入大气的整套设备。
进一步，所述磨煤机为MGS型双进双出钢球磨煤机。
进一步，所述给煤***包括磨煤机给煤量调节装置、输送计量胶带、电子称重装置；所述磨煤机给煤量调节装置的进煤口连接煤闸门，出煤口连接输送计量胶带，所述输送计量胶带的下面装有电子称重装置，所述磨煤机给煤量调节装置按照负荷要求准确调节磨煤机给煤量，输送计量胶带连续均匀输送煤，并由电子称重装置的称重传感器产生一个与煤的重量成比例的电信号和速度传感器检测到的输送计量胶带的皮带速度信号，同时送入积算器，经积算后得到瞬时流量和累计量。
一种利用灰分的化学链燃烧装置的使用方法，具体步骤是：首先将高温含灰烟气送入到旋风分离器中进行分离，分离后烟气从旋风分离器上端出口流出，经过换热器换热后进入除尘器进行除尘，随后进入磨煤机和给煤***送入流化床中燃烧，燃烧残留的煤渣以及灰分进入滚筒冷渣器后在灰分分离装置中利用钴粉制备灰分氧载体，之后进入凝结装置用ATP凝结成块灰，然后在粉碎装置中粉碎成细粉后将其通回流化床中与煤燃烧。
与传统的化学链燃烧装置相比，本发明的有益效果如下：
本发明可以实现化学链燃烧高效利用，由于采用灰分替代传统金属氧载体，灰分中的含氧量非常大，且使用灰分并没有改变化学链燃烧的机理，依然保持了化学链燃烧的绿色清洁的特点，同时使用的灰分就地取材，过程简单高效，大大降低化学链燃烧的装置原材料成本。
本发明在传统化学链燃烧装置的基础之上，将原本化学链燃烧中使用的金属氧载体改为灰分作为氧载体以提高氧载体的含氧量同时精简燃烧设备，节约金属原料，对于化学链燃烧的广泛运用由极大的促进作用。
附图说明
图1是本发明的利用灰分的化学链燃烧装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明的利用灰分的化学链燃烧装置，主要用于流化床锅炉的低排放，节约资源的循环燃烧。该装置由循环流化床***、煤渣处理***、灰分处理***、飞灰循环***组成。
循环流化床***包括流化床1，旋风分离器2，送风机3，气体燃烧器4，旋流燃烧器5，焦炭预处理装置6。煤渣处理***包括滚筒式冷渣器7，灰分分离装置8。灰分处理***包括凝结装置9，球磨机10。飞灰循环***包括换热器11，除尘器12，磨煤机13和给煤***14。
流化床1的出口与所述的旋风分离器2的入口相连。旋风分离器2的一个出口经换热器11和除尘器12连接磨煤机13的另一个入口，旋风分离器2和另一个出口连接焦炭预处理装置6的一个入口。滚筒式冷渣器7的进口处于流化床1的底部。滚筒式冷渣器7的出口连接灰分分离装置8的入口。灰分分离装置8的出口连接混合装置9的入口。磨煤机13入口同时连接除尘器12和给煤***14。混合装置9的出口连接球磨机10的入口。粉碎装置10的出口连接流化床1。磨煤机13的出口连接焦炭预处理装置6。
流化床1包括：流化床反应器，通过管式电阻炉加热，维持反应温度。送风机3包括：壳体、风机马达、风机叶轮、风枪火管、风门控制器、风门档板、凸轮调节机构、扩散盘。从大气中吸进空气送入空气预热器，加热到设计温度后，一部分作为锅炉的二次风，直接经燃烧器送入还原反应。
灰分处理***还包括：ATP制备装置，ATP吸附装置。
一种封闭循环，利用灰分产生氧气，减少外界供氧量，提高灰分利用率，减少高钠煤燃烧结焦、沾污的燃烧装置，由循环流化床燃烧***、回收灰分***、氧载体反应***、二氧化碳循环***、灰快破碎热***和飞灰循环***组成；
回收灰分***包括：煤灰收集装置，煤灰吸收装置。煤灰收集装置包括：电除尘装置，电场灰斗粉煤灰，电动锁气器，通过电锁气器分别卸料至电除尘器7.5m层平台上3台悬链式刮板输灰机，然后通过电除尘5.2m层平台上总刮板输灰机收集7.5m层刮板机灰进入集灰斗，用流态化双仓泵输送至灰分吸收装置。煤灰吸收装置包括：磁性吸引装置，强磁性物质磁铁可以是吸铁石，狭义指磁铁矿石，广义指用途为产生磁场的物体或装置，强磁性物质也可以是电磁铁，更为推荐电磁铁吸引装置，其特征在于吸引铁并于其外产生磁场的物体，磁铁作为磁偶极子，能够吸引铁磁性物质，例如铁、镍及钴等金属。
ATP的制备方法，包括：将定量的ATP粉末吸附剂与Na2SiO3、α-Al2O3按照不同比例混合，添加不同质量浓度的PVA溶液，经挤压成型造粒装置制得粒径和粒长均约为3mm的柱状颗粒，去离子水清洗数次后，空气中自然干燥即得ATP颗粒吸附剂。凹凸棒(ATP)作为一种天然黏土矿具有分布广泛、价廉易得的特点，因其具有较大的比表面积和丰富的孔结构，且具有很好的热稳定性，ATP已被作为载体用于催化剂制备。
ATP吸附装置包括：制备好的ATP催化剂，收集的煤灰，能显著增加载氧体比表面积和抗磨损能力，并对煤转化过程有催化作用，其与Fe2O3的协同作用使初始碳转化速率显著提高；
灰块破碎装置包括：球磨机，钢制圆球研磨体按不同直径和一定比例装入筒中，物料由球磨机进料端空心轴装入筒体内，当球磨机筒体转动时候，研磨体附在筒体衬板上，当被带到一定的高度，由于其本身的重力作用抛落，下落的研磨体将筒体内的物料击碎；
空气氧化反应装置包括：送风机送入的部分空气中的氧气，由ATP吸附成块的灰分，参与氧化反应的催化剂，其特征在于成块灰分中聚集大量矿物质经ATP及催化剂的催化作用下，与送风机送入的氧气发生氧化反应，生成金属氧化物即氧载体。
二氧化碳收集循环输送装置包括：二氧化碳收集装置，二氧化碳分区输送装置。二氧化碳收集装置包括：二氧化碳排水法，其特征在于二氧化碳溶于水，但它的溶解性不高并且溶解速率较低，在二氧化碳大量通入水中时，虽然有少量会溶于水，但更多的二氧化碳是逸出的，可以用排水法来收集。二氧化碳分区输送装置包括：二氧化碳向氧载体还原反应区的输送，二氧化碳非利用部分，其特征在于，可利用二氧化碳在高温下产生一氧化碳，输送至氧载体所在区域，进行还原反应，产出氧气，利用煤燃烧反应产物，实现封闭***的循环；(Q：不保证一开始就有完全燃烧，所以一开始可能会有部分的一氧化碳夹杂，所以装置温度应该保证在完全转换为一氧化碳的温度
氧载体反应包括：二氧化碳循环装置，氧载体二氧化碳循环装置提供的二氧化碳由高温下形成一氧化碳与氧载体进行反应，提供煤粉燃烧所需氧分。流化床燃烧反应包括：氧载体反应供氧，流化床中由磨煤器送入的煤，其特征在于煤与氧气完全反应，产出二氧化碳及煤灰。
换热器11包括：工业上有板式换热器和管壳式换热器等多种形式，换热器采用管壳式涡流热膜换热器，由壳体、传热管束、管板、折流板(挡板和管箱等部件组成，因换热器内含易结垢的流体，换热管采用正方形排列以便清洗，又因装置内含有纳米材料，使流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条件的需要，同时提高能源利用率。
除尘器12包括：将粉尘从烟气中分离出来的设备，通过管道气路将含尘气体输送到除尘装置中，在其中进行气固分离后，将粉尘收集于该除尘装置内，而清洁的气体被引入总管或直接排入大气的整套设备；
磨煤机13包括：MGS型双进双出钢球磨煤机，结构特点为：弹性基础及刚性基础、分离型及紧凑型、动静态分离器及静态分离器(分轴向分离器及径向分离器，煤在磨煤机中主要通过压碎、击碎和研碎三种方式进行被磨制成煤粉，煤被破碎及其表面积不断增加的过程，要增加新的表面积，必须克服固体分子间的结合力，需消耗能量，双进双出的结构，便于送风保证煤粉干燥，同时为循环***装置提供循环所需接口，保证***高效运行。
给煤***14包括：按照负荷要求能准确调节磨煤机给煤量的机械设备，煤通过煤闸门进入给煤机，由给煤机内部的输送计量胶带连续均匀输送磨煤机中，在输送计量胶带的下面装有电子称重装置，称重传感器产生一个与煤的重量成比例的电信号和速度传感器检测到的皮带速度信号，同时送入积算器，经积算后得到瞬时流量和累计量。
一种利用灰分的化学链燃烧装置，其工作过程如下：
流化床1上端烟气出口与旋风分离器2的上端烟气进口相连，经换热器11、除尘器12后进入磨煤机3与给煤***14提供的煤进行混合输回流化床1进行循环，下部的滚筒冷渣器7将燃烧的煤渣、灰分收集进入灰分分离装置8，用Co@Fe2O3/TiO2核壳氧载体结构和灰分混合得到灰分氧载体后进入凝结装置9，用ATP将其凝结成块灰，随后在球磨机10中粉碎至50(+-15nm的粉末后将粉末通入气体燃烧器4进行循环燃烧。
本发明的工作原理：利用煤燃烧所产生的所含大量氧的灰分作为氧载体给煤的燃烧供氧以达成化学链燃烧的目的。
本发明可以有效减少金属在化学链燃烧中的消耗，提高化学链燃烧整体的燃烧效率，对于大范围的使用化学链燃烧这种更加绿色环保的技术有很好的推广价值。

Claims (7)

1.一种利用灰分的化学链燃烧装置，由循环流化床***、煤渣处理***、灰分处理***、飞灰循环***组成，其特征在于：所述循环流化床***包括流化床、旋风分离器、送风机、气体燃烧器、旋流燃烧器、焦炭预处理装置；所述煤渣处理***包括滚筒式冷渣器、灰分分离装置；所述述灰分处理***包括凝结装置、粉碎装置；所述的飞灰循环***包括换热器、除尘器、磨煤机和给煤***；所述流化床的一个出口依次经过旋风分离器、换热器和除尘器连接磨煤机的一个入口，所述的磨煤机的另一入口连接给煤***，所述磨煤机的出口依次经焦炭预处理装置、旋流燃烧器连接流化床的一个入口；所述流化床的另一出口依次通过滚筒式冷渣器，灰分分离装置、凝结装置、球磨机、气体燃烧器连接流化床的另一入口；所述滚筒式冷渣器的进口处于流化床的底部；所述旋风分离器的另一个出口连接焦炭预处理装置的另一个入口；所述送风机连接流化床。
2.根据权利要求1所述的利用灰分的化学链燃烧装置，其特征在于：所述流化床包括流化床反应器、管式电阻炉，流化床反应器中装有管式电阻炉，通过管式电阻炉加热，维持反应温度。
3.根据权利要求1所述的利用灰分的化学链燃烧装置，其特征在于：所述换热器包采用管壳式涡流热膜换热器，由壳体、传热管束、管板、折流板和管箱组成，传热管束采用正方形排列，便于清洗。
4.根据权利要求1所述的利用灰分的化学链燃烧装置，其特征在于：所述除尘器用于将粉尘从烟气中分离，并通过管道气路将含尘气体输送到除尘装置中，由除尘装置收集粉尘，而清洁的气体被引入总管或直接排入大气的整套设备。
5.根据权利要求1所述的利用灰分的化学链燃烧装置，其特征在于：所述磨煤机为MGS型双进双出钢球磨煤机。
6.根据权利要求1所述的利用灰分的化学链燃烧装置，其特征在于：所述给煤***包括磨煤机给煤量调节装置、输送计量胶带、电子称重装置；所述磨煤机给煤量调节装置的进煤口连接煤闸门，出煤口连接输送计量胶带，所述输送计量胶带的下面装有电子称重装置，所述磨煤机给煤量调节装置按照负荷要求准确调节磨煤机给煤量，输送计量胶带连续均匀输送煤，并由电子称重装置的称重传感器产生一个与煤的重量成比例的电信号和速度传感器检测到的输送计量胶带的皮带速度信号，同时送入积算器，经积算后得到瞬时流量和累计量。
7.一种权利要求1-6任一所述的利用灰分的化学链燃烧装置的使用方法，其特征在于,具体步骤是：首先将高温含灰烟气送入到旋风分离器中进行分离，分离后烟气从旋风分离器上端出口流出，经过换热器换热后进入除尘器进行除尘，随后进入磨煤机和给煤***送入流化床中燃烧，燃烧残留的煤渣以及灰分进入滚筒冷渣器后在灰分分离装置中利用钴粉制备灰分氧载体，之后进入凝结装置用ATP颗粒吸附剂凝结成块灰，然后在粉碎装置中粉碎成细粉后将其通回流化床中与煤燃烧。
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