CN110631007A - 一种热半焦直接燃烧***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热半焦直接燃烧***及方法，利用气体输送***将热半焦输送至预热式燃烧器，制氧***将纯氧或者富氧空气供入预热式燃烧器作为底部流化风，通过调节制氧***所供气体中的氧含量保证预热式燃烧器将热半焦预热至800～1100℃，预热产生的高温燃料通过高温燃料喷嘴进入锅炉中进行燃烧。可用于热半焦直接输运和高效、低NOX燃烧。

Description

一种热半焦直接燃烧***及方法
技术领域
本发明涉及燃烧技术领域，特别是一种热半焦直接燃烧***及方法。
背景技术
煤热解产品半焦作为高品位洁净燃料燃烧发电，是实现煤炭清洁高效梯级利用的重要组成部分。随着我国煤化工行业的快速发展，目前有大量这类燃料亟待实现燃烧利用。煤热解产生的大量的粉状半焦，粉状半焦温度约为500～600℃。这类半焦目前一般通过喷水降温后再进行烘干利用，这一过程消耗了大量的水并产生了废水，降温的同时造成了热量的损失，而湿半焦的烘干造成能源的消耗和扬尘的污染。另外，半焦的挥发分含量很低，实现清洁高效燃烧难度很大，通常存在着火稳燃困难、燃尽率低、NOX排放高等问题。目前没有可以直接燃烧利用热半焦的技术见诸报道，因此，开发一种能够直接燃烧热半焦的技术是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种热半焦直接燃烧***及方法，可用于粉状热半焦直接输运和高效、低NOX燃烧，实现热半焦的直接利用，避免热量的损失。
本发明的技术方案如下：
根据本发明的一个方面的实施例，提出了一种热半焦直接燃烧***，包括气体输送***、制氧***、预热式燃烧器、高温燃料喷嘴和锅炉。
本发明提供的热半焦直接燃烧方法是，利用气体输送***将热半焦输送至预热式燃烧器，制氧***将纯氧或者富氧空气供入预热式燃烧器作为底部流化风，通过调节制氧***所供气体中的氧含量保证预热式燃烧器将热半焦预热至800～1100℃，预热产生的高温燃料通过高温燃料喷嘴进入锅炉中进行燃烧。
气体输送***中利用N2或者烟气等惰性气体代替空气进行热半焦的输送，防止热半焦在输送过程中发生燃烧或者***。为保证热半焦的输送的更加顺利，惰性气体携带热半焦在送粉管道内的速度选择为15～40m/s。热半焦被惰性气体携带进入预热式燃烧器的底部。
流化风通过流化风管及布风装置进入预热式燃烧器，预热式燃烧器中装有粒径为0.1～1mm的石英砂或氧化铝小球作为床料，床料的厚度约为300～500mm。流化风中氧含量及流化风量需要根据预热式燃烧器的温度进行调整，保证预热式燃烧器的温度稳定在800～1100℃。由于半焦为热半焦，温度达到500～600℃，因此在预热燃烧器中为了将半焦加热到800～1100℃所需氧气量与常规冷半焦和冷煤粉相比会有所减少。流化风量之中的氧气量占热半焦完全燃烧理论氧气量的5～15％，热半焦与炽热的床料掺混后在缺氧的环境下发生燃烧和气化反应，释放部分热量维持床料的温度，同时生成高温的焦炭和煤气，统称为高温燃料。预热式燃烧器直径根据流化风和送粉风的风量进行设计，保证预热式燃烧器中流化速度为1.5～5m/s。在预热式燃烧器中生成的高温燃料将由烟气携带从高温燃料喷嘴喷出，进入煤粉锅炉，进行燃烧。热半焦的预热温度可以通过调整给料量、流化风和送粉风量在800～1100℃的范围内灵活调节。
本发明提供的热半焦直燃方法是一种自预热直燃方法，预热热半焦的热量全部由热半焦自身提供。热半焦进入预热式燃烧器中与炽热的床料接触，由于含氧气体占煤粉燃烧理论氧气量的5～15％，热半焦将发生部分的燃烧和气化反应，放出热量，维持床料的温度。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明中热半焦直接进行燃烧，解决了热半焦的利用问题，减少了半焦冷却产生的污水和损失的热量，提高了能源利用率；
(2)半焦粉预热温度超过着火点，解决了热半焦的着火稳定性问题，实现了热半焦的高效、稳定燃烧。本发明中在预热式燃烧器将热半焦温度加热到着火点以上，预热后的高温燃料在锅炉中与空气接触后直接进行燃烧，不存着火和稳燃问题。由于预热式燃烧器中床料的热容量较大，可迅速将热半焦加热到800～1100℃，同时可以利用热半焦部分燃烧放出的热量保持温度，本发明可以解决热半焦着火难、燃烧不稳定的问题。
(3)另外，本发明中预热式燃烧器中为还原性气氛，预热过程中析出的燃料氮基本转化为N2，有助于减少后续燃烧中NOX的生成。同时，该***利用了热半焦自身的显热，只需燃烧少部分热半焦，即可预热到800～1100℃，因此，可进一步降低流化风中的氧量，降低热半焦在预热式燃烧器中的放热量，将绝大部分热量在锅炉中释放。锅炉产生的蒸汽可以用来发电，提供该***各辅机设备的用电以及整个厂用电，降低***能耗。
(4)本发明采用惰性气体输运，再配富氧空气预热燃烧的方法解决了热半焦输运过程中燃烧和***的隐患，同时解决了预热式燃烧器运行控制的难题。
(5)本发明提出的热半焦直接燃烧***及方法是热半焦直接处理方法，集成了热半焦的输运、预热和燃烧。热半焦直接燃烧产生的蒸汽可以用来发电，提供该***各辅机设备的用电以及整个厂用电，降低***能耗。
附图说明
图1为本发明的热半焦直接燃烧***实施例1的结构示意图；
图2为本发明的热半焦直接燃烧***实施例2的结构示意图；
图3为本发明的热半焦直接燃烧***实施例3的结构示意图；
图4为本发明的热半焦直接燃烧***实施例4的结构示意图；
图5为本发明的热半焦直接燃烧***实施例5的结构示意图。
附图标记说明：
1惰性气体源，2热解炉，3热半焦给料装置，4制氧***，5预热式燃烧器，6高温燃料喷嘴，7锅炉，8空分***。
具体实施方式
下面以示例的形式描述本发明的具体实施方式。
实施例1：
本发明提供的热半焦直接燃烧***的实施例1如图1所示，包括惰性气体源1、热解炉2、热半焦给料装置3、制氧***4、预热式燃烧器5、高温燃料喷嘴6和锅炉7。其中惰性气体源1通过送粉管道与预热式燃烧器5相连；热解炉2与热半焦给料装置3相连；热半焦给料装置3连接到送粉管道上；制氧***4与预热式燃烧器5，通过流化风管道相连将纯氧送至预热式燃烧器；预热式燃烧器5与高温燃料喷嘴6通过管道相连；高温燃料喷嘴6与锅炉7相连，用于预热后产生高温燃料通入锅炉燃烧。
实施例2：
本发明提供的热半焦直接燃烧***的实施例之2如图2所示，包括惰性气体源1、热解炉2、热半焦给料装置3、制氧***4、预热式燃烧器5、高温燃料喷嘴6和锅炉7。其中惰性气体源1通过送粉管道与预热式燃烧器5相连；热解炉2与热半焦给料装置3相连；热半焦给料装置3连接到送粉管道上；制氧***4与预热式燃烧器5通过流化风管道相连，惰性气体源1也连接到流化风管道上，纯氧和惰性气体混合后作为流化风进入预热式燃烧器5；预热式燃烧器5与高温燃料喷嘴6通过管道相连；高温燃料喷嘴6与锅炉7相连，用于预热后产生高温燃料通入锅炉燃烧。利用纯氧和惰性气体混合风作为流化风，是为了防止纯氧流量过低导致流化不好的问题。
实施例3：
本发明提供的热半焦直接燃烧***的实施例之3如图3所示，包括惰性气体源1、热解炉2、热半焦给料装置3、制氧***4、预热式燃烧器5、高温燃料喷嘴6和锅炉7。其中惰性气体源1通过送粉管道与预热式燃烧器5相连；热解炉2与热半焦给料装置3相连；热半焦粉给料装置3连接到送粉管道上；制氧***4与预热式燃烧器5通过流化风管道相连，再循环烟气也连接到流化风管道上，纯氧和再循环烟气混合后作为流化风进入预热式燃烧器5；预热式燃烧器5与高温燃料喷嘴6通过管道相连；高温燃料喷嘴6与锅炉7相连，用于预热后产生高温燃料通入锅炉燃烧。利用纯氧和再循环烟气混合风作为流化风，是为了防止纯氧流量过低导致流化不好的问题。
实施例4：
本发明提供的热半焦直接燃烧***的实施例之4如图4，包括空分***8、热解炉2、热半焦给料装置3、预热式燃烧器5、高温燃料喷嘴6和锅炉7。其中空分***8产生的氮气作为送粉风携带热半焦由送粉风管道进入预热式燃烧器5，产生的氧气作为流化风由流化风管道进入预热式燃烧器5；热解炉2与热半焦给料装置3相连；热半焦给料装置3连接到送粉管道上；预热式燃烧器5与高温燃料喷嘴6通过管道相连；高温燃料喷嘴6与锅炉7相连，用于预热后产生高温燃料通入锅炉燃烧。
实施例5：
本发明提供的热半焦直接燃烧***的实施例之5如图5所示所示，热解炉2、热半焦给料装置3、预热式燃烧器5、高温燃料喷嘴6和锅炉7。其中再循环烟气作为送粉风携带热半焦进入预热式燃烧器5；热解炉2与热半焦给料装置3相连；热半焦给料装置3连接到送粉管道上；制氧***4与预热式燃烧器5通过流化风管道相连，再循环烟气也连接到流化风管道上，纯氧和再循环烟气混合后作为流化风进入预热式燃烧器5；预热式燃烧器5与高温燃料喷嘴6通过管道相连；高温燃料喷嘴6与锅炉7相连，用于预热后产生高温燃料通入锅炉燃烧。本发明***中再循环烟气作为送粉风可以降低惰性气体作为送粉风的***成本，同时由于再循环烟气中含有少量氧气，在于热半焦混合后其中的氧气会与热半焦发生反应，使热半焦的温度有所升高，但是可以通过控制再循环烟气中的氧含量控制温升范围。利用纯氧和再循环烟气混合风作为流化风，是为了防止纯氧流量过低导致流化不好的问题。
提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。

Claims (9)

1.一种热半焦直接燃烧***，其特征在于，包括：气体输送***、制氧***、预热式燃烧器、高温燃料喷嘴和锅炉；气体输送***通过送粉管路与预热式燃烧器连接，适于利用送粉风将热半焦输送至预热式燃烧器；制氧***通过流化风管道与预热式燃烧器相连，将纯氧或者富氧空气供入预热式燃烧器作为流化风；预热式燃烧器与高温燃料喷嘴通过管道相连，高温燃料喷嘴设置在锅炉上，高温燃料通过高温燃料喷嘴进入锅炉中。
2.根据权利要求1所述的热半焦直接燃烧***，其特征在于：所述气体输送***包括惰性气体源、热解炉和热半焦给料装置；惰性气体源通过送粉管道与预热式燃烧器相连；热解炉与热半焦给料装置相连；热半焦给料装置连接到送粉管道上。
3.根据权利要求1所述的热半焦直接燃烧***，其特征在于：所述制氧***与预热式燃烧器通过流化风管道相连的同时，气体输送***中利用惰性气体源也连接到流化风管道上，纯氧和惰性气体混合后作为流化风进入预热式燃烧器。
4.根据权利要求2或3所述的热半焦直接燃烧***，其特征在于：所述惰性气体为氮气、二氧化碳或再循环烟气。
5.根据权利要求1所述的热半焦直接燃烧***，其特征在于：所述热半焦直接燃烧***的制氧***为包括空气分离装置，所述空气分离装置产生的氧气作为流化风由流化风管道进入预热式燃烧器，所述空气分离装置同时连接至气体输送***，空气分离装置产生的氮气作为送粉风携带热半焦由送粉风管道进入预热式燃烧器。
6.根据权利要求1所述的热半焦直接燃烧***，其特征在于：所述预热式燃烧器直径根据气体输送***中的送粉风、制氧***中的流化风的风量进行设计，保证预热式燃烧器中流化速度为1.5～5m/s。
7.一种应用权利要求1-6任意之一所述的热半焦直接燃烧***的方法，其特征在于：通过调节流化风量控制预热式燃烧器内的温度在800～1100℃之间，热半焦在预热式燃烧器中部分燃烧或气化，预热产生的高温燃料通过高温燃料喷嘴进入锅炉燃烧。
8.根据权利要求7所述的热半焦直接燃烧方法，其特征在于：所述流化风中的氧气量占热半焦完全燃烧理论氧气量的5～15％。
9.根据权利要求7所述的热半焦直接燃烧方法，其特征在于：所述气体输送***中，热半焦的输送速度为15～40m/s。
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