蓄热流化床反应器的制作方法


本实用新型属于锅炉设备技术领域,特别是涉及一种蓄热流化床反应器。



背景技术:

循环流化床燃烧装置是利用气体将物料流化,经过流化后的物料在燃烧装置内剧烈地燃烧并放出大量热量,一般粗重的粒子在燃烧室下部燃烧,细粒子在燃烧室上部燃烧,被吹出燃烧室的细粒子采用分离器收集,并送回燃烧室内循环燃烧,这种循环流化床燃烧装置称之为循环流化床锅炉;

循环流化床技术是一种高效清洁的燃烧技术,燃料适应性广,可处理优质煤、劣质煤、固体废弃物、生物质等燃料。循环流化床技术可处理煤块的粒径范围较宽,在0~10mm之间,无需筛分,可使用空气气化,氧耗低,加工成本低,具有煤种适用性强,燃烧效率高,能同时进行炉内脱硫、脱硝等污染控制操作,NOX和SOX排放低等优点;

现有技术中循化流化床的飞灰量大且飞灰中含碳量高,一般20%以上,有些煤种气化的飞灰中含碳量甚至高达70%。飞灰中含碳量高,一方面对循环流化床锅炉的碳转化率和冷煤气效率等造成重要负面影响,导致煤气产率和系统热效率显著降低;另一方面,飞灰中的含碳量高,燃烧和气化活性低,不利于飞灰的直接利用;

专利CN107513437A公开了一种卧式循环流化床气化装置,主要包括第一气化室、第二气化室、惯性分离器、旋风分离器、立管、回料阀等。第一气化室与第二气化室通过惯性分离器连通,形成N字形气道,第一气化室与第二气化室产生的煤气混合后经旋风分离器形成净煤气输出,分离出的固体物料经回料装置返回第一气化室。克服了现有循环流化床气化炉固态渣中含碳量较高、煤气中飞灰大、含碳量高的问题,提高碳转化率和冷煤气效率。但需控制第二气化室的气化温度比第一气化室的气化温度高50~100℃,靠装置自身热平衡较难实现,需配套相应温度控制设施,增加了成本和操作难度;

专利CN107355780A公开了一种多炉膛结构的内循环流化床锅炉,主要包括高速床、低速床、布风装置、浸泡受热面管、多层负压给料器和炉膛。设计多个炉膛,每个炉膛内设置高低阶梯状的床面,低位为高速床,高位为低速床,燃料从多层负压给料器进入高速床,与低速床物料形成自上而下的内循环流。能有效解决大容量低倍率循环流化床锅炉的可靠经济运行问题及给煤、布风均匀性问题等,同时在提高燃烧效率、减少磨损方面都有较强的优势。但要求大颗粒与密度大物料进入高速床中流化,而低密度与细颗粒的物料则进入低速床,对于大颗粒物料处理效果较好,但小颗粒物料直接进入低速床在炉膛内停留时间较短,对于高灰分的物料处理效果不好。专利CN 102537943 A公开了一种卧式循环流化床锅炉,能够处理劣质煤、固体废弃物、污泥或生物质等劣质燃料,但该发明仅适合含灰分少的燃料燃烧,对于高灰分的煤泥处理效果不好。



技术实现要素:

针对现有循环流化床锅炉存在的问题,本实用新型提供一种结构简单、碳转化率和燃烧效率高的蓄热流化床反应器,通过反应室结构调整能够提供稳定的煤泥氧化温度,可以处理灰分大、粒径小的低热值劣质煤泥,实现煤泥减量化、无害化处理及高效资源利用。采用此反应器处理煤泥时无需掺烧优质煤,能够以纯煤泥为原料进行氧化焚烧回收热量,煤泥氧化效率和装置热效率高,且能够长周期稳定运行。

本实用新型提供一种蓄热流化床反应器,包括风室、反应室、分离器、返料装置和蒸汽发生装置,所述蒸汽发生装置包括汽包和水冷壁,汽包设于反应器外顶部,水冷壁设于反应器内壁;所述反应室由下至上分为蓄热燃烧区、均热氧化区和分离返混区;所述风室与蓄热燃烧区之间设有布风板,所述风室底部设置有一次风入口,所述分离器的分离仓内置于分离返混区内,分离器底部出口经返料管穿过反应室外壁与返料装置一端连通,所述返料装置另一端经管线与蓄热燃烧区返料口连通。

本实用新型所述蓄热流化床反应器中,所述反应室的蓄热燃烧区为变径结构,所述均热氧化区为等径结构,所述分离返混区的下部为变径结构,上部为等径结构。其中分离返混区下部变径结构的外壁与水平面的夹角α不小于所处理物料的休止角。

本实用新型所述蓄热流化床反应器中,所述蓄热燃烧区最小截面积为S1,均热氧化区截面积为S2,分离返混区最大截面积为S3,S1:S2:S3的比值为1:3/2~3:2~5,优选为2:3:4。

本实用新型所述蓄热流化床反应器中,所述反应室内的蓄热燃烧区、均热氧化区以及分离返混区的流化风速分别维持在4~8m/s、3~6m/s、2~4m/s。

本实用新型所述蓄热流化床反应器中,所述蓄热燃烧区和均热氧化区交界处设置二次风入口,二次风入口以下为蓄热燃烧区。

本实用新型所述蓄热流化床反应器中,所述二次风入口上方还设置有瓦斯气入口,通过设置瓦斯气入口可以实现同时处理低浓度瓦斯。

本实用新型所述蓄热流化床反应器中,所述蓄热燃烧区内设有调温媒介料层,调温媒介料层的体积为蓄热燃烧区容积的1/3~2/3。所述调温媒介料层由调温媒介颗粒构成,所述调温媒介颗粒可以由氧化硅、氧化钛、氧化铝、氧化锂、硅藻土、长石、石英、堇青石质、莫来石等中的一种或几种制成。所述调温媒介颗粒的粒径范围0.5~10mm,优选为1~6mm,所述调温媒介颗粒外形可以为球形、片状、块状、枣状、圆柱体等形状中的一种或几种,可以为实心、空心、表面开槽或者内部具有孔道结构。调温媒介颗粒的体积密度1500~3000 kg/m3,堆积密度700~2000 kg/m3。所述调温媒介颗粒具有大热容量、高导热系数、高耐磨、抗氧化、抗腐蚀、热膨胀系数小等性质。所述调温媒介颗粒的热容量>1300 J/kg▪k,导热系数>2.6 w/m▪k。

本实用新型所述蓄热流化床反应器中,所述调温媒介料层包括两种以上不同粒径的调温媒介颗粒,优选包括三种不同粒径的调温媒介颗粒。当包括两种不同粒径的调温媒介颗粒时,其中一种调温媒介颗粒粒径为1~2mm,另一种调温媒介颗粒粒径为4~5mm;当包括三种不同粒径的调温媒介颗粒时,调温媒介颗粒的粒径分别为0.5~1mm,2~3mm,4~6mm。

本实用新型所述蓄热流化床反应器中,所述反应室截面可为任意形状,如方形、圆形、多边形等,优选为圆形。

本实用新型所述蓄热流化床反应器中,所述反应室的分离返混区内设置折流板,所述折流板设置一层以上,最下层折流板布置在分离返混区变径段以上空间,当设置两层以上折流板时,相邻两层折流板交错布置。所述折流板能够使随烟气向上运动的物料运动方向发生一次或多次偏转,偏转角度接近或高于180°,从而实现不同粒径颗粒的惯性分离,折流板可以为直板型、斜板型、槽型、倒V型中的一种或多种,优选为倒V型折流板。

本实用新型所述蓄热流化床反应器中,所述分离器的分离仓内置于分离返混区变径段上方,分离器底部出口经返料管穿过分离返混区变径段外壁与返料装置一端连通。

本实用新型所述蓄热流化床反应器中,所述分离器可以为旋风分离器和/或惯性分离器,优选为旋风分离器。所述分离器的切割粒径dp不大于100μm,具体切割粒径由调温媒介粒径范围决定,控制dp小于调温媒介颗粒的最小颗粒度,确保调温媒介颗粒通过返料装置返回反应室蓄热燃烧区进行外循环。所述分离器根据进入分离器颗粒负荷可以设置一个或多个,设置两个以上分离器时,分离器可以并联或串联连接。

本实用新型所述蓄热流化床反应器中,所述返料装置可以为自动调整型返料装置或阀型返料装置。

本实用新型所述蓄热流化床反应器中,所述反应器设有进料口,进料口可以直接设置在蓄热燃烧区侧壁上,也可以设置在返料装置与蓄热燃烧区连通的管线上。

本实用新型所述蓄热流化床反应器中,所述取热设备设置于反应室分离返混区内,进一步优选设置于分离返混区内顶部。

本实用新型所述蓄热流化床反应器中,所述反应室外上部设置汽包,汽包与反应器内壁敷设的水冷壁相连。水冷壁内的水在反应室内受热产生热水和蒸汽后进入汽包,汽包作用后的蒸汽可用于工业生产或民用生活,汽包中的水连续不断地循环供给水冷壁。

本实用新型所述蓄热流化床反应器中,所述蓄热燃烧区底部还可以设置有排渣口。

与现有技术相比,本实用新型所述蓄热流化床反应器具有以下优点:

1、本实用新型所述蓄热流化床反应器的反应室分为蓄热燃烧区、均热氧化区和分离返混区,所述蓄热燃烧区和分离返混区设置变径结构,并匹配在蓄热燃烧区内设置调温媒介料层,可以在反应室内实现不同粒径调温媒介颗粒的返混与内循环,实现多区域、多流场、多循环的物料运动状态,当用于处理大灰分、细颗粒的煤泥原料时,通过调温媒介颗粒的蓄热燃烧和均热氧化作用,实现大灰分、细颗粒原料的稳定、充分氧化,热稳定性好,负荷调节范围大,无需添加其他大颗粒优质煤泥原料,可以实现纯烧细颗粒的煤泥原料;

2、本实用新型所述蓄热流化床反应器内通过使用不同粒径的调温媒介颗粒,可更好地实现煤泥物料颗粒与调温媒介颗粒表面、及其与取热壁接触面的快速更新,氧化强度高,传热效率高,蓄热燃烧区与均热氧化区的截面热负荷可达6MW/m2以上;

3、本实用新型所述蓄热流化床反应器分离返混区为变径结构,大大增加了物料在反应室内的停留时间,使物料充分氧化,比传统流化床锅炉燃烧率提高5%以上。进一步在分离返混区内部设置折流板,使物料的运动方向发生一次或多次偏转,进一步增加了物料的停留时间,实现了物料颗粒在分离返混区内粗分离,降低了后端分离器的处理负荷;

4、本实用新型所述蓄热流化床反应器将分离器分离仓内置于反应室的分离返混区中,能够避免外置分离器热损失、省略了外置分离器另设取热措施、煤泥停留时间更长、煤泥颗粒在分离器内仍在较好的氧化燃烧温度、燃烧更加充分、温度场更加均衡,热效率大大提高。分离器的主体分离仓布置在分离返混区变径段上方,分离器返料管通过变径段,由于返料管较细,不会影响变径段的粗分效果,分离器主体内置充分利用了分离返混区上方扩径后稀相段的富余空间,返料装置外置则易于维护;

5、本实用新型所述蓄热流化床反应器反应室的高度比同规模现有循环流化床锅炉可降低20%以上,节省了装置钢耗,有效地降低了成本。

附图说明

图1为本实用新型所述蓄热流化床反应器结构示意图。

图中,1-反应室,2-分离器,3-返料管,4-返料装置,5-取热设备,6-汽包,7-风室,8-布风板,11-一次风入口,12-二次风入口,13-瓦斯气入口,14-进料口,15-分离器出口,16-排渣口,17-返料口,18-折流板,19-分离器入口,A-蓄热燃烧区,B-均热氧化区,C-分离返混区。

具体实施方式

下面通过具体实施例来进一步说明本实用新型的具体情况,但不限于下述的实施例。

在本实用新型的描述中,需要说明的是,术语 “上”、“下”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设有”、“置于”、“相连”、“连接”、“安装”等应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示,本实用新型提供一种蓄热流化床反应器,包括反应室1、分离器2、返料装置4、风室7、汽包6和水冷壁,汽包6设置于反应器外顶部,水冷壁敷设于反应器内壁(图1中水冷壁未画出,为本领域人员公知常识);所述反应室1由下至上分为蓄热燃烧区A、均热氧化区B和分离返混区C;所述风室7与反应室的蓄热燃烧区A之间设有布风板8,所述风室7底部设置有一次风入口11,所述蓄热燃烧区A内设置有调温媒介料层,所述调温媒介料层由调温媒介颗粒构成,蓄热燃烧区A内底部设置排渣口16,蓄热燃烧区A和均热氧化区B交界处设置二次风入口12,二次风入口以下为蓄热燃烧区A,均热氧化区B的侧壁上设置有瓦斯气入口13,瓦斯气入口13位于二次风入口12上方,分离返混区C扩径段上方设置有折流板18,分离返混区C内顶部设置有取热设备5,所示取热设备5可以为过热器,所述分离器2的主体分离仓内置于反应室1的分离返混区C,进一步的分离器2的主体分离仓布置在分离返混区C的变径段上方,分离器2底部出口经返料管3穿过反应室外壁与返料装置4一端连通,进一步的分离器2底部出口经返料管3穿过反应室分离返混区C的变径段外壁与返料装置4一端连通,所述返料装置4另一端经管线与蓄热燃烧区A的返料口17连通,分离器2顶部设有物料出口15,物料出口15通过管线穿过反应器外壁与后续的处理装置连接。所述进料口14直接设置在蓄热燃烧区A侧壁上,或者设置在返料装置4与反应室1的蓄热燃烧区A连通的返料管3上。进料口14及返料口17低于二次风口12,瓦斯气入口13略高于二次风口12。

本实用新型所述蓄热流化床反应器在使用时,具体工作过程如下:煤泥物料从进料口进入反应室,依次在蓄热燃烧区、均热氧化区以及分离返混区内氧化燃烧处理,其中,蓄热燃烧区内放出热量较多,产生的热量由较大粒径的调温媒介颗粒蓄热吸收;较小粒径的物料与调温媒介颗粒随燃烧后产生的烟气继续向上流动进入均热氧化区,在二次风的补充下进一步发生氧化;物料进入分离返混区时,由于气体流通面积增加,流速减小,携带颗粒的烟气停留时间增长,烟气中的灰分有足够的时间完成反应,同时在折流板分离组件作用下,较大的颗粒下落,与烟气实现初步分离,由于流化速度的差异,在反应室内形成了内循环,强化了横向及纵向的混合。物料与调温媒介在流动过程中充分混合,二者不断发生碰撞与摩擦,使得较大颗粒物料在调温媒介的作用下逐渐破碎、变小,而调温媒介由于自身具有一定的刚性损耗较小,后续流经分离器时可以从烟气中被分离出来循环利用。调温媒介不断吸收物料氧化所释放的热量,维持反应室内温度在800~950℃,使新进入反应室的物料被迅速升温并氧化燃烧;同时调温媒介与物料充分混合及流化,将大量的热传递给反应室四周水冷壁及分离返混区内设置的取热装置,既将热量有效利用,又避免反应室内温度过高造成结焦及产生热力型NOx。携带颗粒的烟气从反应室分离返混区进入分离器后进一步分离,由于分离器内置,能够维持较好的氧化温度,烟气飞灰中残炭在分离器内进一步氧化确保燃尽,同时物料颗粒与调温媒介从分离器尾部经返料管与返料装置送回至反应室内,分离后的烟气从分离器出口排出反应器进入后续装置。

主题:蒸汽制造