本發(fā)明涉及一種循環(huán)流化床增壓富氧煤燃燒裝置及其應(yīng)用，屬于潔凈煤燃燒技術(shù)和流化床燃燒技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

我國(guó)一次能源以煤炭為主的基本格局在短期內(nèi)難以改變，推動(dòng)煤炭清潔高效開(kāi)發(fā)利用是我國(guó)能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的立足點(diǎn)和首要任務(wù)，現(xiàn)有潔凈煤技術(shù)均著重于對(duì)常規(guī)硫氮污染物進(jìn)行減排，而對(duì)于燃煤過(guò)程的碳產(chǎn)物缺乏有效控制方法。在應(yīng)對(duì)氣候變化，大力降低二氧化碳排放量的國(guó)際背景下，將燃煤過(guò)程二氧化碳減排與現(xiàn)有潔凈煤技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高效、低污染、低碳的煤燃燒技術(shù)是必然的發(fā)展方向。

富氧燃燒捕集co2是燃煤電廠co2捕集技術(shù)的主要發(fā)展方向之一。富氧燃燒捕集co2技術(shù)主要包含三個(gè)單元：空分制氧單元、燃燒系統(tǒng)單元、co2純化壓縮單元。該技術(shù)通過(guò)空氣壓縮分離脫除n2,使用高濃度氧氣替換常規(guī)空氣參與煤燃燒過(guò)程，進(jìn)而產(chǎn)生含高濃度co2的煙氣，通過(guò)凈化處理后，在co2壓縮單元中中采用深冷等方式將co2進(jìn)一步純化壓縮，最終實(shí)現(xiàn)零碳排放。然而，這三個(gè)基本單元中，空分制氧過(guò)程和co2壓縮過(guò)程均在高壓下運(yùn)行，升壓需消耗大量廠用電，而燃燒系統(tǒng)單元通常為常壓運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)壓力經(jīng)歷升高——降低——升高，造成嚴(yán)重的能量損失。所以，提高燃燒單元壓力是解決該問(wèn)題的有效途徑。

近年來(lái)，圍繞加壓富氧燃燒技術(shù)開(kāi)展了許多研究，但涉及核心反應(yīng)裝置的報(bào)道卻很少：專(zhuān)利cn106062151a報(bào)道了一種加壓富氧燃燒方法，其內(nèi)容基本圍繞減少粉塵進(jìn)行描述，并未涉及具體反應(yīng)裝置。專(zhuān)利cn103076361a報(bào)道了一種煤粉加壓富氧燃燒沉降爐實(shí)驗(yàn)裝置，但內(nèi)容僅局限于通過(guò)沉降爐進(jìn)行煤粉燃燒特性和污染物生成特性研究。專(zhuān)利cn101761915a報(bào)道了一種高壓富氧燃燒流化床聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng),描述了整個(gè)系統(tǒng)從空分制氧、鍋爐燃燒與換熱、高壓燃?xì)廨啓C(jī)做功，直到煙氣捕集co2的整個(gè)過(guò)程，但未涉及核心反應(yīng)器流化床燃燒裝置的結(jié)構(gòu)和燃燒方法。專(zhuān)利cn101539037提供了一種增壓流化床聯(lián)合循環(huán)發(fā)電捕捉二氧化碳的方法，同樣的，其未對(duì)反應(yīng)器部分進(jìn)行描述。專(zhuān)利cn101372635a報(bào)道了一種高密度增壓流化床煤氣化裝置及方法，該裝置適用于煤氣化，并未涉及增壓富氧煤燃燒過(guò)程。國(guó)內(nèi)外已發(fā)表的文獻(xiàn)，均是針對(duì)增壓鼓泡流化床進(jìn)行研究，并且缺少對(duì)包括進(jìn)料排渣等輔助部分在內(nèi)的整個(gè)裝置及運(yùn)行過(guò)程的詳細(xì)描述。

因此，開(kāi)發(fā)出符合我國(guó)國(guó)情、具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的增壓富氧煤燃燒裝置和方法，既保證燃煤過(guò)程的高效性，又可同時(shí)滿足低污染、低碳排放，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)煤炭資源真正高效清潔利用，以及環(huán)境保護(hù)，減低溫室效應(yīng)都具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明的目的在于提供一種循環(huán)流化床增壓富氧煤燃燒裝置及其應(yīng)用，旨在解決煤增壓燃燒時(shí)的壓力控制、富氧氣氛配置、帶壓連續(xù)進(jìn)料/排渣等實(shí)際問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)煤顆粒在流化床內(nèi)增壓富氧條件下的高效清潔燃燒。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種循環(huán)流化床增壓富氧煤燃燒裝置，該裝置主要包括壓力進(jìn)料系統(tǒng)ⅰ、流化床燃燒反應(yīng)系統(tǒng)ⅱ、壓力排渣系統(tǒng)ⅲ和壓力殼ⅳ四個(gè)部分，其中，前三個(gè)系統(tǒng)均置于壓力殼ⅳ之內(nèi)；

所述壓力進(jìn)料系統(tǒng)ⅰ自上而下依次分別為加料入口d、補(bǔ)壓氣體入口c、壓力料斗、進(jìn)料閥、進(jìn)料轉(zhuǎn)子及進(jìn)料電機(jī)、進(jìn)料管；其中，加料入口d設(shè)置在壓力料斗正上方，補(bǔ)壓氣體入口c設(shè)在壓力料斗上端，壓力料斗的出口通過(guò)進(jìn)料閥與由進(jìn)料轉(zhuǎn)子和進(jìn)料電機(jī)組成的進(jìn)料控制裝置入口相連，進(jìn)料控制裝置出口端的進(jìn)料管則與豎直方向成40度角連接至流化床燃燒反應(yīng)系統(tǒng)ⅱ；

所述流化床反應(yīng)系統(tǒng)ⅱ自下而上依次為風(fēng)室、布風(fēng)板、密相上升管、變徑管、稀相上升管；稀相上升管出口與一級(jí)旋風(fēng)分離器相連，一級(jí)旋風(fēng)分離器底部接有一級(jí)落料管；一級(jí)旋風(fēng)分離器上部的出口接有二級(jí)旋風(fēng)分離器、二級(jí)旋風(fēng)分離器底部依次接有二級(jí)落料管和二級(jí)返料管，二級(jí)旋風(fēng)分離器上部接煙氣出口e和煙氣壓力安全閥門(mén)；二級(jí)返料管與一級(jí)落料管呈45～50度角連接至一級(jí)落料管下部；一級(jí)落料管底部設(shè)有返料塞閥和一級(jí)返料管，密相上升管的壁面處從下至上分別布置有啟動(dòng)燃燒室、一級(jí)返料管和進(jìn)料管；一級(jí)返料管與密相上升管軸線呈40～45度角接入密相上升管，進(jìn)料管則與豎直方向成40度角連接至密相上升管下部，風(fēng)室側(cè)面設(shè)有一次風(fēng)入口a；變徑管側(cè)面設(shè)有二次風(fēng)入口b，稀相上升管內(nèi)壁面布置水冷壁管，稀相上升管下部和上部分別設(shè)有工質(zhì)入口g和工質(zhì)出口h；所述流化床反應(yīng)系統(tǒng)ⅱ下端風(fēng)室與壓力排渣系統(tǒng)ⅲ相連；

所述壓力排渣系統(tǒng)ⅲ自上而下依次為卸渣管、冷渣器、排料閥、排料轉(zhuǎn)子、排料電機(jī)和排料塞閥、排渣管；其中卸渣管入口端與布風(fēng)板中心處相接，并與密相上升管同軸；冷渣器通過(guò)水冷形式冷卻排渣，冷渣器的下部和上部分別設(shè)有工質(zhì)水的入口i和工質(zhì)水的出口j，排渣管穿過(guò)壓力殼ⅳ并可將底渣通過(guò)排渣口f排出；

所述壓力殼ⅳ主要由壓力外殼及分別位于壓力外殼頂部和底部的安全泄壓閥、充氣口k三部分組成。

所述循環(huán)流化床增壓富氧煤燃燒裝置自風(fēng)室底部至一級(jí)旋風(fēng)分離器出口處水平面總高為l，則風(fēng)室高l1＝l/10，密相上升管高l2＝3l/10，變徑管高為l3＝l/10,稀相上升管高為l4＝l/2，一級(jí)旋風(fēng)分離器高度為l5＝l2，二級(jí)旋風(fēng)分離器高度l6＝4l2/5，一級(jí)落料管)長(zhǎng)l7＝l2，二級(jí)落料管長(zhǎng)l8＝3l2/5；一級(jí)返料管出口端距離布風(fēng)板高度l9＝l1，進(jìn)料管出口端距布風(fēng)板高度l10＝l2/2，啟動(dòng)燃燒室的煙氣出口低于一級(jí)返料管出口，其距離布風(fēng)板高度l11＝l1/2，一級(jí)旋風(fēng)分離器出口中心軸與稀相上升管中心軸距離l12＝l/5，一級(jí)旋風(fēng)分離器、二級(jí)旋風(fēng)分離器出口距中心軸間距l(xiāng)13＝l/6。

所述密相上升管內(nèi)管徑d1＝l/20，稀相上升管內(nèi)徑d2＝1.2d1，一級(jí)旋風(fēng)分離器圓柱段內(nèi)徑d3＝l1，二級(jí)旋風(fēng)分離器圓柱段內(nèi)徑d4＝4d3/5，一級(jí)落料管、二級(jí)落料管及一級(jí)返料管和二級(jí)返料管的內(nèi)徑均為密相上升管的一半，即d5＝d6＝d1/2。

所述布風(fēng)板采用風(fēng)帽形式布風(fēng)，布風(fēng)板中心處為卸渣管入口，風(fēng)帽呈兩級(jí)環(huán)狀均勻分布于卸渣管入口四周，其中內(nèi)環(huán)區(qū)布置6個(gè)風(fēng)帽、外環(huán)區(qū)布置12個(gè)風(fēng)帽，整體開(kāi)孔率為7.3％，布風(fēng)板直徑與密相上升管內(nèi)管徑相同均為d1，則卸渣口直徑d7＝d1/4，風(fēng)帽底座直徑d1＝0.06d1，整體高h(yuǎn)＝5d1，壁厚d3＝d1/6；其位于布風(fēng)板下側(cè)部分長(zhǎng)h3＝h/2、直徑d2＝5d1/6，風(fēng)帽四周共有6個(gè)開(kāi)孔方向，呈60度均勻分布；每個(gè)方向自下而上有3個(gè)孔口，其中中間開(kāi)孔方向?yàn)樗椒较?，該孔直徑?＝h/6，與底部距離h2＝3h/4；上下兩個(gè)孔則呈30度角指向水平方向，直徑φ2＝φ3＝φ1/2；風(fēng)帽中軸線處上表面厚度為h1。

優(yōu)選的，所述布風(fēng)板采用風(fēng)帽形式布風(fēng)，布風(fēng)板中心處為卸渣管入口，風(fēng)帽呈兩級(jí)環(huán)狀均勻分布于卸渣管入口四周，其中內(nèi)環(huán)區(qū)布置6個(gè)風(fēng)帽、外環(huán)區(qū)布置12個(gè)風(fēng)帽，整體開(kāi)孔率為7.3％。布風(fēng)板直徑與密相上升管內(nèi)管徑相同。每個(gè)風(fēng)帽四周共有6個(gè)開(kāi)孔方向，呈60度均勻分布；每個(gè)方向自下而上有3個(gè)孔口，其中中間開(kāi)孔方向?yàn)樗椒较?，上下兩個(gè)孔則呈30度角指向水平方向,直徑為中間孔的一半。增壓富氧條件下燃燒時(shí)，煤顆粒在布風(fēng)板處結(jié)焦堵塞問(wèn)題處理難度加大。而采用此種布風(fēng)形式及風(fēng)帽結(jié)構(gòu)，一方面使得一次風(fēng)更加均勻；另一方面，當(dāng)單個(gè)出風(fēng)口發(fā)生堵塞時(shí)，上下側(cè)孔口的出風(fēng)速度會(huì)增大，有利于吹走堵塞顆粒。同時(shí)，風(fēng)帽與風(fēng)帽之間形成對(duì)吹風(fēng)，從而防止局部超溫現(xiàn)象發(fā)生，提高了運(yùn)行安全性。

除此之外，本發(fā)明還提供了一種循環(huán)流化床增壓富氧煤燃燒裝置的操作方法：氧氣與co2在設(shè)定的壓力范圍下(0.6-3mpa)以特定比例混合后分別以一次風(fēng)、二次風(fēng)的形式分別從一次風(fēng)入口a和二次風(fēng)入口b進(jìn)入流化床燃燒反應(yīng)器的密相區(qū)上升管與變徑管。(其中,一次風(fēng)氧氣濃度≥25％，二次風(fēng)氧氣濃度高于一次風(fēng))；一次風(fēng)作為密相區(qū)流化風(fēng)，風(fēng)量占60％以上,剩余為二次風(fēng)。粒徑小于6mm的煤顆粒通過(guò)壓力進(jìn)料系統(tǒng)(可實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)帶壓時(shí)連續(xù)進(jìn)料)從流化床燃燒反應(yīng)器的下部進(jìn)入，并在一次風(fēng)的作用下流化上升；密相區(qū)燃燒溫度為850-900℃、顆粒體積濃度0.35-0.45；稀相區(qū)溫度小于950℃、顆粒體積濃度小于0.2；煤顆粒在上升管內(nèi)形成典型環(huán)-核結(jié)構(gòu)，其中較大的煤顆粒在上升管內(nèi)形成內(nèi)循環(huán)；在加壓富氧條件下經(jīng)歷流態(tài)化燃燒過(guò)程后形成的固體廢渣沉積在反應(yīng)器底部形成床料并最終由壓力排料系統(tǒng)排出；而大部分未完全燃燒的細(xì)顆粒由一級(jí)、二級(jí)旋風(fēng)分離器分離后依次通過(guò)下降管、電動(dòng)塞閥、返料管，之后被送回流化床密相區(qū)，并在整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)形成循環(huán)流動(dòng)從而繼續(xù)燃燒。與大多數(shù)流化床采用傳統(tǒng)的機(jī)械閥門(mén)搭配松動(dòng)風(fēng)的形式不同，本裝置采用電動(dòng)塞閥實(shí)現(xiàn)對(duì)返料量的精確控制。具體來(lái)說(shuō)，電動(dòng)塞閥的開(kāi)度通過(guò)下降管內(nèi)的壓差信號(hào)控制。當(dāng)壓差大時(shí)，表明下降管內(nèi)堆料較多，此時(shí)電動(dòng)塞閥的閥門(mén)開(kāi)度有所增大；反之亦然。如此，該裝置可通過(guò)壓力進(jìn)料、排渣系統(tǒng)可以控制連續(xù)進(jìn)料排渣過(guò)程，實(shí)現(xiàn)床料動(dòng)態(tài)平衡；而電動(dòng)塞閥對(duì)返料量的精準(zhǔn)控制則有助于顆粒在整個(gè)流化床內(nèi)形成穩(wěn)定循環(huán)流動(dòng)結(jié)構(gòu)。最終，含高濃度co2的煙氣被送出壓力殼，方便后續(xù)co2壓縮提純過(guò)程。視流化床內(nèi)部操作壓力而定，壓力殼內(nèi)部可為常壓或帶一定壓力。當(dāng)操作壓力較高時(shí)，壓力殼內(nèi)部可適當(dāng)增壓以減小流化床管壁所承受的壓應(yīng)力，以此解決材料在高壓高溫下耐性不足的問(wèn)題。

有益效果：與現(xiàn)有的常規(guī)流化床反應(yīng)系統(tǒng)相比，本發(fā)明具有如下的特色及優(yōu)點(diǎn)：

1.裝置整體置于壓力殼之內(nèi)。在高壓條件下運(yùn)行時(shí)，壓力殼可承擔(dān)部分壓力從而減少了材料承受的壓應(yīng)力，提高了裝置運(yùn)行的安全性。(流化床反應(yīng)器內(nèi)部壓力p1，流化床反應(yīng)器外部與壓力殼之間部分壓力為p2，即流化床反應(yīng)器壁面僅需承擔(dān)p1-p2的壓力)

2.采用由壓力斗、密封閥、轉(zhuǎn)子及電機(jī)組成的進(jìn)料/排渣系統(tǒng)，可在流化床帶壓力運(yùn)行過(guò)程中實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)料連續(xù)排渣，使得流化床內(nèi)部床料高度動(dòng)態(tài)平衡從而有助于穩(wěn)定顆粒的流動(dòng)及燃燒過(guò)程。

3.流化床反應(yīng)裝置采用密相區(qū)、稀相區(qū)兩段設(shè)計(jì)，符合煤顆粒在流化床內(nèi)的流動(dòng)結(jié)構(gòu)特征，使得未燃盡的大顆粒停留時(shí)間增加，可提高裝置燃燒效率5％以上。

4.采用分級(jí)配風(fēng)形式，一、二次風(fēng)分別從流化床底部和中間進(jìn)入，從而實(shí)現(xiàn)了煤顆粒分級(jí)燃燒。其中二次風(fēng)有助于稀相區(qū)煤顆粒的燃燒，而高濃度的氧氣使得煤的燃盡時(shí)間縮短10％以上。

5.采用兩級(jí)高效旋風(fēng)分離器，可有效分離煙氣中攜帶的未燃盡細(xì)顆粒(使粒徑為10微米以上的顆粒全部被分離下來(lái)，總分離效率大于85％，其中第一級(jí)大于95％，第二級(jí)大于85％)并通過(guò)下降管、返料閥等裝置將其重新送入流化床爐膛內(nèi)進(jìn)行二次燃燒，可減少燃盡損失10％-15％。

6.與傳統(tǒng)的j型、u型返料閥不同，本裝置采用電動(dòng)塞閥控制返料過(guò)程。其可根據(jù)下降管內(nèi)差壓信號(hào)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度從而優(yōu)化顆粒循環(huán)結(jié)構(gòu)。相比于j型、u型返料閥配合松動(dòng)風(fēng)的返料控制方式，壓差控制更加直接精確，并可有效避免由松動(dòng)風(fēng)波動(dòng)、風(fēng)口堵塞等情況造成的返料不暢問(wèn)題。

7.特有的布風(fēng)形式及風(fēng)帽結(jié)構(gòu)，能夠有效解決加壓富氧條件下出風(fēng)口堵塞及出風(fēng)不均勻造成的局部超溫問(wèn)題，提高了運(yùn)行安全性。

8.穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，850-900℃的爐內(nèi)溫度可有效抑制熱力型nox的生成(通常占nox排放總量的20％左右)，從而有效降低氮氧化物排放量。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明循環(huán)流化床增壓富氧煤燃燒裝置的示意圖；

圖2為循環(huán)流化床增壓富氧燃燒裝置的尺寸標(biāo)注示意圖；

圖3為該裝置中布風(fēng)板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為風(fēng)帽結(jié)構(gòu)示意圖；

其中有：1.壓力料斗2.進(jìn)料閥門(mén)3進(jìn)料轉(zhuǎn)子4.進(jìn)料電機(jī)5.進(jìn)料管6.啟動(dòng)燃燒室7.風(fēng)室8.布風(fēng)板9.密相上升管10.變徑管11.稀相上升管12.一級(jí)旋風(fēng)分離器13.一級(jí)落料管14.二級(jí)旋風(fēng)分離器15.二級(jí)落料管16.二級(jí)返料管17.電動(dòng)返料塞閥18.一級(jí)返料管19.卸渣管20.冷渣器21.排料閥門(mén)22.排渣轉(zhuǎn)子23.排渣電機(jī)24.排渣塞閥25.排渣管26.煙氣壓力安全閥27.壓力外殼28.壓力殼安全閥a.一次風(fēng)入口b.二次風(fēng)入口c.補(bǔ)壓氣體入口d.燃料入口e.煙氣出口f.底渣出口g.水冷壁管工質(zhì)入口h.水冷壁工質(zhì)出口i.冷渣器工質(zhì)入口j.冷渣器工質(zhì)出口k.壓力殼氣體入口。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

如圖1，一種循環(huán)流化床增壓富氧煤燃燒裝置，該裝置包括壓力進(jìn)料系統(tǒng)ⅰ、流化床燃燒反應(yīng)系統(tǒng)ⅱ、壓力排渣系統(tǒng)ⅲ和壓力殼ⅳ四個(gè)部分，其中，前三個(gè)系統(tǒng)均在壓力殼ⅳ之內(nèi)；壓力進(jìn)料系統(tǒng)ⅰ自上而下依次分別為加料入口d、補(bǔ)壓氣體入口c、壓力料斗1、進(jìn)料閥2、進(jìn)料轉(zhuǎn)子3及進(jìn)料電機(jī)4、進(jìn)料管5；其中，加料入口d設(shè)置在壓力料斗1正上方，補(bǔ)壓氣體入口c設(shè)在壓力料斗1上端，壓力料斗1的出口通過(guò)進(jìn)料閥2與由進(jìn)料轉(zhuǎn)子3和進(jìn)料電機(jī)4組成的進(jìn)料控制裝置入口相連，進(jìn)料控制裝置出口端的進(jìn)料管5則與豎直方向成40度角連接至流化床燃燒反應(yīng)系統(tǒng)ⅱ；流化床反應(yīng)系統(tǒng)ⅱ自下而上依次為風(fēng)室7、布風(fēng)板8、密相上升管9、變徑管10、稀相上升管11；稀相上升管11出口與一級(jí)旋風(fēng)分離器12相連，一級(jí)旋風(fēng)分離器12底部接有一級(jí)落料管13；一級(jí)旋風(fēng)分離器12上部的出口接有二級(jí)旋風(fēng)分離器14、二級(jí)旋風(fēng)分離器14底部依次接有二級(jí)落料管15、二級(jí)返料管16，二級(jí)旋風(fēng)分離器14上部接煙氣出口e和煙氣壓力安全閥門(mén)26；二級(jí)返料管16與一級(jí)落料管13呈45～50度角連接至一級(jí)落料管13下部；返料塞閥17布置于一級(jí)落料管13底部并與一級(jí)返料管18相連；一級(jí)返料管18與上升管軸線呈40～45度角接入密相上升管9，進(jìn)料管5則與豎直方向成40度角連接至流化床密相上升管9下部；其中，風(fēng)室7側(cè)面設(shè)有一次風(fēng)入口a；密相上升管9的壁面處從下至上分別布置有啟動(dòng)燃燒室6、一級(jí)返料管18、進(jìn)料管5；變徑管10側(cè)面設(shè)有二次風(fēng)入口b，稀相上升管11內(nèi)壁面布置水冷壁管，稀相上升管11下部和上部分別設(shè)有工質(zhì)入口g和工質(zhì)出口h；所述流化床反應(yīng)系統(tǒng)ⅱ下端風(fēng)室7與壓力排渣系統(tǒng)ⅲ相連；壓力排渣系統(tǒng)ⅲ自上而下依次為卸渣管19、冷渣器20、排料閥21、排料轉(zhuǎn)子22、排料電機(jī)23和排料塞閥24、排渣管25；其中卸渣管19入口端與布風(fēng)板8中心處相接，并與密相上升管9同軸；冷渣器20通過(guò)水冷形式冷卻排渣，冷渣器20的下部和上部分別設(shè)有工質(zhì)水的入口i和工質(zhì)水的出口j，排渣管25穿過(guò)壓力殼ⅳ并可將底渣通過(guò)排渣口f排出；壓力殼ⅳ主要由壓力外殼27、及分別位于壓力外殼頂部和底部的安全泄壓閥28、充氣口k三部分組成。

循環(huán)流化床增壓富氧煤燃燒裝置自風(fēng)室7底部至一級(jí)旋風(fēng)分離器12出口處水平面總高為l，則風(fēng)室7高l1＝l/10，密相上升管9高l2＝3l/10，變徑管10高為l3＝l/10,稀相上升管11高為l4＝l/2，一級(jí)旋風(fēng)分離器12高度為l5＝l2，二級(jí)旋風(fēng)分離器14高度l6＝4l2/5，一級(jí)落料管13長(zhǎng)l7＝l2，二級(jí)落料管15長(zhǎng)l8＝3l2/5；一級(jí)返料管18出口端距離布風(fēng)板8高度l9＝l1，進(jìn)料管5出口端距布風(fēng)板8高度l10＝l2/2，啟動(dòng)燃燒室6的煙氣出口低于一級(jí)返料管18出口，其距離布風(fēng)板8高度l11＝l1/2，一級(jí)旋風(fēng)分離器12出口中心軸與稀相上升管11中心軸距離l12＝l/5，一級(jí)旋風(fēng)分離器12、二級(jí)旋風(fēng)分離器14出口距中心軸間距l(xiāng)13＝l/6。

密相上升管9內(nèi)管徑d1＝l/20，稀相上升管11內(nèi)徑d2＝1.2d1，一級(jí)旋風(fēng)分離器12圓柱段內(nèi)徑d3＝l1，二級(jí)旋風(fēng)分離器14圓柱段內(nèi)徑d4＝4d3/5，一級(jí)落料管13、二級(jí)落料管15及一級(jí)返料管18和二級(jí)返料管16的內(nèi)徑均為密相上升管9的一半，即d5＝d6＝d1/2。

布風(fēng)板8采用風(fēng)帽形式布風(fēng)，布風(fēng)板8中心處為卸渣管19入口，風(fēng)帽呈兩級(jí)環(huán)狀均勻分布于卸渣管19入口四周，其中內(nèi)環(huán)區(qū)布置6個(gè)風(fēng)帽、外環(huán)區(qū)布置12個(gè)風(fēng)帽，整體開(kāi)孔率為7.3％，布風(fēng)板8直徑與密相上升管9內(nèi)管徑相同均為d1，則卸渣口直徑d7＝d1/4，風(fēng)帽底座直徑d1＝0.06d1，整體高h(yuǎn)＝5d1，壁厚d3＝d1/6；其位于布風(fēng)板8下側(cè)部分長(zhǎng)h3＝h/2、直徑d2＝5d1/6，風(fēng)帽四周共有6個(gè)開(kāi)孔方向，呈60度均勻分布；每個(gè)方向自下而上有3個(gè)孔口，其中中間開(kāi)孔方向?yàn)樗椒较?，該孔直徑?＝h/6，與底部距離h2＝3h/4；上下兩個(gè)孔則呈30度角指向水平方向，直徑φ2＝φ3＝φ1/2；風(fēng)帽中軸線處上表面厚度為h1。

一種循環(huán)流化床增壓富氧煤燃燒裝置和操作方法，為流化床高壓燃燒時(shí)材料的耐性問(wèn)題及實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)料連續(xù)排渣等實(shí)際問(wèn)題提供了一種解決方法，從而使得煤在循環(huán)流化內(nèi)增壓富氧條件下完成高效流態(tài)化燃燒過(guò)程更具可行性。

以下參照?qǐng)D1來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的循環(huán)流化床增壓富氧煤燃燒裝置的操作方法。

1)建立穩(wěn)定燃燒過(guò)程(以0.6mpa運(yùn)行壓力為例)：在流化床內(nèi)加入適量高度的原始床料后(石英砂)，將由常壓氧氣與co2混合后所得混合氣體通過(guò)一次風(fēng)口a送入風(fēng)室內(nèi)；點(diǎn)燃啟動(dòng)燃燒室6內(nèi)的易燃物(油等)，產(chǎn)生的熱氣進(jìn)入密相區(qū)9來(lái)加熱床料，當(dāng)流化床反應(yīng)器內(nèi)溫度達(dá)到300℃后，通過(guò)加大一次風(fēng)量使床料開(kāi)始流化；繼續(xù)升高床溫至600℃時(shí)，開(kāi)始逐漸提升反應(yīng)器壓力至0.3mpa；當(dāng)床溫升高至700℃時(shí)，通過(guò)壓力進(jìn)料系統(tǒng)ⅰ加入燃料煤顆粒(進(jìn)料閥2處于關(guān)閉狀態(tài)，燃料由進(jìn)料口d加入料斗1后，關(guān)閉d，并通過(guò)補(bǔ)壓氣體入口c充入惰性壓力氣體，使料斗內(nèi)壓力略高于流化床內(nèi)壓力；之后開(kāi)啟進(jìn)料閥2，在電機(jī)4和進(jìn)料轉(zhuǎn)子3的控制下，煤按照設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)入反應(yīng)器密相管9底部)并緩慢減小啟動(dòng)燃燒室輸入的熱量，直至新加入的煤進(jìn)行燃燒所需熱量完全由已經(jīng)著火的煤燃燒放熱提供；當(dāng)床溫達(dá)到800～850℃時(shí)，通過(guò)繼續(xù)增加進(jìn)氣壓力從而提高燃燒壓力，最終達(dá)到0.6mpa的運(yùn)行壓力。

2)穩(wěn)定燃燒過(guò)程(以0.6mpa運(yùn)行壓力為例)：0.6mpa的氧氣與co2(一般來(lái)自循環(huán)煙氣)以3:7、4:6比例混合后分別以一次風(fēng)、二次風(fēng)的形式分別從a、b進(jìn)入流化床燃燒反應(yīng)器的密相區(qū)上升管9與變徑管10。其中，一次風(fēng)為流化風(fēng)，占總風(fēng)量的70％。燃料煤顆粒及脫硫劑通過(guò)壓力進(jìn)料系統(tǒng)ⅰ按照與建立穩(wěn)定燃燒過(guò)程中相同的方式進(jìn)入密相上升管9底部。煤顆粒在一次風(fēng)的作用下進(jìn)行流態(tài)化燃燒，達(dá)到終端速度的細(xì)小顆粒則依次經(jīng)過(guò)密相上升管9、變徑管10、稀相上升管11，到達(dá)一級(jí)旋風(fēng)分離器12。之后，煙氣中較大的顆粒從一級(jí)旋風(fēng)分離器12下部落入一級(jí)落料管13，較小的顆粒則跟隨煙氣進(jìn)入二級(jí)旋風(fēng)分離器14。被二級(jí)旋風(fēng)分離器14分離所得的小顆?；蚣?xì)灰通過(guò)二級(jí)落料管15、二級(jí)返料管16后落入一級(jí)落料管13。經(jīng)實(shí)際試驗(yàn)，兩級(jí)高效旋風(fēng)分離器可有效分離煙氣中攜帶的未燃盡細(xì)顆粒，其可使粒徑為10微米以上的顆粒全部被分離下來(lái)，總分離效率大于85％，其中第一級(jí)大于95％，第二級(jí)大于85％。之后，由一級(jí)、二級(jí)旋風(fēng)分離器共同分離得到的固體顆粒匯合至返料塞閥17處，形成料封。當(dāng)料封高度達(dá)到預(yù)設(shè)值后(可由壓差信號(hào)測(cè)得)，塞閥17開(kāi)啟，物料經(jīng)一級(jí)返料管18返回至密相上升管9下部繼續(xù)進(jìn)行燃燒過(guò)程。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，相比于傳統(tǒng)j型、u型返料閥配合松動(dòng)風(fēng)的返料控制方式，壓差控制更加直接精確，并可有效避免由松動(dòng)風(fēng)波動(dòng)、風(fēng)口堵塞等情況造成的返料不暢問(wèn)題，從而使得氣固循環(huán)過(guò)程更加穩(wěn)定。燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的灰渣通過(guò)壓力排渣系統(tǒng)ⅲ排出：排渣時(shí)，排渣閥門(mén)21開(kāi)啟，灰渣在排渣轉(zhuǎn)子17及電機(jī)18的控制下從卸料管19入口下落，經(jīng)過(guò)冷渣器20冷卻至安全溫度后經(jīng)由排料轉(zhuǎn)子22到達(dá)排料塞閥24處。此時(shí)關(guān)閉排料閥門(mén)21并開(kāi)啟塞閥24，則灰渣可由排渣管25最終從壓力殼外的排渣口f排出。在整個(gè)過(guò)程中，可以通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)料量與排渣量的動(dòng)態(tài)平衡使得流化床內(nèi)床高保持穩(wěn)定。整個(gè)裝置均處于壓力外殼20之內(nèi)，壓力外殼上端、煙氣出口處分別設(shè)有安全閥26、28，一旦出現(xiàn)緊急情況，可進(jìn)行泄壓操作；穩(wěn)定運(yùn)行過(guò)程中流化床密相區(qū)的燃燒溫度為850-900℃、顆粒體積濃度0.35-0.45；稀相區(qū)溫度小于950℃、顆粒體積濃度小于0.2；

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的循環(huán)流化床增壓富氧燃燒裝置的主要技術(shù)參數(shù)如下：燃燒壓力≥0.6mpa,碳轉(zhuǎn)化率＞93％,燃燒效率＞90％，燃料氮轉(zhuǎn)化率5％-13％，出口干煙氣co2濃度≥90vol％。

實(shí)施例2

同實(shí)施例1，當(dāng)操作壓力較高時(shí)，壓力殼可實(shí)現(xiàn)承擔(dān)部分壓力的作用，并由此減小系統(tǒng)ⅰ、ⅱ、ⅲ材料所承受的壓應(yīng)力。此時(shí)，壓力殼內(nèi)部不再是常壓，而是介于大氣壓力與流化床內(nèi)部壓力之間的壓力值。比如當(dāng)流化床內(nèi)部運(yùn)行壓力為3mpa，則壓力殼內(nèi)部充入惰性氣體直至壓力為1.5mpa，這樣無(wú)論是在流化床或是壓力殼的壁面處，內(nèi)外壓差都約等于1.5mpa?？刂茐毫Φ脑瓌t為壓力殼內(nèi)壓力始終為流化床反應(yīng)器內(nèi)壓力的一半，即壓力殼內(nèi)部壓力與流化床內(nèi)部壓力同步緩慢上升，密相區(qū)的燃燒溫度為850-950℃、顆粒體積濃度0.35-0.45；稀相區(qū)溫度小于950℃、顆粒體積濃度小于0.2。該實(shí)施例中的一次風(fēng)的氧氣體積分?jǐn)?shù)為25％，二次風(fēng)的氧氣體積分?jǐn)?shù)為50％，剩余的為二氧化碳。其中，一次風(fēng)為流化風(fēng)，占總風(fēng)量的60％。

其余步驟過(guò)程參考實(shí)施例1。本發(fā)明實(shí)施例的循環(huán)流化床增壓富氧燃燒裝置的主要技術(shù)參數(shù)如下：燃燒壓力3mpa,碳轉(zhuǎn)化率＞90％,燃燒效率＞90％，燃料氮轉(zhuǎn)化率10％-20％，出口干煙氣co2濃度≥90vol％。

實(shí)施例3

同實(shí)施例1，針對(duì)不同煤種及顆粒粒徑，可改變一次風(fēng)、二次風(fēng)中的氧氣濃度及二者之間的風(fēng)量比，以保持反應(yīng)器內(nèi)良好的氣固流動(dòng)、燃燒狀態(tài)。如燃料粒徑較大時(shí)，可適當(dāng)提高一次風(fēng)量，保障顆粒能夠正常流化；當(dāng)使用的燃料屬于無(wú)煙煤或其它不易著火、燃盡的煤時(shí)，可提高一、二次風(fēng)中的氧含量，優(yōu)化燃燒過(guò)程。該實(shí)施例中的一次風(fēng)的氧氣體積分?jǐn)?shù)為35％，二次風(fēng)的氧氣體積分?jǐn)?shù)為50％，剩余為二氧化碳。其中，一次風(fēng)為流化風(fēng)，占總風(fēng)量的80％。密相區(qū)的燃燒溫度為900-1000℃、顆粒體積濃度0.35-0.45；稀相區(qū)溫度小于1000℃、顆粒體積濃度小于0.2。其余步驟過(guò)程參考實(shí)施例1。本發(fā)明實(shí)施例的循環(huán)流化床增壓富氧燃燒裝置的主要技術(shù)參數(shù)如下：燃燒壓力0.6mpa,碳轉(zhuǎn)化率＞93％,燃燒效率＞92％，燃料氮轉(zhuǎn)化率8％-15％，出口干煙氣co2濃度≥90vol％。