專利名稱：燃燒石油焦或氣化余焦的方法及其內(nèi)混式燃燒裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤化工及石油化工技術(shù)領(lǐng)域，具體地講是一種主要以石油焦或氣化余焦為燃料的燃燒方法及其內(nèi)混式燃燒裝置。
背景技術(shù)：
我國(guó)每年產(chǎn)生高硫石油焦約60萬(wàn)噸左右，這種石油焦因含硫高而無(wú)法用于針狀焦等高附加值產(chǎn)品，而且隨著我國(guó)今后進(jìn)口含硫原油量的加大，高硫石油焦的產(chǎn)量會(huì)逐年增多，因此高硫石油焦的出路成為石化企業(yè)急需解決的問(wèn)題。
根據(jù)對(duì)石油焦的組成及基礎(chǔ)特性的研究表明，石油焦灰分少、固定碳含量高，與煤相比，燃燒產(chǎn)生的熱值高，可作為一種很有價(jià)值的燃料；另外，石油焦在流化床氣化爐內(nèi)可與水蒸汽和氧氣反應(yīng)生成合成氣，該裝置將會(huì)產(chǎn)生很細(xì)的氣化余焦，也要將其燃盡。因此，高硫石油焦的較好出路為(1)高硫石油焦用于固硫燃燒，產(chǎn)生蒸汽及發(fā)電；(2)高硫石油焦在氣化爐內(nèi)氣化制合成氣，氣化余焦燃燒產(chǎn)汽發(fā)電，形成多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)。
在高硫石油焦的燃燒方面，由于高硫石油焦含硫量高，燃燒產(chǎn)生的煙氣中SO2多，成為污染大氣、形成酸雨的源頭；同時(shí)由于高硫石油焦還具有揮發(fā)分少、起燃溫度高、燃燒特性指數(shù)較低、所需燃燒時(shí)間較長(zhǎng)的特點(diǎn)，因此，采取合適的燃燒方式，實(shí)現(xiàn)高硫石油焦的高效、潔凈燃燒是目前急需解決的難題。在石油焦氣化制合成氣方面，由于石油焦在氣化爐內(nèi)氣化時(shí)，碳的轉(zhuǎn)化率只有85％左右，因此還有約15％的碳以余焦的形式從氣化爐排出，該部分氣化余焦也可作燃料產(chǎn)生蒸汽或發(fā)電。但由于氣化余焦粒徑太細(xì)，平均只有10～30μm，如果用傳統(tǒng)的循環(huán)流化床鍋爐來(lái)燃燒，會(huì)造成氣化余焦在爐內(nèi)的停留時(shí)間太短，燃燒不完全，爐內(nèi)所需的起燃溫度建立不起來(lái)；而且由于循環(huán)流化床鍋爐本身的循環(huán)倍率較低，加之氣化余焦粉粒徑太細(xì)造成其本身的流化性能差，則循環(huán)倍率會(huì)更低，會(huì)嚴(yán)重降低燃燒效率。目前還沒(méi)有用于燃燒氣化余焦細(xì)粉的方法和裝置見(jiàn)諸報(bào)道，因此，設(shè)計(jì)并研發(fā)出一種既能高效清潔燃燒高硫石油焦，又能高效燃燒氣化余焦的方法和裝置是本發(fā)明的目的。
目前國(guó)內(nèi)、外對(duì)高硫石油焦的潔凈燃燒主要有循環(huán)流化床鍋爐和提升管燃燒氣化兩種技術(shù)。
在循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)方面，國(guó)外以Foster-Wheeler公司設(shè)計(jì)建造的美國(guó)Nisco375t/h蒸發(fā)量的全燃石油焦的循環(huán)流化床鍋爐(100Mwe)為典型代表。而國(guó)內(nèi)對(duì)高硫石油焦的潔凈燃燒還沒(méi)有大型成套技術(shù)，目前的做法主要是引進(jìn)國(guó)外成套技術(shù)。但用循環(huán)流化床鍋爐燃燒高硫石油焦時(shí)存在很多問(wèn)題，如顆粒在流化床內(nèi)停留時(shí)間短、灰渣量大、飛灰跑損嚴(yán)重、燃燒不完全、循環(huán)流化床的后部易成團(tuán)結(jié)渣而堵塞、磨損大和循環(huán)倍率低等。
針對(duì)循環(huán)流化床鍋爐燃燒石油焦時(shí)存在起燃和燃盡及循環(huán)流化床后部的成團(tuán)結(jié)渣等問(wèn)題，國(guó)內(nèi)專利號(hào)為ZL01266279.8、ZL01134299.4的專利設(shè)計(jì)了一種焚燒石油焦的循環(huán)流化床，在循環(huán)床下部布置保溫防磨層，形成高溫區(qū)，有利于石油焦的著火，并把送風(fēng)管道分為一次風(fēng)管道和二次風(fēng)管道，實(shí)現(xiàn)分級(jí)燃燒，以降低NOx和SO2的排放。該專利采用的燃料為石油焦與煤的混合燃料，脫硫劑為石灰石，混合燃料顆粒的粒徑為大于0小于30mm的寬篩分，具有實(shí)現(xiàn)床內(nèi)物料平衡，同時(shí)降低系統(tǒng)能耗的優(yōu)點(diǎn)。但是該循環(huán)流化床與前述的循環(huán)流化床鍋爐一樣具有結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、體積龐大、占地面積大的缺點(diǎn)；而且該循環(huán)流化床采用的燃料顆粒粒徑較粗，不適用于燃燒較小粒徑的高硫石油焦或氣化余焦顆粒，因?yàn)樵撗h(huán)流化床的結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致細(xì)顆粒在其內(nèi)的停留時(shí)間短、且細(xì)顆粒不易流化；另外該循環(huán)流化床還有操作氣速低、系統(tǒng)循環(huán)倍率低以及對(duì)飛灰的捕集和循環(huán)燃燒能力較差等缺點(diǎn)。
美國(guó)M.W.Kellogg公司將催化裂化提升管技術(shù)移植用于煤和石油焦的燃燒與氣化。與循環(huán)流化床鍋爐相比，提升管燃燒技術(shù)具有操作氣速高、循環(huán)倍率大、氣固間的傳質(zhì)速率高、熱輸入強(qiáng)度大、Ca/S比及操作溫度低等有利于高硫石油焦燃燒的優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí)又具有床內(nèi)顆粒濃度較小、返混較少、顆粒停留時(shí)間較短、單位質(zhì)量顆粒所產(chǎn)生的熱值較低、加料速率低及提升管內(nèi)藏量不易維持穩(wěn)定等一些不利于高硫石油焦或氣化余焦燃燒的缺點(diǎn)，該技術(shù)目前在國(guó)外還處于中試階段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種燃燒石油焦或氣化余焦的方法及其內(nèi)混式燃燒裝置，能夠高效燃燒石油焦或氣化余焦，能保證石油焦或氣化余焦顆粒的充分燃燒及其飛灰的捕集和循環(huán)燃燒，并有效控制SO2和NOx的排放。
本發(fā)明的上述技術(shù)問(wèn)題可采用如下技術(shù)方案來(lái)解決，針對(duì)石油焦或氣化余焦顆粒起燃溫度高、燃盡所需時(shí)間長(zhǎng)、難燃及流化性能差等特點(diǎn)，本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種高效、潔凈的燃燒石油焦或氣化余焦的方法包括如下步驟(1)將石油焦或氣化余焦顆粒與耐磨熱載體顆粒和固硫劑加入一內(nèi)混式燃燒室與空氣接觸混合，使石油焦或氣化余焦顆粒燃燒并在固硫劑作用下脫除煙氣中的SO2；(2)使未燃盡的石油焦或氣化余焦顆粒進(jìn)入一提升管中繼續(xù)燃燒；(3)在提升管出口將耐磨熱載體和石油焦的飛灰或氣化余焦的飛灰從煙氣中快速分離下來(lái)，并捕集于一料倉(cāng)中，再?gòu)牧蟼}(cāng)快速循環(huán)回內(nèi)混式燃燒室循環(huán)燃燒。
進(jìn)一步，為確保排出的煙氣燃燒完全，可將分離后的煙氣再次進(jìn)行一次或者一次以上的分離，將煙氣中殘留的耐磨熱載體和石油焦飛灰或氣化余焦飛灰再次分離下來(lái)，并捕集于料倉(cāng)中，然后再?gòu)脑摿蟼}(cāng)快速循環(huán)回內(nèi)混式燃燒室循環(huán)燃燒。
在上述步驟(1)中，可先將耐磨熱載體顆粒加入內(nèi)混式燃燒室，然后加熱該內(nèi)混式燃燒室，并向該內(nèi)混式燃燒室內(nèi)供風(fēng)，使其內(nèi)的耐磨熱載體顆粒處于循環(huán)流化狀態(tài)，待內(nèi)混式燃燒室內(nèi)溫度達(dá)到石油焦的起燃溫度時(shí)，把固硫劑與石油焦或氣化余焦加入內(nèi)混式燃燒室內(nèi)，該石油焦或氣化余焦進(jìn)入燃燒固硫狀態(tài)。
本發(fā)明的上述方法中，所述與石油焦或氣化余焦相混合的耐磨熱載體顆粒的平均粒徑為100～150μm，顆粒密度為2200～2600kg/m3，比熱約為2.0kJ/kg.℃。石油焦顆粒粒徑為0～500μm的寬篩分分布。氣化余焦顆粒粒徑為0～80μm，其平均粒徑10～30μm，顆粒密度為1200～1500kg/m3。固硫劑按Ca/S比1～2與石油焦或氣化余焦相摻混加入內(nèi)混式燃燒室內(nèi)。內(nèi)混式燃燒室內(nèi)的起燃溫度大于600℃。燃燒最佳固硫溫度為860～890℃。
為了實(shí)現(xiàn)上述燃燒方法，本發(fā)明設(shè)計(jì)的內(nèi)混式燃燒裝置包括氣體分配室，其具有進(jìn)風(fēng)管，并在該氣體分配室頂部設(shè)有氣體分布元件；內(nèi)混式燃燒室，設(shè)置于氣體分布元件的上方，并在其一側(cè)設(shè)有加料器；提升管，設(shè)置于所述內(nèi)混式燃燒室的上方，在該提升管的頂部設(shè)有至少一氣固快速分離器；料倉(cāng)，該料倉(cāng)通過(guò)至少一循環(huán)回料管連通于下部的內(nèi)混式燃燒室，所述氣固快速分離器的固相出口設(shè)于該料倉(cāng)內(nèi)，并于該料倉(cāng)下部設(shè)有進(jìn)氣口；排渣管，其位于氣體分配室的下方。
本發(fā)明中的內(nèi)混式燃燒室可包括內(nèi)混式燃燒室筒體和套設(shè)于該內(nèi)混式燃燒室筒體內(nèi)的導(dǎo)流筒，該導(dǎo)流筒與內(nèi)混式燃燒室筒體之間設(shè)有環(huán)流通道。
在本發(fā)明中，所述的氣體分配室頂部的氣體分布元件具有對(duì)應(yīng)于所述導(dǎo)料筒的進(jìn)氣口，并于所述內(nèi)混式燃燒室筒體內(nèi)壁與導(dǎo)流筒外壁之間的環(huán)隙空間(即外環(huán))設(shè)有氣體分布環(huán)，該導(dǎo)流筒內(nèi)(即內(nèi)環(huán))的進(jìn)氣量大于外環(huán)的進(jìn)氣量。
在本發(fā)明中，所述的導(dǎo)流筒固定于所述的內(nèi)混式燃燒室筒體的底部上，該導(dǎo)流筒的下部沿周向開(kāi)設(shè)有多個(gè)矩形槽口，形成為所述的環(huán)流通道；或者所述導(dǎo)流筒的下端與內(nèi)混式燃燒室筒體的底部之間具有間隙設(shè)置，該間隙形成為所述的環(huán)流通道。
在本發(fā)明中，作為一個(gè)可選實(shí)施方式，所述的內(nèi)混式燃燒室筒體可直接連接于氣體分配室上，所述的循環(huán)回料管連接于該內(nèi)混式燃燒室筒體上。
作為另外一個(gè)可選實(shí)施方式，所述的內(nèi)混式燃燒室還可包括有一氣固預(yù)混段，該氣固預(yù)混段連接于所述氣體分配室和內(nèi)混式燃燒室筒體之間，并軸向?qū)?yīng)于所述的導(dǎo)流筒，所述的加料器設(shè)置在該氣固預(yù)混段上，所述的循環(huán)回料管連接于該氣固預(yù)混段上。
在本發(fā)明中，所述的氣固快速分離器串聯(lián)有一級(jí)或者一級(jí)以上的旋風(fēng)分離器，該旋風(fēng)分離器的料腿連接于料倉(cāng)的下部。
在本發(fā)明中，所述的料倉(cāng)上部也可對(duì)應(yīng)連通于一級(jí)或者一級(jí)以上相串聯(lián)的旋風(fēng)分離器，該旋風(fēng)分離器的料腿連接于料倉(cāng)的下部。
在本發(fā)明中，所述料倉(cāng)可連接于所述內(nèi)混式燃燒室的上方；或者所述料倉(cāng)與內(nèi)混式燃燒室并列設(shè)置。
在本發(fā)明中，所述氣固快速分離器的排氣管可直接連接于所述的旋風(fēng)分離器的入口。作為另外一個(gè)可選例子，所述的氣固快速分離器的排氣管也可連接于所述料倉(cāng)的上部，所述的旋風(fēng)分離器的入口也相應(yīng)連接于料倉(cāng)的上部，從而該氣固快速分離器的排氣管通過(guò)該料倉(cāng)的上部對(duì)應(yīng)連通于旋風(fēng)分離器的入口。
在本發(fā)明中，所述料倉(cāng)的頂部可設(shè)有排氣管，所述的旋風(fēng)分離器的入口連接于該排氣管。所述氣固快速分離器的排氣管可連接于所述料倉(cāng)的排氣管，從而通過(guò)該料倉(cāng)的排氣管與旋風(fēng)分離器的入口相連通。
在本發(fā)明中，所述的循環(huán)回料管上還可進(jìn)一步設(shè)有控制閥。
在本發(fā)明中，所述提升管的頂部設(shè)有兩臺(tái)或者兩臺(tái)以上的氣固快速分離器。所述的循環(huán)回料管也可設(shè)有兩根或者兩根以上。
利用本發(fā)明的上述方法和裝置，石油焦或氣化余焦在底部?jī)?nèi)混式燃燒室內(nèi)的密相環(huán)流混合段與上部提升管輸送床稀相段相結(jié)合而形成的分級(jí)燃燒方式，可以有效的控制NOx的形成；并且，該基于氣固密相環(huán)流原理的內(nèi)混式燃燒室，可以形成石油焦或氣化余焦顆粒強(qiáng)返混、高濃度、長(zhǎng)停留時(shí)間的燃燒固硫條件，而上部高傳質(zhì)速率和熱輸入強(qiáng)度大的提升管稀相輸送床燃燒段，可使未燃盡的石油焦或氣化余焦顆粒繼續(xù)燃燒；另外利用其頂部的氣固快速分離器，可將煙氣中攜帶的未燃盡的焦粒和耐磨熱載體如石英砂等大部分顆粒循環(huán)回下部燃燒室內(nèi)，從而形成整個(gè)燃燒系統(tǒng)高循環(huán)倍率的燃燒特性。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)采用密相環(huán)流混合和稀相輸送相結(jié)合的新型燃燒方法和設(shè)備，具有操作彈性大、分級(jí)方式靈活、污染物排放低、燃燒及固硫效率高等特點(diǎn)。(2)采用石英砂或其它循環(huán)熱載體和助流化劑，有利于石油焦或氣化余焦的起燃，并特別有助于粒徑較小而流化性能差的石油焦或氣化余焦細(xì)粉的流化燃燒，還可以防止石油焦或氣化余焦在裝置內(nèi)成團(tuán)結(jié)渣，因此該裝置特別適合于寬篩分的石油焦和小粒徑的氣化余焦的燃燒。(3)裝置出口采用的獨(dú)特設(shè)計(jì)的氣固分離系統(tǒng)能有效的捕集未燃盡的細(xì)粒，并使其在燃燒器內(nèi)進(jìn)行大倍率的循環(huán)燃燒，使飛灰的帶出量較少。(4)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、占地面積小，實(shí)施容易。


圖1為本發(fā)明的內(nèi)混式燃燒裝置實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的內(nèi)混式燃燒裝置實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；；圖3為本發(fā)明的內(nèi)混式燃燒裝置實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明的內(nèi)混式燃燒裝置實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明的內(nèi)混式燃燒裝置實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1-5所示，本發(fā)明的內(nèi)混式燃燒裝置裝置包括有氣體分配室1，其具有進(jìn)風(fēng)管13，并在該氣體分配室1頂部設(shè)有氣體分布元件2；內(nèi)混式燃燒室，設(shè)置于氣體分布元件(氣體分布板2)的上方，并在其一側(cè)設(shè)有加料器4；
提升管8，設(shè)置于所述內(nèi)混式燃燒室的上方，在該提升管8的頂部設(shè)有至少一級(jí)氣固快速分離器11；料倉(cāng)9，該料倉(cāng)9通過(guò)至少一循環(huán)回料管12連通于下部的內(nèi)混式燃燒室，所述氣固快速分離器11的固相出口即下料腿設(shè)于該料倉(cāng)9內(nèi)，并于該料倉(cāng)9下部設(shè)有通過(guò)氣體分布環(huán)7向料倉(cāng)9內(nèi)布?xì)獾倪M(jìn)氣口；排渣管14，其位于氣體分配室1的下方，用于將燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的灰渣及硫酸鈣排出。
利用上述內(nèi)混式燃燒裝置，本發(fā)明的燃燒石油焦或氣化余焦的方法為將石油焦或氣化余焦顆粒與耐磨熱載體顆粒(例如石英砂或其他熱載體)和固硫劑(例如石灰石)加入一內(nèi)混式燃燒室與空氣接觸混合，使石油焦或氣化余焦顆粒燃燒并在固硫劑作用下脫除煙氣中的SO2；使未燃盡的石油焦或氣化余焦顆粒進(jìn)入提升管8中繼續(xù)燃燒，然后在提升管8出口將耐磨熱載體和石油焦的飛灰或氣化余焦的飛灰通過(guò)氣固快速分離器11從煙氣中快速分離下來(lái)，并捕集于料倉(cāng)9，再通過(guò)循環(huán)回料管12從料倉(cāng)9快速循環(huán)回內(nèi)混式燃燒室進(jìn)行循環(huán)燃燒。
這樣，石油焦或氣化余焦在底部?jī)?nèi)混式燃燒室內(nèi)的密相環(huán)流混合段與上部提升管輸送床稀相段相結(jié)合而形成的分級(jí)燃燒方式，可以有效的控制NOx的形成；并且，該基于氣固密相環(huán)流原理的內(nèi)混式燃燒室，可以形成石油焦或氣化余焦顆粒強(qiáng)返混、高濃度、長(zhǎng)停留時(shí)間的燃燒固硫條件，而上部高傳質(zhì)速率和熱輸入強(qiáng)度大的提升管8稀相輸送床燃燒段，可使未燃盡的石油焦或氣化余焦顆粒繼續(xù)燃燒；另外利用其頂部的一級(jí)或者一級(jí)以上的氣固快速分離器11，可將煙氣中攜帶的未燃盡的焦粒和耐磨熱載體如石英砂等大部分顆粒循環(huán)回下部燃燒室內(nèi)，從而形成整個(gè)燃燒系統(tǒng)高循環(huán)倍率的燃燒特性。
在本發(fā)明中，為確保排出的煙氣燃燒完全，如圖1-5所示，可進(jìn)一步使內(nèi)混式燃燒裝置的氣固快速分離器11串聯(lián)一級(jí)或者一級(jí)以上的旋風(fēng)分離器10或16，該旋風(fēng)分離器10或16的料腿連接于料倉(cāng)9下部?jī)?nèi)，從而將分離后的煙氣再次進(jìn)行一次或者一次以上的分離，將煙氣中殘留的耐磨熱載體和石油焦飛灰或氣化余焦飛灰再次分離下來(lái)，并捕集于料倉(cāng)9中，然后再?gòu)脑摿蟼}(cāng)9快速循環(huán)回內(nèi)混式燃燒室循環(huán)燃燒。在本發(fā)明中，所述的料倉(cāng)9上部也可對(duì)應(yīng)連通于一級(jí)或者一級(jí)以上相串聯(lián)的旋風(fēng)分離器10，該旋風(fēng)分離器10的料腿連接于料倉(cāng)9的下部，從而將料倉(cāng)9上部的煙氣也再次進(jìn)行分離，進(jìn)一步潔凈地排出煙氣。
本發(fā)明的上述方法中，所述與石油焦或氣化余焦相混合的耐磨熱載體顆粒的平均粒徑為100～150μm，顆粒密度為2200～2600kg/m3，比熱約為2.0kJ/kg.℃。石油焦顆粒粒徑為0～500μm的寬篩分分布。氣化余焦顆粒粒徑為0～80μm，其平均粒徑10～30μm，顆粒密度為1200～1500kg/m3。固硫劑按Ca/S比1～2與石油焦或氣化余焦相摻混加入內(nèi)混式燃燒室內(nèi)。內(nèi)混式燃燒室內(nèi)的起燃溫度大于600℃。燃燒最佳固硫溫度為860～890℃。
在使用本發(fā)明所述內(nèi)混式燃燒裝置時(shí)，應(yīng)先向裝置內(nèi)投料，具體過(guò)程為在裝置開(kāi)車前，先用加料器4向裝置內(nèi)加入一定量的石英砂(耐磨熱載體)，其加料量根據(jù)具體的操作工況確定，然后加熱裝置并向裝置內(nèi)供風(fēng)，使裝置內(nèi)的石英砂顆粒處于循環(huán)流化狀態(tài)。待裝置內(nèi)溫度達(dá)到石油焦的起燃溫度(600℃以上)時(shí)，把固硫劑石灰石與石油焦或氣化余焦按Ca/S比1～2相摻混，用加料器4按照具體的加料速率向裝置內(nèi)連續(xù)加料，燃料便在裝置內(nèi)進(jìn)入燃燒固硫狀態(tài)(器內(nèi)燃燒溫度為860～890℃)，此時(shí)裝置處于完全開(kāi)車狀態(tài)。
在該過(guò)程中，耐磨熱載體顆粒(例如石英砂顆粒)一方面在燃燒室內(nèi)吸收石油焦或氣化余焦燃燒所放出的大量熱量，充當(dāng)循環(huán)熱載體以提供石油焦或氣化余焦燃燒所需的起燃溫度，另一方面作為粒徑較小的石油焦或氣化余焦細(xì)粉的助流化劑，使細(xì)焦粉能較好地流化燃燒。
下面通過(guò)幾個(gè)具體的實(shí)施例并結(jié)合附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例1如圖1所示，本實(shí)施例的內(nèi)混式燃燒裝置，主要由氣體分配室1、氣體分布板2、氣體分布環(huán)3，7、加料器4、導(dǎo)流筒5、內(nèi)混式燃燒室筒體6、提升管8、料倉(cāng)9、旋風(fēng)分離器10，16、提升管出口的氣固快速分離器11、循環(huán)回料管12、進(jìn)風(fēng)管13、排渣管14、排氣管23，24、及控制閥17所構(gòu)成。在本實(shí)施例中，內(nèi)混式燃燒室包括內(nèi)混式燃燒室筒體6和套置于該內(nèi)混式燃燒室筒體內(nèi)的導(dǎo)流筒5，導(dǎo)流筒5固定在氣體分布板2上，與內(nèi)混式燃燒室筒體6呈同心布置，導(dǎo)流筒5把該內(nèi)混式燃燒室分為內(nèi)、外環(huán)兩個(gè)燃燒空間，導(dǎo)流筒5內(nèi)稱為內(nèi)環(huán)空間，導(dǎo)流筒5外壁與筒體6的內(nèi)壁之間的環(huán)隙稱為外環(huán)空間。導(dǎo)流筒5下部沿圓周方位均勻開(kāi)有矩形槽口，作為顆粒從外環(huán)流入內(nèi)環(huán)的環(huán)流通道。
在實(shí)施例中，所述的氣體分配室1頂部的氣體分布板2具有對(duì)應(yīng)于所述導(dǎo)流筒5的進(jìn)氣口，并于所述內(nèi)混式燃燒室筒體6上也設(shè)有通過(guò)氣體分布環(huán)7布?xì)獾倪M(jìn)氣口，該導(dǎo)流筒5內(nèi)(即內(nèi)環(huán)空間)的進(jìn)氣量大于內(nèi)混式燃燒室外環(huán)空間內(nèi)的進(jìn)氣量。這樣，內(nèi)環(huán)通入的空氣量較大，為燃燒器的流化主風(fēng)，使內(nèi)環(huán)的顆粒物料向上運(yùn)動(dòng)，外環(huán)通入的空氣量較小，對(duì)外環(huán)的物料起流化松動(dòng)作用，由于內(nèi)環(huán)的風(fēng)量大于外環(huán)風(fēng)量，使內(nèi)環(huán)床層底部的靜壓低于外環(huán)床層底部的靜壓，因此，外環(huán)的顆粒物料向下流動(dòng)并通過(guò)導(dǎo)流筒5底端的矩形通道進(jìn)入內(nèi)環(huán)，由此使大部分顆粒在內(nèi)、外環(huán)之間不斷循環(huán)，石油焦或氣化余焦顆粒在燃燒室空間的軸、徑向方向形成強(qiáng)烈的返混，且能長(zhǎng)時(shí)間地與空氣中的氧氣接觸而充分燃燒。在內(nèi)混式燃燒室，內(nèi)環(huán)的表觀氣速為1.0～3.7m/s，外環(huán)的表觀氣速為0.15m/s左右，導(dǎo)流筒5出口上方的燃燒室空間的直徑變大，其氣速為0.6～1.8m/s。
在本實(shí)施例中，如圖1所示，所述的循環(huán)回料管12上可設(shè)有控制閥17。
在本實(shí)施例中，如圖1所示，內(nèi)混式燃燒室筒體6上端與提升管8相接，提升管8出口與氣固快速分離器11相接，氣固快速分離器11的下料腿(固相出口)埋入料倉(cāng)9的密相料位以下，氣固快速分離器11的排氣管24與旋風(fēng)分離器16的入口相接。這樣，內(nèi)混式燃燒室出口接提升管5輸送床，利用其較高的傳質(zhì)速率和傳熱強(qiáng)度大的特點(diǎn)，使未燃盡的石油焦或氣化余焦顆粒繼續(xù)燃燒；提升管5輸送床的表觀氣速為6.0～12.0m/s，顆粒循環(huán)強(qiáng)度為113.5～400kg/m2.s。
在本實(shí)施例中，如圖1所示，料倉(cāng)9直接連接于內(nèi)混式燃燒室筒體6上，并在該料倉(cāng)9頂部設(shè)有排氣管23與旋風(fēng)分離器10相接，該旋風(fēng)分離器10的料腿連接于料倉(cāng)9的密相料位以下。
在本實(shí)施例中，如圖1所示，氣固快速分離器11和旋風(fēng)分離器10、16均設(shè)置于料倉(cāng)9外，這樣分離器外置可便于安裝和檢修。
本實(shí)施例的內(nèi)混式燃燒裝置在使用時(shí)，具體的流程為空氣通過(guò)進(jìn)風(fēng)管13進(jìn)入氣體分配室1，然后經(jīng)過(guò)氣體分布板2向?qū)Я魍?內(nèi)(內(nèi)環(huán))均勻布?xì)?，同時(shí)另一路空氣經(jīng)過(guò)氣體分布環(huán)3由進(jìn)氣口進(jìn)入外環(huán)，內(nèi)環(huán)通入的風(fēng)量大于外環(huán)風(fēng)量，這樣使外環(huán)床層底部的靜壓大于內(nèi)環(huán)床層底部的靜壓，因此由連續(xù)加料器4加入的顆粒不斷從外環(huán)通過(guò)導(dǎo)流筒下部的矩形通道流入內(nèi)環(huán)，形成環(huán)流流動(dòng)，使石油焦或氣化余焦在內(nèi)混式燃燒室內(nèi)進(jìn)行循環(huán)燃燒固硫。在裝置下部?jī)?nèi)混燃燒段進(jìn)行燃燒的同時(shí)，一部分高溫石英砂顆粒、未燒盡的石油焦或氣化余焦顆粒、石灰石和產(chǎn)生的煙氣會(huì)隨著底部進(jìn)入的流化空氣進(jìn)入提升管8，未燃盡的石油焦或氣化余焦顆粒在提升管內(nèi)繼續(xù)燃燒固硫。氣體和固體經(jīng)過(guò)提升管后，進(jìn)入氣固快速分離器11進(jìn)行一級(jí)分離，分離出的固體顆粒沿快速分離器的下料腿進(jìn)入料倉(cāng)9；由快速分離器11排氣管排出的氣體和少量固體顆粒(基本上為石油焦或氣化余焦的飛灰細(xì)粉)進(jìn)入旋風(fēng)分離器16進(jìn)行二級(jí)分離，分離出的顆粒沿旋風(fēng)分離器16料腿進(jìn)入到料倉(cāng)9；由旋風(fēng)分離器10、16排氣管排出的高溫潔凈煙氣則可引入到鍋爐產(chǎn)生蒸汽或推動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。料倉(cāng)9底部經(jīng)氣體分布環(huán)7通入一定量的空氣使料倉(cāng)內(nèi)的高溫石英砂顆粒和其它顆粒流化起來(lái)，并沿循環(huán)回料管12和控制閥17流入內(nèi)混燃燒室，這樣由加料器4加入的燃料顆粒便在石英砂循環(huán)熱載體的高溫作用下著火燃燒，同時(shí)從料倉(cāng)9中返回的飛灰在內(nèi)混式燃燒室進(jìn)行循環(huán)再燃，直至燃盡。而燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的灰渣及硫酸鈣則經(jīng)排渣管14排出。
實(shí)施例2
如圖2所示，本實(shí)施例的內(nèi)混式燃燒裝置也主要由氣體分配室1、氣體分布板2、氣體分布環(huán)3，7、加料器4、導(dǎo)流筒5、內(nèi)混式燃燒室筒體6、提升管8、料倉(cāng)9、旋風(fēng)分離器10、氣固快速分離器11、循環(huán)回料管12、進(jìn)風(fēng)管13及排渣管14所構(gòu)成。
本實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)和工作流程與實(shí)施例1相同，在此不再詳述。如圖2所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1在結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于，在本實(shí)施例中，導(dǎo)流筒5下端與底部氣體分布板2之間留有一定的間隙作為外環(huán)顆粒流向內(nèi)環(huán)的環(huán)流通道。
如圖2所示，在本實(shí)施例中，氣固快速分離器11和旋風(fēng)分離器10均內(nèi)置于料倉(cāng)9中，從而在結(jié)構(gòu)上比實(shí)施例1變得更為緊湊，并減少了燃燒器中的熱量損失。并且，在本實(shí)施例中，由于氣固快速分離器11和旋風(fēng)分離器10均內(nèi)置于料倉(cāng)9中，從氣固快速分離器11排出的煙氣以及料倉(cāng)9上部的煙氣均可通過(guò)旋風(fēng)分離器10進(jìn)行再次分離，從而減少了一組旋風(fēng)分離器的使用。
實(shí)施例3如圖3所示，本實(shí)施例的內(nèi)混式燃燒裝置主要由氣體分配室1、氣體分布板2、氣體分布環(huán)3，7、加料器4、導(dǎo)流筒5、內(nèi)混式燃燒室筒體6、提升管8、料倉(cāng)9、旋風(fēng)分離器10、氣固快速分離器11、循環(huán)回料管12、進(jìn)風(fēng)管13、排渣管14、氣固預(yù)混段15及控制閥17所構(gòu)成。
本實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)和工作流程與實(shí)施例2相同，在此不再詳述。如圖3所示，本實(shí)施例與實(shí)施例2在結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于，在本實(shí)施例中，所述內(nèi)混式燃燒室還包括一氣固預(yù)混段15，該氣固預(yù)混段15連接于內(nèi)混式燃燒室筒體6和氣體分配室1之間。這樣由循環(huán)回料管12返回的顆粒首先進(jìn)入預(yù)混段15中，一方面使從循環(huán)回料管返回的飛灰等細(xì)顆粒在預(yù)混段15中首先進(jìn)行一定程度的燃燒，再進(jìn)入到上部的內(nèi)混式燃燒室燃燒，這樣可以大大延長(zhǎng)細(xì)顆粒的停留時(shí)間而保證燃盡；另一方面使石英砂熱載體與加料器4加入的石油焦或氣化余焦顆粒先在該氣固預(yù)混段15內(nèi)進(jìn)行足夠的換熱、燃燒，并能進(jìn)一步延長(zhǎng)石油焦或氣化余焦顆粒在燃燒裝置底部的停留時(shí)間。
實(shí)施例4如圖4所示，本實(shí)施例的內(nèi)混式燃燒裝置主要由氣體分配室1，22、氣體分布板2，19、氣體分布環(huán)3、加料器4、導(dǎo)流筒5、內(nèi)混式燃燒室筒體6、提升管8、料倉(cāng)9、旋風(fēng)分離器10、氣固快速分離器11、循環(huán)回料管12、進(jìn)風(fēng)管13、排渣管14，21、氣固預(yù)混段15、控制閥17、排氣管23、24及進(jìn)風(fēng)管20所構(gòu)成。
本實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)和工作流程與實(shí)施例3相同，在此不再詳述。如圖4所示，本實(shí)施例與實(shí)施例3在結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于，在本實(shí)施例中，把料倉(cāng)9從內(nèi)混式燃燒室上部取下，與內(nèi)混式燃燒室和提升管8輸送床燃燒段呈并列方式布置，這樣可以增加料倉(cāng)9內(nèi)的顆粒藏量，使整個(gè)裝置系統(tǒng)的循環(huán)倍率調(diào)節(jié)范圍更寬些，裝置操作彈性大。
在本實(shí)施例中，該料倉(cāng)9的底部設(shè)有類似于氣體分配室1的氣體分配室22，該氣體分配室22的底部設(shè)有氣體分布板19向料倉(cāng)9內(nèi)布?xì)猓摎怏w分配室22上設(shè)有進(jìn)風(fēng)管20，通過(guò)該進(jìn)風(fēng)管20向該氣體分配室22內(nèi)供氣。該氣體分配室22的下方也可設(shè)有排渣管21。
在實(shí)施例中，所述料倉(cāng)9的頂部可設(shè)有排氣管23，所述的旋風(fēng)分離器10的入口連接于該排氣管23。所述氣固快速分離器11的排氣管24可連接于所述料倉(cāng)9的排氣管23，從而通過(guò)該料倉(cāng)9的排氣管23與旋風(fēng)分離器10的入口相連通。
實(shí)施例5如圖5所示，本實(shí)施例的內(nèi)混式燃燒裝置主要由氣體分配室1、氣體分布板2、氣體分布環(huán)3，7、加料器4、導(dǎo)流筒5、內(nèi)混式燃燒室筒體6、提升管8、料倉(cāng)9、旋風(fēng)分離器10、氣固快速分離器11、循環(huán)回料管12、進(jìn)風(fēng)管13、排渣管14及料倉(cāng)9頂部排氣管23所構(gòu)成。
本實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)和工作流程可與實(shí)施例1-4相同，在此不再詳述。如圖5所示，本實(shí)施例與上述實(shí)施例1-4的區(qū)別在于，在本實(shí)施例中，提升管8出口處可并聯(lián)兩臺(tái)氣固快速分離器11，可以快速高效地實(shí)現(xiàn)固體顆粒和煙氣的分離，減少飛灰的跑損量，并降低后置旋風(fēng)分離器的分離負(fù)荷。根據(jù)需要，該氣固快速分離器11也可設(shè)置有兩臺(tái)以上，圖中未示出。
如圖5所示，在本實(shí)施例中，所述的循環(huán)回料管12也可設(shè)有兩根或者兩根以上，圖中僅示出了雙循環(huán)回料管12的情況，從而可以大大提高該裝置系統(tǒng)的循環(huán)倍率，且循環(huán)回料管內(nèi)置于燃燒器內(nèi)部，可以取消滑閥等控制閥，使裝置結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單緊湊。
在上述實(shí)施例中，僅示出了采用一級(jí)旋風(fēng)分離器10的情況，根據(jù)需要，該旋風(fēng)分離器10也可為兩級(jí)或者兩級(jí)以上相串聯(lián)的旋風(fēng)分離器，以對(duì)燃燒后的煙氣進(jìn)行多級(jí)分離循環(huán)燃燒，在此不再詳述。
采用本發(fā)明的燃燒方法和內(nèi)混式燃燒裝置，不僅可以燃燒寬篩分的石油焦、及石油焦經(jīng)氣化爐氣化后所得的很細(xì)的氣化余焦，而且還可以用于燃燒煤粉、燃煤鍋爐所產(chǎn)生的飛灰細(xì)粉、以及煤焦粉經(jīng)氣化爐氣化后所得的氣化余焦等。因此，本發(fā)明的燃燒方法和內(nèi)混式燃燒裝置，不僅可以單獨(dú)成為一種燃燒單元操作，而且還可以與石油焦氣化爐、煤氣化爐、蒸汽鍋爐或燃?xì)廨啓C(jī)相配合形成一種多聯(lián)產(chǎn)組合技術(shù)及操作工藝。
以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制本發(fā)明，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍的，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種燃燒石油焦或氣化余焦的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟(1)將石油焦或氣化余焦顆粒與耐磨熱載體顆粒和固硫劑加入一內(nèi)混式燃燒室與空氣接觸混合，使石油焦或氣化余焦顆粒燃燒并在固硫劑作用下脫除煙氣中的SO2；(2)使未燃盡的石油焦或氣化余焦顆粒進(jìn)入一提升管中繼續(xù)燃燒；(3)在提升管出口將耐磨熱載體和石油焦的飛灰或氣化余焦的飛灰從煙氣中快速分離下來(lái)，并捕集于一料倉(cāng)中，再?gòu)牧蟼}(cāng)快速循環(huán)回內(nèi)混式燃燒室循環(huán)燃燒。
2.如權(quán)利要求1所述的燃燒石油焦或氣化余焦的方法，其特征在于，在上述步驟(1)中，可先將耐磨熱載體顆粒加入內(nèi)混式燃燒室，然后加熱該內(nèi)混式燃燒室，并向該內(nèi)混式燃燒室內(nèi)供風(fēng)，使其內(nèi)的耐磨熱載體顆粒處于循環(huán)流化狀態(tài)，待內(nèi)混式燃燒室內(nèi)溫度達(dá)到石油焦的起燃溫度時(shí)，把固硫劑與石油焦或氣化余焦加入內(nèi)混式燃燒室內(nèi)，該石油焦或氣化余焦進(jìn)入燃燒固硫狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求1所述的燃燒石油焦或氣化余焦的方法，其特征在于，將經(jīng)步驟(3)分離后的煙氣再次進(jìn)行一次或者一次以上的分離，將煙氣中殘留的耐磨熱載體和石油焦飛灰或氣化余焦飛灰再次分離下來(lái)，并捕集于料倉(cāng)中，然后再?gòu)脑摿蟼}(cāng)快速循環(huán)回內(nèi)混式燃燒室循環(huán)燃燒。
4.如權(quán)利要求1所述的燃燒石油焦或氣化余焦的方法，其特征在于，所述與石油焦或氣化余焦相混合的耐磨熱載體顆粒的平均粒徑為100～150μm，顆粒密度為2200～2600kg/m3，比熱約為2.0kJ/kg.℃。
5.如權(quán)利要求1所述的燃燒石油焦或氣化余焦的方法，其特征在于，所述石油焦顆粒粒徑為0～500μm的寬篩分分布；所述氣化余焦顆粒粒徑為0～80μm，其平均粒徑10～30μm，顆粒密度為1200～1500kg/m3。
6.如權(quán)利要求1所述的燃燒石油焦或氣化余焦的方法，其特征在于，所述固硫劑按Ca/S比1～2與石油焦或氣化余焦相摻混加入內(nèi)混式燃燒室內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1所述的燃燒石油焦或氣化余焦的方法，其特征在于，內(nèi)混式燃燒室內(nèi)的起燃溫度大于600℃，燃燒最佳固硫溫度為860～890℃。
8.一種采用上述方法燃燒石油焦或氣化余焦的內(nèi)混式燃燒裝置，其特征在于，該裝置包括氣體分配室，其具有進(jìn)風(fēng)管，并在該氣體分配室頂部設(shè)有氣體分布元件；內(nèi)混式燃燒室，設(shè)置于氣體分布元件的上方，并在其一側(cè)設(shè)有加料器；提升管，設(shè)置于所述內(nèi)混式燃燒室的上方，在該提升管的頂部設(shè)有至少一級(jí)氣固快速分離器；料倉(cāng)，該料倉(cāng)通過(guò)至少一循環(huán)回料管連通于下部的內(nèi)混式燃燒室，所述氣固快速分離器的固相出口設(shè)于該料倉(cāng)內(nèi)，并于該料倉(cāng)下部設(shè)有進(jìn)氣口；排渣管，其位于氣體分配室的下方。
9.如權(quán)利要求8所述的內(nèi)混式燃燒裝置，其特征在于，所述內(nèi)混式燃燒室包括內(nèi)混式燃燒室筒體和套設(shè)于該內(nèi)混式燃燒室筒體內(nèi)的導(dǎo)流筒，該導(dǎo)流筒與內(nèi)混式燃燒室筒體之間設(shè)有環(huán)流通道。
10.如權(quán)利要求9所述的內(nèi)混式燃燒裝置，其特征在于，所述的氣體分配室頂部的氣體分布元件具有對(duì)應(yīng)于所述導(dǎo)流筒的進(jìn)氣口，并于所述內(nèi)混式燃燒室筒體內(nèi)壁與導(dǎo)流筒外壁之間的環(huán)隙空間設(shè)有氣體分布環(huán)，該導(dǎo)流筒內(nèi)的進(jìn)氣量大于外環(huán)的進(jìn)氣量。
11.如權(quán)利要求9所述的內(nèi)混式燃燒裝置，其特征在于，所述的導(dǎo)流筒固定于所述的內(nèi)混式燃燒室筒體的底部上，該導(dǎo)流筒的下部沿周向開(kāi)設(shè)有多個(gè)矩形槽口，形成為所述的環(huán)流通道；或者所述導(dǎo)流筒的下端與內(nèi)混式燃燒室筒體的底部之間具有間隙設(shè)置，該間隙形成為所述的環(huán)流通道。
12.如權(quán)利要求9所述的內(nèi)混式燃燒裝置，其特征在于，所述的內(nèi)混式燃燒室筒體直接連接于氣體分配室上，所述的循環(huán)回料管連接于該內(nèi)混式燃燒室筒體上。
13.如權(quán)利要求9所述的內(nèi)混式燃燒裝置，其特征在于，所述的內(nèi)混式燃燒室還包括有一氣固預(yù)混段，該氣固預(yù)混段連接于所述氣體分配室和內(nèi)混式燃燒室筒體之間，并軸向?qū)?yīng)于所述的導(dǎo)流筒，所述的加料器設(shè)置在該氣固預(yù)混段上，所述的循環(huán)回料管連接于該氣固預(yù)混段上。
14.如權(quán)利要求8所述的內(nèi)混式燃燒裝置，其特征在于，所述的循環(huán)回料管上設(shè)有控制閥。
15.如權(quán)利要求8所述的內(nèi)混式燃燒裝置，其特征在于，所述的氣固快速分離器串聯(lián)有一級(jí)或者一級(jí)以上的旋風(fēng)分離器，該旋風(fēng)分離器的料腿連接于料倉(cāng)的下部。
16.如權(quán)利要求8所述的內(nèi)混式燃燒裝置，其特征在于，所述的循環(huán)回料管設(shè)有兩根或者兩根以上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種燃燒石油焦或氣化余焦的方法及其裝置。該方法為將石油焦或氣化余焦顆粒與耐磨熱載體顆粒和固硫劑加入內(nèi)混式燃燒室與空氣接觸混合，使石油焦或氣化余焦顆粒燃燒并脫硫；再進(jìn)入一提升管中繼續(xù)燃燒；并對(duì)煙氣進(jìn)行分離，將分離出的飛灰快速循環(huán)回內(nèi)混式燃燒室循環(huán)燃燒。燃燒裝置包括氣體分配室，在其上方順序設(shè)有內(nèi)混式燃燒室和提升管，該提升管的頂部設(shè)有至少一級(jí)氣固快速分離器；該氣固分離器的固相出口設(shè)于一料倉(cāng)內(nèi)，該料倉(cāng)通過(guò)至少一循環(huán)回料管連通于下部的內(nèi)混式燃燒室。本發(fā)明能夠高效燃燒石油焦或氣化余焦，保證石油焦或氣化余焦顆粒的充分燃燒及其飛灰的捕集和循環(huán)燃燒，并有效控制SO
文檔編號(hào)F23C10/00GK1959207SQ20051011542
公開(kāi)日2007年5月9日 申請(qǐng)日期2005年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月3日
發(fā)明者盧春喜, 嚴(yán)超宇, 時(shí)銘顯 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京)