一种气化炉-层燃供热锅炉耦合的飞灰利用系统

1.本实用新型属于煤炭梯级转化及高效清洁燃烧领域，特别涉及一种气化炉-层燃供热锅炉耦合的飞灰利用系统。


背景技术：

2.煤气化是煤炭清洁高效利用的一种重要方式，但气化后所得的副产品飞灰中残炭质量可达自身量的20％，为获取其中的能源，一般将这部分气化飞灰进行燃烧。然而飞灰具有高灰分、低挥发分、低硫含量、低热值和粒度细的特点，采用传统的技术和装备燃烧此类燃料时，飞灰着火燃尽困难、no
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排放高，且可能存在强化燃烧、结渣防治与低no
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燃烧控制手段相冲突的问题。如何解决气化飞灰难以利用的问题，已成为制约煤炭清洁高效梯级利用产业化应用的关键技术瓶颈，并亟待解决。另一方面，生物质资源具有储量丰富、孔隙发达、能量密度低的特点，直接燃料利用存在热效率低、操作难度大的问题。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种气化炉-层燃供热锅炉耦合的飞灰利用系统。具体是将气化飞灰、生物质和煤粉/半焦粉混合制成多孔成型燃料，再将成型燃料在层燃供热锅炉中燃烧利用。利用锅炉部分尾部热烟气干燥成型燃料，节省外部热源，将部分尾部烟气送入循环风室，降低燃烧气氛的局部氧浓度，减少no
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的生成，将部分尾部烟气作为二次风喷入炉膛，增加气流扰动，增强燃烧和换热，增设局部燃尽风，结合空气分级燃烧技术，提高成型燃料的燃烧效率，并进一步降低no
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的生成。将成型燃料燃烧后的飞灰返回混合装置并重新制备成型燃料，进行二次燃烧，提高燃尽率。将层燃供热锅炉产生的部分蒸汽加入气化原煤仓，预热原煤以改善气化性能。本实用新型在充分利用了煤炭资源和热量的同时，降低了锅炉no
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的生成。
4.本实用新型采用如下技术方案来实现的：
5.一种气化炉-层燃供热锅炉耦合的飞灰利用系统，包括气化飞灰制备成型燃料系统和成型燃料在层燃供热锅炉中燃烧的系统；
6.气化飞灰制备成型燃料系统包括气化炉、旋风分离器、气化飞灰仓、生物质仓、煤或半焦粉仓、液体粘结剂桶、飞灰-生物质-煤/半焦粉混合仓和加压成型装置；
7.成型燃料在层燃供热锅炉中燃烧的系统包括成型燃料斗、层燃供热锅炉的炉排、一次风室、送风机、燃尽风喷嘴、烟道、省煤器、气固分离器、除尘器、脱硫装置、烟囱、热水出口、蒸汽出口和蒸汽泵；
8.气化炉的合成气出口与旋风分离器的入口相连，旋风分离器的出口与气化飞灰仓的入口相连，气化飞灰仓、生物质仓、煤或半焦仓和液体粘结剂桶的出口分别与飞灰-生物质-煤/半焦粉混合仓的入口相连，飞灰-生物质-煤/半焦粉混合仓的出口与加压成型装置的入口相连；加压成型装置的出口与成型燃料斗的入口相连，成型燃料斗的出口连接至层燃供热锅炉的炉排，送风机的入口与空气相连，出口与一次风室的入风口相连，燃尽风喷嘴
布置在炉膛上部，与燃尽风管道相连；热水出口和蒸汽出口均与锅筒相连，蒸汽出口的出口端与蒸汽泵的入口相连；省煤器设置在尾部的烟道，尾部烟道的出口与气固分离器的入口相连，气固分离器的气体出口与除尘器的入口相连，气固分离器的固体出口与飞灰-生物质-煤/半焦粉混合仓的侧入口相连，除尘器的出口与脱硫装置的入口相连，脱硫装置的出口与烟囱相连。
9.本实用新型进一步的改进在于，气化飞灰制备成型燃料系统还包括煤粉仓，煤粉仓的出口与气化炉的煤粉入口相连。
10.本实用新型进一步的改进在于，蒸汽泵的出口与煤粉仓的入口相连。
11.本实用新型进一步的改进在于，层燃供热锅炉产生的部分蒸汽通过蒸汽出口和蒸汽泵进入煤粉仓，对气化所需煤粉进行预热。
12.本实用新型进一步的改进在于，除尘器的出口还分别与第一循环风机和第二循环风机的入口相连，第一循环风机的出口与布置在炉膛上的二次风喷嘴相连，第二循环风机的出口分别与循环烟气室的入风口和加压成型装置的侧入口相连。
13.本实用新型进一步的改进在于，二次风喷嘴设置在炉膛喉口处，来自除尘器后的部分烟气通过二次风喷嘴喷入炉膛，强化换热；同时空气经燃尽风管道进入燃尽风喷嘴，进而喷入炉膛，提高成型燃料的燃尽率。
14.本实用新型进一步的改进在于，煤气化的副产品飞灰用于与生物质、煤粉/半焦混合后在粘接剂和压力的共同作用下制备成成型燃料。
15.本实用新型进一步的改进在于，成型燃料呈多孔球形，孔为径向分布的锥形孔。
16.本实用新型进一步的改进在于，层燃供热锅炉包含两个风室，分别为一次风室和循环烟气室，一次风室内布置通过送风机送入的空气，循环烟气室内通过循环风机布置来自除尘器后的烟气。
17.本实用新型进一步的改进在于，烟气经气固分离器后，固体部分通过飞灰输送管道进入飞灰-生物质-煤/半焦粉混合仓，进而在加压成型装置中进行二次成型，重新参加燃烧。
18.本实用新型至少具有如下有益的技术效果：
19.本实用新型所述的一种气化炉-层燃供热锅炉耦合的飞灰利用系统，将低挥发分含量的细粒型气化飞灰与生物质、煤粉/半焦粉混合，并在粘结剂的作用下制备成多孔球状成型燃料，再将成型燃料在层燃供热锅炉中进行燃烧利用，利用锅炉部分尾部热烟气干燥成型燃料，一是节省了外部热源能量，二是降低了排烟热损失，提高了锅炉效率。锅炉省煤器后增设气固分离器，将成型燃料燃烧后分离得到的固体飞灰返回加压成型装置重新制备成型燃料，进而进行二次燃烧，提高燃尽率。层燃供热锅炉产生的部分蒸汽通过蒸汽出口进入煤粉仓，对气化所需煤粉进行预热，改善气化性能。
20.将传统层燃炉的一次风室改造成一次风室和循环烟气室，分别进空气和锅炉尾部烟气，炉排上的新鲜成型燃料首先接触空气，在空气助燃剂的作用下着火和燃烧，未燃尽的焦炭接触循环烟气，在局部缺氧气氛下燃烧，可降低no
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的生成。结合空气分级燃烧技术，在喉口处设置二次风增加气流扰动，强化燃烧和换热，并在炉膛上部设置局部燃尽风，提高成型燃料的燃烧效率，并进一步降低了no
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的生成。
21.综上所述，本实用新型通过将细粒级的气化飞灰和生物质、煤粉/半焦粉混合制备
多孔成型燃料并在层燃供热锅炉中燃烧，充分利用了飞灰中的残炭，解决了气化副产品的堆积带来的资源浪费、土地占用、粉尘污染等问题和生物质直接燃烧存在的热效率低、操作困难的问题。实现了能量的梯级利用，减少了环境污染，系统经济环保，便于管理。本实用新型只需对现有气化炉附近建立层燃供热锅炉，无需过多改造，适应范围广，具有良好的应用前景。
附图说明
22.图1为本实用新型的结构原理图。
23.附图标记说明：
24.1为煤粉仓，2为气化炉，3为旋风分离器，4为气化飞灰仓，5为生物质仓，6为煤或半焦粉仓，7为液体粘结剂桶，8为飞灰-生物质-煤/半焦粉混合仓，9为加压成型装置，10为成型燃料斗，11为层燃供热锅炉的炉排，12为成型燃料，13为一次风室，14为循环烟气室，15为二次风喷嘴，16为燃尽风喷嘴，17为烟道，18为省煤器，19为气固分离器，20为除尘器，21为脱硫装置，22为烟囱，23为第一循环风机，24为第二循环风机，25为送风机，26为飞灰输送管道，27为热水出口，28为蒸汽出口，29为蒸汽泵。
具体实施方式
25.以下结合附图对本实用新型做进一步的详细说明
26.如图1所示，本实用新型提供的一种气化炉-层燃供热锅炉耦合的飞灰利用系统，包括气化飞灰制备成型燃料系统和成型燃料在层燃供热锅炉中燃烧的系统。
27.所述的气化飞灰制备成型燃料系统包括煤粉仓1、气化炉2、旋风分离器3、气化飞灰仓4、生物质仓5、煤或半焦粉仓6、液体粘结剂桶7、飞灰-生物质-煤/半焦粉混合仓8、加压成型装置9和飞灰、生物质、煤/半焦粉、粘结剂的输送管道。
28.所述的成型燃料在层燃供热锅炉中燃烧的系统包括成型燃料斗10、层燃供热锅炉的炉排11、成型燃料12、一次风室13、送风机25、循环烟气室14、第二循环风机24、二次风喷嘴15、第一循环风机23、燃尽风喷嘴16、烟道17、省煤器18、气固分离器19、除尘器20、脱硫装置21、烟囱22、飞灰输送管道26、热水出口27、蒸汽出口28、蒸汽泵29和各连接管道。
29.所述的煤粉仓1通过输送管道与气化炉2的煤粉入口相连，所述的气化炉2的合成气出口与旋风分离器3的入口相连，所述的旋风分离器3的出口与气化飞灰仓4的入口相连，同时，所述的气化飞灰仓4、生物质仓5、煤或半焦粉仓6、液体粘结剂桶7的出口分别与飞灰-生物质-煤/半焦粉混合仓8的入口相连，所述的飞灰-生物质-煤/半焦粉混合仓8的出口与加压成型装置9的入口相连；所述的加压成型装置9的出口与成型燃料斗10的入口相连，所述的成型燃料斗10的出口连接至层燃供热锅炉的炉排11相连，所述的送风机25的入口与空气相连，出口与一次风室13的入口相连，所述的第二循环风机24的入口与烟气管道相连，出口与循环烟气室14的入口相连，所述的第一循环风机23的入口与烟气管道相连，出口与布置在炉膛上的二次风喷嘴15相连，所述的燃尽风喷嘴16布置在炉膛上部，与燃尽风管道相连；所述的热水出口27、蒸汽出口28均与锅筒相连，所述的蒸汽出口28的出口端与蒸汽泵29的入口相连，所述的蒸汽泵29的出口与煤粉仓1的入口相连；所述的省煤器18设置在尾部烟道，尾部烟道的出口与气固分离器19的入口相连，所述的气固分离器19的气体出口与除尘
器20的入口相连，所述的气固分离器19的固体出口与飞灰-生物质-煤/半焦粉混合仓8的侧入口相连，所述的除尘器20的出口与脱硫装置21的入口相连，所述的除尘器20的出口还分别与第一循环风机23和第二循环风机24的入口相连，所述的脱硫装置21的出口与烟囱22相连。
30.进一步的，煤气化的副产品飞灰与生物质、煤粉/半焦混合后在粘接剂和压力的共同作用下制备成成型燃料，成型燃料利用生物质的多孔结构和易燃特性，可改善飞灰、半焦及难燃煤的燃烧特性。
31.进一步的，气化飞灰与生物质、煤粉/半焦混合制成的成型燃料12呈多孔球形，孔为径向分布的锥形孔。
32.进一步的，来自除尘器20后的部分热烟气被送入加压成型装置9，用于干燥成型燃料，节省了外部热源提供的热量。
33.进一步的，层燃供热锅炉包含两个风室，一次风室13内布置通过送风机25送入的空气，循环烟气室14内通过第二循环风机24布置来自除尘器20后的烟气。空气供给炉排前段的成型燃料，可促进成型燃料的脱挥发分和燃烧，循环烟气供给炉排后段的焦炭，降低了燃烧气氛的氧浓度，可降低no
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的生成。
34.进一步的，二次风喷嘴设置在炉膛喉口处，来自除尘器20后的部分烟气通过二次风喷嘴15喷入炉膛，强化换热。同时空气经燃尽风管道进入燃尽风喷嘴16，进而喷入炉膛，提高成型燃料的燃尽率。
35.进一步的，烟气经气固分离器后，固体部分通过飞灰输送管道26进入飞灰-生物质-煤/半焦粉混合仓8，进而在加压成型装置9中进行二次成型，并重新参加燃烧，进一步降低飞灰含碳率，提高燃料的燃烧效率。
36.进一步的，层燃供热锅炉产生的部分蒸汽通过蒸汽出口28进入煤粉仓1，对气化所需煤粉进行预热，改善气化性能。
37.本实用新型提供的一种气化炉-层燃供热锅炉耦合的飞灰利用系统，工作时，包括如下步骤：
38.1)煤粉仓1中的煤进入汽化炉2进行气化，产生的合成气及飞灰的混合物在旋风分离器3中进行气固分离，获得的飞灰储存在气化飞灰仓4中，气化飞灰仓4中的飞灰、生物质仓5中的生物质、煤/半焦仓中6的煤粉或半焦粉，以及液态粘结剂桶中7中的粘结剂通过相应的管道输送到飞灰-生物质-煤/半焦粉混合仓8，进而在加压成型装置9中加压、干燥以制备成型燃料，干燥热源为成型燃料在层燃供热锅炉中燃烧后的热烟气，热烟气取自除尘器20后、脱硫装置21前的烟气管道。
39.2)成型燃料从加压成型装置9的出口进入成型燃料斗10中，从成型燃料斗落到层燃供热锅炉的炉排11，空气通过送风机25进入一次风室13，一次风通过层燃供热锅炉的炉排11和成型燃料12进入炉膛，成型燃料在链条移动的过程中接触空气进行脱挥发分和燃烧，来自除尘器后、脱硫装置前的烟气进入循环烟气室14，烟气通过层燃供热锅炉的炉排11进入炉膛，降低了局部氧浓度，未燃尽的成型燃料在缺氧性气氛下燃烧，显著降低了no
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的生成。
40.3)部分来自除尘器后、脱硫装置前的烟气经二次风喷嘴15在炉膛喉口处喷入炉膛，增加了燃烧气氛的混合，强化了燃烧，二次风量约为总风量的5％。空气经燃尽风管道进
入燃尽风喷嘴16，进而喷入炉膛，结合炉膛空气分级和燃烧后期局部补氧，挺高了成型燃料的燃尽率，进一步降低了no
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的生成。
41.4)完全燃烧后的烟气依次经过锅筒、省煤器18，进入气固分离器19，固体通过飞灰输送管道26进入飞灰-生物质-煤/半焦粉混合仓8，进而在加压成型装置9中进行二次成型，重新参加燃烧，进一步降低飞灰含碳率，提高燃料的燃烧效率。气固分离器19中分离出来的气体进入除尘器20，经除尘后的烟气有四种使用路径：部分通过第二循环风机24进入循环风室14，从而进入炉膛，为降低燃烧气氛的局部氧浓度，从而降低no
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的生成，部分进入加压成型装置9进行干燥成型燃料，节约了外部热源的热量，部分通过第一循环风机23进入二次风喷嘴喷入炉膛，造成扰动，强化了炉内燃烧，剩余部分进入脱硫装置21，脱硫处理后经烟囱22排入大气。
42.高温烟气将锅筒中的工质水加热至蒸汽或热水，通过热水出口27进行供热或作为生活用水，或者通过蒸汽出口28用作进行供热，部分蒸汽通过蒸汽泵29进入煤粉仓1，对气化所需煤粉进行预热，改善气化性能。
43.概括来说，本实用新型通过将低挥发分含量的细粒型气化飞灰与多孔的生物质颗粒、难燃的煤粉或半焦混合制备成多孔球状成型燃料，再将成型燃料在层燃供热锅炉中进行燃烧利用，利用锅炉部分尾部热烟气干燥成型燃料，节省了外部热量的同时降低了排烟热损失，提高了锅炉效率；将成型燃料燃烧后的固体飞灰返回加压成型装置重新制备成型燃料并进行二次燃烧，提高了燃尽率。将传统层燃炉的一次风室改造成一次风室和循环烟气室，炉排上的新鲜成型燃料首先接触空气，在空气助燃剂的作用下着火和燃烧，未燃尽的焦炭接触循环烟气，在局部缺氧气氛下燃烧，可降低no
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的生成。结合空气分级燃烧技术，在喉口处设置二次风增加气流扰动，强化燃烧和换热，并在炉膛上部设置局部燃尽风，提高成型燃料的燃烧效率，并进一步降低了no
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的生成。将部分锅炉蒸汽引入煤仓预热气化煤种，可改善气化性能。该系统充分利用了飞灰中的残炭，并解决了煤气化副产品的堆积带来的资源浪费、土地占用、粉尘污染等问题，同时降低了生物质利用过程中存在的困难。实现了多种能量的梯级、高效利用，减少了环境污染，且不受地区和环境限制，系统经济环保，便于管理。
44.应理解，该实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外，还应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域的技术人员可以对本实用新型做出各种改动或修改，然而，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。