高速循环燃烧系统
技术领域
本实用新型涉及锅炉技术领域，尤其是涉及一种高速循环燃烧系统。
背景技术
随着我国国民经济日益增长，各行业用电量逐年增大，各电力行业如雨后春笋般迅猛发展。近年来，火电燃煤机组持续占据领导地位，在今后很长一段时间内不会发生明显变化。这些火电机组带给我们赖以生存的电能的同时，消耗了大量不可再生的煤炭资源。
与天然气等其它洁净燃烧相比，煤炭的燃烧过程工艺复杂，而且由于煤炭本身含有大量的有机和无机杂质，在燃烧过程中和燃烧后容易产生多种气体、液体和固体污染物。煤炭储量大、充足供应、比热量价格低是煤炭的优势，通过洁净的燃烧过程或燃烧后处理，使得煤炭的利用过程所引起的对环境的影响最小是经济发展所需要的。
实用新型内容
基于此，有必要针对现有技术的不足，提供一种高速循环燃烧系统，采用高速循环流化床燃烧器使粉煤得到有效燃烧，通过对燃烧过程的控制及燃烧后烟气的处理，使得烟气中氮化物、硫化物和粉尘等的排放降低，减少烟气热损失。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种高速循环燃烧系统，其包括供料侧、燃烧侧及料柱侧，所述供料侧包括燃料提供单元及氧气提供单元，所述燃料提供单元设置有若干第一连接管，所述氧气提供单元设置有若干第二连接管，所述第一连接管与第二连接管匹配设置，所述第一连接管分别设置在燃烧侧的不同高度，所述燃烧侧上端部与料柱侧上端部通过第四连接管连通，所述料柱侧底端部连接有导料管，所述导料管一端与燃烧侧下端部连通，所述导料管斜向下设置。
在其中一个实施例中，所述供料侧还设置有石灰石提供单元，所述石灰石提供单元用于提供石灰石粉末，所述石灰石提供单元设置有第三连接管，所述第三连接管与第一连接管连通设置。
在其中一个实施例中，所述第四连接管一端与燃烧侧上端部连接，所述第四连接管另一端延伸至料柱侧内一段距离。
在其中一个实施例中，至少有一第二连接管设置在燃烧侧的最底部。
在其中一个实施例中，所述料柱侧设置有料柱主体，所述料柱主体内布置有传热功能组，所述传热功能组由可拆卸式传热基本单元组成，所述传热功能组包括水蒸汽发生器及水蒸汽过热器，所述传热功能组用于将料柱主体内的热量进行传导。
在其中一个实施例中，所述传热基本单元包括内管和外管两个部分，所述内管置于外管内，所述内管设置有流体入口，所述外管设置有流体出口，所述外管与内管之间形成流体通道，由内管引入的流体在流体通道内转向后经由外管从流体出口流出，所述内管用于将流体延伸引入到外管内侧底部。
在其中一个实施例中，所述水蒸汽发生器及水蒸汽过热器均由传热基本单元组成，所述料柱侧还设置有蒸汽汽包，所述蒸汽汽包的第一出口通过管道与水蒸汽发生器的流体入口连接，所述蒸汽汽包的第一进口通过管道与水蒸汽发生器的汽水两相流体出口相连，所述水蒸汽过热器的流体入口与蒸汽汽包顶部的第二进口相连，所述水蒸汽过热器的流体出口将过热水蒸汽送出以提供给外部装置利用。
在其中一个实施例中，还包括烟烟气冷却器、中温干式除尘器、烟气冷凝冷却器以及气液分离器，所述料柱主体上端部设置有气体出口，所述烟气冷却器通过第五连接管与料柱主体的气体出口连通，所述中温干式除尘器通过第六连接管与烟气冷却器连通，所述中温干式除尘器内含有多组多孔过滤元件；所述中温干式除尘器通过管道与烟气冷凝冷却器相连接，所述烟气冷凝冷却器通过管道与气液分离器相连接。
在其中一个实施例中，所述第四连接管为弧形构造。
在其中一个实施例中，在水蒸汽过热器的下方还可设置水蒸汽再热器。
综上所述，本实用新型高速循环燃烧系统通过第四连接管连接在燃烧侧与料柱侧的上端部，配合在料柱侧的下端部设置导料管，实现对固定粉料的循环；同时，在燃烧侧的不同高度分别设置多个第一连接管及第二连接管，实现煤粉与氧气的交叉布置，使燃烧侧的燃烧过程的氧化性气氛或还原性气氛交错进行，到达燃烧侧顶部的烟气中含氮化物的含量。
附图说明
图1为本实用新型高速循环燃烧系统的结构原理图；
图2为本实用新型料柱侧的结构原理图；
图3为本实用新型传热基本单元的结构原理图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”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”、“第三”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“安装”、“相连”、“连接”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至图3所示，本实用新型高速循环燃烧系统包括供料侧100、燃烧侧200及料柱侧300，所述供料侧100与燃烧侧200连通设置，所述供料侧100包括燃料提供单元110及氧气提供单元120，所述燃料提供单元110用于提供煤粉，所述氧气提供单元120用于提供氧气，所述燃料提供单元110设置有若干第一连接管111，所述氧气提供单元120设置有若干第二连接管112，所述第一连接管111与第二连接管112匹配设置，以保证燃烧侧200能对煤粉进行充分燃烧；所述第一连接管111及第二连接管112分别设置在燃烧侧200的不同高度，所述供料侧100的煤粉通过不同高度的第一连接管111进入到燃烧侧200内部进行燃烧，使燃烧侧200的燃烧过程的化学气氛(氧化性气氛或还原性气氛)交错进行，在氧化性气氛中煤粉燃烧时产生的氮化物，在随后的还原性气氛中氮化物被还原掉。
在其中一个实施例中，至少有一第二连接管112设置在燃烧侧200的最底部，以提供煤粉向上流动之动力。
在其中一个实施例中，所述供料侧100还设置有石灰石提供单元130，所述石灰石提供单元130用于提供石灰石粉末，所述石灰石提供单元130设置有第三连接管131，所述第三连接管131与第一连接管111连通设置，煤炭中的硫组份从固体物质中析出后与石灰石和石灰石分解出的氧化钙反应生成硫酸钙而将硫固化下来，由于大量的含钙质的固体循环而使脱硫效率远远高于煤炭在普通的流化床燃烧中的脱硫效果。
所述燃烧侧200上端部与料柱侧300上端部通过第四连接管210连通，所述第四连接管210为弧形构造，所述第四连接管210一端与燃烧侧200上端部连接，所述第四连接管210另一端延伸至料柱侧300内一段距离，以引导流体在料柱侧300内部持续向下流动；所述料柱侧300底端部连接有导料管310，所述导料管310一端与燃烧侧200下端部连通，所述导料管310斜向下设置，以将料柱侧300内的流体引导入燃烧侧200内后重新利用；由于导料管310倾斜向下的分方向与固体重力方向相同，因而固体流动会自然发生，而基本上不需要流化气体的帮助，如此固体在燃烧侧200和料柱侧300之间的循环会是按自然方式进行，而固体循环的启停和循环量的调节可则是通过设置在燃烧侧200底部和侧面的进风顺序和进风量来控制，这样的设计，简化了燃烧系统的结构，也减少了操作的复杂性。
所述料柱侧300设置有料柱主体320，所述料柱主体320内布置有传热功能组，所述传热功能组由可拆卸式传热基本单元组成，传热基本单元可直接安装在料柱主体320表面的法兰上，也可将多个传热基本单元结合在一个较大法兰上，然后安装到料柱主体上；所述传热功能组包括水蒸汽发生器330及水蒸汽过热器340，所述传热功能组用于将料柱主体320内的热量进行传导，以提供给外部锅炉400使用；具体地，所述水蒸汽发生器330及水蒸汽过热器340均由传热基本单元组成，所述水蒸汽发生器330置于水蒸汽过热器340上方，水蒸汽发生器330将料柱主体320内的高温固体热量进行传导给锅炉400，锅炉400产生饱和水蒸汽，然后饱和水蒸汽进入水蒸汽过热器340被进一步加热生成过热水蒸汽，在用于蒸汽轮机发电时，水蒸汽过热器340用于将高压蒸汽透平出口的中压蒸汽再加热成过热水蒸汽返回蒸汽透平发电；料柱主体320内的固体粉料从上至下经过传热功能组的各级传热面后温度降低，较低温度的固体粉料通过导料管310回到燃烧侧200底部并在燃烧侧200中被再次加热至高温，以进入下一次传热循环。
在其中一个实施例中，所述传热基本单元包括内管350和外管360两个部分，所述内管350置于外管360内，所述内管350设置有流体入口，所述外管360设置有流体出口，所述外管360与内管350之间形成流体通道370，由内管350引入的流体在流体通道370内转向后经由外管360从流体出口流出，所述内管350用于将温度较低流体延伸引入到外管360内侧底部，而外管360用于与其外部的温度较高的气体/固体接触并吸收热量，同时将热量传递给内部流体，使内部流体温度升高。
在其中一个实施例中，所述料柱侧300还设置有蒸汽汽包500，所述蒸汽汽包500的第一出口通过管道与水蒸汽发生器330的流体入口连接，所述蒸汽汽包500的第一进口通过管道与水蒸汽发生器330的汽水两相流体出口相连，所述水蒸汽过热器340的流体入口与蒸汽汽包500顶部的第二进口相连，所述水蒸汽过热器340的流体出口将过热水蒸汽送出以提供给外部装置利用。
具体地，热固体从料柱主体320上部向下流动，首先与处于料柱主体320内的水蒸汽发生器330中的传热基本单元接触，把来自蒸汽汽包500底部的管道连接的锅炉水分配给各组传热基本单元，在每个传热基本单元中，锅炉水被热气体/热固体加热使其蒸发产生水蒸汽，水蒸汽由于密度低于蒸汽汽包500底部管道中的水密度，蒸汽向上通过管道流至蒸汽汽包500，锅炉水则继续流入补充蒸发掉水的体积，如此形成持续水-汽循环；而在下方设置的水蒸汽过热器功能组中，来自蒸汽汽包500顶部的饱和水蒸汽通过管道分配给水蒸汽过热器340中各个传热基本单元的流体进口，水蒸汽被热气体/热固体流体加热升温成为过热水蒸汽，进入提供给外部装置利用；与水蒸汽发生器330和水蒸汽过热器340接触换热后的气体/固体流体温度降低，从料柱侧300底部的导料管310流向燃烧侧200后被再一次加热，从而形成固体粉料的循环。
在其中一个实施例中，在水蒸汽过热器340的下方还可设置水蒸汽再热器(图未示)，所述水蒸汽再热器也是由传热基本单元组成，水蒸汽再热器可以被关断供水，从而不冷却固体，也不产生水蒸汽，这样可以用于对燃烧系统生产负荷的调节；当燃烧系统内的热量过剩时，此时将水供给水蒸汽再热器，以提高燃烧系统内部热量的利用率。
所述高速循环燃烧系统还包括烟气冷却器600及中温干式除尘器700，所述料柱主体320上端部设置有气体出口，所述烟气冷却器600通过第五连接管610与料柱主体320的气体出口连通，所述烟气冷却器600中的烟气可加热外部锅炉400内的水，使得锅炉400内的水产生中、高压水蒸汽，再经过水蒸汽再热器后进一步将水蒸汽过热；所述中温干式除尘器700通过第六连接管与烟气冷却器600连通，所述中温干式除尘器700内含有多组多孔过滤元件，过滤元件允许气体穿过但会将粉尘挡住，含尘烟气从烟气冷却器600进入到中温干式除尘器700内后，绝大部分粉尘被中温干式除尘器700除去，所剩烟气的含尘量几乎为零；最后，所剩烟气在经过与中温干式除尘器700连接的热回收单元进行热回收后然后通过烟囱进行排放。
当在常压下燃烧操作时，空气作为氧化剂，燃烧侧200空气和粉煤交叉进入使燃烧侧200氧化性气氛和还原性气氛交叉发生，到达燃烧侧200顶部的烟气中含有氮化物很低，可以满足排放烟气中对氮化物的要求；在高效的燃烧系统内脱硫使气体出口处烟气浓度低，满足排放要求，中温干式除尘器700可进一步使烟气含尘降低，在料柱侧300的传热功能组产生的中、高压水蒸汽可供工业应用需要。
在其中一个实施例中，所述中温干式除尘器700通过第七连接管710与料柱侧300连接，从中温干式除尘器700收集的飞灰仍含有未全部转化的石灰石，将其部分循环至料柱侧300，使其参与循环使未利用的石灰石或组分得到再次利用，同时将中温干式除尘器700捕集的粉尘一部分再循环，以提高钙的利用率，同时提高烟气的脱硫率，可使烟气含硫组份SO2等浓度将低。
在其中一个实施例中，所述烟气冷却器600为刀鞘式构造，有利于降低烟气压力降，所述烟气冷却器600内悬挂有传热器620，所述传热器620由传热基本单元组成，所述传热器620通过法兰连接在烟气冷却器600上部，以便于进行维修。
在其中一个实施例中，所述高速循环燃烧系统还包括烟气冷凝冷却器800以及气液分离器900，所述中温干式除尘器700通过管道与烟气冷凝冷却器800相连接，所述烟气冷凝冷却器800通过管道与气液分离器900相连接，当在加压下燃烧操作时，氧气作为氧化剂，燃烧侧200氧气和粉煤交叉进入使燃烧侧200氧化性气氛和还原性气氛交叉发生，到达燃烧侧200顶部的烟气中含有氮化物很低，高效的燃烧系统内脱硫使出口烟气中硫组份浓度低，中温干式除尘器700可使烟气含尘非常低，烟气中主要含有二氧化碳和水蒸汽，在经过烟气冷凝冷却器800进一步冷却冷凝后，烟气的最主要组分为二氧化碳，根据需要经过气液分离器900进行进一步的净化可得到高纯度的二氧化碳气体，该二氧化碳气体的利用途径之一就是再压缩二氧化碳并送入管道输送至油田回收油或直接注入地下深层以减少二氧化碳对大气排放量。
本实用新型具体工作时，在燃烧过程采用纯氧燃烧时，由于烟气中的主要组份为二氧化碳和水蒸汽，烟气的进一步冷却使其中的水蒸汽冷凝出来，剩余的气体则为浓度很高的CO2气体；在此二氧化碳气流中其它浓度较低的杂质包括NOx、SOx、O2、CO、N2、Ar等，根据下游二氧化碳的用途，再进行必要的干燥、净化等处理，使得二氧化碳得到进一步利用，其中包括二氧化碳被进一步加压至液态，然后进入管网输送至油田作回油剂，而作为长远方案，二氧化碳可送地下深层埋藏，以协助应对过量二氧化碳排放引起的温室效应问题。当采用空气作为燃烧气体时，含有低浓度杂质气体的烟气在经过进一步热回收后从烟囱排入到外部空气中。
在其中一个实施例中，燃烧系统的操作压力范围为1～70bar，燃烧侧200的操作温度在750～1000℃，料柱侧300的工作温度在1000～650℃，粉煤粒径为0～3mm，传热功能组产生的水蒸汽压力可为低压、中压或高压过热水蒸汽。
综上所述，本实用新型高速循环燃烧系统通过第四连接管210连接在燃烧侧200与料柱侧300的上端部，配合在料柱侧300的下端部设置导料管310，实现对固定粉料的循环；同时，在燃烧侧200的不同高度分别设置多个第一连接管111及第二连接管112，实现煤粉与氧气的交叉布置，使燃烧侧200的燃烧过程的氧化性气氛或还原性气氛交错进行，到达燃烧侧200顶部的烟气中含氮化物的含量。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型的保护范围应以所附权利要求为准。
