在循环流化床锅炉中燃烧油页岩的方法.pdf

通过在炉子底部以提供小于2.5米/秒的流化速度的速率向炉子中引入一次空气而在循环流化床锅炉中燃烧油页岩或相似燃料。有利地，在炉子的上部部分中的流化速度小于4.0米/秒，所述燃料的平均粒度为约1毫米至约2毫米，所述一次空气的比例为被引入到炉子中的空气总量的35％至38％，且所述炉子中的温度被保持处于约600摄氏度至约820摄氏度的范围内。

1、  一种在循环流化床锅炉中燃烧油页岩或具有与油页岩相似的特性的燃料的方法，所述方法包括以下步骤：
a)将所述燃料引入到循环流化床锅炉的炉子中，
b)通过炉子的底部炉栅引入一次含氧气体，
c)在底部炉栅高度之上的第一高度处向炉子中引入二次含氧气体，
其特征在于，所述一次含氧气体以在第一高度下面提供小于约2.5米/秒的流化速度的速率被引入到炉子中。

2、  根据权利要求1所述的方法，其中所述一次含氧气体以在第一高度下面提供小于约2.0米/秒的流化速度的速率被引入到炉子中。

3、  根据权利要求1所述的方法，其中含氧气体以在炉子的上部部分中提供小于约4.0米/秒的流化速度的速率被引入到炉子中。

4、  根据权利要求1所述的方法，其中含氧气体以如下方式被引入到炉子中，使得在第一高度下面的流化速度小于在炉子的上部部分中的流化速度的70％。

5、  根据权利要求4所述的方法，其中含氧气体以如下方式被引入到炉子中，使得在第一高度下面的流化速度小于在炉子的上部部分中的流化速度的65％。

6、  根据权利要求1所述的方法，其中被引入炉子中的所述燃料的平均粒度为约1毫米至约2毫米。

7、  根据权利要求1所述的方法，其中所述一次含氧气体的比例小于被引入到炉子中的含氧气体总量的约40％。

8、  根据权利要求7所述的方法，其中所述一次含氧气体的比例小于被引入到炉子中的含氧气体总量的约38％。

9、  根据权利要求8所述的方法，其中所述一次含氧气体的比例为被引入到炉子中的含氧气体总量的约35％至约38％。

10、  根据权利要求1所述的方法，其中所述炉子中的温度被保持处于约600摄氏度至约820摄氏度的范围内。

11、  根据权利要求10所述的方法，其中所述炉子中的温度被保持处于约600摄氏度至约800摄氏度的范围内。

在循环流化床锅炉中燃烧油页岩的方法
技术领域
本发明涉及油页岩在循环流化床(CFB)锅炉中的燃烧。
背景技术
在CFB锅炉的炉子中，含碳燃料如煤或生物燃料在被含氧气体，通常为空气，流化的惰性物料如砂床中进行燃烧。炉子中的流化气体的上提速度通常为5-10米/秒，以便在夹带有流化气体的紊流强烈的颗粒床中进行燃烧。随在炉子中产生的烟道气从CFB锅炉的炉子中漏出的绝大多数颗粒通常在旋风式分离器中与烟道气分开，且被返回炉子下部。
例如在爱沙尼亚、中东和北非发现的油页岩是一种特殊的含碳燃料。油页岩中包含干态质量为25-40％的化石有机材料，其余为具有主要成分为碳酸钙的矿物材料。有机材料包括85-90％的可燃挥发物，且典型地为约1.8％的硫和0.75％的氯。由于存在氯，因此油页岩的燃烧遭受较强的腐蚀。与油页岩相关的另一个问题是油页岩非常易碎，由此产生大量的飞灰，这样就趋向于使烟道气路中的传热表面结污。
通常在CFB锅炉中，仅一部分燃烧空气作为一次空气通过炉子的底部炉栅被引入。进行燃烧所需的其余的氧气作为二次空气在炉子内更高高度处，通常为在底部炉栅上面2-6米的位置处，被引入。
一次空气与二次空气之间的分隔区取决于燃料的种类。当燃烧典型的化石燃料如烟煤时，一次空气的比例通常为约55％至约65％。当燃烧褐煤和生物燃料时，一次空气的比例通常为约55％，或低到40％，如果向炉子引入石灰石用以减少硫的氧化物排放物的话。
根据一种普遍使用的设计，CFB锅炉的炉子的底部部分向下方逐渐变细，以便在锅炉的各个高度上保持大致均匀的流化速度，尽管一部分燃烧空气是作为二次空气被引入的这一事实。相应地，当一次空气的比例在燃烧空气总量的40％至65％之间变化时，炉子中的炉栅面积典型地在位于更高高度处的炉子的横断面面积的40％至55％之间变化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在循环流化床锅炉中燃烧油页岩的方法。
更具体而言，本发明的目的在于提供一种用于在循环流化床锅炉中燃烧油页岩时减小传热表面结污的倾向的方法。
本发明的另一目的在于在循环流化床锅炉中燃烧油页岩时减轻氯腐蚀。
为了实现本发明的这些和其它目标，提供一种新的方法，如所附权利要求书所述。
特别是，根据本发明，提供一种在循环流化床锅炉中燃烧油页岩的方法，所述方法包括以下步骤：a)将油页岩引入到循环流化床锅炉的炉子中，b)通过炉子的底部炉栅引入一次含氧气体，c)在底部炉栅高度之上的第一高度处向炉子中引入二次含氧气体，其中所述一次含氧气体在第一高度下面以提供小于约2.5米/秒的流化速度的速率被引入到炉子中。
根据本发明，在炉子的最下部使用优选小于约2.5米/秒，更优选小于约2.0米/秒的流化速度。已经令人惊奇地注意到：在燃烧油页岩时，这种非常低的流化速度提供了所述床的最优行为。低流化速度是有利的，用以避免燃料产生过度磨擦，并且避免在烟道气路的传热表面上结污以及发生与结污相关的腐蚀。
根据本发明，以下面的方式向炉子中引入气体的总速率是有利的，以使得在炉子的上部部分中的流化速度小于约4.0米/秒，优选在3.0米/秒至4.0米/秒之间。在炉子的上部部分中的这种低流化速度是有利的，用以避免从炉子中漏出过多量的小颗粒，从而污染位于炉子下游的烟道气路的传热表面。
优选地，一次燃烧空气的比例小于被引入到炉子中的燃烧空气总量的40％。更优选地，一次燃烧空气的比例小于燃烧空气总量的38％，最优选为燃烧空气总量的35％至38％。
有利地，所述燃料被破碎成平均粒度为约1毫米至约2毫米的颗粒。优选地，90％的被引入的燃料颗粒的尺寸小于10毫米，100％的被引入的燃料颗粒的尺寸小于20毫米。油页岩颗粒具有低密度，且在进行燃烧时，油页岩颗粒不会如通常的燃料颗粒那样变小。取而代之，油页岩颗粒形成能够以非常低的流化速度被流化的多孔颗粒。相应地，被引入的油页岩颗粒有利地具有上述最优尺寸，以避免床颗粒从炉子中过多地漏出，并且增加炉灰中未燃烧的碳的量。
燃烧油页岩的一个优点在于所述燃料包括大量的碳酸钙CaCO₃，在碳酸钙被煅烧成氧化钙CaO之后将燃料中的硫转化为硫酸钙CaSO₄，由此防止二氧化硫SO₂排放到外部环境中。然而，当煅烧过程为吸热反应时，可有利地防止炉子内产生过度煅烧。此外，已观察到：油页岩发生磨擦的较明显的倾向部分地与煅烧反应相关。因此，已经注意到：当通过保持炉内温度相对较低而使CaCO₃的煅烧受到限制时，传热表面的结污减少。所述炉温优选被维持在约600摄氏度至约820摄氏度的范围内，更优选在约600摄氏度至约800摄氏度的范围内。
附图说明
结合附图，通过阅读下面对根据本发明的当前优选的，但是示例性的实施例的详细描述将更全面地理解本发明的以上简要描述以及其它目的、特征和优点，其中：
图1是根据本发明的CFB锅炉的垂直剖面示意图。
具体实施方式
图1示意性地示出了一种CFB锅炉10，其包括炉子12、旋风式分离器14、外部换热室16和用于引导烟道气通过烟囱20至外部环境的烟道气通道18。炉子包括用于通过底部炉栅24引入一次空气的装置22和用于在炉子的更高高度处引入二次空气的装置26。可在多个高度处引入二次空气，但为了简明的目的，并未在图1中示出这些高度位置。
所述炉子包括用于引入燃料的装置28，在应用本发明时，所述燃料优选是油页岩。另一种可选方式是，所述燃料可以是具有与油页岩相似的特性的其它燃料。有利地，所述燃料被气动地引至炉子。用于引入燃料的装置28可包括用于把燃料破碎成预定粒度的装置30。油页岩优选被破碎成平均粒度为1-2毫米的颗粒。为了使炉灰中的未燃烧的碳减至最少，被送入炉子中的最大颗粒的尺寸应优选不超过20毫米。
本发明涉及通过将炉子中的流化速度保持足够低，优选使炉子底部处小于2.5米/秒且使炉子更高高度处小于4.0米/秒，从而避免油页岩在炉子12中产生过度的磨擦。优选地，炉子底部的流化速度小于炉子上部的流化速度的70％，甚至更优选小于炉子上部的流化速度的65％。在一些实例中，炉子底部的流化速度有利地仅为炉子上部的流化速度的约50％。
为了保持炉子底部部分的流化速度明显低于炉子更高高度处的流化速度，将一次空气与二次空气的比率保持得足够低。另外或者其它可选方式是，炉子底部面积与炉子更高高度处的炉子的横断面面积的比率足够大。
根据本发明的一个优选实施例，炉子12的底部部分向下方逐渐变细，大小为炉子更高高度处的横断面面积的约60％。优选地，在使用这种炉子设计时，约35％至约38％的一部分燃烧空气作为一次空气被引至炉子。如果底部部分变细程度更大，那么一次空气的比例相应更小。如果底部部分变细程度更小，那么一次空气的比例可相应更大。
当仅一小部分，例如35％的，燃烧空气作为一次空气被引入时，相应地，一大部分，例如65％的，燃烧空气作为二次空气被引入。在燃烧油页岩时，已发现将绝大部分作为载气的二次空气引入气动燃料供给系统中是有利的。有利地使用多个气动燃料供给点，优选至少六个，更优选至少八个。由此，实现了燃料与氧气的快速混合以及其在炉子中的均匀分布，这都是实现油页岩的高效燃烧和向环境的低水平排放所需要的。
炉子12的壁部34由管板(tube panel)构成，从而使给水蒸发形成蒸汽。在分别位于烟道气通道18和外部换热室16中的传热表面36，38上使蒸汽过热。优选在换热室16中使蒸汽最终过热，在此使传热管的腐蚀减至最轻。
炉子12和传热表面36，38有利地被设计用于相对较低的炉温，所述炉温优选在600摄氏度至820摄氏度的范围内，更优选在600摄氏度至800摄氏度的范围内。由此，炉子12的管壁34和传热表面36，38上的高温腐蚀，尤其是氯腐蚀，得到减轻。
炉子12的底部包括用于从炉子中除去底部炉灰的装置40。用于去除来自烟道气的飞灰的除尘器42被设置在烟道气通道18中。烟道气通道中还可包括用于在烟道气被排放至外部环境中之前清洗烟道气的其它装置(未示出)。
尽管在此已结合被认为是当前最优选的实施例通过实例的方式对本发明进行了描述，但是应该理解：本发明不限于在此所披露的实施例，而是旨在覆盖被包括在由所附权利要求书限定的范围内的其特征和多种其它应用的多种组合或变型。