一种替代燃料涡流气化装置及方法与流程

本发明涉及一种替代燃料气化的装置及方法，尤其涉及一种替代燃料涡流气化装置及方法。

背景技术：

1、目前，使用替代燃料已经成为水泥行业碳减排和降本增效的一项重要技术路径，越来越多的水泥厂开始使用替代燃料作为水泥分解炉燃料，部分或者全部替代传统化石燃料煤。

2、替代燃料种类多、成分复杂、燃烧特性、热值变化大，直接投入水泥窑，对窑况波动影响大。现有的水泥窑利用替代燃料的技术多为直燃技术，即将替代燃料直接喂入分解炉。而为了提高替代燃料使用量，水泥厂多采用外置预燃炉技术，如f.l.smidth的hotdisc热盘炉、thyssenkrupp的prepol-sc阶梯炉、khd的pyrorotor@等，相对于水泥分解炉而言，均为外置式，并且采用外置式预燃装置普遍存在以下问题：(1)rdf在预燃装置内以堆积状态为主，燃烧速度慢，影响rdf处置量；(2)需单独另外引入一股三次风，影响水泥熟料烧成系统的用风控制及运行稳定性(3)燃烧后产生的灰渣以非连续式、或成股的方式进入分解炉，易造成系统运行工况波动；(4)装置结构复杂，重量及占用空间大，系统复杂，造价高。

3、此外，替代燃料气化技术由于将替代燃料经气化炉热解气化后，转化为含碳飞灰和可燃气的形式送入分解炉，可燃气燃烧充分、对分解炉影响小，也得到较多应用。如海螺的ckk气化炉、金隅的连续热解气化炉等。但此类技术也存在一定的问题：由于热解气化为吸热反应，为维持炉内反应温度(一般≥550℃)，低热值的替代燃料需要较大的空燃比，需要送入较多的空气，导致可燃气热值偏低、热量利用率低、排烟损失大的问题。

4、现有技术公开了一种悬浮组合式焚烧炉，通过两段组合式旋风、富氧燃烧工艺，可确保铝电解槽大修渣中的石墨化废碳极的完全燃烧。然而，该技术的旋流段送入的是空气或者富氧气体，为两段组合式燃烧技术，空燃比高，属于完全燃烧。若将该技术应用于水泥窑炉，会带来炉内超温、替代燃料热利用低等问题。现有技术还公开了一种水泥窑利用生物质热解炉脱除nox系统，包括分解炉烟室和生物质热解炉，通过从分解炉烟室引出部分热风，通过降温除尘后进入生物质热解炉中，与水蒸汽、煤粉、生物质粉末等有机物混合反应生成co、h2、chi还原气体，对分解炉还原区内剩余的nox进行还原。然而，分解炉烟室烟气采用风机引出，然而烟室温度高(≥1000℃)，氧含量极低(＜3.0％)，对风机的耐高温性能要求极高，烟气经过降温除尘仓的水直接接触冷却，导致部分热量被水带走而无法利用，且烟气含尘量高，换水频繁，不仅烟尘也被随之浪费，烟气热量也大部分被水吸收，且蒸发的水蒸气进入生物质热解炉，并最终进入分解炉。此外，进入生物质热解炉的烟气温度也是不可控的，烟气氧含量低也会影响生物质热解炉热解效果。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种能够利用高温烟气有效提高替代燃料气化装置的处置量和热效率，具有替代燃料种类适应性强，产气热值高和低空燃比的替代燃料涡流气化装置；

2、本发明的第二个目的是提供上述的装置进行替代燃料涡流气化的方法。

3、技术方案：本发明所述的替代燃料涡流气化装置，包括呈蜗壳结构用于对替代燃料进行悬浮热解气化的涡流气化段、与涡流气化段上部连通的悬浮段、与涡流气化段下部连通用于对难燃物和重质物进行流化燃烧的流化床段、与流化床段下部连通用于向流化床段送风的风室段；所述涡流气化段设有用于与高温烟气连通的进风管道，所述悬浮段的顶部设有烟气出口，所述烟气出口连接有烟气送出管路；所述替代燃料涡流气化装置还设有替代燃料喂入口、难燃料喂入口、床料喂入口及出渣口。

4、其中，所述替代燃料喂入口包括设于进风管道顶面上用于喂入粉状、膏状或液态替代燃料第一替代燃料喂入口，设于涡流室侧面上用于喂入轻质替代燃料的第二替代燃料喂入口，设于悬浮室侧面上用于喂入重质替代燃料的第三替代燃料喂入口。

5、其中，所述涡流气化段包括与悬浮段连通的上部缩口、与上部缩口连通呈蜗壳结构的涡流室、分别与涡流室和流化床段连通的下部缩口；所述进风管道设于蜗壳结构的旋切线处，用于接入烟高温烟气；所述床料喂入口设于上部缩口侧面。

6、其中，所述悬浮段包括位于涡流气化段上部与涡流气化段连通的悬浮室，所述烟气出口位于悬浮室顶部。

7、其中，所述流化床段包括布风板和设于布风板上部的床料层；所述出渣口包括与布风板连通的第一出渣口；所述第一出渣口设有第一卸灰阀。所述风室段包括风室，所述风室设置有与送风机连接的进风口；所述出渣口包括与风室底部连通的第二出渣口；所述第二出渣口设有第二卸灰阀。

8、本发明流化床段的流化风可以是空气和富氧气体，对于热值低的替代燃料适当送入一定量的流化风，不仅可以提高气化反应温度，还可以使重质难燃的替代燃料在床料的流化作用，继续参与气化反应，提高其燃尽率；流化床段设有第一排渣口，杂质和灰渣可以外排。

9、其中，所述难燃料喂入口设于进风管道顶面上，用于与难燃料连接以降低涡流气化段温度；若本发明应用于水泥生产领域，所述难燃料可以为生料。本发明设置的难燃料喂入口避免了涡流气化段内温度过高，可以起到调节涡流气化段温度的作用；生料吸热后还可直接进入分解炉，起到生料预热和预分解的作用；而风室段通过鼓入一定量的空气或富氧气体产生的流化风进入涡流室与高温烟气混合，使替代燃料发生氧化反应，产生热量来保证涡流室内的温度，使涡流室内温度始终处于针对各类替代燃料的最适宜的热解气化温度。

10、利用上述的装置进行替代燃料涡流气化的方法，包括以下步骤：

11、替代燃料从对应的替代燃料喂入口喂入，高温烟气由进风管道进入涡流气化段，替代燃料在高温烟气形成的涡流带动下与烟气混合，并进行烘干、热解、气化反应；产生的可燃气态产物和含碳的飞灰经烟气出口及烟气送出管路送出，；替代燃料混入的杂质、难燃物和灰渣落入流化床段；

12、流化床段落入的杂质、难燃物、灰渣与流化的高温床料接触进一步燃烧分解，重质不燃物落入流化床段底部，排出；

13、当涡流气化段的温度偏高时，向涡流气化段喂入难燃物料来控制涡流气化段内的温度；反之，由风室段向流化床段鼓入空气或富氧气体，产生的流化风进入涡流气化段与高温烟气混合，使替代燃料发生氧化反应，产生热量来保证涡流气化段内的温度。

14、其中，所述进风管路设有第一风量调节阀，所述烟气送出管路设有第二风量调节阀；通过调节第一风量调节阀和第二风量调节阀的开度来控制进入涡流气化装置的烟气风量和压力。

15、有益效果：本发明与现有技术相比，取得如下显著效果：

16、(1)本发明的涡流气化装置的涡流气化段采用蜗壳结构，内部空间大，将水泥窑烟室的高温烟气以涡流的形式引入进来，涡流气化段内部气化温度高，湍流脉动强，氧含量低，替代燃料在涡流气化段内呈悬浮态，有利于替代燃料与高温气体的传热传质，对维持替代燃料稳定热解气化提供了有利条件，初步反应的替代燃料在高温高速气流的冲刷下，快速热解气化，产生的灰渣被分散、均匀的随烟气排出，大块的、重质的、难燃的以及混入的无机杂物将落入到流化床段继续反应，对于高灰分的、含有较多杂质的低品质替代燃料有一定的适应性；产生的性质相对稳定和更易燃烧的高温可燃气和含碳飞灰，对后续燃烧设备的波动影响小，可用于发挥替代燃料和脱氮作用；

17、(2)由于高温窑气可以提供一定的热量，因此本发明的布风板的截面小，所需风量小，替代燃料热解气化过程将具有较小的空燃比，系统带入的冷风小，可燃气热值高，在适当的替代燃料投加量情况下，甚至不需要送入流化风，使装置具有更高的热效率；

18、(3)本发明针对不同物料分别设置替代燃料喂入口，可处理多种形态的替代燃料，设有三种替代燃料喂入口，对于密度较大的替代燃料可以从上部第三替代燃料喂入口喂入，以提高停留时间；对于轻质的替代燃料可以从涡流室侧面的第二替代燃料喂入口喂入，在窑气旋切的带动下，在涡流室内将具有更均匀的分布；对于粉状、膏状和液态替代燃料，可以从进风管道上的第一喂料点入炉，便于物料的分散；

19、(4)替代燃料热解气化产生的还原性气体(ch4、cnhm、h2、co等)可以起到脱除nox的作用。