專利名稱：生物質和煤聯合氣化燃燒循環流化床反應器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種循環流化床反應器，具體涉及一種用于循環流化床鍋爐上的生物質和煤聯合氣化燃燒循環流化床反應器。
背景技術：
循環流化床鍋爐是在鼓泡流化床鍋爐基礎上發展起來的新爐型，與其他鍋爐相 比，具有鍋爐效率高、脫硫效果好、氮氧化合物排放量低和燃料適用性廣等優點，因而有著 廣闊的開發和應用前景。但是現有的循環流化床反應器存在燃料單一、燃燒后余熱不能充 分利用以及污染環境的問題。

發明內容
本發明為了解決現有的循環流化床反應器存在燃料單一、燃燒后余熱不能充分利 用以及污染環境的問題，進而提供了一種生物質和煤聯合氣化燃燒循環流化床反應器。本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是本發明的生物質和煤聯合氣化燃 燒循環流化床反應器包括反應器容器、水冷壁、連接管和兩個節流閥，所述流化床反應器還 包括三個隔板，隔板由隔板主體和導流板構成，所述導流板的橫截面呈圓弧形，三個隔板主 體均豎直設置在反應器容器的底端面上，且將反應器容器分成三個反應區，三個反應區分 別為第一反應區、第二反應區和第三反應區，其中兩個隔板主體同在一個平面上，且另一個 隔板主體與其垂直設置，每個隔板主體的上端面與對應的導流板的縱向切面固接為一體， 三個導流板的導流方向沿逆時針方向分布；所述第一反應區的底端面上開有排渣孔，所述 水冷壁設置在第一反應區內的反應器容器的內側壁上，位于第一反應區、第二反應區和第 三反應區的反應器容器的側壁上均開有進料口，第一反應區的底端面上矩陣排布有布風 孔，第二反應區的底端面上矩陣排布有第一布汽孔，第三反應區的底端面上矩陣排布有第 二布汽孔，連接管的上端與水冷壁連通，連接管的下端分別與第一布汽孔和第二布汽孔連 通，兩個節流閥安裝在連接管上，其中一個節流閥用于調節水冷壁進入到第一布汽孔內蒸 汽的流量，另一個節流閥用于調節水冷壁進入到第二布汽孔內蒸汽的流量，第一反應區用 于煤和殘碳的混合燃燒，第二反應區用于煤的氣化，第三反應區用于生物質的氣化。本發明與現有技術相比具有以下有益效果本發明將流化床反應器分為三個反應 區，實現了煤和殘碳燃燒、煤氣化、生物質氣化的過程同時進行；本發明的隔板主體上部設 有導流板，起到了一定的引流作用，促進顆粒在流化時的溢流，實現了三個反應區之間物質 和能量的定向傳遞，形成了一個水平內部循環，使每一步反應所產生的熱量都能充分地利 用；本發明的反應區進行煤和生物質的氣化反應，煤在氣化的條件下不會析出氮氧化合物， 有效地減小了環境污染。


圖1是本發明的流化床反應器的俯視示意圖，圖2是圖1的A-A剖面圖，圖3是圖1的B-B剖面圖，圖4是圖1的C-C剖面圖，圖5是水冷壁與第二反應區和第三反應區之間 的水蒸氣流向示意圖，圖6是燃燒物質顆粒瞬時速度矢量主視剖視圖，圖7是燃燒物質顆粒 在隔板上方瞬時速度矢量俯視剖視圖。
具體實施例方式具體實施方式
一如圖1 5所示，本實施方式所述的生物質和煤聯合氣化燃燒循 環流化床反應器包括反應器容器1、水冷壁2、連接管4和兩個節流閥5，所述流化床反應器 還包括三個隔板3，隔板由隔板主體3-1和導流板3-2構成，所述導流板3-2的橫截面呈圓 弧形，三個隔板3主體3-1均豎直設置在反應器容器1的底端面上，且將反應器容器1分成 三個反應區，三個反應區分別為第一反應區6、第二反應區7和第三反應區8，其中兩個隔板 主體3-1同在一個平面上，且另一個隔板主體3-1與其垂直設置，每個隔板主體3-1的上端 面與對應的導流板3-2的縱向切面固接為一體，三個導流板3-2的導流方向沿逆時針方向 分布；所述第一反應區6的底端面上開有排渣孔1-1，所述水冷壁2設置在第一反應區6內 的反應器容器1的內側壁上，位于第一反應區6、第二反應區7和第三反應區8的反應器容 器1的側壁上均開有進料口 9，第一反應區6的底端面上矩陣排布有布風孔6-1，第二反應 區7的底端面上矩陣排布有第一布汽孔7-1，第三反應區8的底端面上矩陣排布有第二布汽 孔8-1，連接管4的上端與水冷壁2連通，連接管4的下端分別與第一布汽孔7-1和第二布 汽孔8-1連通，兩個節流閥5安裝在連接管4上，其中一個節流閥5用于調節水冷壁2進入 到第一布汽孔7-1內蒸汽的流量，另一個節流閥5用于調節水冷壁2進入到布汽孔8-1內 蒸汽的流量，第一反應區6用于煤和殘碳的混合燃燒，第二反應區7用于煤的氣化，第三反 應區8用于生物質的氣化。
具體實施方式
二 如圖1 4所示，本實施方式所述隔板3是由水泥制成的。如此 設計，燃燒時反應器內溫度很高，隔板3采用水泥制成可以防止燃燒過程中熱能對隔板的 損耗。其它組成及連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三如圖2 4所示，本實施方式所述導流板3-2橫截面的圓弧角度 為90 135度。如此設計，導流板3-2可以起到一定的導流作用，促使顆粒按特定的順序 溢流，實現了三個反應區之間物質和能量的定向傳遞。其它組成及連接關系與具體實施方 式一或二相同。
具體實施方式
四如圖1所示，本實施方式所述第一反應區6的底面積占反應器容 器1的底面積的30% 50%。其它組成及連接關系與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
五如圖1所示，本實施方式所述第一反應區6的底面積占反應器容 器1的底面積的35% 45%。其它組成及連接關系與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
六如圖1所示，本實施方式所述第一反應區6的底面積占反應器容 器1的底面積的40%。其它組成及連接關系與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
七如圖1所示，本實施方式所述第二反應區7的底面積占反應器 容器1的底面積的30% 50%。其它組成及連接關系與具體實施方式
一、二、四、五或六相 同。
具體實施方式
八如圖1所示，本實施方式所述第二反應區7的底面積占反應器容 器1的底面積的35% 45%。其它組成及連接關系與具體實施方式
七相同。
具體實施方式
九如圖1所示，本實施方式所述第二反應區7的底面積占反應器容 器1的底面積的40%。其它組成及連接關系與具體實施方式
八相同。工作原理(參見圖 1 圖7)1、第一反應區6:少量的煤通過第一反應區6的進料口 9進入第一反應區6中，鼓風機將風從第一 反應區6底部的布風孔6-1送入第一反應區6內，煤與空氣混合燃燒，放出大量的反應熱， 其發生的主要化學反應有
C+02 —CO22C+02 —2C02H2+02 — 2H20S+02 —SO2同時，從第三反應區8中溢流過來的混合物主要成分是反應后的殘碳，也可在第 一反應區6中燃燒，其燃燒的化學反應方程為C+02 — CO22C+02 — 2C0上述反應均為放熱反應，第一反應區6溫度為800 950°C。由于導流板3_2的導 流作用和流化床反應器中燃料的溢流，燃燒后的高溫顆粒流入第二反應區7中，為第二反 應區7中煤的氣化提供能量。第一反應區6內的水冷壁2中的水在反應過程中受熱變成水蒸汽，進入第二反應 區7和第三反應區8的進行流化，為第二反應區7和第三反應區8中的氣化反應提供了氣 化介質。通過第一反應區6底部的排渣孔1-1可排出反應所產生的殘渣。2、第二反應區7 水冷壁2的水蒸汽進入連接管4，通過控制兩個節流閥調節水蒸汽的流量，分別送 入第二反應區7和第三反應區8，達到顆粒的流化。在第二反應區7中的進料口 9送入一定量的煤，水蒸汽作為氣化介質通過第二反 應區7從底部送入，利用第一反應區6中流過來高溫顆粒的熱，將床2中的煤進行氣化。煤 的氣化反應基本反應方程式為氧化燃燒C+02— CO2 (1)2C+02 — 2C0(2)2C0+02 — 2C02 (3)2H2+02 — 2H20 (4)還原C+C02— 2C0 (5)蒸汽轉化C+H20— C0+H2 (6)C+2H20 — C02+2H2 (7)C0+H20 — C02+H2 (8)甲烷化C+2H2 — CH4 (9)C0+3H2 — CH4+H20 (10)C0+4H2 — CH4+2H20 (11)
式(5)、(6)、(7)為吸熱反應，其余為放熱反應。式(6)是煤氣化的主反應之一。式(7)是式(6)的副反應，溫度高于1000°C時可以忽略，式(8)為一氧化碳變換反應，只有 在催化劑存在下才以顯著的速度進行。式(9)、(10)、(11)在加壓氣化下較為重要。氣化后 第二反應區7的溫度降低到500 600°C左右。由于導流板3-2的導流作用，第二反應區7中氣化后的碳顆粒攜帶著熱量溢流到 第三反應區8中，為第三反應區8中生物質的氣化提供能量。3、第三反應區8 在第三反應區8的進料口 9送入一定量的生物質，水蒸汽作為氣化介質通過第三 反應區8的底部送入，利用第二反應區7中溢流過來的較高溫度顆粒混合物攜帶的熱量，作 為第三反應區8中的生物質氣化的熱源。水蒸汽與高溫下的生物質發生反應，它包括生物 質的熱分解反應，水蒸汽_碳的還原反應，CO與水蒸汽的變換反應、甲烷化反應等。生物質熱分解反應大分子的碳水化合物鍵被打碎，析出揮發分(主要包括氫氣、 一氧化碳、二氧化碳、甲烷、焦油和其他碳水化合物)，留下碳構成進一步反應的基體。生物 質在150°C以上將會發生不可逆的熱分解反應。水蒸汽-碳的還原反應H2CHC — CCHH22H20+C — C02+2H2CO與水蒸汽的變換反應H2CHCO — C02+H2甲烷化反應C+2H2 — CH4C0+3H2 — CH4+H20C0+4H2 — CH4+2H20上述反應基本上均為吸熱反應，氣化后第三反應區8的溫度降低在200 350°C。 由于導流板3-2的導流作用，第三反應區8中的煤和生物質氣化后的殘碳構成的混合物顆 粒溢流到第一反應區6中。三個反應區的溢流高度可分別通過獨立送風系統的送風量進行調節，這樣就形成 了一個物質和能量的水平循環。
權利要求
一種生物質和煤聯合氣化燃燒循環流化床反應器，所述流化床反應器包括反應器容器(1)、水冷壁(2)、連接管(4)和兩個節流閥(5)，其特征在于所述流化床反應器還包括三個隔板(3)，隔板由隔板主體(3-1)和導流板(3-2)構成，所述導流板(3-2)的橫截面呈圓弧形，三個隔板(3)主體(3-1)均豎直設置在反應器容器(1)的底端面上，且將反應器容器(1)分成三個反應區，三個反應區分別為第一反應區(6)、第二反應區(7)和第三反應區(8)，其中兩個隔板主體(3-1)同在一個平面上，且另一個隔板主體(3-1)與其垂直設置，每個隔板主體(3-1)的上端面與對應的導流板(3-2)的縱向切面固接為一體，三個導流板(3-2)的導流方向沿逆時針方向分布；所述第一反應區(6)的底端面上開有排渣孔(1-1)，所述水冷壁(2)設置在第一反應區(6)內的反應器容器(1)的內側壁上，位于第一反應區(6)、第二反應區(7)和第三反應區(8)的反應器容器(1)的側壁上均開有進料口(9)，第一反應區(6)的底端面上矩陣排布有布風孔(6-1)，第二反應區(7)的底端面上矩陣排布有第一布汽孔(7-1)，第三反應區(8)的底端面上矩陣排布有第二布汽孔(8-1)，連接管(4)的上端與水冷壁(2)連通，連接管(4)的下端分別與第一布汽孔(7-1)和第二布汽孔(8-1)連通，兩個節流閥(5)安裝在連接管(4)上，其中一個節流閥(5)用于調節水冷壁(2)進入到第一布汽孔(7-1)內蒸汽的流量，另一個節流閥(5)用于調節水冷壁(2)進入到第二布汽孔(8-1)內蒸汽的流量，第一反應區(6)用于煤和殘碳的混合燃燒，第二反應區(7)用于煤的氣化，第三反應區(8)用于生物質的氣化。
2.根據權利要求1所述的生物質和煤聯合氣化燃燒循環流化床反應器，其特征在于 所述隔板(3)是由水泥制成的。
3.根據權利要求1或2所述的生物質和煤聯合氣化燃燒循環流化床反應器，其特征在 于所述導流板(3-2)橫截面的圓弧角度為90 135度。
4.根據權利要求3所述的生物質和煤聯合氣化燃燒循環流化床反應器，其特征在于 第一反應區(6)的底面積占反應器容器(1)的底面積的30% 50%。
5.根據權利要求4所述的生物質和煤聯合氣化燃燒循環流化床反應器，其特征在于 第一反應區(6)的底面積占反應器容器(1)的底面積的35% 45%。
6.根據權利要求5所述的生物質和煤聯合氣化燃燒循環流化床反應器，其特征在于 第一反應區(6)的底面積占反應器容器(1)的底面積的40%。
7.根據權利要求1、2、4、5或6所述的生物質和煤聯合氣化燃燒循環流化床反應器，其 特征在于第二反應區(7)的底面積占反應器容器(1)的底面積的30% 50%。
8.根據權利要求7所述的生物質和煤聯合氣化燃燒循環流化床反應器，其特征在于 第二反應區(7)的底面積占反應器容器(1)的底面積的35% 45%。
9.根據權利要求8所述的生物質和煤聯合氣化燃燒循環流化床反應器，其特征在于 第二反應區(7)的底面積占反應器容器(1)的底面積的40%。
全文摘要
生物質和煤聯合氣化燃燒循環流化床反應器，它涉及一種流化床反應器。本發明解決了現有的循環流化床反應器存在燃料單一、燃燒后余熱不能充分利用以及污染環境的問題。隔板由隔板主體和導流板構成，導流板的橫截面呈圓弧形，三個隔板主體均豎直設置在反應器主體的底端面上，且將反應器主體分成三個反應區，三個反應區由第一反應區、第二反應區和第三反應區，其中兩個隔板主體同在一個平面上，且另一個隔板主體與其垂直設置，每個隔板主體的上端面與對應的導流板的縱向切面固接為一體，三個導流板的導流方向沿逆時針方向分布。本發明實現了煤和殘碳燃燒、煤氣化、生物質氣化的過程同時進行，產生的熱量都能充分地利用，有效地減小了環境污染。
文檔編號C10J3/56GK101831323SQ201010187049
公開日2010年9月15日 申請日期2010年5月31日 優先權日2010年5月31日
發明者劉國棟, 徐鵬飛, 王家興, 王帥, 陸慧林, 陳巨輝 申請人:哈爾濱工業大學