[发明专利]流体化床燃烧炉及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种流体化床燃烧炉，尤其是涉及一种具有检测床沙温度以适时提供冷却避免床沙烧结的一种流体化床燃烧炉及其控制方法。

背景技术

能源需求殷切，除了传统化石燃料外，生物质及废弃物等均被考虑为燃料的重要的来源。有别于传统煤炭富含高固定碳的燃料，生物质、废弃物等常含有较高的挥发份。以固体燃料为主要燃料的燃烧炉型中，流体化床燃烧炉具有较高的负荷调整范围(turn down ratio)，以因应现场实际能源需求，故逐渐被广泛采用。然而流体化床燃烧炉在燃烧生物质、废弃物等高挥发份燃料时，若常面临升载、降载、不同生物质进料等的操作需求，以及在停机操作时，必须注意防范流体化床燃烧炉内床沙的结渣(slagging)现象，避免因烧结而必须停止流体化床燃烧炉的操作，造成能源需求端(蒸汽或电力)的影响。

流体化床床沙(如石英沙)是流体化床燃烧炉中热能传递、燃料搅拌等的重要介质。但因为燃料在燃烧后将碱金属、金属盐遗留于床沙中，因而降低床沙熔点，而一旦床沙或床上温度达1,000～1,300℃左右，易造成烧结现象，迫使流体化床燃烧炉在短时间内即无法运作，造成后段产生热交换单元(例如：蒸汽或发电等设备)被迫停止运作，使生产工艺损失。

如图1所示，该图为流体化床燃烧炉的燃烧温度与当量比关系曲线图。流体化床燃烧炉在燃烧生物质、废弃物等高挥发份燃料时，在沙床中经常以低于理论空气量的裂解与气化条件进行燃烧，并且有较多的燃烧比例在沙床上方至干舷区间进行燃烧而释放热能。一旦需要降载操作时，将减少燃料投入，使供应燃烧的一次空气接近理论燃烧空气，若不进行适当调整，会有以下现象发生：(1)正常操作时，沙床内供应的一次空气(或称流体化空气)，低于理论空气量，所以沙床内主要发生裂解与气化反应(图1的P区)。而裂解反应主要为吸热反应，反而使床沙温度不致过高。因此温度与当量比对应的点在A(原操作点)。(2)一旦降载操作时，目标的操作点会在B。由于燃料供应量降低，因此空气量相对增加，所以温度变化曲线会根据路线A→C→B的方向往操作点B移动，而在移动的过程中，会经过一次空气量接近理论空气量的点C，使得燃烧温度接近当量比为1时的燃烧温度，(其中，)而使床沙温度及床上温度有机会超过1,000～1,300℃，而造成床沙烧结的情形。(3)若在降低燃料进料量的同时，亦降低一次空气量，则必须视实际操作情形来考虑。若布风头的设计可以维持沙床良好的流体化，则可以降低一次空气量至某一特定值之上。但是，通常一次空气量布风头在设计时即有一最低量(即流体化数，U₀/U_mf，其中，U₀：空床速度；U_mf：最小流体化速度)，所以，有其操作调整的上下量限制。

为解决床沙烧结问题，现行做法的考虑如下：床沙设定一定的置换率，降低金属盐的浓度，避免降低床沙熔点。或将床沙温度降低至900℃以下操作。或于流体化床燃烧炉设计之初，增加布风头数量，增大流体化床一次风量向下调整的范围。

而在现有技术中，如美国专利US.Pat.No.4762090与4901675，其揭露一种流体化床燃烧炉调整负载的控制装置与方法，该技术是于流体化床燃烧炉中置入介质及燃料，一次空气进入后使燃料燃烧并将热传导至介质；外围有一环状的流体化热传床，仅置入介质，作为热传媒介，二次空气流入可吸收介质热能，出床面后，与可燃气体接触后助燃。在环状流体化热传床外围，则有水夹套，可依需要产生蒸汽或热水。一次空气与二次空气各为独立操作。借由调整二次空气流量，可使环状的流体化热传床的介质处于不动、轻微流体化、剧烈流体化，而调整热传效果，因而调整负载率。

此外，在美国专利US.Pat.No.4341515或4535707也教导一种控制负载的技术，于流体化床燃烧炉中，将一次空气由分配板底部向上送，占总供应空气量约30％～50％；二次空气由床壁开孔向下送入炉内，占总供应空气量的70％～50％。在将燃烧空气送入炉床前，一次空气与二次空气的管路上分别有阀门可控制空气流量。借由阀门的控制，达到降载与升载及控制炉温的目的。