[其他]还原型循环式流化床燃烧系统

说明书

本发明论及流化床燃烧，特别是关于循环式流化燃烧系统，此系统中含硫的燃料在一种捕集硫的碱性吸着剂存在下燃烧，以形成低硫含量的燃烧气并产生热量，此热量可以通过间接热交换从系统里的固体和（或）生成的热燃烧气中回收。此系统对于从锅炉供水生产高压蒸汽特别有用。

循环式流化床燃烧系统是这样的气/固系统，系统中的全部或大部分固体被燃烧空气和气体从流化燃烧区淘析到一个稀固相区，从这一区内回收基本上无硫的燃烧气，并在回收热量之后排放入大气中。以蒸汽锅炉的情形为例，这些系统的安装与操作费用都比安装着湿洗气系统的普通烧煤锅炉便宜得多。由于操作温度较低并可能进行分段燃烧，它们具有的另一个特点是，与普通烧煤锅炉可能产生的相比，它们生成较低级的氮的氧化物。

循环床系统一般是由美国专利№3717700例举的沸腾床系统发展而成，该专利阐述盘管中的蒸汽气化，盘管浸入并且高出一个由石灰石和燃烧的煤构成的密集沸腾床。煤中的硫变成二氧化硫并被捕集成硫化钙，它可以按上述专利的方法丢弃或再生。因为有些包含未燃烧的煤、灰和硫吸着剂的固体从密集沸腾床中被淘析出来，所以将这些固体与燃烧气分离，并用各种方法送回密集沸腾床中。美国专利№4103646阐述了一种发展成基本上是全循环床系统的设计，通常称作“固定床”系统。在该系统中燃烧与石灰石的硫酸盐化是在一个“提升管”里的稀相流化床中进行。能源部报告MC19332-1319（DE83005062）举例说明了进一步发展成的具有更高气体速度的系统，通常称为“输送床”系统。该系统中的固体也是包含未燃烧的煤、灰及硫吸着剂，它们完全悬浮并被夹带在燃烧空气的流化气流中。提升管将料排放入一个气/固分离器中以除去低硫含量的燃烧气，并最终使固体再循环到燃烧区。这些输送床系统的特点是具有很高的固体再循环速度，并在整个固体循环回路内温度都相当均匀，一般是在760°～985℃之间。体系压力一般在一至二个大气压之间，但是在某些工艺应用中需要高压力系统。

循环流化床燃烧系统利用一种碱性吸着剂与放出的二氧化硫起反应的方法捕集硫，结果生成相应的碱性硫酸盐，它常常与灰一起作为废物丢弃。在填加石灰石的系统中，硫是以硫酸钙的形式被捕集，因为硫酸钙是在燃烧系统中占优势的氧化条件下自然形成的，并且可以安全地丢弃。虽然硫酸盐是被丢弃的碱性吸着剂的最后形式，但在燃烧的初期可能有碱性硫化物，例如硫化钙暂时形成。在某些场合，曾试图将过量的燃烧空气减少到接近使燃料与所含硫完全燃烧所需的计量比，以减少氮的氧化物，结果在从系统中丢弃的固体里发现有少量的硫化钙。因为在丢弃的固体中的硫化物会水解成有毒的硫化氢，故有必要在丢弃前对固体作进一步处理。因此，流化床燃烧系统的设计通常提供绰绰有余的燃烧空气和气/固接触时间，以确保所有的硫都以硫酸盐的形式丢弃。

这些情况引起了若干问题。首先，采用二氧化硫/硫酸盐途径捕集硫的反应比较慢，因此要求停留时间长。因为燃烧气以高速度运动，所以在密集沸腾床之上必须有高的富余空间，对于输送床系统，要求有长的提升管，不管那一种型式，系统的造价都要增加。利用往系统中投入和从系统中排出较大量的碱性吸着剂的方法，以维持碱性氧化物大量超过硫，可以减小停留时间，但这样作会造成不切实际的经济损失。其次，为了在氧化条件下捕集硫，必须使用过量很多的燃烧空气，但是已经知道这会使燃烧气中氮的氧化物的含量显著增加。减少过量的空气和使用分段燃烧可以减少氮的氧化物的含量，但正如上面提到的，这样的条件对硫的捕集效率不利。

因此，本发明的目的之一，是在一个循环流化床燃烧系统中以这样的方式燃烧含硫燃料，一方面使生成的燃烧气中硫和氮的氧化物的含量低，同时又采用经济上合算的碱性吸着剂与燃料硫含量的低比例。

根据本发明，含硫燃料在一个循环式固体流化床燃烧系统里燃烧，此系统有一个初级燃烧区、一个次级燃烧区、一个气/固分离区，一个固体氧化区，并常常有间接热交换装置。燃烧时由之将新鲜的碱性吸着剂导入系统中;将含硫燃料与足量的燃烧空气一起导入初级燃烧区，把燃料部分地氧化成还原气，同时将燃料中释放出的硫捕集成夹带固体中的硫化物;将气体与固体导入次级燃烧区并导入足量的空气，以把还原气烧成氧化的燃烧气;将燃烧气与仍含有碱性硫化物的夹带固体分离开，把分离出的固体氧化，并把由碱性氧化物和碱性硫酸盐组成的固体再循环到初级燃烧区。

附图说明了一种输送床型的循环式流化床燃烧系统，它适合于以最佳方式实行本发明的方法，对此，后面将在一个说明性的实施例中详加描述。