海藻生物質的異密度循環流化床燃燒處理方法
2023-06-29 02:39:56
專利名稱：海藻生物質的異密度循環流化床燃燒處理方法
技術領域：
本發明涉及一種海藻生物質的異密度循環流化床燃燒處理方法，對沿海地區 用於經濟性工業開發後的大量富餘海藻或生產過程中生成的海藻尾料進行潔淨 能源利用。屬於生物工程與能源領域。
背景技術：
自然界蘊藏著一種豐富的"綠色"可再生能源生物質能源，佔世界能源 總消耗的14%，僅次於石油、煤炭和天然氣(生物質能源應用研究現狀與發展前
景.林產化學與工業，2002年，第2期，75~80頁)。生物質能的載體是生物質。 生物質指任何可再生的或可循環的有機物質(不包括多年生長的用材林)，主要 包括薪柴、農林作物、雜草、城市固體廢棄物、生活汙水、水生植物、禽畜糞 便等。根據專家估算，地球上每年生長的生物能總量約1400-1800億噸(乾重)， 相當於目前世界總能耗的10倍。生物質能源分布極廣、產量巨大，在理想狀態 下地球上的生物質潛力可達到現實能源消費的180 200倍(發展生物質能可獲 得多方面的效益.節能，2003年，第2期，45~47頁)。隨著化石能源的日益枯 竭和環境惡化問題的日趨嚴重，世界上許多國家都對生物質能的利用投入巨資 研究。全世界大範圍對生物質資源的利用主要是木料與農作物，對海洋生物質 的研究與利用還較少。而海洋生物資源開發的潛力巨大，其中海藻植物約有一 萬多種，尤其我國有廣闊的海疆，海島沿岸14200多公裡，生長著三四千種海 藻，包括紅藻、褐藻及綠藻等種群(中國海藻志.第二巻紅藻門，第三冊石花 菜目隱絲藻目胭脂藻目.科學出版社，2004年，vii-ix頁)，部分海藻產量居 世界首位。海藻相對於陸上生物質有其獨特優勢，生長速度快，便於養殖；生 長在海裡，不佔用耕地資源；吸收C02，種類繁多，可以交替大量繁殖，保證全 年資源充足，解決了生物質資源分散和受季節限制等大規模應用的瓶頸問題。 在我國沿海很多經濟發達地區，除了一般的用於食品、化妝品、藥用等經濟性
開發後，富餘的大量海藻可以因地制宜地開發其作為生物質能源的價值(海藻 的熱解特性分析.中國電機工程學報，2007年，第14期，102~106頁)，有力
地補充當地的能源供給。世界上一些國家正在關注海藻能源利用的開發
LiveFuels公司宣稱2010年美國將實現海藻-生物質原油的轉化；日本也正在研 究以海藻為原料提取甲烷發電。但資料表明對海藻這類潛力巨大的生物質的異 密度循環流化床燃燒處理研究尚屬空白。
發明內容
本發明的目的在於針對現有技術的不足，提供一種利用海藻生物質循環流 化床直接燃燒利用方法，採用合理的方式對海藻進行資源化潔淨利用，將海藻 生物質能轉化為熱能用來供熱或發電。
為實現這一目的，本發明採用石英砂與石灰石混合構成異密度循化流化床 的媒體物料，將壓製成型的海藻顆粒或小塊切片送入流化床內燃燒，海藻顆粒 在流化床內燃燒過程中發生破碎與磨損，細小顆粒被熱煙氣從密相區帶入上部 稀相區燃燒，被帶出的磨損未充分的較大顆粒海藻和媒體物料經流化床燃燒室 出口處的分離燃盡回輸裝置的分離捕捉，返回燃燒室下部的密相區實現循環燃 燒。流化床燃燒海藻生物質的溫度控制在650-95(TC，控制了熱力型NOx生成與 避免海藻在流化床內結渣。燃燒後產生的灰渣用來製作農用肥料，燃燒所產生 的熱量，加熱工質後作為熱源向外提供熱量或為汽輪機提供動力源產生動能推 動發電機發電。
本發明方法的具體實現步驟是
1、 首先根據海藻的灰熔點與發熱量選擇燃燒利用品種， 一般選擇灰熔點不 低於1000度，低位發熱量大於6MJ'kg"的海藻，選擇後將其乾燥粉碎，壓製成 型為顆粒狀或經切片機切割為塊狀，其最大邊長為50mm左右。
2、 採用石英砂與石灰石混合構成異密度循化流化床的媒體物料，其中石灰 石的比例由海藻的含硫量確定， 一般取鈣硫的摩爾比為1~4。媒體物料的篩分粒 度為0.28 4mm;利用物料添加裝置把媒體物料加入循環流化床，靜止床料層的 厚度為250mm 850mm。
3、 運行流化床時，先用外部熱源將媒體物料加熱，同時調節送風量使媒體 物料處於流化狀態，將壓製成型的海藻顆粒或海藻切片從燃燒室頂部或側牆給 入，控制流化床燃燒運行溫度為650 95(TC。
4、 在流化床燃燒室出口處設置分離燃盡回輸裝置，對飛出流化床燃燒室的 海藻和媒體物料進行分離捕捉，並送回流化床燃燒室下部的密相區實現循環燃
燒o
5、 燃燒後產生的灰渣用來製作農用肥料，燃燒所產生的熱量，加熱受熱面 的工質後作為熱源向外提供熱量或為汽輪機提供動力源產生動能推動發電機發 電。
本發明中，媒體物料(石灰石與石英砂的混合物)的顆粒粒度與級配可以 為0.28mm lmm的質量份額為5%~10%， lmm 2mm的質量份額為30%~50 %， 2mm 3mm的質量份額為30%~50%， 3mm 4mm的質量份額為5%~10%。
本發明所燃用海藻的低位發熱量一般大於6 MJ'kg—、海藻燃料在流化床內 的燃燒過程中發生揮發分的析出、均相著火、固定碳的燃燒，其顆粒之間，顆 粒與媒體物料之間發生磨損，磨損產生的細小顆粒被熱煙氣從密相區帶入上部 稀相區懸浮燃燒。而另一些被帶出的磨損未充分的較大海藻顆粒和媒體物料經 燃燒室出口處的分離燃盡回輸裝置的分離、捕捉，返回燃燒室下部的密相區實 現循環燃燒，同時分離器氣流擾動有利於揮發分與氧氣的進一步混合和燃盡， 使得燃燒更加充分，提高了燃燒效率，減少媒體物料損失。媒體物料中的石灰 石能夠在流化床內煅燒成CaO， CaO能與煙氣中的S02反應進一步生成CaS04，減 少了S02的排放。CaO也能與灰中低熔點鹼性氧化物反應生成高熔點物質，提高 了灰的熔融溫度，有效避免了低溫結渣。循環流化床燃燒後產生的灰渣，由於 含有較多鉀鹽、鈉鹽，以及其他土壤改良物質(Mg、 P和Ca等元素)，可以進一 步用來製作農用肥料。此外，流化床燃燒海藻生物質的溫度控制在650-950°C， 有效控制了熱力型NOx生成與避免海藻在流化床內結渣。流化床燃燒所產生的 熱量，傳給布置在受熱面的工質，加熱後的工質作為熱源向外提供熱量或為汽 輪機提供動力源產生動能推動發電機發電。
本發明的突出優點是(1)利用石灰石輔助混合媒體物料，能夠實現直接 脫硫，脫硫系統簡單、成本低；同時能夠提高海藻灰的結渣溫度；(2)控制海 藻處於低溫燃燒，抑制了熱力型NOx的生成與排放，也避免了海藻高溫結渣；(3) 流化床燃燒方式有利於海藻的著火燃燒與燃盡，具有高的燃燒效率；(4)海藻 的異密度循環流化床燃燒處理方法適應了海藻含水量大的特點，可以穩定安全 的連續運行；(5)流化床燃燒後的灰渣可以進一步製作肥料。
本發明採用異密度循環流化床低溫燃燒方法，對沿海地區用於經濟性工業開 發後的大量富餘海藻或生產過程中生成的海藻尾料進行潔淨能源利用，最大可 能地因地制宜地利用了海藻這種豐富的海洋可再生能源，也解決了環境汙染問 題，為海藻高效、清潔、合理地利用開闢了一條新的道路，具有巨大的市場潛 力與社會經濟效益。
具體實施方式
實施例1
1、 首先根據工業要求與海藻的灰熔點和發熱量分析，選擇灰熔點不低於 1000度，低位發熱量大於6MJ'kg"的海藻品種，然後將採集的海藻乾燥粉碎， 壓製成型為顆粒狀。
2、 採用石英砂與石灰石混合構成異密度循化流化床的媒體物料，媒體物料 的粒度與級配為0.28mm lmm的質量份額為5%， lmm 2mm的質量份額為 35%， 2mm 3mm的質量份額為50%， 3mm 4mm的質量份額為10%;其中石 灰石的比例由海藻的含硫量確定，取鈣硫摩爾比約為2。將媒體物料用媒體物料 補充裝置送入循環流化床燃燒室底部，靜止床料層的厚度為650mm。
3、 用外部熱源將媒體物料加熱到80(TC左右，同時調節送風量使媒體物料 處於流化狀態。用投料裝置將壓製成型的海藻顆粒從燃燒室頂部或側牆給入， 控制流化床燃燒運行溫度為650 95(TC。
4、 在流化床燃燒室出口處設置分離燃盡回輸裝置，將被熱空氣帶出流化床 燃燒室的海藻顆粒與媒體物料進行分離、捕捉，並通過分離器下部的回輸通道 送回流化床燃燒室下部的密相區，實現了海藻顆粒的循環燃燒，也減少了物料
損失。燃燒效率能達到98%，固硫效率85%以上，熱力型N0x生成量極少。
5、燃燒後產生的灰渣用來製作農用肥料，燃燒所產生的熱量，加熱受熱面 的工質後作為熱源向外提供熱量或為汽輪機提供動力源產生動能推動發電機發 電。
實施例2
1、 首先根據工業要求與海藻的灰熔點和發熱量分析，選擇灰熔點不低於 1000度，低位發熱量大於6MPkg"的海藻品種，然後將採集的海藻乾燥粉碎， 經切片機切割為小塊，海藻切片的最大邊長為45mm左右。
2、 採用石英砂與石灰石混合構成異密度循化流化床的媒體物料，媒體物料 的粒度與級配為0.28mm lmm的質量份額為8%， lmm 2mm的質量份額為 45%, 2mm 3mm的質量份額為40%， 3mm 4mm的質量份額為7% ;其中石灰 石的比例由海藻的含硫量確定，取鈣硫的摩爾比約為3。將媒體物料用媒體物料 補充裝置送入循環流化床燃燒室底部，靜止床料層的厚度為450mm。
3、 用外部熱源將媒體物料加熱到750。C左右，同時調節送風量使媒體物料 處於流化狀態。用投料裝置將海藻切片從燃燒室頂部或側牆給入，控制流化床 燃燒運行溫度為650 950°C。
4、 在流化床燃燒室出口處設置分離燃盡回輸裝置，將被熱空氣帶出流化床 燃燒室的海藻顆粒與媒體物料進行分離、捕捉，並通過分離器下部的回輸通道 送回流化床燃燒室下部的密相區，實現了海藻顆粒的循環燃燒，也減少了物料 損失。燃燒效率能達到98%，固硫效率90%以上，熱力型NOx生成量極少。
5、 燃燒後產生的灰渣用來製作農用肥料，燃燒所產生的熱量，加熱受熱面 的工質後作為熱源向外提供熱量或為汽輪機提供動力源產生動能推動發電機發 電。
實施例3
1、首先根據工業要求與海藻的灰熔點和發熱量分析，選擇灰熔點不低於 1000度，低位發熱量大於6MJlg"的海藻品種，然後將採集的海藻乾燥粉碎， 壓製成型為顆粒狀。
2、 採用石英砂與石灰石混合構成異密度循化流化床的媒體物料，媒體物料 的粒度與級配為0.28mm lmm的質量份額為10%， lmm 2mm的質量份額為 40%， 2mm 3mm的質量份額為40%， 3mm 4mm的質量份額為10%;其中石 灰石的比例由海藻的含硫量確定，取鈣硫的摩爾比約為4。將媒體物料用媒體物 料補充裝置送入循環流化床燃燒室底部，靜止床料層的厚度為250mm。
3、 用外部熱源將媒體物料加熱到70(TC左右，同時調節送風量使媒體物料 處於流化狀態。用投料裝置將壓製成型的海藻顆粒從燃燒室頂部或側牆給入， 控制流化床燃燒運行溫度為650~950°C。
4、 在流化床燃燒室出口處設置分離燃盡回輸裝置，將被熱空氣帶出流化床 燃燒室的海藻顆粒與媒體物料進行分離、捕捉，並通過分離器下部的回輸通道 送回流化床燃燒室下部的密相區，實現了海藻顆粒的循環燃燒，也減少了物料 損失。燃燒效率能達到98%，固硫效率95%以上，熱力型NOx生成量極少。
5、 燃燒後產生的灰渣用來製作農用肥料，燃燒所產生的熱量，加熱受熱面 的工質後作為熱源向外提供熱量或為汽輪機提供動力源產生動能推動發電機發 電。
權利要求
1、一種海藻生物質的異密度循環流化床燃燒處理方法，其特徵在於1)選擇灰熔點不低於1000度，低位發熱量大於6MJ·kg-1的海藻，乾燥粉碎，壓製成型為顆粒狀或經切片機切割為邊長小於50mm的塊狀；2)採用石英砂與石灰石混合構成異密度循化流化床的媒體物料，媒體物料中石灰石的比例由海藻的含硫量確定，取鈣硫的摩爾比為1～4；媒體物料的篩分粒度為0.28～4mm；利用物料添加裝置把媒體物料加入循環流化床，靜止床料層的厚度為250mm～850mm；3)用外部熱源將媒體物料加熱，同時調節送風量使媒體物料處於流化狀態，將壓製成型的海藻顆粒或海藻切片從燃燒室頂部或側牆給入，控制流化床燃燒運行溫度為650～950℃；4)在流化床燃燒室出口處設置分離燃盡回輸裝置，對飛出流化床燃燒室的海藻和媒體物料進行分離捕捉，並送回流化床燃燒室下部的密相區實現循環燃燒；5)燃燒後產生的灰渣用來製作農用肥料，燃燒所產生的熱量，加熱受熱面的工質後作為熱源向外提供熱量或為汽輪機提供動力源產生動能推動發電機發電。
2、 根據權利要求1的海藻生物質的異密度循環流化床燃燒處理方法，其特 徵在於所述媒體物料的顆粒粒度與級配為0.28mm lmm的質量份額為5~10%， lmm 2mm的質量傷嗜頁為30~50% ， 2mm 3mm的質量份"額為30 50% ， 3mm 4mm 的質量份額為5~10%。
全文摘要
本發明涉及一種海藻生物質的異密度循環流化床燃燒處理方法，採用石英砂與石灰石混合構成異密度循化流化床的媒體物料，將海藻顆粒或切片燃料送入流化床內燃燒。海藻在燃燒過程中發生破碎與磨損，細小顆粒被熱煙氣從密相區帶入上部稀相區燃燒，被帶出的磨損未充分的較大顆粒海藻和媒體物料經流化床燃燒室出口處的分離燃盡回輸裝置的分離捕捉，返回燃燒室下部的密相區實現循環燃燒，以提高燃燒效率，減少媒體物料損失。流化床燃燒溫度控制在650-950℃，控制了熱力型NOx生成與避免海藻在流化床內結渣。燃燒後產生的灰渣用來製作農用肥料，燃燒所產生的熱量，加熱工質後作為熱源向外提供熱量或為汽輪機提供動力源產生動能推動發電機發電。
文檔編號F23G7/02GK101182925SQ20071017260
公開日2008年5月21日 申請日期2007年12月20日 優先權日2007年12月20日
發明者劉建國, 姜秀民, 爽 王, 輝 王, 韓向新 申請人:上海交通大學