CN101122384A - 生物质高温燃烧锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明一种高效低污染生物质高温燃烧锅炉，属于锅炉技术领域。本发明包括生物质颗粒进料器、燃料均布板、十字烟管、辐射导流块、分段风喷嘴、旋风除尘器、液态排渣池，炉胆、热对流室。特征是生物质颗粒进料器的料斗设置在锅炉上方，可实现预干燥；炉内置有错落有致的辐射导流块；预热后的高温空气由喷嘴分段切向仰射进入炉膛，实现分级、旋流燃烧；底部设置气液固三相高温旋风分离器，中心的高温烟气流经中心烟管至上部十字烟管进入炉胆与炉壁的环隙，从炉壁下方入热对流室。本发明结合生物质燃料特性，综合吸收了高温空气燃烧、分级燃烧、旋风燃烧、旋风除尘、液态排渣和烟气再循环等技术的优点，可实现可再生能源生物质的清洁高效利用。

Description

生物质高温燃烧锅炉

技术领域：

本发明属于锅炉技术领域，特别涉及一种生物质成型燃料锅炉。

背景技术：

生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，在整个能源系统中占有重要地位，它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量的第四位。生物质燃料主要包括如下几个方面：①农作物秸杆和农业加工残余物；②林木和林业加工剩余物；③人畜粪便、工业有机废物和水生植物；④城市生活污水和垃圾。目前生物质能的利用有生物质气化、液化、直接燃烧等三种技术，它们均存在着一定的问题。气化、液化技术是将生物质经过多次转换和净化之后再进行燃烧，中间环节不但提高了投资运行成本，也降低了生物质能的总利用效率。而且气化、液化燃料热值低，在稳定运行、焦油清除、气体净化等技术上还需提高；而直燃技术效率较高，且没有焦油带来的二次污染问题，所以相对而言，直燃的优势是明显的。《中国能源》(2004，26(9)：第39页～第42页)指出，由于目前的直燃方式燃烧温度低，低熔点飞灰造成的积灰和结渣，以及燃烧过程中会产生对人体的健康有影响的颗粒排放物等一系列的问题，限制了这种粗放的应用方式。另外，由于生物质含水量大，燃烧产生的热量很多浪费在水分的蒸发上，使得生物质在目前的固定床和流化床锅炉的燃烧热量利用率较低。根据生物质的燃烧特性，本发明生物质高温燃烧锅炉综合吸收了高温空气燃烧、分级燃烧、旋风燃烧、旋风除尘、液态排渣技术和烟气再循环等技术的优点，解决目前生物质直燃存在的技术难题，实现生物质高热效率、低污染、安全、大规模的低成本热利用。

发明内容：

本发明将高温燃烧技术应用于生物质的直接燃烧，并采用液态排渣技术、分级燃烧技术和烟气再循环等技术，以期提高生物质的燃烧效率，使炉内温度场均匀，提高容积热负荷，提高锅炉热效率，解决飞灰的积灰与结渣问题，减少污染物的排放，实现生物质高效稳定燃烧清洁排放。

本发明一种高效低污染生物质高温燃烧锅炉，共有特征包括炉壁和内部的炉胆，其特征在于锅炉上方设置生物质颗粒进料器的倒锥形料斗，料斗上面封闭留有一进料口，料斗下方与炉胆包围的燃烧室相连通，安装有螺旋叶片的旋转轴沿料斗的轴线布置，旋转轴顶端伸出料斗通过连轴器与电机相连，旋转轴底端伸入炉胆并连接燃料均布板，炉胆内部壁面镶嵌有错落有致的辐射导流块，炉体中下方安装分段风喷嘴，炉胆底部通过多个切向通孔通向气液固三相高温旋风分离器，高温旋风分离器向上与中心烟管相连通，向下开口通向液态排渣池，中心烟管沿炉胆轴线向上延伸并与炉胆上部水平方向的十字烟管连通，十字烟管通向炉胆与炉壁之间的烟道，烟道下部设有烟气出口向外连接热对流室，热对流室的烟气出口连接空气预热器，最后通至烟囱。

本发明中的生物质颗粒进料器的料斗设置在锅炉上方，可与烟气对流换热，生物质颗粒的水分受热蒸发，水蒸气由排放口排出，实现对生物质颗粒的初步干燥。料斗的喉部及其堆积在料斗中的生物质颗粒堵截烟气，致使大量的烟气不能从上方排出，实现烟气的再循环，从生物质颗粒间隙的排出的少量烟气，能起到预热和干燥生物质颗粒的正向作用，因此此种非完全密封方式具有双重优点。

生物质颗粒由电机通过连轴器带动安装有螺旋结构的轴转动，并通过安装在转动轴底端的燃料均布板，实现生物质颗粒在炉膛中的进料分布均匀。并且由于燃料均布板独特的结构设计和旋转运动，使生物质不会在烟管上沉积，造成供料失败，发生熄火现象。

炉胆壁面上镶嵌有错落有致的辐射导流块，用于增加生物质在炉膛上方的滞留时间，增大生物质颗粒与高温烟气的对流传热，同时辐射导流块的设置和中心烟管可增加炉内的辐射换热，可使生物质在燃烧前预热较高的温度，有利于实现高温燃烧；生物质颗粒得到充分预热后，与喷嘴分段切向仰射喷入的上旋预热后的高温空气相遇，实现高温、分级、旋流燃烧。

燃烧后的液态残渣和含尘烟气向下切向进入设置在炉膛底部的气液固三相高温旋风分离器，液态残渣和烟尘向下进入液态排渣，有效净化后的高温烟气从中心烟管流经十字烟管，高温烟气通过烟管以对流——辐射的传热方式与烟管外的生物质颗粒换热，在炉胆上部排出，进入炉胆与炉壁的隔层与炉胆对流换热后，由炉膛下部的出口进入热对流室，与水进行热量交换，产生蒸汽。

附图说明：

图1为本发明生物质高温燃烧锅炉的剖视图。

1为电机，2为联轴器，3为进料口，4为料斗，5为旋转轴，6为螺旋叶片，7为炉胆，8为燃料均布板，9为十字烟管，10为辐射导流块，11为分段风喷嘴，12为中心烟管，13为旋风分离器，14为排渣口，15为液态排渣池，16为切向进口，17为炉壁，18为烟气二次出口，19为隔板，20为烟气三次出口，21为水进口，22为烟管，23为折流室，24为蒸汽出口，25为料斗水蒸汽出口。

图2是燃料均布板8的俯视图。

图3是为十字烟管9，辐射导流块10的安装位置俯视图。

具体实施方式：

下面结合附图进一步说明本发明生物质高温燃烧锅炉的具体实施方式。

本发明的生物质高温燃烧锅炉的结构如图1所示，主要包括电机1、联轴器2、进料口3、料斗4、旋转轴5、螺旋叶片6、燃料均布板8组合构成的生物质颗粒进料装置，炉胆7，辐射导流块10、分段风喷嘴11组成的预热室和燃烧室，旋风分离器13、中心烟管12、十字烟管9、液态排渣池15组成的烟气灰渣排出装置，隔板19，烟管22，2折流室23组成的蒸汽发生室组成。

生物质颗粒进料装置的料斗4由导热性能优良和耐热的材料制备而成，安装在炉胆的上方，与十字烟管9排出的高温烟气进行换热，对生物质颗粒进行预干燥；料斗4中的螺旋叶片6除具备螺旋送料作用外，还起到搅拌生物质颗粒的作用，使得生物质颗粒可以充分预热干燥；料斗下方的喉部结构可以实现高温烟气的非完全式密封，从生物质颗粒间隙渗透上来的高温烟气和辐射热，对生物质颗粒也起到干燥作用，干燥产生的水蒸气由料斗水蒸汽出口25排出。

燃料均布板8的结构如图2，与旋转轴5焊接成一体，下面与十字烟管9的间隙不要超过10mm。燃料均布板8的旋转运动，使生物质颗粒在炉膛内分布均匀，而且不会沉积在中心烟管12和十字烟管9上。中心烟管12和十字烟管9上的设置，使烟气在炉内实现再循环，具有三个回程，而且各回程均在炉内的呈轴对称分布，使炉内的温度场分布均匀。

辐射导流块10采用耐火材料制造，与工作十字烟管9的相对安装位置如图3所示，镶嵌在炉胆7上，该结构的设计主要是为增加生物质颗粒的预热驻留时间，增大炉膛的辐射换热。

得到充分预热的生物质颗粒与炉胆中下方布置的分段风喷嘴11分段切向仰射送入由空气预热器预热后的空气相遇，实现高温、旋流、分级、高温燃烧。喷嘴的数量可以根据生物质颗粒的进料量加以调整，严格控制过量空气系数，提高锅炉热效率。

旋风分离器13由耐温陶瓷材料制备成型，上端面和竖直方向成斜下150～160°，防止液态灰烬沉积，切向进口设置两个，成轴对称分布，液态灰烬、粉尘、烟气切向进入，在旋风分离器13内实现分离，高温烟气由中心烟管12和十字烟管9从炉胆上方排出，液态灰烬和粉尘经由排渣口14至液态排渣池15。

由中心烟管12和十字烟管9从炉胆上方排出高温烟气流经炉胆7与炉壁17围成的环隙，再次与炉膛发生热量交换，预热生物质颗粒，并对炉胆7内的燃烧室起保温作用，提高生物质燃烧温度。随后由炉壁17下方的烟气二次出口18进蒸汽发生室的烟管22与水发生热量交换，隔板19与折流室23使烟气在烟管22中流经2个回程后，从烟气三次出口20排出至常规的空气预热器与助燃空气换热，最后经由烟道和引风机从烟囱中排出。

本发明根据生物质成型燃料特性，采用独特的结构对生物质颗粒的预干燥，进料、高温烟气分布均匀，实现了生物质颗粒的高温燃烧，并且将旋风分离器移植到炉内底部实现高温除尘。应用该结构设计的生物质高温锅炉不但具备燃烧效率高，炉内温度场分布均匀的优点，而且排烟中的烟尘含量、氮氧化物及二氧化硫含量低，符合国家锅炉的污染物排放标准要求，解决了目前生物质直燃的技术难题。

Claims (7)

1.一种生物质高温燃烧锅炉，主要包括电机(1)、联轴器(2)、进料口(3)、料斗(4)、旋转轴(5)、螺旋叶片(6)、燃料均布板(8)组合构成的生物质颗粒进料装置；炉胆(7)，辐射导流块(10)、分段风喷嘴(11)组成的预热室和燃烧室，旋风分离器(13)、中心烟管(12)、十字烟管(9)、液态排渣池(15)组成的烟气灰渣排出装置，隔板(19)，烟管(22)，折流室(23)组成的蒸汽发生室组成。

2.如权利要求1所述的生物质高温燃烧锅炉，特征在于料斗(4)固定在炉胆(7)的上方，料斗(4)的锥面角度与水平线成斜向上30～45°，下端有25～35mm的喉部。

3.如权利要求1所述的生物质高温燃烧锅炉，特征在于旋转轴(5)尾段安装有燃料均布板(8)，燃料均布板(8)与十字烟管(9)的间隙不超过100mm。

4.如权利要求1所述的生物质高温燃烧锅炉，特征在于在了炉胆(7)中下方分段布置空气喷嘴(11)，空气喷嘴(11)仰射切向进入，仰角为5～80°。

5.如权利要求1所述的生物质高温燃烧锅炉，特征在于烟管由中心烟管(12)和十字烟管(9)组成。

6.如权利要求1所述的生物质高温燃烧锅炉，特征在于炉壁嵌有辐射导流块(8)。

7.如权利要求1所述的生物质高温燃烧锅炉，特征在于在炉胆(7)下方设置旋风分离器(13)，与中心烟管(12)、液态排渣池(15)组成高温烟气除尘、灰渣排出装置。

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