CN101900327B - 生物质燃料内循环机械流化床角管式锅炉 - Google Patents

生物质燃料内循环机械流化床角管式锅炉 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高效节能减排生物质燃料内循环机械流化床角管式智能锅炉，包括主燃烧室、副燃烧室、燃尽室、高温多管旋风除尘器、对流换热管束，主燃烧室由方形膜式水冷壁和上方下圆异型底座构成炉膛，底座四角安装有文丘里管内循环器，炉膛底部安装有机械流化机；副燃烧室由方形膜式水冷壁、上方下圆异型底座、异型出烟管构成异型旋风分离炉膛，炉膛底部安装有机械流化机；燃尽室与高温多管旋风除尘器入口连接；高温多管旋风除尘器出口与对流换热管束连接。本发明燃烧强度高、燃烧充分、不结渣、热转换效率高、换热面污染轻可长期稳定工作、调整范围大、可智能自动控制。

Description

生物质燃料内循环机械流化床角管式锅炉
技术领域
本发明属于一种可再生能源转换技术领域，涉及一种生物质燃料锅炉。
背景技术
生物质能源应用技术近几年在我国政府的大力推动下得到了迅速发展。其中特别是生物质能源固化直燃技术及应用发展尤为迅猛。但我国目前生物质能源固化直燃技术及应用水平尚低，与国外先进直燃技术及设备相比差距较大。特别是直燃设备主要还是将燃煤的链条炉排锅炉稍经改造使用。这一类的锅炉燃烧效率低，燃烧强度低，容易结渣，自动化程度低，特别是批准安装后用户很容易在利益的驱动下继续燃用煤炭造成环境污染。而循环流化床锅炉虽能获得较好燃烧效果但炉体过高不能实现小型化，无法在中小燃煤锅炉房安装替代中小燃煤锅炉，不能满足大规模生物质能源供热、发电对锅炉提出的热效率高、锅炉体积小、燃烧强度高、燃尽率高、自动化程度高、长期工作稳定性好、只能燃用生物质燃料等技术要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种能自动控制、燃烧强度高、燃尽率高、热效率高、整体体积小高度低、能长期稳定工作、只能燃用生物质燃料的新型生物质燃料专用锅炉。
为了实现上述目的，本发明依据生物质燃料所具有的挥发份高、高温裂解快、易形成灰壳和灰熔点低的燃烧特性，采用了机械流化技术、炉膛折叠技术、内循环技术、高温前置除尘技术进行锅炉整体设计，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新型生物质燃料内循环机械流化床角管式智能锅炉，包括有主燃烧室、主燃烧室文丘里管内循环器、主燃烧室机械流化机、副燃烧室、副燃烧室异型分离器、副燃烧室机械流化机、燃尽室、高温多管旋风除尘器、对流换热管束，其要点是主燃烧室采用方形膜式水冷壁和上方下圆形底座构成异型炉膛，在底座底部安装了主燃烧室机械流化机，主燃烧室机械流化机流化翅采用中空风保护结构，主燃烧室机械流化机布风板上安装了定向风帽，在底座四角安装了文丘里管内循环器，燃烧时生物质燃料由进料口进入主燃烧室，生物质燃料进入主燃烧室后在高温环境作用下迅速热解燃烧，在机械流化翅、定向风帽和文丘里管喷口的共同作用下燃料呈快速旋转状燃烧，一次风由定向风帽、风保护流化翅和文丘里管提供，风保护流化翅能迅速将燃烧燃料的灰壳打碎加快了燃烧速率并防止了灰壳粘结形成结渣，燃料热解燃烧后大的碳粒在旋风的作用下甩到了炉壁四角被文丘里管内循环器捕捉口捕捉后返回燃烧室底部继续燃烧，一次大碳粒燃烧后的小碳粒和热烟气经主燃烧室出烟口排入副燃烧室。
所述的副燃烧室由副燃烧室异型分离器和副燃烧室机械流化机构成，副燃烧室异型分离器由副燃烧室方形膜式水冷壁和副燃烧室上方下圆异形底座及副燃烧室异型出烟管构成，副燃烧室机械流化机安装在副燃烧室底部，从主燃烧室出烟口进入的热烟气经副燃烧室异型分离器分离后小碳粒沉积于底部继续流化燃烧，二次风由机械流化机风保护流化翅提供，风保护流化翅对小碳粒进行机械流化可使二次风与燃料充分混合提高燃烧强度及有效防止灰壳粘连结渣，二次小碳粒燃烧后的热烟气和少许微型碳粒由副燃烧室异型出烟管排入燃尽室进行三次燃尽燃烧。
所述的燃尽室由膜式水冷壁内覆耐火砼组成，中间安装有耐火砼折流板，对烟气进行扰动加快三次燃烧速率，高温多管旋风除尘器安装在燃尽室后部，高温多管旋风除尘器进烟口与燃尽室连接，高温多管旋风除尘器出烟口与对流换热管束连接，由副燃烧室进入的含有微小碳粒的热烟气在燃尽室进行最后三次燃尽燃烧，耐火砼折流板对烟气的扰动加强了空气与燃料的接触也加快了三次燃烧速率，三次燃烧燃尽后的热烟气先进入高温旋风除尘器进行除尘再经对流换热管束换热后由锅炉出烟口排出。
本发明采用机械流化、文丘里管内循环燃烧方式、截面热负载可达6MW/m2。锅炉自前向后依次设置的主燃烧室、副燃烧室和燃尽室通过内部不同结构的设计可使燃料在三个炉膛始终处于流化、悬浮燃烧状态，有效地降低了流化床锅炉的高度，炉膛高度可控制在2米左右。主燃烧室的热解和粗碳粒一次循环流化燃烧、副燃烧室的细碳粒分离二次流化燃烧和燃尽室的三次悬浮完全燃烧构成了锅炉的精确分段燃烧系统，燃料燃尽率可达99%以上。尤其是可通过在膜式水冷壁敷设耐火砼调整辐射换热量控制主燃烧室的温度在900℃左右、副燃烧室的温度在800℃左右、燃尽室的温度在600℃左右，有效的减少了NOx的排放量。在燃尽室后部安装的高温多管旋风除尘器可将约90%的烟气灰分清除。可有效减少灰分对对流换热管束的污染，提高了锅炉整体换热效率和长期稳定工作性能。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明锅炉的右前视图。图中在主燃烧室、副燃烧室和燃尽室部位做了局部剖开。为便于展示内部结构去除了锅炉前饰板、转烟室上检修门、转烟室下检修门、锅炉外保温层和外包装壳。
图2是本发明锅炉的右俯视图。此图主要是为了展示燃烧室内部上方下圆异型底座和机械流化机结构。为便于展示内部结构去除了锅炉外保温层和外包装壳。
图3是本发明锅炉的后视图。为便于展示内部结构去除了锅炉后封板、检修门、出烟接口、进风接口、锅炉外保温层和外包装壳。
图4是本发明锅炉主燃烧室右俯视剖开图。
图5是本发明锅炉副燃烧室右俯视剖开图。
图6是本发明锅炉的主燃烧室机械流化机右视图。
图7是本发明锅炉的副燃烧室机械流化机右视图。
图中1.主燃烧室、2.副燃烧室、3.燃尽室、4.主燃烧室机械流化机、5.副燃烧室机械流化机、6.主燃烧室文丘里管内循环器捕捉口、7.副燃烧室异型分离器、8.燃尽室耐火砼折流板、9.燃尽室出烟口、10.角管式下降管、11.主燃烧室观察孔、12.副燃烧室观察孔、13.燃尽室观察孔、14.对流换热管束转烟室上检修口、15.对流换热管束转烟室下检修口、16.螺旋除灰机、17.锅炉外框、18.上锅筒、19.燃料进料口、20.主燃烧室出烟口、21.副燃烧室异形出烟管、22.主燃烧室文丘里管内循环器进风口、23.燃尽室膜式水冷壁、24.燃尽室耐火砼隔墙、25.副燃烧室机械流化机风保护流化翅、26.主燃烧室机械流化机风保护流化翅、27.主燃烧室文丘里管内循环器喷口、28.上集箱、29.高温多管旋风除尘器、30.高温多管旋风除尘器进烟口、31.高温多管旋风除尘器出烟口、32.左集箱、33.右集箱、34.下集箱、35.锅炉出烟口、36.对流换热管束第一烟程检修口、37.锅炉进风口、38.对流换热管束、39.对流换热管束耐火砼隔板、40.主燃烧室上方下圆异形底座、41.主燃烧室方形膜式水冷壁、42.主燃烧室文丘里管内循环器、43.副燃烧室方形膜式水冷壁、44. 副燃烧室机械流化机耐磨高温砼层、45. 副燃烧室上方下圆异形底座、46.主燃烧室机械流化机布风板、47.主燃烧室机械流化机定向风帽、48. 主燃烧室机械流化机电机、49. 主燃烧室机械流化机减速机、50. 主燃烧室机械流化机安装销、51. 主燃烧室机械流化机减速机安装法兰、52. 主燃烧室机械流化机风保护流化翅进风口、53.副燃烧室机械流化机布风板、54. 副燃烧室机械流化机安装销、55.副燃烧室机械流化机减速机、56.副燃烧室机械流化机电机、57. 副燃烧室机械流化机减速机安装法兰、58. 副燃烧室机械流化机风保护流化翅进风口。
具体实施方式：
参照图1、图2、图3、图4、图5、图6，图7，本发明包括主燃烧室（1）、副燃烧室（2）、燃尽室（3）、高温多管旋风除尘器（29）、对流换热管束（38），主燃烧室（1）从上至下依次由主燃烧室出烟口（20）、主燃烧室方形膜式水冷壁（41）、主燃烧室上方下圆异形底座（40）、主燃烧室文丘里管内循环器（42）和主燃烧室机械流化机（4）组成；主燃烧室文丘里管内循环器（42）由主燃烧室文丘里管内循环器捕捉口（6）、主燃烧室文丘里管内循环器进风口（22）和主燃烧室文丘里管内循环器喷口（27）构成；主燃烧室机械流化机（4）由主燃烧室机械流化机布风板（46）、主燃烧室机械流化机定向风帽（47）、主燃烧室机械流化机风保护流化翅（26）、主燃烧室机械流化机电机（48）、主燃烧室机械流化机减速机（49）、主燃烧室机械流化机安装销（50）、主燃烧室机械流化机减速机安装法兰（51）和主燃烧室机械流化机风保护流化翅进风口（52）组成，主燃烧室机械流化机（4）与主燃烧室（1）由安装销（50）连接；主燃烧室（1）与副燃烧室（2）由在分割主燃烧室（1）与副燃烧室（2）的膜式水冷壁上部开口的主燃烧室出烟口（20）直接连通；副燃烧室（2）从上至下依次由副燃烧室异形出烟管（21）、副燃烧室方形膜式水冷壁（43）、副燃烧室上方下圆异形底座（45）和副燃烧室机械流化机（5）组成；副燃烧室异形出烟管（21）由圆管部分、弯头部分和圆变方形管部分组成，圆管部分垂直安装在副燃烧室（2）上部中央位置，方形管口与间隔副燃烧室（2）和燃尽室（3）的副燃烧室方形膜式水冷壁（43）连接，并在水冷壁开口形成副燃烧室出烟口；副燃烧室上方下圆异形底座（45）安装于副燃烧室（2）下部；副燃烧室机械流化机（5）安装于副燃烧室上方下圆异形底座（45）底部，并通过副燃烧室机械流化机安装销（54）与副燃烧室上方下圆异形底座（45）连接；燃尽室（3）由燃尽室膜式水冷壁（23）和燃尽室耐火砼隔墙（24）围成，燃尽室耐火砼折流板（8）安装于燃尽室（3）中部，燃尽室出烟口（9）安装于燃尽室耐火砼折流板（8）下面；高温多管旋风除尘器（29）安装于燃尽室（3）后部，高温多管旋风除尘器进烟口（30）经燃尽室出烟口（9）与燃尽室（3）连通，高温多管旋风除尘器出烟口（31）与对流换热管束（38）连通，高温多管旋风除尘器（29）出尘口与螺旋除灰机（16）连接；对流换热管束（38）安装在锅炉左侧面，中间由对流换热管束耐火砼隔板（39）将对流换热管束（38）隔成上下两部分，上部为第一烟程，下部为第二烟程，第一烟程与高温多管旋风除尘器出烟口（31）连通，第二烟程与锅炉出烟口（35）连通，第一烟程与第二烟程由转烟室连通；角管式下降管（10）将上锅筒（18）、左集箱（32）、右集箱（33）、上集箱（28）、下集箱（34）连成一体构成了锅炉整体框架。
锅炉运行过程及操作步骤是：首先将燃料由定量喂料绞龙和闭风器精确定量和风隔离后从燃料仓经燃料进料口（19）输送进主燃烧室（1），同时开启主燃烧室机械流化机（4）和副燃烧室机械流化机（5）。当送入一定燃料后关闭定量喂料绞龙、适量开启鼓风机和引风机并开启点火装置进行点火。点火装置可采用燃油点火机、燃气点火机或电点火机。当主燃烧室（1）中燃料基本进入碳燃烧时关闭点火机，调大引风机和鼓风机并开启定量喂料绞龙，点火完成。整个点火过程约5-8分钟。
点火完成后根据负载需求调整定量喂料绞龙确定燃料输入量并根据燃料输入量调整鼓风机和引风机确定正确进风量。此时锅炉进入运行状态。由燃料进料口（19）进入的燃料在主燃烧室（1）高温环境作用下迅速热解燃烧，在主燃烧室机械流化机风保护流化翅（26）、主燃烧室机械流化机定向风帽（47）和主燃烧室文丘里管内循环器喷口（27）的共同作用下燃料呈快速旋转状燃烧，一次风由主燃烧室机械流化机定向风帽（47）、主燃烧室机械流化机风保护流化翅（26）和主燃烧室文丘里管内循环器喷口（27）提供，主燃烧室机械流化机风保护流化翅（26）能迅速将燃烧的灰壳打碎加快燃烧速率并防止灰壳粘结形成结渣，燃料热解燃烧后大的碳粒在旋风的作用下甩到了炉壁四角被主燃烧室文丘里管内循环器捕捉口（6）捕捉后返回燃烧室底部继续燃烧，一次大碳粒燃烧后的小碳粒和热烟气经主燃烧室出烟口（20）排入副燃烧室（2）继续燃烧。主燃烧室（1）主要完成生物质燃料的裂解和大碳粒燃烧过程，合理布置的膜式水冷壁辐射受热面可保证主燃烧室（1）燃烧温度在900℃左右，从而大大减少了NOx的排放量和有效保证了燃烧过程中不结渣。
从主燃烧室出烟口（20）进入副燃烧室（2）的热烟气经副燃烧室异型分离器分离后小碳粒沉积于底部继续流化燃烧，二次风由副燃烧室机械流化机风保护流化翅（25）提供，副燃烧室机械流化机风保护流化翅（25）对燃料进行机械流化可使二次风与燃料充分混合提高燃烧强度及有效防止灰壳粘连结渣，合理布置的膜式水冷壁辐射受热面及耐火砼保温层可保证副燃烧室（2）燃烧温度在800℃左右。二次燃烧后的热烟气和少许微小碳粒由副燃烧室异型出烟管（21）排入燃尽室（3）。
从副燃烧室（2）进入燃尽室（3）的含有微小碳粒的热烟气在燃尽室进行最后三次燃尽燃烧。耐火砼折流板（8）对烟气的扰动加强了空气与燃料的接触也加快了三次燃烧速率，燃尽的热烟气经高温多管旋风除尘器（29）除尘和对流换热管束（38）换热后经锅炉出烟口（35）排出锅炉。高温多管旋风除尘器（29）分离出的烟尘由螺旋除灰机（16）排出。
锅炉停炉只需关闭定量喂料绞龙不向主燃烧室（1）输送燃料即可。约2-3分钟后主燃烧室（1）即没有明火。保持鼓风机、引风机运行一段时间使主燃烧室（1）温度下降到燃烧温度以下即可全部关闭锅炉。
本发明锅炉由角管式下降管（10）将各集箱连成一体形成锅炉骨架，可根据用途不同调整循环回路使锅炉满足蒸汽锅炉、热水锅炉、真空锅炉或热载体锅炉的要求。
以上所有操作均可编程由程序自动控制运行。

Claims (5)

1.一种生物质燃料内循环机械流化床角管式智能锅炉，包括有主燃烧室、副燃烧室、燃尽室、机械流化机、文丘里管内循环器、高温多管旋风除尘器、对流换热管束，其特征是主燃烧室由方形全密封膜式水冷壁和上方下圆异形底座组成异形炉膛，上方下圆异形底座四角安装有文丘里管内循环器，异形炉膛的底部设有机械流化机，炉膛顶部后面设有出烟口直接与后部副燃烧室连通，锅炉运行由编程后的程序自动控制运行。
2.根据权利要求1所述的生物质燃料内循环机械流化床角管式智能锅炉，其特征是：机械流化机由布风板、电机、减速机、减速机安装法兰、风保护流化翅和风保护流化翅进风口组成，布风板上安装有定向风帽或敷设耐火耐磨砼。
3.根据权利要求1所述的生物质燃料内循环机械流化床角管式智能锅炉，其特征是：文丘里管内循环器由上方下圆异形底座、文丘里管内循环器捕捉口、进风口、喷口组成，文丘里管内循环器采用顺向四角布置。
4.根据权利要求1所述的生物质燃料内循环机械流化床角管式智能锅炉，其特征是：主燃烧室后设有异形旋风分离副燃烧室，副燃烧室由方形全密封膜式水冷壁和上方下圆异形底座组成，底部设有机械流化机，上部设有异型出烟管，异型出烟管由圆管部分、弯头部分和圆变方形管部分构成，圆管部分垂直安装于副燃烧室上部中央，方形管口与副燃烧室后部膜式水冷壁连接，膜式水冷壁设有开口使副燃烧室经异型出烟管与燃尽室连通。
5.根据权利要求1所述的生物质燃料内循环机械流化床角管式智能锅炉，其特征是：副燃烧室后部设有燃尽室，燃尽室由表面覆有耐火砼的方形全密封膜式水冷壁构成，中间安装有耐火砼浇注的折流板，高温多管旋风除尘器安装在燃尽室后部，进口与燃尽室连接，出口与对流换热管束连接。
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