CN101907292B - 炉内三次除尘燃木质生物质颗粒燃料立式环保锅炉 - Google Patents

Abstract

炉内三次除尘燃木质生物质颗粒燃料立式环保锅炉，属于加热技术。用于燃烧木质生物质颗粒获取热水或蒸汽，克服现有的此类锅炉冒黑烟，热效率低等不足。包括风室，炉篦，碳粒燃烬和气体燃烧的炉膛，一、二次风进口，炉膛上方换热器，所作的改进是：炉膛安装有倾斜通气孔的多孔炉拱，内胆上端设隔烟墙，内胆壁与下封头之间有下行螺纹烟管；穿过上、下封板、上行螺纹烟管；在换热器下端圆周有形成环腔状烟气转向降尘室的换热器座。本发明的有益效果是：碳粒充分燃烬，气化充分，热效率高。烟气在炉内三次除尘，排出的烟气粉尘量低。可分体制造，便于运输和大幅度提高吨位。

Description

炉内三次除尘燃木质生物质颗粒燃料立式环保锅炉

技术领域

本发明属锅炉技术领域，具体涉及燃木质生物质颗粒燃料的立式锅炉。 

背景技术

生物质能源是国家大力推广使用的新型清洁可再生能源，随着煤碳、石油、天然气资源的的紧缺和价格不断上涨；日趋严格的锅炉环保排放要求；以及一些大中城市的限煤令，使得生物质能源的利用日益被重视。立式锅炉的使用量大面广，它具有占地面积小、启停运行灵活、锅炉成本低、方便运输和安装、操作简便、自动化程度高的特点。目前在一些大中城市的宾馆、学校、政府机关、医院、小型企业均使用燃柴油、天然气或者电加热的立式锅炉。燃木质生物质颗粒燃料立式环保锅炉是燃油、燃气和电加热锅炉的理想替代产品，其燃料成本仅是天然气的二分之一、柴油的四分之一、电加热的六分之一。采用炉内三次除尘后，加之木质生物质颗粒燃料自身含硫量极低(一般收到基含硫量＜0.2％)，不需加装单独的脱硫除尘装置，锅炉排放的烟气即满足GB13271《工业锅炉大气污染物排放标准》的要求。因此燃烧效率高、环保效果好的燃木质生物质颗粒燃料立式环保锅炉必将有广阔的市场需求。由于木质生物质颗粒燃料的挥发份含量特别高(一般工业分析的挥发份＞75％)，若没有针对性的合理设计碳粒燃烬、气化、气体燃烧有机结合的燃烧装置、合理布置二次风装置、一般立式生物质锅炉存在气化不充分、碳粒燃烧不充分、锅炉热效率低、易冒黑烟的问题；一般立式生物质锅炉大多采用大横水管带立式冲天管的结构，流经横水管的烟速太低，造成传热系数过 低，使锅炉受热面的钢耗量增加，实际排烟温度一般均大于400℃，使锅炉热效率降低；有一部分立式生物质锅炉设计分体式的气化燃烬装置和单独的气体燃烧室和锅炉本体受热面，使锅炉系统复杂、占地面积大、锅炉成本增加、运输安装管理复杂、安全性降低；有些立式生物质锅炉同时使用鼓风机、引风机和除尘器，造成烟风系统复杂，设备初投资增加，锅炉房占地面积大，不方便运行管理；某些同时采用鼓风机和引风机的立式生物质锅炉炉膛均处于负压燃烧状态，负压燃烧时可燃气体燃烧速度较正压燃烧慢，负压燃烧的立式生物质锅炉排烟处过量空气系数会增大很多，把不能用于燃烧的多余的空气从室温加热至排烟温度排出，会大大降低锅炉的热效率；一些立式生物质锅炉炉内除尘效果差，因此锅炉的原始排尘浓度大，需要另外加装除尘装置，造成设备投资增加和锅炉房占地面积增加；一些立式生物质锅炉限于锅炉结构的原因，不能制造成分体式便于运输的形式，因此受运输条件的限制，一般立式生物质锅炉的最大容量只能做到1吨/时；一些采用正压燃烧的立式生物质锅炉由于没有解决炉门密封问题，造成锅炉从炉门向外冒烟，热效率降低且锅炉房卫生条件差；一些立式生物质锅炉的进料装置存在连续运行可靠性差，进料螺旋杆炉内部分易烧坏，进炉燃料播散不均的问题，影响锅炉连续可靠运行。 

发明内容

本发明的目的是提供一种炉内三次除尘燃木质生物质颗粒燃料立式环保锅炉，克服现有的燃木质生物质颗粒燃料立式锅炉碳粒燃烬不充分，锅炉原始排尘浓度高，炉内除尘效果差，冒黑烟；对流受热面传热系数低，热效率低；负压燃烧，可燃气体燃烧速度慢且排烟处过量空气系数大，附属设备鼓风机、引风机和除尘器使锅炉烟风系统复杂、投资高、占地面积大，不易大型化等不足。 

本发明的锅炉包括炉体下部兼作清灰的风室，风室上端的炉篦，炉篦下面的颗粒燃料助燃的一次风进口，炉篦上方包括颗粒燃料燃烧室、气体燃烧室的炉膛，安装在炉膛颗粒燃料燃烧室上部的颗粒燃料添加装置，安装在炉膛气体燃烧室侧壁上的燃气助燃的二次风进口，炉体上风室和炉膛位置上的炉门，炉膛上方由内胆、外锅筒、上封板、下封板围成的水媒换热器，换热器上的水、气及仪表连接管座，换热器上端的排烟口，所作的改进是：炉膛在颗粒燃料燃烧室和气体燃烧室之间安装分布有倾斜通气孔的蓄热多孔炉拱，在炉门的门框或门盖上有榫槽，榫槽内镶嵌有耐热密封条，在内胆上部设隔烟墙，在隔烟墙下方内胆壁与下封头之间有圆周分布、穿过内胆和外锅筒间的夹层、连通内胆内腔与下封板以下换热器外部空间的下行螺纹烟管。穿过上、下封板、圆周分布在外锅筒与内胆夹层内的上行螺纹烟管。在换热器下端有中心是衔接炉膛与内胆的烟气通道，圆周有以换热器下封板为上端面、形成环腔状烟气转向降尘室的换热器座。 

为便于制造、运输和使用现场安装，本发明的炉体为以相连接的换热器与换热器座为一体，以风室、炉膛部分为一体的可在使用地点现场组合的分体结构。 

为防止燃料添加装置炉膛的一端因高温烧蚀损坏影响炉的正常运行，在添料螺旋推进器壳体上有鼓风接入口。 

为有利于碳粒的充分燃烬和给新入炉燃料的充分气化及气化后燃气的高温，本发明中炉膛侧壁为绝热材料构成的墙体结构。 

本发明的有益效果是： 

1、炉膛侧面无吸热面，使处在足氧环境的碳粒能够充分燃烬，气化层刚入炉的燃料除在高温缺氧环境，形成碳粒燃烬、气化、气体燃烧上下有机相 连一体式燃烧装置，实现了碳粒充分燃烬、气化充分、可燃气体燃烧速度快、燃烧完全。提高了锅炉的热效率，从根本上杜绝了锅炉冒黑烟现象的发生。 

2、带有倾斜气孔的促燃、降尘绝热材料炉拱，使烟气在炉内被第一次除尘。倾斜旋转气流出口一方面是保证有效除尘，另一方面可增加可燃气体流经每个气流出口时与高温蓄热式促燃炉拱的接触面积和时间，燃气体呈旋转状态流出每个气流出口，为气流与二次风的充分扰动及均匀混合创造有利条件。此拱为绝热高温拱，可燃气体在流经拱内的每个旋转气流出口时均被高温加热，有利于可燃气体的及早着火和充分燃烬。拱上方的上绝热气体燃烧室，有稳定的高温热源，它为可燃性气体的充分燃烬提供了条件，可从根本上减少气体不完全燃烧热损失(q3)，提高锅炉热效率，有效抑制了因气体燃烧不完全造成的高温劣解而产生的锅炉冒黑烟现象。 

3、由连通内胆烟腔的下行螺纹烟管、换热器下端的环腔状烟气转向降尘室、上行螺纹烟管组成的排烟通道，使烟气流经内胆上的下行烟管进口的过程中在炉内被第二次除尘。烟气下行放热后进入环腔状烟气转向降尘室，在180度转弯进入上行螺纹烟管过程中被第三次除尘过程。此种烟气路径不仅取得非常明显的除尘效果，而且提高了热交换效率。 

3、可不加装除尘器和引风机就能使锅炉排放的烟气符合国家环保要求。不仅节省了除尘器和引风机的初投资费用、降低电耗、减少锅炉房占地面积，还使本发明在使用密封炉门后鼓风正压燃烧，可燃性气体燃烧速度加快，气体不完全燃烧热损失q3减少；排烟处过量空气系数减小，有效降低了排烟热损失；采用两回程螺纹烟管结构，管内烟气速度易于控制，可有效提高传热系数，减少锅炉钢耗量，降低锅炉排烟温度，与同类立式锅炉相比，热效率提高十个百分点以上。 

4、本发明对颗粒燃料添加装置的通风冷却，实现了防止螺旋上料机头部易被烧损和入炉燃料的均匀播散；因此整个锅炉系统的连续运行可靠性大大提高。 

5、本发明的锅炉，在1吨/时以上容量时可以做成上下两体式结构。锅炉下部是由碳粒燃烬、气化、气体燃烧室组成的燃烧部分炉体；上部是由连成一体的锅筒座和锅锅筒组成。上下两部分可以在锅炉厂内制造成独立的两部分，这可以满足运输条件的要求，且可以大大减少运输成本。在安装现场只需简单组对即可以使用。综合考虑锅炉运行可靠性和经济性，燃木质生物质颗粒燃料立式锅炉最大能做到4吨/时。 

附图说明

图1是本发明的主视图，也是烟气流程示意图； 

图2是内胆上下行螺纹烟管进口示意图； 

图3是榫槽式高密封性正压燃烧炉门示意图； 

图4是第下行和上行螺纹烟管布置俯视示意图； 

图5是内置倾斜旋转气流出口可除尘高温蓄热式促燃炉拱示意图； 

图6是图5的A-A剖面图。 

具体实施方式

参阅图1至图6，本发明的锅炉下端设底座1、底座之上为兼作清灰的风室，风室上端有炉篦2，炉篦下面有颗粒燃料助燃的一次风进口25，炉篦上方为绝热侧壁3围成的颗粒燃料燃烧室24、气体燃烧室9。安装在炉膛侧壁上的带料斗22及播料及冷却风进口28的无级调速螺旋进料装置23，安装在炉膛气体燃烧段侧壁上的燃气助燃的二次风进风装置8，炉体上风室、炉膛位置上的榫槽式高密封性正压燃烧炉门门框26，镶嵌在门框槽内的耐高温 陶瓷纤维绳27、安装在门框26上的榫槽式高密封性正压燃烧炉门门盖4，装在绝热炉膛侧壁上颗粒燃料燃烧室位置的点火装置5，观察孔10。炉膛上方由内胆17、外锅筒12、上封板15、下封板20围成的水媒换热器，换热器上的水、气及仪表连接管座14，换热器上端的排烟口13，炉膛内颗粒燃料燃烧室24和气体燃烧室9之间安装分布有倾斜通气孔29的蓄热多孔炉拱7；在换热器内胆上端设隔烟墙16，在隔烟墙下方内胆壁与下封板之间有圆周分布、穿过内胆和外锅筒间的夹层、连通换热器烟腔与下封板以下换热器外部空间的下行螺纹烟管18；穿过上、下封板、圆周分布在外锅筒与内胆夹层内的上行螺纹烟管19；在换热器下端有中心是衔接炉膛与内胆的烟气通道，圆周部分有以下封头为上端面、形成环腔状烟气转向降尘室21的换热器座。 

本实施例的工作过程是： 

木质生物质颗粒燃料由带播料及冷却风的无级调速螺旋进料装置23落入颗粒燃料燃烧室24，在颗粒燃料落到炉蓖上待燃烬的碳粒层这一向下下落过程中完成大部分气化过程，产生的可燃性气体和烟气由内置倾斜旋转气流出口可除尘高温蓄热式促燃炉拱7中的旋转气流出口流出并在此开始着火，之后可燃性气体和烟气在绝热气体燃烧室9中完全燃烬产生高温烟气。高温烟气经过中换热器座中间通道上行进入内胆17进行辐射放热，之后热烟气进入下行螺纹烟管18进行对流放热，之后热烟气经第下行螺纹烟管出口进入中烟气转向降尘室21的环形空间，之后热烟气180度转弯后进入上行螺纹烟管19上行进行对流放热，之后烟气由上行螺纹烟管19的出口进入出烟口13，之后烟气经烟囱排入大气。 

冷水由锅炉本体下部进入锅炉内，在内胆17、下行螺纹烟管18、上行螺纹烟管19的共同加热下产生蒸汽或热水，蒸汽或热水由位于上封板15上部的 管座14排出，供用户使用。 

本实施例烟气流程为： 

本发明只需配一台高压鼓风机，不需除尘器和引风机。鼓风机出口分成三个风管，第一鼓风为一次风，经进口25送入炉蓖下部的，起为碳粒燃烬供风和冷却炉蓖及为气化室提供少量氧气的作用；第二鼓风为二次风，送入置于绝热气体燃烧室外圈的耐热混凝土中的旋流二次风装置8中，为气体燃烧供氧且起扰动和均匀混合的作用；第三鼓风作为冷却螺旋上料机置于炉内部分的冷却风和播散入炉燃料的播散风。接入进料装置23壳体上的进风口28上，燃料经带播料和冷却风的无级调速螺旋进料装置进入碳粒燃烬和气化室待燃烬碳粒的上部空间，在其落到待燃烬碳粒层上的空间下落过程中已完成大部分气化，可燃碳粒在炉蓖2上继续燃烧，气化出来的可燃性气体和高温烟气一起由内置倾斜旋转气流出口可除尘高温蓄热式促燃炉拱7的旋转气流出口流出，这一过程中可燃性气体被加热开始燃烧。之后可燃性气体和高温烟气上行进入绝热气体燃烧室9内，在旋流二次风装置的强烈扰动和均匀混合作用下，可燃性气体完全燃烬，变为含有大量热能的高温烟气。之后高温烟气经过换热器座中间圆形通道上行进入内胆进行辐射放热。之后烟气由内胆经下行螺纹烟管进口进入下行螺纹烟管下行进行对流放热。之后烟气由下行螺纹烟管出口进入烟气转向降尘室21。之后烟气180度转弯后进入上行螺纹烟管进口，烟气在上行螺纹烟管内上行进行对流放热。之后烟气由上行螺纹烟管出口进入出烟口，由出烟口经过烟囱后排入大气。 

本实施例炉内三次除尘原理如下： 

参阅图5、图6，第一次炉内除尘是在可燃性气体和高温烟气由气化和固定碳燃烬室经过内置旋转气流出口可除尘的高温蓄热式促燃炉拱7中的旋转 气流出口时完成，旋转气流出口排列方式，类似于气体从筛孔中穿过一样起到过滤和除尘作用；促燃炉拱中的旋转气流出口的进口与出口的特殊位置关系可进一步提高除尘效率，分离下来的灰尘和可燃粒子落回到气化和固定碳燃烬室重新气化和燃烧，因此可燃性气体和烟气经过第一次除尘时不仅分离了烟尘，又提高了烟气中可燃粒子的燃烧效率。 

第二次炉内除尘是高温烟气由内胆进入下行螺纹烟管进口的过程中完成。高温烟气上行进入内胆，烟气碰撞内胆上部的蓄热式隔烟后转弯90度进入第下行螺纹烟管入口，这一过程中有蓄热式隔烟墙对烟气的碰撞、有烟气90度转弯、有类似于烟气通过筛孔一样的过滤和分离作用，上述共同作用可提高炉内第二次除尘的除尘效果。 

第三次炉内除尘是在烟气转向降尘室21内完成。烟气由下行螺纹烟管18出口进入烟气转向降尘室21相对较大的圆环形空间时，烟气由刚出烟管出口时的较高流速迅速流入较大空间，烟气速度降低数倍，烟气中携带的灰尘粒子会从烟气中分离出来，另外烟气由下行螺纹烟管出口进入上行螺纹烟管入口时有180度的转弯，可进一步分离灰尘。 

Claims (3)

1.炉内三次除尘燃木质颗粒燃料立式环保锅炉，包括炉体下部兼作清灰的风室，风室上端的炉箆，炉箆下面的颗粒燃料助燃的一次风进口，炉箆上方包括颗粒燃料燃烧室、气体燃烧室的炉膛，安装在炉膛颗粒燃料燃烧室上部的颗粒燃料添加装置，安装在炉膛气体燃烧室侧壁上的燃气助燃的二次风进口，炉体上风室和炉膛位置上的炉门，炉膛上方由内胆、外锅筒、上封板、下封板围成的水媒换热器，换热器上的水、气及仪表连接管座，换热器上端的排烟口，其特征是：炉膛在颗粒燃料燃烧室和气体燃烧室之间安装分布有倾斜通气孔的蓄热多孔炉拱；在炉门的门框或门盖上有榫槽，在榫槽内镶嵌有耐热密封条；在内胆上部设隔烟墙，在隔烟墙下方内胆壁与下封头之间有圆周分布、穿过内胆和外锅筒间的夹层且连通内胆内腔与下封板以下换热器外部空间的下行螺纹烟管；穿过上封板和下封板且圆周分布在外锅筒与内胆夹层内的上行螺纹烟管；在换热器下端有中心是衔接炉膛与内胆的烟气通道，圆周有以换热器下封板为上端面、形成环腔状烟气转向降尘室的换热器座。

2.根据权利要求1所述的炉内三次除尘燃木质颗粒燃料立式环保锅炉，其特征是：炉体为以相连接的换热器与换热器座为一体，以风室、炉膛部分为一体的可在使用地点现场组合的分体结构。

3.根据权利要求1所述的炉内三次除尘燃木质颗粒燃料立式环保锅炉，其特征是：炉膛侧壁为绝热材料构成的墙体结构。

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