CN101963348A - 生物质气燃烧系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物质气燃烧系统，包括设置在加热炉中的多个燃烧装置以及输送生物质气的燃气管道，其中，燃烧装置分别设置在加热炉出料端面及两侧面的炉墙上，燃气管道包括燃气总管与燃气分管，燃气总管的进气口设置在加热炉尾部上方，燃烧装置通过燃气分管与燃气总管连接相通。本发明的燃气总管通过燃气分管将生物质气输送到分布在加热炉尾部端面及两侧的燃烧装置中，因为生物质气自上而下的输送方式使得生物质气可均匀分配到燃烧装置中，同时窑墙上的燃烧装置上下相错的排列方式保证了加热炉内温度的均匀一致，有利于提高生物质气燃烧的效率。

Description

生物质气燃烧系统

技术领域

本发明涉及加热炉燃烧系统，尤其涉及一种利用生物质气作为燃料的加热炉燃烧系统。

背景技术

生物质气化技术是一种比较成熟的技术，生物质气化是指将生物质原料(本项目使用的是木质生物质)加工处理后，送入气化炉中，在缺氧的条件下进行气化裂解，从而得到可燃的生物质气体。该生物质气能源可应用于加热炉、发电机组等设施。

例如，中国专利ZL200820032942中公开了一种加热炉燃烧系统，其包括多对蓄热式左右侧烧嘴，多对蓄热式左右侧烧嘴安装在加热炉炉顶两侧。蓄热式左侧烧嘴通过左侧换向阀与抽烟总管和空气总管连接及通过左侧煤气快切阀与煤气总管连接；蓄热式右侧烧嘴通过右侧换向阀与抽烟总管和空气总管连接及通过右侧煤气快切阀与煤气总管连接；空气总管与助燃风机连接；抽烟总管与抽烟机连接。加热炉燃烧系统在炉内形成U形气流，增加了炉温的均匀性，全炉一半烧嘴燃烧产生的烟气全部从另一半烧嘴中排出，革除了导致传统室式、台车式加热炉能耗高、结构复杂的炉尾烟道。

中国专利ZL200820011822公开了一种生物质燃气加热炉，它由加热炉炉体、燃气燃烧器、燃烧室、绝热层、换热管系、尾气出口、加热炉出水口、加热炉回水口组成，加热炉炉体的内部一侧设有燃气燃烧器，中部设有燃烧室，燃烧室与加热炉炉体通过绝热层分隔；燃烧室内设有换热管系，燃烧室上部设有尾气出口，加热炉出水口、加热炉回水口与燃烧室的水套夹层相通，构成循环水通道。该生物质燃气加热炉实现集中供暖、解决采暖加热炉燃料单一和烟尘排放问题，节约了矿物资源，减少烟尘排放量。

中国专利ZL 200420087525公开了一种轧钢蓄热加热炉燃烧器。技术方案是由烧嘴砖、蓄热器组成，烧嘴砖与蓄热器预制成一体，沿烧嘴砖外侧和蓄热器上部内壁靠近烧嘴砖处设有斜坡。由于烧嘴砖与蓄热器预制成一体，且四周设有斜坡，提高了密闭性，避免了有一定压力的高温气体流经此处时逸出，同时增大了蓄热器加球口与金属挡网上端之间的空间，避免了蓄热球沉降造成蓄热体区上部气体短路，烧坏挡网。

中国专利ZL 200710005550公开了一种燃烧装置和加热炉，能够切换火焰的方向，使火焰的形状最佳。在作为炉壁的一部分的烧嘴砖上形成的气体供给孔内，配置有将气体向前方导出的燃烧器喷嘴，在夹着气体供给孔的两侧设有具有可透气的蓄热材料的进排气孔，并且，在气体供给孔内夹着燃烧器喷嘴地配置有向进排气孔的前方喷出高压空气的空气喷嘴。从空气喷嘴喷出的高压空气以夹着燃烧器喷嘴的方式被导向进排气孔的前方，从空气喷嘴喷出的高压空气以夹着燃烧器喷嘴的方式被导向进排气孔的前方。

上述公开的燃烧系统或燃烧器可利用生物质气作为燃料，但是不能分配均匀流量的生物质气到各燃烧装置，并且其燃烧装置的设置不合理，不能保证加热炉内的整体温度均匀一致。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种生物质气燃烧系统，分配均匀流量的生物质气到各燃烧装置，保证加热炉内的整体温度均匀一致。

为了实现上述目的，本发明的提供了一种生物质气燃烧系统，其包括设置在加热炉中的多个燃烧装置以及输送生物质气的燃气管道，其中，燃烧装置分别设置在加热炉顶部以及侧面的炉墙上，燃气管道包括燃气总管与燃气分管，燃气总管的进气口设置在加热炉顶部上方，燃烧装置通过燃气分管与燃气总管连接相通。

优选地，设置在加热炉顶部的燃烧装置成水平直线排列，设置在加热炉两侧炉墙上的燃烧装置成垂直直线排列并对称分布，燃气总管呈倒U型，跨立在加热炉外，燃气总管的进气口居中设置，各燃气分管与燃气总管垂直连接。

优选地，燃烧装置包括设置在炉墙中的蓄热室和燃烧器，蓄热室内设有多个蓄热体处理孔，多个蓄热体处理孔之间设有烧嘴孔，蓄热体处理孔与烧嘴孔在径向连通，在蓄热体处理孔内放置陶瓷蓄热体，在烧嘴孔内放置燃烧器。在首次点燃生物质气时，由燃烧器点火引燃生物质气，从烧嘴孔向炉内加热，同时蓄热体处理孔内的陶瓷蓄热体也吸收燃烧的热量保持高温状态。当生产流程的原因需短暂停止燃烧加热时，燃气管道停止向燃烧装置输送生物质气，当再次启动燃烧加热而输送生物质气时，燃烧器不需重新点火，陶瓷蓄热体的表面温度足够高而引燃生物质气。陶瓷蓄热体的存在延长了燃烧器的使用寿命，提高了点火效率。

进一步地，在各蓄热体处理孔之间设置隔板，在每一蓄热体处理孔外设有封闭孔口的盖板。设置的隔板和盖板降低了陶瓷蓄热体的热量损失，减慢了陶瓷蓄热体的温度下降速度。

优选地，蓄热室为方形，蓄热体处理孔为四个，分别紧靠蓄热室的四个角设置，烧嘴孔设置在蓄热室中间，在蓄热室的框架上设有紧固扣，每两块盖板由一根横穿过紧固扣的压杆压紧。四个独立的蓄热体处理孔进一步保证生物质气的点燃成功率，并且在某一个或几个失效的同时不影响点火的正常进行；此外，设置的压杆结构在压紧盖板确保密封效果，在需要维修清理蓄热体时可松开紧固扣轻松卸除压杆，打开盖板进行维修。

进一步地，生物质气燃烧系统与一生物质气化反应系统直接连接相通，该生物质气化反应系统包括：用于制备生物质燃气的流化床气化反应器；为流化床气化反应器提供反应原料的生物质原料供给系统；设置于流化床气化反应器之外、并对流化床气化反应器之反应产物进行分离的两级以上的分离装置，该两级以上的分离装置至少包括第一分离装置和第二分离装置；以及为流化床气化反应器提供气化介质的气化介质供给系统。

优选地，流化床气化反应器包括设置于其中部区域的第一进料口和第二进料口、设置于其底部的气化介质入口和废弃物出口、以及设置于其上部区域的物料出口；流化床气化反应器的第一进料口与生物质原料供给装置相接合，流化床气化反应器的气化介质入口与气化介质供给装置相接合；第一分离装置包括设置于其上部区域的物料入口、设置于其中部区域的物料出口以及设置于其底部的循环出口；其中，第一分离装置的物料入口与流化床气化反应器的物料出口相接合，第一分离装置的循环出口通过第一输送装置与所述流化床气化反应器的第二进料口相接合；以及第二分离装置包括设置于其顶部的燃气出口、设置于其上部区域的物料入口、设置于其底部的循环出口；其中，第二分离装置的物料入口与所述第一分离装置的物料出口相接合，第二分离装置的循环出口通过第二输送装置和第一输送装置与流化床气化反应器的第二进料口相接合。生物质原料如颗粒状的生物质原料在流化床气化反应器与气化介质发生反应，生物质的聚合物如纤维素等发生热解、氧化、还原、重整等复杂的系列反应，得到CO、H₂和CH₄等燃气，其中，热解伴生的焦油进一步热裂化或催化裂化成为小分子碳氢化合物。流化床气化反应器可以是气化炉，例如可以是塔状的气化塔；气化介质可以空气，也可以是在空气中添加了其它成分的气化介质，或者是对空气中各成分进行了调节的气化介质，例如，根据不同的生物质原料、场合以及目的，可以适当地增加或减少氧气、氮气、水蒸气、以及二氧化碳的含量，以控制转化率、产率以及产物如燃气的组成。气化介质供给装置可以包括风送装置，如鼓风机，风送装置通过管道连接于流化床气化反应器底部的气化介质入口，将气化介质从流化床气化反应器的底部吹入。设置的多级分离装置，使生物质颗粒能够充分反应，提高了气化效率，节约了能源，产生了更多燃气，提高了燃气发热量；由于生物质颗粒反应充分，减少了焦油和灰尘的产生，避免了焦油和灰尘在流化床气化反应器内形成的安全隐患，同时减少了处理焦油和灰尘带来的环境污染问题。

进一步地，生物质气化反应系统包括热交换装置，其中，来自第二分离装置燃气出口的燃气和来自气化介质供给装置的气化介质流经该热交换装置，并发生热交换，气化介质被预热，燃气被冷却；之后，被预热的气化介质则经由流化床气化反应器的气化介质入口，送入流化床气化反应器，被冷却的燃气则送至生物质气燃烧系统的燃气总管。这种设计一方面可以使离开反应系统的产物如燃气降温，以便其进一步被利用；另一方面，可以利用高温燃气预热气化介质，使得进入流化床气化反应器的气化介质达到一定温度，便于流化床气化反应器中的反应平稳进行，充分回收产物所携带的热量。

进一步地，第二分离装置的燃气出口设置有水封阀。

进一步地，生物质气化反应系统包括放散装置，该放散装置包括竖直设立的放散管道和设置于该放散管道顶端的点火装置；其中，水封阀上设置有放散口，该放散口与所述放散装置的放散管道相连接。

进一步地，为了增加生物质颗粒的流化效果，在流化床气化反应器的底部置有多个通风管道，通风管道的进风口与流化床气化反应器的气化介质入口相通，通风管道的出风口上罩有斗笠形的风帽，风帽上置有多个小孔，用于喷出空气同时避免通风管道的出风口被生物质颗粒堵塞。

与现有技术相比，本发明的燃气总管通过燃气分管将生物质气输送到分布在加热炉顶部和侧面的燃烧装置中，因为生物质气自上而下的输送方式使得生物质气可均匀分配到燃烧装置中，同时燃烧装置自上而下的排列方式保证了加热炉内温度的均匀一致，有利于提高产品的加热成功率。

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明的结构示意图(不包括生物质气化反应系统)。

图2是本发明的燃烧装置结构示意图。

图3是图2的左视图。

图4是本发明的生物质气化反应系统组成示意图。

图5本发明的流化床气化反应器内通风管道排布纵截面示意图。

图6本发明的流化床气化反应器内通风管道排布横截面示意图。

具体实施方式

请参阅图1、图2和图3，本实施例的生物质气燃烧系统尤其适用于钢铁加热炉，其包括设置在冶金加热炉71中的多个燃烧装置72、输送生物质气的燃气管道，以及与燃气管道连接的生物质气化反应系统，其中，燃烧装置72分别设置在加热炉顶部以及侧面的炉墙85上，燃气管道包括燃气总管73与燃气分管74，燃气总管73的进气口75居中设置在加热炉顶部上方，燃烧装置72通过燃气分管74与燃气总管73连接相通。设置在加热炉顶部的燃烧装置72成水平直线排列，设置在加热炉两侧炉墙上的燃烧装置72成垂直直线排列并对称分布，燃气总管73呈倒U型，跨立在加热炉71外，各燃气分管74与燃气总管73垂直连接；燃烧装置72包括设置在炉墙中的蓄热室76和燃烧器77，蓄热室76呈方形，内设有四个蓄热体处理孔78，分别紧靠蓄热室76的四个角设置，烧嘴孔79设置在蓄热室76中间，即四个蓄热体处理孔78之间设有烧嘴孔79，蓄热体处理孔78与烧嘴孔79在径向连通，在蓄热体处理孔78内放置陶瓷蓄热体，在烧嘴孔79内放置燃烧器77，燃烧器77通过法兰80与燃气分管74连接；在各蓄热体处理孔78之间设置隔板81，在每一蓄热体处理孔78外设有封闭孔口的盖板82；在蓄热室76的框架上设有紧固扣83，每两块盖板82由一根横穿过紧固扣83的压杆84压紧。

请参阅图4、图5和图6，与燃气总管连接的生物质气化反应系统包括流化床气化反应器如流化床1、第一分离装置如旋风分离器2、第二分离装置如旋风分离器3、风送装置如鼓风机4、热交换装置5、缓冲仓61、工作仓62、炉前送料装置如螺旋输送机7、料仓8、水平输送带91、大倾角输送带92、废弃物管道101、排渣装置如螺旋输送机102、废弃物存储装置103、放散管道111、点火装置112、水封阀12。其中，料仓8的顶部具有进料口，底部具有出料口；水平输送带91位于料仓8的底部出料口下方，大倾角输送带92的起始端与水平输送带91的末端相接合，大倾角输送带91的末端位于缓冲仓61的顶部进料口上方。缓冲仓61的顶部具有进料口，底部具有出料口；工作仓62的顶部具有进料口，底部具有出料口；缓冲仓61和工作仓62上下排布，工作仓62的顶部进料口位于缓冲仓61的底部出料口的下方；缓冲仓61的底部出料口处设有旋转阀。炉前送料装置如螺旋输送机7的起始端位于工作仓62的底部出料口下方，其终端通入流化床1的第一进料口。流化床1中部具有第一进料口和第二进料口；其底部具有气化介质入口和废弃物出口；其上部具有物料出口。废弃物出口连接废弃物管道101，废弃物管道101出口处置有排渣装置如螺旋输送机102。螺旋输送机102向上倾斜，即其出料端高于其进料端。螺旋输送机102的出料端置有废弃物存储装置103。第一分离装置如旋风分离器2的上部具有物料入口，该物料入口与流化床1的物料出口通过管道相连；其中部具有物料出口；其底部具有循环出口；该循环出口通过管道连接一回收物暂存装置21，回收物暂存装置21的底部出口外具有通向流化床1第二进料口的第一输送装置如螺旋输送机。第二分离装置如旋风分离器3的上部具有物料入口；其顶部具有燃气出口，燃气出口连接燃气总管；其底部具有循环出口；循环出口外具有通向回收物暂存装置21的第二输送装置如螺旋输送机。热交换装置5包括燃气入口、燃气出口及空气入口、空气出口；燃气入口和燃气出口分别连接燃气管道；空气入口和空气出口分别连接空气管道。第二分离装置如旋风分离器3的燃气出口设有水封阀12，水封阀12位于热交换装置5之前。水封阀12上设有一个放散口，该放散口连接放散管道111，放散管道111的出口端设有点火装置112。风送装置如鼓风机4通过空气管道连接于热交换装置5的空气入口，热交换装置5的空气出口连接于流化床1底部的气化介质入口，将空气从流化床1的底部吹入。流化床1的底部置有多个通风管道，通风管道的进风口与流化床1的空气入口相通，通风管道的出风口上罩有斗笠形的风帽，风帽上置有多个小孔。

本实施例的工作过程如下：

生物质颗粒从料仓8经水平输送带91及大倾角输送带92进入缓冲仓61，经缓冲仓61进入工作仓62，然后经螺旋输送机7进入流化床1。鼓风机4向流化床1中送风。在流化床1中生物质颗粒与空气作用生成CO、H2和CH4等燃气和固体废弃物。固体废弃物经废弃物管道101及螺旋输送机102进入废弃物存储装置103。

燃气和未完全反应的生物质颗粒进入旋风分离器2，经分离后燃气和较轻的生物质颗粒进入旋风分离器3，较重的生物质颗粒通过螺旋输送机返回流化床1继续参加反应。

在旋风分离器3内，燃气和较轻的生物质颗粒进一步分离，燃气进入燃气管道，通过热交换装置5加热用于反应的空气，同时燃气被冷却，被冷却的燃气送至燃气总管供加热炉的燃烧装置使用(若有多余的燃气则进入放散管道111，在放散管道111的端部点燃)。

冷却的燃气(生物质气)从燃气总管73的进气口75处分三个流向：直接向下流经炉体顶部的燃气分管74后进入顶部的燃烧装置72；分别经过左右两侧的燃气总管73后向下流动，然后再通过与燃气总管73垂直连接的燃气分管74进入设置在炉体两侧炉墙85上的燃烧装置72。首次点火时，由燃烧器77将空气或其他助燃介质与生物质气混合点燃并将火焰从烧嘴孔79喷射到炉体内部对工件进行加热处理。同时，蓄热体处理孔78内的陶瓷蓄热体吸收火焰的热量，保持蓄热室内的温度达到混合气体的燃点，使下一次进入的气体能自动燃烧，不需再启动燃烧器的点火功能。

虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的发明范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种生物质气燃烧系统，包括设置在加热炉中的多个燃烧装置以及输送生物质气的燃气管道，其中，燃烧装置分别设置在加热炉出料端面及两侧面的炉墙上，燃气管道包括燃气总管与燃气分管，燃气总管的进气口设置在加热炉尾部上方，燃烧装置通过燃气分管与燃气总管连接相通。

2.如权利要求1所述的生物质气燃烧系统，其中，所述设置在加热炉顶部的燃烧装置成水平直线排列，所述设置在加热炉两侧炉墙上的燃烧装置成上下相错的排列方式排列并对称分布，所述燃气总管呈倒U型，跨立在加热炉外，所述燃气总管的进气口居中设置，所述各燃气分管与燃气总管垂直连接。

3.如权利要求1所述的生物质气燃烧系统，其中，所述燃烧装置包括设置在炉墙中的蓄热室和燃烧器，蓄热室内设有多个蓄热体处理孔，多个蓄热体处理孔之间设有烧嘴孔，蓄热体处理孔与烧嘴孔在径向连通，在蓄热体处理孔内放置陶瓷蓄热体，在烧嘴孔内放置燃烧器。

4.如权利要求3所述的生物质气燃烧系统，其中，在所述各蓄热体处理孔之间设置隔板，在每一蓄热体处理孔外设有封闭孔口的盖板。

5.如权利要求4所述的生物质气燃烧系统，其中，所述蓄热室为方形，所述蓄热体处理孔为四个，分别紧靠蓄热室的四个角设置，所述烧嘴孔设置在蓄热室中间，在所述蓄热室的框架上设有紧固扣，每两块所述盖板由一根横穿过紧固扣的压杆压紧。

6.如权利要求1所述的生物质气燃烧系统，其中，生物质气燃烧系统与一生物质气化反应系统直接连接相通，该生物质气化反应系统包括：

用于制备生物质燃气的流化床气化反应器；

为所述流化床气化反应器提供反应原料的生物质原料供给系统；

设置于所述流化床气化反应器之外、并对所述流化床气化反应器之反应产物进行分离的两级以上的分离装置，该两级以上的分离装置至少包括第一分离装置和第二分离装置；以及

为所述流化床气化反应器提供气化介质的气化介质供给系统。

7.如权利要求6所述的生物质气燃烧系统，其中，所述的流化床气化反应器包括设置于其中部区域的第一进料口和第二进料口、设置于其底部的气化介质入口和废弃物出口、以及设置于其上部区域的物料出口；所述流化床气化反应器的第一进料口与所述生物质原料供给装置相接合，所述流化床气化反应器的气化介质入口与所述的气化介质供给装置相接合；

所述的第一分离装置包括设置于其上部区域的物料入口、设置于其中部区域的物料出口以及设置于其底部的循环出口；其中，所述第一分离装置的物料入口与所述流化床气化反应器的物料出口相接合，所述第一分离装置的循环出口通过第一输送装置与所述流化床气化反应器的第二进料口相接合；以及

所述的第二分离装置包括设置于其顶部的燃气出口、设置于其上部区域的物料入口、设置于其底部的循环出口；其中，所述第二分离装置的物料入口与所述第一分离装置的物料出口相接合，所述第二分离装置的循环出口通过第二输送装置和第一输送装置与所述流化床气化反应器的第二进料口相接合。

8.如权利要求6所述的生物质气燃烧系统，其中，所述的生物质气化反应系统进一步包括热交换装置，其中，来自所述第二分离装置燃气出口的燃气和来自所述气化介质供给装置的气化介质流经该热交换装置，并发生热交换，气化介质被预热，燃气被冷却；之后，被预热的气化介质则经由所述流化床气化反应器的气化介质入口，送入所述流化床气化反应器，被冷却的燃气则送至所述生物质气燃烧系统的燃气总管。

9.如权利要求6所述的生物质气燃烧系统，其中，所述第二分离装置的燃气出口设置有水封阀。

10.如权利要求9所述的生物质气燃烧系统，其中，所述的生物质气化反应系统进一步包括放散装置，该放散装置包括竖直设立的放散管道和设置于该放散管道顶端的点火装置；其中，所述水封阀上设置有放散口，该放散口与所述放散装置的放散管道相连接。

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