CN102121706A - 燃煤锅炉生物质气化再燃系统 - Google Patents

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Abstract

一种生物能源技术领域的燃煤锅炉生物质气化再燃系统，包括：由绞龙进料系统、气化炉体和旋转除灰系统组成的上吸式气化炉以及高温输送管道系统，绞龙进料系统、旋转除灰系统都通过法兰与气化炉体连接，绞龙进料系统位于气化炉体侧上方的进料口处，旋转除灰系统位于气化炉体的底部，高温输送管道系统通过法兰连接气化炉产气口和锅炉燃料喷口。本发明能够连续稳定处理生物质料稳定输出气化气，用作锅炉再燃燃料，适应我国生物质资源能量密度低、分布分散等特性，较好地解决生物质气化过程中的焦油问题，最大程度提高生物质的利用效率，同时减排氮氧化物。并且还避免了对现有设备的大规模改造，不破坏生物质灰和煤灰的利用。

Description

燃煤锅炉生物质气化再燃系统
技术领域
本发明涉及的是一种生物能源技术领域的装置，具体是一种燃煤锅炉生物质气化再燃系统。
背景技术
生物质能作为一种可再生能源，其利用越来越受到广泛重视。我国生物质资源数量巨大，然而分布较为分散，且能量密度低，不适于作为主要燃料，因此生物质与煤混烧的利用方式逐渐引起关注。生物质与煤的混烧方式有直接混烧和间接混烧两类，考虑到燃煤锅炉灰的利用及生物质直接燃烧时的结渣腐蚀等问题，生物质气化后作为再燃燃料喷入炉膛燃烧是一种理想的应用方式。气化炉和气化炉-锅炉连接系统是整个系统的关键部件。考虑到投入成本、效率等问题，具有结构简单、成本低、效率高等优势的上吸式气化炉是一种较为可行的炉型，但其气化气中大量的焦油容易引起输送管道及其后部设备的堵塞和腐蚀，且批量式的进料方式也给其与锅炉的联用造成了麻烦。
经过对现有技术的检索发现，K.T.Wu，H.T.Lee，C.I.Juch，H.P.Wan，H.S.Shim，B.R.Adams，S.L.Chen，Study of syngas co-firing and reburning in a coal fired boiler，Fuel，83(2004)1991-2000.(燃煤锅炉中气化气混燃和再燃的研究)提及了生物质气化气再燃的应用方式，研究者选用了流化床气化炉，将气化炉的产气喷入锅炉炉膛，产气中的焦油组分被过滤脱除以避免堵塞和腐蚀。
需要指出的是，该技术中流化床气化炉燃料适应性差、热效率较低，且研究表明生物质中5％以上的热值存在于焦油中，脱除焦油不但提高了成本，而且降低了生物质的整体利用效率。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种燃煤锅炉生物质气化再燃系统，能够连续稳定工作，适应我国生物质资源能量密度低、分布分散等特性，较好地解决生物质气化过程中的焦油问题，最大程度提高生物质的利用效率，同时减排氮氧化物。并且还需避免对现有设备的大规模改造，不破坏生物质灰和煤灰的利用。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：由绞笼进料系统、气化炉体和旋转除灰系统组成的上吸式气化炉以及高温输送管道系统，其中：绞笼进料系统、旋转除灰系统都通过法兰与气化炉体连接，绞笼进料系统位于气化炉体侧上方的进料口处，旋转除灰系统位于气化炉体的底部，高温输送管道系统通过法兰连接气化炉产气口和锅炉燃料喷口。
所述的绞笼进料系统包括：密封料仓、不锈钢绞笼以及调速电机，其中：密封料仓的顶部开口且在非进料状态下用法兰封闭，料仓底部为斜面结构且焊接于圆柱形进料管上，不锈钢绞笼位于圆柱形进料管的中央且斜向与气化炉体相连接以减少烟气倒灌，调速电机与不锈钢绞笼相连接以控制转速。
所述的气化炉体为一圆柱形筒体，外壁为碳钢，该气化炉体的底面直径与炉体高度的比例控制在1∶6，其上部两侧分别设有进料口和气化气出口。
所述的旋转除灰系统包括：炉篦、调速电机及其灰仓，其中：炉篦为两块重叠设置的圆形不锈钢铁板，一块炉篦固定在炉体上，另一块炉篦与调速电机相连接实现控制炉篦开关、除灰速率的功能，灰仓位于炉篦下方并采用法兰密封。
所述的高温输送管道系统包括：圆形输送管道、夹套外筒、加热烟气进口、加热烟气出口和螺旋肋片，其中：加热烟气进口和烟气出口为法兰钢管结构且焊接于夹套外筒上，夹套外筒和圆形输送管道的端部采用环形板密封焊接形成环形密封腔，螺旋肋片焊接于圆形输送管道与夹套外筒之间以引导烟气流动以加强换热。
所述的夹套外筒和圆形输送管道分别由直径不同的无缝钢管同心嵌入组成，其中：夹套外筒的直径大于圆形输送管道的直径且夹套外筒的长度小于圆形输送管道的长度。
自锅炉省煤器处抽取一股烟气作为换热器热源介质，加热并保温输送管道内的气化气，使其恒温在250℃左右。由于上吸式气化炉产生的焦油多为环数较少的初级焦油，该温度足以避免焦油在管道中的冷凝。燃气最终作为再燃燃料喷入炉膛进行燃烧。
本发明工作流程如下：
a)气化方面，根据生物质的性质以及各气化炉型的特点，采用了一种连续进料、连续除灰的上吸式气化炉，以获得最大的生物质气化效率。气体输运方面，采用了恒温的输送管道以避免焦油的冷凝，将含焦油的生物质气化气以再燃燃料的方式喷入燃煤锅炉，降低了锅炉的氮氧化物排放，借助这种方式获得气化气最高的利用效率。
b)生物质料由绞笼斜向上输送进入气化炉体，进料量可通过调节绞笼转速较为精确地控制，且配合物料的堆积，有效地避免了气化气从进料口泄露。气化炉体由高温混凝土浇铸，外壁为碳钢，保障其保温性和气密性。出灰系统由炉篦及其下部的灰仓组成。炉篦为两块重叠着的互相配合的圆形不锈钢铁板，一块固定在炉体上，另一块则通过电机带动旋转，从而达到连续除灰的作用。
本发明结合生物质气化的特性，采取了上述一系列措施，使生物质在高效、连续稳定地被气化的同时，其焦油亦作为燃料被充分的利用，避免了焦油造成的腐蚀、堵塞等问题，提高系统的整体热效率，降低了锅炉氮氧化物的排放。
附图说明
图1为本发明生物质气化再燃系统示意图。
图2为本发明连续进料、连续出灰生物质气化炉。
图3a为本发明高温输送管道系统侧视图。
图3b为本发明高温输送管道系统右视图。
图4为实施例效果示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括：由绞笼进料系统1、气化炉体2和旋转除灰系统3组成的上吸式气化炉4以及高温输送管道系统5，其中：绞笼进料系统1、旋转除灰系统3都通过法兰与气化炉体2连接，绞笼进料系统1位于气化炉体2侧上方的进料口处，旋转除灰系统3位于气化炉体2的底部，高温输送管道系统5通过法兰连接气化炉产气口和锅炉燃料喷口。
所述的绞笼进料系统1包括：密封料仓6、不锈钢绞笼7以及第一调速电机8，其中：密封料仓6的顶部开口且在非进料状态下用法兰封闭，料仓底部为斜面结构且焊接于圆柱形进料管上，不锈钢绞笼7位于圆柱形进料管的中央且斜向与气化炉体2相连接以减少烟气倒灌，第一调速电机8与不锈钢绞笼7相连接以控制转速。
所述的气化炉体2为一圆柱形筒体，外壁为碳钢，该气化炉体2的底面直径与炉体高度的比例控制在1∶6，其上部两侧分别设有进料口和气化气出口。
所述的旋转除灰系统3包括：炉篦9、10、第二调速电机11及其灰仓12，其中：第一炉篦9固定在炉体上，第二炉篦10与第二调速电机11相连接实现控制炉篦开关、除灰速率的功能，灰仓12位于炉篦9下方并采用法兰密封。
所述的高温输送管道系统5包括：圆形输送管道13、夹套外筒14、加热烟气进口15、加热烟气出口16和螺旋肋片17，其中：圆形输送管道13、夹套外筒14由直径不同的无缝钢管同心嵌入组成，夹套外筒14的直径大于圆形输送管道13的直径，夹套外筒14的长度小于圆形输送管道13，两者端部采用环形板密封焊接，形成环形密封腔。加热烟气进口15和烟气出口16为法兰钢管结构，焊接于夹套外筒14上，抽取锅炉省煤器处烟气加热圆形输送管道13内气体以避免冷凝。螺旋肋片17焊接于圆形输送管道13和夹套外筒14间，引导烟气流动，以强化换热效果。
高温输送管道系统5的加入使得生物质气化气中以焦油形态存在的5％以上的能量得以被利用，提高了系统的整体效率，同时解决了焦油这一生物质气化技术的瓶颈问题。

Claims (6)

1.一种燃煤锅炉生物质气化再燃系统，其特征在于，包括：由绞笼进料系统、气化炉体和旋转除灰系统组成的上吸式气化炉以及高温输送管道系统，其中：绞笼进料系统、旋转除灰系统都通过法兰与气化炉体连接，绞笼进料系统位于气化炉体侧上方的进料口处，旋转除灰系统位于气化炉体的底部，高温输送管道系统通过法兰连接气化炉产气口和锅炉燃料喷口。
2.根据权利要求1所述的燃煤锅炉生物质气化再燃系统，其特征是，所述的绞笼进料系统包括：密封料仓、不锈钢绞笼以及调速电机，其中：密封料仓的顶部开口且在非进料状态下用法兰封闭，料仓底部为斜面结构且焊接于圆柱形进料管上，不锈钢绞笼位于圆柱形进料管的中央且斜向与气化炉体相连接以减少烟气倒灌，调速电机与不锈钢绞笼相连接以控制转速。
3.根据权利要求1或2所述的燃煤锅炉生物质气化再燃系统，其特征是，所述的气化炉体为一圆柱形筒体，外壁为碳钢，该气化炉体的底面直径与炉体高度的比例控制在1∶6，其上部两侧分别设有进料口和气化气出口。
4.根据权利要求1所述的燃煤锅炉生物质气化再燃系统，其特征是，所述的旋转除灰系统包括：炉篦、调速电机及其灰仓，其中：炉篦为两块重叠设置的圆形不锈钢铁板，一块炉篦固定在炉体上，另一块炉篦与调速电机相连接实现控制炉篦开关、除灰速率的功能，灰仓位于炉篦下方并采用法兰密封。
5.根据权利要求1所述的燃煤锅炉生物质气化再燃系统，其特征是，所述的高温输送管道系统包括：圆形输送管道、夹套外筒、加热烟气进口、加热烟气出口和螺旋肋片，其中：加热烟气进口和烟气出口为法兰钢管结构且焊接于夹套外筒上，夹套外筒和圆形输送管道的端部采用环形板密封焊接形成环形密封腔，螺旋肋片焊接于圆形输送管道与夹套外筒之间以引导烟气流动以加强换热。
6.根据权利要求5所述的燃煤锅炉生物质气化再燃系统，其特征是，所述的夹套外筒和圆形输送管道分别由直径不同的无缝钢管同心嵌入组成，其中：夹套外筒的直径大于圆形输送管道的直径且夹套外筒的长度小于圆形输送管道的长度。
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