CN102628590B - 一种生物质循环流化床直燃装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物质循环流化床直燃装置，包括燃烧系统、给料系统、旋风分离、返料系统、汽水加热系统和空气预热系统，炉膛布置富氧装置，作为燃烧气氛的调节，从而为低热值燃料燃烧提供助燃，能有效增强燃烧稳定性，提高燃烧效率；旋风分离器的上部出口与中温屏式过热器之间的烟道段采用渐缩管道提高烟气流速，增强换热效率；增加返料布风装置的外层风帽数量密度防止形成流化“死区”；降低返料口的倾斜度和设置水平段，缓解风帽磨损；在烟道尾部布置烟气导流装置，降低对受热面的磨损；螺旋给料机立管处布置两层扰动风，有利于疏松分散物料，落料管布置风冷套筒和播料机，防止物料在给料装置内燃烧和堵塞。

Description

一种生物质循环流化床直燃装置

技术领域

本发明涉及一种循环流化床直燃装置，尤其是一种燃用树叶、树干、树皮等生物质的循环流化床直燃装置。

背景技术

随着世界能源需求量的迅猛增长，以煤、石油、天然气为代表的常规能源将最终被开采殆尽。寻找一种可再生的新能源，是解决能源危机和环境问题的重要途径。在众多的可再生能源中，生物质能以其资源储量丰富、清洁方便和可再生的特点，具有极大的开发潜力。2007年我国发布的可再生恁个愿中长期规划中明确指出了到2020年我国生物质能装机容量达到30GW的发展目标。

循环流化床技术由于燃料适应性广、环保特性优越、燃烧温度控制在800℃附近可降低结焦和腐蚀问题，近年来在生物质燃烧领域倍受人们的青睐和关注。然而与煤相比，生物质具有挥发份含量高、氧含量高、固定碳含量低、着火点低、燃尽时间短、硫分含量低以及碱金属和氯离子含量高等特点。现有的生物质循环流化床直燃装置如图1所示，包括炉膛101、燃烧系统、给料装置110、旋风分离器102、返料系统、汽水加热系统和弯折型的烟道，烟道由弯折的第一烟道、第二烟道和第三烟道组成，旋风分离器102的上部出口与烟道的前段连通，烟道的后段内依次安装有过热器103、107、再热器104、省煤器105和空气预热器106，103、107、再热器104、省煤器105和空气预热器106构成汽水加热系统，返料系统包括返料风室、U型阀108和返料口，U型阀108位于返料风室内，旋风分离器102的下部出口与返料风室连通，返料系统的返料口与炉膛101的下部相连通，一次风109从炉膛101底部吹入，二次风113从炉膛101中部的侧壁吹入，采用该常规的流化床设备进行直燃时，通常还存在如下问题：

1 给料困难：生物质流动性能差、结构松散，特别是甘蔗叶和甘蔗渣类高纤维含量物料的纤维韧性大，在输送过程中容易缠结、抱团，形成团状物料，造成堵塞现象。

2 碱金属积灰、腐蚀问题：生物质燃料高的碱金属含量导致对流受热面容易形成高温粘结灰，产生高温碱金属腐蚀问题。

3 燃烧适应性问题：由于生物质燃料的多样性以及季节性，其燃烧特性多变，特别对于潮湿、多雨季节，收集到的生物质燃料水分含量高、热值低，燃烧过程中出现炉压波动、燃烧不充分、稳定性差等问题。

4 磨损问题：循环灰经返料器落入炉膛中，由于返料口的倾斜角较大，一般在60°左右，流经返料口的烟灰在重力和流化风的作用下循环灰直接冲刷风帽，容易对风帽产生磨损。

发明内容

本发明的目的是提供一种可直接燃烧树叶、树干、树皮类生物质的生物质循环流化床直燃装置，该燃烧装置能够有效解决生物质给料中出现的堵料问题、缓解受热面结焦和腐蚀、实现燃烧效率高，燃料适应性广等优势。

本发明的上述目的通过如下的技术方案来实现的：一种生物质循环流化床直燃装置，包括炉膛、燃烧系统、给料系统、旋风分离器、返料系统和弯折型的烟道，所述旋风分离器的上部出口与所述烟道的前段连通，烟道的后段内依次安装有第一过热器、第二过热器、再热器、省煤器和空气预热器，所述的返料系统包括返料风室、U型阀和返料口，U型阀位于返料风室内，旋风分离器的下部出口与返料风室连通，返料系统的返料口与炉膛下部相连通，其特征在于：所述的燃烧系统包含有富氧装置，所述富氧装置布置在炉膛中部的外壁上并且与炉膛相贯通，向炉膛内补充氧气以助燃，以提高生物质燃料的燃烧效率。

所述生物质燃料切碎机通过皮带将破碎的物料输送到螺旋给料机，给料机连接炉膛，向炉膛输送生物质燃料；炉膛的烟气出口连接旋风分离器，旋风分离器的上部出口相连接炉膛的第一烟道，下部经由U型阀与炉膛的密相区相联。顺着烟气流向，在第一烟道后面设置了第二烟道、第三烟道。所述的第一烟道布置屏式过热器，第二烟道自下而上设置对流过热器、再热器，第三烟道自上而下布置省煤器和空气预热器。

本发明中，所述的富氧装置包括依次相连的空气分离器、高浓度氧气风箱，风道和喷嘴，所述风道设有阀门，所述空气分离器的进口端连接一次风管，空气分离器分离高浓度氧气进入所述的高浓度氧气风箱，所述喷嘴分成上下两层并分别插入炉膛以向炉膛内喷流氧气。

本发明中，所述的第一过热器为中温屏式过热器，所述烟道在旋风分离器的上部出口与中温屏式过热器之间的烟道段为渐缩烟道，以提高流经此处的烟气速率。

本发明中，所述的返料系统的返料风室在与所述U型阀对面处并排设置有两个方形的布风装置，分别为高温灰进口室的松动布风装置和出口室的流化布风装置，所述的松动布风装置和流化布风装置均设置有结构相同的两层风帽，分别为内层风帽和外层风帽，其中，内层风帽由多个圆形风孔构成，多个圆形风孔排列成一个同心圆，外层风帽也由多个圆形风孔构成，多个圆形风孔排列成一个方形。所述的外层风帽数量排列密度较大于内层风帽数量排列密度。

本发明中，所述返料系统的返料口倾斜设置，返料口和水平面之间具有倾斜夹角γ，该倾斜夹角γ在20～30°之间，所述返料口与炉膛连接处的底部具有水平的落料平台，所述返料口在朝向炉膛的方向设置有播料风口。

本发明中，所述烟道在再热器和省煤器之间的转弯烟道段设置有烟气导流装置，该烟气导流装置由3～5个导流片组成。

本发明中，所述的给料系统包括依次连通的螺旋给料机、立管、输料风室和落料管，所述立管竖直设置，所述落料管斜向设置，所述立管上设有两层用于向立管内喷射风的扰动风喷嘴，分别为位于上层的第一层扰动风喷嘴和位于下层的第二层扰动风喷嘴，第一层扰动风喷嘴水平布置，第二层扰动风喷嘴斜向下设置，喷入角度和水平面之间具有倾斜夹角α。

本发明中，所述倾斜夹角α在30～40°之间，所述两层扰动风喷嘴中每层喷嘴的数量为四个，均匀分布在立管的四周，第二层扰动风喷嘴的喷射小孔大于第一层扰动风喷嘴的喷射小孔，每一层喷射小孔的孔径相同。

本发明中，所述落料管上布置有不锈钢风冷套筒，与落料外壁之间形成密封式的换热室，所述的落料管的外壁上布置有利于散热的翅片，所述的风冷套筒上设置有进风口和出风口，所述的进风口和一次风管连接，出风口和二次风管连接，所述落料管的尾端下部布置有播料机，有利于物料的播散。

本发明中，所述落料管和水平面之间具有倾斜夹角β，该倾斜夹角β在60°～90°之间。

与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：

(1)本发明中在炉膛布置富氧装置，作为燃烧气氛的调节，从而为低热值燃料燃烧提供助燃，增强燃烧稳定性，提高燃烧效率。

(2)本发明流化床直燃装置采用渐缩管道连接旋风分离器出口和中温屏式过热器，以提高烟气速率，在烟道的水平通道中，由于烟气温度高，灰颗粒较软，飞灰对受热面的磨损较轻，从而提高中温屏式过热器的传热系数，提高锅炉的热效率。

(3)本发明流化床直燃装置炉膛烟道烟气经渐缩管道冲刷中温屏式过热器，由于烟速高，减少了中温屏式过热器的积灰，由于受热面管壁外灰层存在碱金属，有效降低了生物质燃烧过程中碱金属对受热面的结焦和高温腐蚀问题。

(4)本发明流化床直燃装置在U型阀的两个布风装置中，在布置板的外层设置较高密度的风帽数量，防止在U型阀体内形成流化“死区”。

(5)本发明流化床直燃装置降低的返料口的倾斜度，与炉膛连接处设计成水平的落料平台，并在返料口段处布置播料风口相连，防止风帽磨损、烟气反窜；

(6)本发明流化床直燃装置在省煤器上部的烟道进口转弯处布置烟气导流装置，引导烟气均匀进入并降低烟气的流速，降低对受热面的磨损。

(7)本发明流化床直燃装置在给料机立管处布置两层扰动风喷嘴，能对各种不同种类的成团生物质燃料起到扰动疏松分散的作用。

(8)本发明流化床直燃装置在给料机的落料管上布置不锈钢风冷套筒和播料机，防止物料在给料系统内燃烧和堵塞，并回收热量进入炉膛助燃。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为现有技术中生物质循环流化床直燃装置的总体结构示意图；

图2为本发明生物质循环流化床直燃装置的总体结构示意图；

图3是本发明生物质循环流化床直燃装置中富氧装置的结构示意图；

图4是本发明生物质循环流化床直燃装置中渐缩烟道的结构示意图；

图5是图4的A-A剖视图；

图6是本发明生物质循环流化床直燃装置中U型阀的结构示意图；

图7是图6的B-B剖视图；

图8是本发明生物质循环流化床直燃装置中返料口的结构示意图。

图9是图8的N向视图；

图10是本发明生物质循环流化床直燃装置中导流装置的结构示意图；

图11是本发明生物质循环流化床直燃装置中螺旋给料系统的结构示意图；

图12是图11的C-C剖视图；

图13是图11的D-D剖视图。

附图标记说明

101、炉膛；  102、旋风分离器；  103、过热器；  104、再热器；

105、省煤器；  106、空气预热器；  107、过热器；

108、U型阀；  109、一次风；  110、给料装置；  111、皮带；

112、切碎机；  113、二次风；  114、水冷屏；

1、炉膛；  2、旋风分离器；  3、渐缩烟道；  4、中温屏式过热器；

5、再热器；  6、导流装置；  7、对流过热器；  8、省煤器；

9、空气预热器；  10、富氧装置；10a、空气分离器；10b、高浓度氧气风箱；

10c、风道；10d、喷嘴； 10e、阀门；  11、二次风；  12、返料风室；

13、U型阀；  14、松动布风装置；14a、内层风帽；  14b、外层风帽；

15、流化布风装置；  15a、内层风帽；  15b、外层风帽；  16、播料风口；

16a、播料喷嘴；  17、一次风；  18、返料口；  19、进风口；20、播料机；

21、落料管；21a、翅片； 22、换热室； 23、出风口； 24、风冷套筒；

25、密封盒；26、输送风室；  27、立管；  28、第二层扰动风喷嘴；

29、第一层扰动风喷嘴；  30、切碎机；31、皮带；32、螺旋给料机；

33、高温屏式过热器；34、烟气温度检测器

具体实施方式

如图2至图13所示的一种生物质循环流化床直燃装置，包括炉膛1、燃烧系统、给料系统、旋风分离器2、返料系统、汽水加热系统、空气预热系统和弯折型的烟道，旋风分离器2的上部出口与烟道的前段连通，烟道的后段内依次安装有第一过热器、第二过热器、再热器5、省煤器8和空气预热器9，第一过热器为中温屏式过热器4、第二过热器为对流过热器7，返料系统包括返料风室12、U型阀13和返料口18，U型阀13位于返料风室12内，旋风分离器2的下部出口与返料风室12连通，返料系统的返料口18与炉膛1下部相连通，燃烧系统包含有富氧装置10，富氧装置10布置在炉膛1中部的外壁上并且与炉膛1相贯通，向炉膛1内补充氧气以助燃，以提高生物质燃料的燃烧效率。

生物质燃料由切碎机30通过皮带31将破碎的物料输送到螺旋给料机32，物料通过立管27和落料管21连接炉膛1，向炉膛1输送生物质燃料；炉膛1的烟气出口连接旋风分离器2，旋风分离器2的上部出口相连接炉膛1的第一烟道、第二烟道烟道、第三烟道，第一烟道、第二烟道烟道、第三烟道依次连通，呈弯折的“几”字型，其中，第一烟道布置中温屏式过热器4，第二烟道自下而上设置对流过热器7、再热器5，第三烟道自上而下布置省煤器8和空气预热器9，中温屏式过热器4、对流过热器7、再热器5、省煤器8和空气预热器9构成了该直燃装置的汽水加热系统。

旋风分离器2的下部出口与U型阀13的烟气进口端相连，返料系统的返料风室12在与U型阀13对面处并排设置有两个方形的布风装置，分别为高温灰进口室的松动布风装置14和出口室的流化布风装置15，松动布风装置14和流化布风装置15均设置有两层风帽，分别为内层风帽14a、15a和外层风帽14b、15b，松动布风装置14和流化布风装置15中的两层风帽的设置和排布方式相同，其中，内层风帽14a、15a由多个圆形风孔构成，多个圆形风孔排列成一个同心圆，外层风帽14b、15b也由多个圆形风孔构成，多个圆形风孔排列成一个方形，风帽数量布置密度由内至外递增，防止U型阀形成流化“死区”。U型阀13的烟气出口端与返料口18连通，返料口18倾斜设置，返料口18和水平面之间具有倾斜夹角γ，防止风帽磨损，该倾斜夹角γ为20°，并与炉膛1连接处设计成水平的落料平台，返料口18在朝向炉膛1的方向还设置有播料风口16，防止烟气向U型阀13反窜，返料口18与炉膛1连通。

所述的富氧装置10包括依次相连的空气分离器10a、高浓度氧气风箱10b，风道10c和喷嘴10d，风道10c设有阀门10e，空气分离器10a的进口端连接一次风管，空气分离器10a分离高浓度氧气进入高浓度氧气风箱10b，喷嘴10d分成上下两层并分别插入炉膛1以向炉膛1内喷流氧气。所述的阀门通过炉膛烟气温度检测器34检测的温度控制进入炉膛1富氧气氛流量，调节稀相区温度在800℃内。所述的富氧装置10布置在水冷壁垂直方向的的1/2区域。

本实施例中，炉膛烟道在旋风分离器2的上部出口与中温屏式过热器4之间的烟道段为渐缩烟道3，以提高流经此处的烟气速率。炉膛烟道在再热器5和省煤器8之间的转弯烟道段设置有烟气导流装置6，该烟气导流装置6由3个导流片组成。

所述的螺旋给料系统包括依次连通的螺旋给料机32、立管27、输料风室26和落料管21，立管27竖直设置，落料管21斜向设置，落料管21和水平面之间具有倾斜夹角β，该倾斜夹角β为60°，立管27上设有两层用于向立管内喷射风的扰动风喷嘴，分别为位于上层的第一层扰动风喷嘴29和位于下层的第二层扰动风喷嘴28，第一层扰动风喷嘴29水平布置，能够对经此处的生物质燃料进行疏松，防止生物质燃料抱团，第二层扰动风喷嘴28斜向下设置，在对生物质燃料进行疏松的同时还起到对生物质燃料加速的作用，使生物质燃料更易进入炉膛1内，第二层扰动风喷嘴28和水平面之间具有倾斜夹角α，倾斜夹角α为30°，两层扰动风喷嘴中每层喷嘴的数量为四个，均匀分布在立管27的四周，第二层扰动风喷嘴29的喷射小孔大于第一层扰动风喷嘴28的喷射小孔，每一层喷射小孔的孔径相同，两层喷嘴小孔孔径的比例是通过模拟立管流场进行计算确认。

所述落料管21上布置有不锈钢风冷套筒24，与落料管21外壁之间形成密封式的换热室22，落料管21的外壁上布置有利于散热的翅片21a，风冷套筒24上设置有进风口19和出风口23，安装时外加落料管密封盒25，进风口19和一次风管连接，出风口23和二次风管连接，通过吸收落料管21的热量进入炉膛助燃，落料管21的尾端下部布置有播料机20，有利于落料口物料的播散。

本实施例中，返料口18和水平面之间的倾斜夹角γ可以在20～30°之间取值，烟气导流装置6可以由3～5个导流片组成，第二层扰动风喷嘴29和水平面之间的倾斜夹角α可以在30～40°之间取值，落料管21和水平面之间具有倾斜夹角β，该倾斜夹角β在60°～90°之间。

本发明生物质循环流化床直燃装置运行时，烟气流程如下：生物质燃料由切碎机30通过皮带31将破碎的物料输送到螺旋给料机32，物料通过立管27和落料管21连接炉膛1，向炉膛1输送生物质燃料。一次风17由空气预热器9加热后进入炉膛1，一次风17作为流化风作用与物料混合燃烧，提供燃烧所需的空气；二次风11由空气预热器9加热后进入炉膛1，补充燃烧所需的空气，强化对燃烧的扰动；富氧气氛由喷嘴10d射入炉膛，调节燃烧气氛，为高水分、低热值生物质燃烧的燃烧提供助燃，增强其稳燃以及燃烧效率。在炉膛1内燃烧产生高温烟气，高温烟气向上冲刷高温屏式过热器33，降低炉膛1出口处的温度，有效降低烟道受热面的结焦与腐蚀。烟气由炉膛1出口进入旋风分离器2，烟气携带的细颗粒由旋风分离器2收集下来，细颗粒一路进入U型阀13，高温灰通过U型阀13进入返料口18，再进入炉膛1；旋风分离器2的烟气由上部通过进入水平烟道，再通过渐缩烟道3依次经过第一烟道的中温屏式过热器4、第二烟道的对流过热器7和再热器5、第三烟道的导流装置6、省煤器8和空气预热器9，渐缩管道3提高了烟气的速率，由于烟气温度高，灰颗粒较软，飞灰对受热面的磨损较轻，从而提高中温屏式过热器4的传热系数，提高锅炉的热效率，降低过热器的高温腐蚀；导流装置6引导烟气均匀进入并降低烟气的流速，降低对烟道末级受热面的磨损。

本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种生物质循环流化床直燃装置，包括炉膛（1）、燃烧系统、给料系统、旋风分离器（2）、返料系统和弯折型的烟道，所述旋风分离器（2）的上部出口与所述烟道的前段连通，烟道的后段内依次安装有第一过热器、第二过热器、再热器（5）、省煤器（8）和空气预热器（9），所述的返料系统包括返料风室（12）、U型阀（13）和返料口（18），U型阀（13）位于返料风室（12）内，旋风分离器（2）的下部出口与返料风室（12）连通，返料系统的返料口（18）与炉膛（1）下部相连通，所述的返料系统的返料风室（12）在与所述U型阀（13）对面处并排设置有两个方形的布风装置，分别为高温灰进口室的松动布风装置（14）和出口室的流化布风装置（15），所述的松动布风装置（14）和流化布风装置（15）均设置有两层风帽，分别为内层风帽和外层风帽，其中，内层风帽由多个圆形风孔构成，多个圆形风孔排列成一个同心圆，外层风帽也由多个圆形风孔构成，多个圆形风孔排列成一个方形，所述返料系统的返料口（18）倾斜设置，返料口（18）和水平面之间具有倾斜夹角γ，该倾斜夹角γ在20～30°之间，所述返料口（18）与炉膛（1）连接处的底部具有水平的落料平台，所述返料口（18）在朝向炉膛（1）的方向设置有播料风口（16），其特征在于：所述的燃烧系统包含有富氧装置（10），所述富氧装置（10）布置在炉膛（1）中部的外壁上并且与炉膛（1）相贯通，向炉膛（1）内补充氧气以助燃，以提高生物质燃料的燃烧效率；所述的富氧装置（10）包括依次相连的空气分离器(10a)、高浓度氧气风箱(10b)、风道(10c)和喷嘴(10d)，所述风道(10c)设有阀门（10e），所述空气分离器(10a)的进口端连接一次风管，空气分离器（10a）分离高浓度氧气进入所述的高浓度氧气风箱(10b)，所述喷嘴(10d)分成上下两层并分别插入炉膛（1）以向炉膛（1）内喷流氧气。

2.根据权利要求1所述的生物质循环流化床直燃装置，其特征在于：所述的第一过热器为中温屏式过热器（4），所述烟道在旋风分离器（2）的上部出口与中温屏式过热器（4）之间的烟道段为渐缩烟道（3），以提高流经此处的烟气速率。

3.根据权利要求1所述的生物质循环流化床直燃装置，其特征在于：所述烟道在再热器（5）和省煤器（8）之间的转弯烟道段设置有烟气导流装置（6），该烟气导流装置（6）由3～5个导流片组成。

4.根据权利要求1至3任一项所述的生物质循环流化床直燃装置，其特征在于：所述的给料系统包括依次连通的螺旋给料机（32）、立管（27）、输料风室（26）和落料管（21），所述立管（27）竖直设置，所述落料管（21）斜向设置，所述立管（27）上设有两层用于向立管内喷射风的扰动风喷嘴，分别为位于上层的第一层扰动风喷嘴（29）和位于下层的第二层扰动风喷嘴（28），第一层扰动风喷嘴（29）水平布置，第二层扰动风喷嘴（28）斜向下设置，喷入角度和水平面之间具有倾斜夹角α。

5.根据权利要求4所述的生物质循环流化床直燃装置，其特征在于：所述倾斜夹角α在30～40°之间，所述两层扰动风喷嘴中每层喷嘴的数量为四个，均匀分布在立管（27）的四周，第二层扰动风喷嘴（28）的喷射小孔大于第一层扰动风喷嘴（29）的喷射小孔，每一层喷射小孔的孔径相同。

6.根据权利要求4所述的生物质循环流化床直燃装置，其特征在于：所述落料管（21）上布置有不锈钢风冷套筒（24），与落料管（21）外壁之间形成密封式的换热室（22），所述的落料管（21）的外壁上布置有利于散热的翅片（21a），所述的风冷套筒（24）上设置有进风口（19）和出风口（23），所述的进风口（19）和一次风管连接，出风口（23）和二次风管连接，所述落料管（21）的尾端下部布置有播料机（20），有利于物料的播散。

7.根据权利要求4所述的生物质循环流化床直燃装置，其特征在于：所述落料管（21）和水平面之间具有倾斜夹角β，该倾斜夹角β在60°～90°之间。