CN102997230A - 一种应用于燃生物质流化床锅炉中的密相区底渣平衡及生物质燃料欠氧气化布风结构 - Google Patents

Abstract

一种应用于燃生物质流化床锅炉中的密相区底渣平衡及生物质燃料欠氧气化布风结构，该结构在锅炉炉膛内设置高低不一，有一定高度差的布风床面，低位为高速床，高位为低速床；再在高速床区域内设置若干条间断梯形节流阻气梗，中间凸起位置为生物质燃料干馏区，两侧为高速流化区，梯形节流阻气梗间断区域内设置大口径排渣器，炉膛侧壁阻气梗凸起位置上端设有负压给料器，炉膛中部还设置有多层二次送风口。解决因生物质燃料比重轻，床面流化风速不高造成生物质燃料气化效率不高的问题，同时还能解决燃料夹带进入炉内的大颗粒重物造成的床料流化不良与排渣不畅等技术难题，对提高燃烧效率以及燃烧稳定性方面都有较明显的优势。

Description

一种应用于燃生物质流化床锅炉中的密相区底渣平衡及生物质燃料欠氧气化布风结构

技术领域

本发明涉及一种燃生物质锅炉布风结构，是一种应用于燃生物质流化床锅炉中的密相区底渣平衡及生物质燃料欠氧气化布风结构。

背景技术

生物质作为可再生能源，符合目前低碳环保的能源政策，近年来在我国得到大力推广。而我国可开发的生物质能资源总量近期约为5亿吨标准煤，生物质发电可满足中国能源消费量的20%以上的电力，年可减少排放二氧化碳近3.5亿吨，二氧化硫、氮氧化物、烟尘减排量近2500万吨。因此，必须加快生物质能的开发与利用。

生物质燃料具有挥发分高、比重轻、含水率高，氯，及钾、钠等碱金属含量高、热值低、灰熔点低等特点。目前，国际上较为成功的生物质燃料锅炉，大多采用炉排式结构，该类锅炉系统投资高，核心技术都掌握在国外公司。而国内纯烧生物质锅炉的技术还刚起步，已投运的流化床与循环流化床生物质锅炉存在易结焦、流化不良、锅炉燃料适应性差、运行不稳定，以及过热器腐蚀严重等技术难题，制约了生物质锅炉的大规模推广。

发明内容

     本发明的目的在于提供一种应用于燃生物质流化床锅炉中的密相区底渣平衡及生物质燃料欠氧气化布风结构，该装置可实现锅炉纯烧或掺烧生物质时密相区内的底渣平衡，并为生物质气化提供一个高温欠氧气环境，重点解决生物质受热面结渣、堵灰、碱金属腐蚀、流化不良、物料混合差，燃烧不稳定以及生物质燃料中掺杂大块惰性物料所引起的燃料适应性差、排渣不畅等问题，同时提高燃料的燃烧效率与减少受热面的磨损等问题。

     本发明包括高速床、低速床及布置有间断节流阻气梗的欠氧气化布风结构、浸泡受热面、负压给料器、多层布置二次风入口、惰性物料等。

     本发明内容是：

     1、生物质燃料密度小、挥发份高，水分高。因其固定碳少，挥发份高决定生物质燃烧性质为气相燃烧为主。采用流化床燃烧时，因生物质燃料密度小，体积大，受热后可燃物大部分以气态型式析出，在炉膛上部燃烧，为保证有足够的气化面积，并保证炉膛下部气化区在燃烧份额很低时仍能保持较高的床温，使气化得以高效实现，通常采用较宽大炉膛，较小的风量和较低的床面流化风速。在常规流化床锅炉中燃烧生物质时，如果床面风速小，则作为载体的物料（沙子）易发生流化不良，燃料混合差，局部易结焦等问题，且燃料带入炉内的大颗粒惰性物质（如泥块、石头、铁屑等）难以移动，会在床面沉积形成流化死区；如果床面风所取速较高，则意味着要采用较小床面，因气化面积变小，生物质燃料在炉膛下部无充分气化时间，而且生物质密度小，燃料难于固定着床，会大量扬析到炉膛上部燃烧，造成过热器及尾部受热面挂焦，且炉膛下部则因燃烧份额低，造成床温过低，使燃烧不稳定。大量研究及实践均表明，流化床燃烧生物质燃料时，流化风速不宜取高。根据生物质燃料密度小、挥发份高，水分高、固定碳少的特性，为满足其在流化床中正常应用，必须实现的几个前提条件是：一方面，在燃料入炉口附近设置合理的区域，保证密度较小的生物质燃料能够落入床面，并在床面停留适当的时间；其二，保证生物质燃料停留在床面期间有足够高的温度场，使其干燥并气化，这就要尽量减少床面风量，降低流化风速，以提高下部燃烧份额并减少冷风给入过多使床温降低；第三，产生的可燃气体不能在炉膛内蓄积，能随烟气进入炉膛上部，在二次风的作用下着火并燃烬，而剩余的焦炭（即生物质当中含量较小的固定碳）则进入流化区域，在较低的流化风速下，在密相区完成着火及燃烬过程，放出的热量用以维持床区物料温度，实现燃烧稳定。

满足这三点后，似乎流化风速必然选取较小，这将造成底料流化减弱，易结焦，且带入的块状重物无法移动，堆积，加剧流化不良。   本装置则是为满足生物质燃料所需的以上过程，并综合流化床特性及高温床料的流动特性而设置的，很好平衡了风量、流化风速、燃烧份额和温度场之间的关系。在炉膛内采用高低差速床结构，高速床采用较高风速，物料可在此区域较好流化，物料混合强烈；低速床采用较低风速，物料在此区域保持微流化区域。由于高速床与低速床在流速上的差异，形成高速床与低速床的第一股内循环流。在此基础上，再在高速床中间生物质燃料给入口下方设置一个或若干个节流阻气梗，阻气梗区域不设置风帽，不配风，该床面的宽度及阶梯高度根据生物质燃料的不同可适当调整，有效减少了布风板面积，且维持了整大床面积，可实现炉膛布风整体风量减少，截面流速降低，同时维持主床风板流化风速高的目的，确保密度很小的生物质燃料可轻易落在节流阻气梗上（即固定着床），流态化的高温物料翻腾向该区域，与入炉的生物质燃料混合，使高水份、高挥发份的生物质燃料迅速干燥，并析出挥发份（气化过程），由于床面整体配风量小，使炉膛下部处于微欠氧的状态，最大限度保证床区温度稳定，使生物质燃料干燥及气化过程顺利进行，调整节流阻气梗的高度及宽度即可调整风量及布风板流化风速，以满足不同燃料干燥及气化的需要，气化完成后，可燃气体被烟气带入炉膛上部，在多层二次风的扰动下，与氧气混合，并燃烧，而气化剩余的焦炭则随底料一起进入流化区（高速床），并随内循环进入低速床，在此区域合理选取低流化风速，维持焦炭在床面燃烧，放出的热量维持床料温度稳定。

     2、因为节流阻气梗布置在高速床中，两侧高速床物料难免有不平衡现象。而且生物质收集以及破碎过程中难免会混入大的惰性物料，在流化床锅炉中大的惰性颗粒（泥块、石头、铁屑等）存在一定量后直接导致锅炉的运行故障，因此维持床料平衡并及时将大的惰性物料排除是至关重要。本发明的梯形节流阻气梗设置了较大的倾斜角，并分成几个间隔，中间留有通道，并在通道处设计大排渣管，有利于两侧物料平衡，并能使惰性物料在自身重力作用下，沿倾斜面向下滑，由排渣管顺利进入排渣器排出。

     3、在炉膛中设置多层四角布置二次风，此二次风斜向下切向布置，形成切向旋流，此为第二股内循环流。此二次风旋流有助于提高生物质燃料气化放出的可燃气体的燃尽率，并降低NOx污染物的排放。

 

本发明是这样实现的，它包括高速床、低速床、节流阻气梗、浸泡受热面管、负压给料器、大口径排渣管，其特征在于在流化床锅炉高速床内设置若干条间断节流阻气梗，节流阻气梗中间为干馏区，两侧为高速流化混合区，节流阻气梗中间留有间隔，间隔处设置大口径排渣器，低速床上布置浸泡受热面管，炉膛侧壁阻气梗凸起位置上端设有负压给料器，炉膛中部还设置有多层二次送风口。生物质燃料从负压给料器进入高速床床面，落在布有梯形节流阻气梗上，由于节流阻气梗上使布风板面积减少，而床面截面积增大，故只需较小的风量即可维持较高的布风板流速，而整床的平均流速保持较低，很好的保证了炉膛下部的燃烧份额及床料温度，同时床料的流化状态也得到了提高，使生物质燃料在欠氧状态下滑入高速区的过程中与高温床料混合并被干燥及气化，生成的可燃气体随烟气流向炉膛上部，并在多层旋流二次风作用下迅速燃烬，而干馏生成的焦炭则随内循环带入低速床区域燃烧，放出的热量维护床温正常，在低速床内设置浸泡受热面调节床温；而惰性物料在自身重力及较高流化风作用下在流化区域移动，通过大口径排渣器排出。

本发明的技术效果是：该技术能实现生物质燃料进入循环流化床锅炉后，先在高温微欠氧状态下实现气化过程，然后气化产生的可燃气体在炉膛上部燃烧，而焦炭则在流化床锅炉的下部密相区燃烧，解决因生物质燃料比重轻，常规流化床结构无法保证炉膛下部燃烧份额，造成燃烧温度过低的问题，同时因节流阻气梗有效减少了床面面积，使床面流速在较小风量下达到所需速度，解决了因生物质比重较轻，床面流化风速不宜选择过高情况下，燃料夹带进入炉内的大颗粒重物造成的床料流化不良与排渣不畅等技术难题，对提高燃烧效率以及燃烧稳定性方面都有较明显的优势。

附图说明

图1 为本发明的侧视图。

图2为本发明的另一侧视图。

图3为本发明的俯视图。

在图中，1、高速床 2、低速床 3、梯形节流阻气梗4、浸泡受热面管 5、多层旋流二次送风口6、负压给料器 7、炉膛8、排渣管。

具体实施方式

如图1、图2、图3，本发明是这样实现的，在锅炉炉膛7高速床1内设置梯形节流阻气梗3；在梯形的节流阻气梗3间隔处设置大口径排渣管8；低速床2上布置浸泡受热面管4，炉膛7侧壁上端分别设有负压给料器6和多层旋流二次送风口5；生物质燃料从负压给料器6落在布置有梯型节流阻气梗欠3的高速床1上，进行干燥以及气化，产生的焦炭随后滑入高速床1，在流化风作用下流化，与低速床2物料形成自上而下的内循环流，产生的可燃气体则随烟气流向炉膛7上部，在多层旋流二次送风口5送入的二次风作用下燃烧。在节流阻气梗3间隔之间设置大口径排渣管8，大块惰性物料通过排渣管8排出。

Claims (1)

1. 一种应用于燃生物质流化床锅炉中的密相区底渣平衡及生物质燃料欠氧气化布风结构，它包括高速床、低速床、节流阻气梗、浸泡受热面管、负压给料器、大口径排渣管，其特征在于在流化床锅炉高速床内设置若干条间断节流阻气梗，节流阻气梗中间为干馏区，两侧为高速流化混合区，节流阻气梗中间留有间隔，间隔处设置大口径排渣器，低速床上布置浸泡受热面管，炉膛侧壁阻气梗凸起位置上端设有负压给料器，炉膛中部还设置有多层二次送风口。

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