CN103017145A - 带有炭燃烧池的生物质锅炉高效分段控制燃烧方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种带有炭燃烧池的生物质锅炉高效分段控制燃烧方法及系统属于生物质直燃发电锅炉的炉排燃烧技术领域。炉膛底部布置水冷振动炉排，水冷振动炉排的下方设置烟风混合箱和多个一次风箱；水冷振动炉排前端下方设置炭燃烧池，炭燃烧池的底部为固定炉排，炭燃烧池的前端设置渣井。生物质燃料在水冷振动炉排干燥区域脱去外在水分；然后移动到炉排的热解燃烧区域，产生的大量挥发分进入炉膛；当生物质燃料挥发分燃烧快终了时，灰分包裹着剩余的固定炭被振入炭燃烧池，跌落过程中翻滚碰撞，除去表面灰分，氧气直接扩散到炭表面并与之反应，灰渣被吹入到渣井中。本发明对于不同种类、不同水分的生物质燃料，可以实现在锅炉炉排上高效分段控制燃烧。

Description

带有炭燃烧池的生物质锅炉高效分段控制燃烧方法及系统

技术领域

本发明属于生物质直燃发电锅炉的炉排燃烧技术领域，特别涉及一种带有炭燃烧池的生物质锅炉高效分段控制燃烧方法及系统。

背景技术

开发利用生物质能源是推动经济可持续发展，达到社会进步与生态保护双赢的重要手段。生物质直燃发电作为生物质能源发展的重点方向已深入展开，全国各地适宜的地方都在大力兴建生物质发电厂。生物质直燃发电是利用专门设计的生物质锅炉燃烧秸秆等生物质燃料，产生热能并发生蒸汽，再利用蒸汽推动汽轮发电系统进行发电。以其近零碳排放、惠农等独特的优势，成为发展最成熟、最具商业化价值的生物质能源利用方式。

目前，国内在运行的生物质直燃锅炉广泛采用水冷振动炉排，作为燃烧进行的主要设备，这种类型的锅炉对生物质燃料变化适应性强，特别对于燃用玉米秸秆、小麦秸秆和水稻秸秆的秸秆燃料，不需要入炉前对燃料进行特殊处理及粉碎，即可直接送入锅炉中燃烧。对于这些质性松散的秸秆燃料，在收集、运输环节中，可以广泛采用秸秆包的形式，并显现出明显的优点：燃料单位体积的能量密度加大；提高了运输效率，节省运输费用；生产过程机械化自动化程度高等。但由于炉排燃烧固有的燃料层燃方式，以及国内生物质燃料水分高、形态差异巨大等特点，特别是对于容量较小的生物质锅炉，由于其热容量小，炉排长度短，造成了生物质燃料燃烧不充分，灰渣含碳量高等问题，严重影响电厂经济效益，制约了生物质直燃发电产业的健康发展。

国内生物质发电厂通常采用的水冷振动炉排燃烧运行方式是在一块炉排上完成生物质燃料的干燥、热解和固定炭燃烧等不同过程。但这些过程有着不同的物理、化学特性，而传统方法无法根据所处的不同燃烧过程阶段的不同特点，提供最佳的配风和炉排振动时间及频率。实际运行过程中，操作人员为了保证发电负荷，往往又顾此失彼，造成大量的固定炭未能得到充分燃烧，便被排入渣井。此时，进入到炉膛内的挥发分，由于一次风比例过大，挥发分停留时间过短，没有得到充分燃烧，便被携带到炉后，造成巨大浪费。由于上述原因，额定的生物质燃料在炉内不能充分释放的足够的热量，锅炉运行人员为了使锅炉达到额定出力，便向炉内投入更多的燃料和一次风，这从而又进一步恶化了炉内的燃烧状况，造成了更多的燃料没有被充分燃烧就被排进捞渣机，形成恶性循环。本发明充分考虑生物质燃料的燃烧特性，适合生物质燃料普遍水分较高的实际情况，充分发挥水冷振动炉排对燃料种类不挑剔的优点特性，减少炉渣、飞灰中未燃尽炭的含量，提高生物质直燃锅炉燃烧效率。

发明内容

本发明目的是对于不同种类、不同水分的生物质燃料，为实现在锅炉炉排上高效分段控制燃烧，提供了一种带有炭燃烧池的生物质锅炉高效分段控制燃烧方法及系统。

本发明所述的分段控制燃烧方法包括以下步骤：

步骤一：生物质燃料被推入到烟风混合箱上方的水冷振动炉排干燥区域，在高温烟气、热风的共同作用下，迅速干燥并脱去外在水分；

步骤二：随着水冷振动炉排的振动，干燥后的生物质燃料移动到水冷振动炉排的热解燃烧区域，产生的挥发分进入锅炉炉膛，生物质燃料开始燃烧并迅速减重，体积减小；

步骤三：当挥发分燃烧临近终了时，固定炭开始燃烧，灰分包裹着剩余的炭被振入炭燃烧池，跌落过程中翻滚碰撞，表面的灰分被从固定炭上除去，氧气直接扩散到炭表面并与之反应，固定碳得以继续燃烧；

步骤四：燃烧产生的灰渣被吹风管吹入到渣井中。

所述步骤一中，混入的高温烟气量根据燃料自身含有的水分进行调节，以保证生物质燃料90%以上的外在水分脱除为准。

所述步骤四中，吹灰管间断吹灰，以保证固定炭燃烧顺利进行，并将灰渣吹入渣井。

本发明提供的带有炭燃烧池的生物质锅炉高效分段控制燃烧系统，采用如下技术方案：

锅炉的炉膛底部布置水冷振动炉排，其一端位于入料口的下方，与水冷振动炉排上联箱连接，另一端位于固定炉排的上方，与水冷振动炉排下联箱连接；水冷振动炉排从入料口方向至固定炉排方向倾斜；水冷振动炉排的下方，从水冷振动炉排上联箱至水冷振动炉排下联箱方向依次设置烟风混合箱、第一一次风箱、第二一次风箱，在烟风混合箱内设置第一热风管和烟气管，在第一一次风箱和第二一次风箱内分别设置第二热风管、第三热风管；水冷振动炉排的水冷振动炉排下联箱前端下方设置炭燃烧池，第三一次风箱内设置第四热风管，且第三一次风箱通过吹灰管与炭燃烧池连通；炭燃烧池的底部为固定炉排，并在固定炉排的下方设置装有第五热风管的第四一次风箱；炭燃烧池的前端设置渣井。

所述炭燃烧池的四周为耐火浇筑墙，提供区域燃烧温度。

所述吹灰管为分层布置，在不同高度、不同位置，将灰渣吹落至渣井。

本发明具有以下优点：

（1）在烟风混合箱中，将热风中混入高温烟气，根据生物质燃料的水分高低，相应提高干燥介质温度，可以迅速除去新入炉燃料中的外在水分；

（2）在热解燃烧阶段，料层厚度不断降低，一次风箱根据燃烧情况，调节通入不同流量的热风，即要保证一次风的穿透力，又不会携带过多的固定炭进入炉膛；

（3）水冷振动炉排与炭燃烧池的设计，充分考虑生物质燃料的热解燃烧和固定炭燃烧不同的特性，给固定炭燃烧更多的反应时间，即保证燃烧的良好进行，又使设备更加紧凑；

（4）双炉排的跌落式设计，可以去除固定碳外包裹的灰层，氧气可以直接扩散到炭表面并与之反应，使固定炭燃烧更完全。

（5）侧入式吹灰管既可吹掉随着燃烧在固定碳外新产生的灰层，又可将灰渣吹进渣井；

（6）炭燃烧池四周为耐火浇筑炉墙，保证了固定碳燃烧区域的较高燃烧温度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，

图2是本发明的烟风控制系统图；

附图标记：

1-水冷振动炉排；2-吹灰管；3-水冷振动炉排下联箱；4-炭燃烧池；5-渣井；6-第五热风管；7-固定炉排；8-耐火浇筑墙；9-第四热风管；10-第三热风管；11第二热风管；12-第一热风管；13-烟气管；14-水冷振动炉排上联箱；15-入料口；16-螺旋输送机；17-炉膛；18-烟风混合箱；19-第一一次风箱；20-第二一次风箱；21-第三一次风箱；22-第四一次风箱；23-流量计；24-高温烟气风机；25-调节挡板；26-关断挡板。

具体实施方式

本发明提供了一种带有炭燃烧池的生物质锅炉高效分段控制燃烧方法及系统，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

本发明实现生物质燃料高效分段控制燃烧的理论基础是：不同生物质燃料的燃烧大致可以分为三个阶段，每个阶段都有着鲜明的特点。

第一阶段为预热干燥段（温度小于150℃）。当生物质燃料温度升高到100℃左右时，所含外在水分首先被蒸发出来，湿燃料变为干燃料。水分蒸发时需要吸收燃烧过程中释放的热量，会降低燃烧室的温度，减缓燃烧进程。蒸发时间的长短和吸收热量的多少，由生物质燃料的干湿程度而定。含水量高的燃料，蒸发阶段的时间长，损失的热量多。

第二阶段为挥发分析出热解燃烧及炭形成段（温度处于150℃-400℃）。随着温度的继续增高，生物质燃料开始转入析出挥发分阶段。生物质燃料一般含挥发分较高，所以热分解温度都比较低，这时，生物质燃料中的挥发分以气体形式大量放出，并迅速与炉膛的氧气混合。当温度升高到250℃以上时，这些可燃气体被点燃，并在燃料表面燃烧，发出明亮的火焰。此时燃烧产生的热量就会迫使燃料内部的挥发物不断析出燃烧，直至耗尽。这一过程需氧较多（燃料挥发分中的大部分也都参与），延续的时间较长。在气体挥发物燃烧时，生物质燃料中的固定碳被包裹着，不易与氧气接触，因此在燃烧初期，炭是不会燃烧的。

第三阶段为炭燃烧段（温度处于400℃~600℃）。当挥发物燃烧快终了时，炭便开始燃烧。这时，由于挥发物基本燃尽，氧气可以直接扩散到炭表面并与之反应，使炭燃烧。炭在燃烧过程中，不断产生灰分，这些灰分包裹着剩余的炭，使炭的燃烧速度减慢，这时，适当抖动、加强通风，使灰分脱落，余炭才能充分燃尽，生物质燃料燃烧后最终剩下的是灰渣。以上各个阶段虽然是依次串联进行的，但也有一部分是重叠进行的，各个阶段所经历的时间与燃料种类、成分等因素有关。

本发明提供的系统如图1和图2所示。螺旋输送机16与锅炉的炉膛17的入料口15连接；锅炉的炉膛17底部布置水冷振动炉排1，其一端位于入料口15的下方，与水冷振动炉排上联箱14连接，另一端位于固定炉排7的上方，与水冷振动炉排下联箱3连接；水冷振动炉排1从入料口方向至固定炉排方向倾斜；水冷振动炉排1的下方，从水冷振动炉排上联箱14至水冷振动炉排下联箱3方向依次设置烟风混合箱18、第一一次风箱19、第二一次风箱20，在烟风混合箱18内设置第一热风管12和烟气管13，在第一一次风箱19和第二一次风箱20内分别设置第二热风管11、第三热风管10；水冷振动炉排1的水冷振动炉排下联箱3前端下方设置炭燃烧池4，第三一次风箱21内设置第四热风管9，且第三一次风箱20通过吹灰管2与炭燃烧池4连通，吹灰管2为分层布置，在不同高度、不同位置，将灰渣吹落至渣井。炭燃烧池4的底部为固定炉排7，并在固定炉排7的下方设置装有第五热风管6的第四一次风箱22；炭燃烧池4的前端设置渣井5。炭燃烧池4的四周为耐火浇筑墙8，提供区域燃烧温度。

高温烟气通过烟气管道与烟气管13连接，在烟气管道上串联高温烟气风机24和流量计23。一次风通过一次风管道分别与烟风混合箱18、第一一次风箱19、第二一次风箱20、第三一次风箱21、第四一次风箱22连接，并在各一次风管道上分别设置调节挡板25，并在与第三一次风箱21连接的一次风管道上设置关断挡板26.

基于上述系统的高效分段控制燃烧方法，具体步骤为：

（1）生物质燃料首先经入料口15，被螺旋输送机16输送至炉膛内烟风混合箱18的水冷振动炉排1上方，根据入炉燃料水分高低，一定量的高温烟气通入烟风混合箱18，以使水冷振动炉排1上方的新入炉燃料迅速干燥，脱去外在水分，减少这一阶段占用炉排的面积；

（2）随着水冷振动炉排1的振动，干燥后的生物质燃料推进到第一一次风箱19的上方，在这里开始热解和挥发分析出的阶段，由于温度的不断升高，热解气体与氧气混合燃烧，此时，燃料层还很厚，热解燃烧已经开始，需要通过第二热风管11通入大量热风，以使反应顺利进行；

（3）随着热解燃烧的不断进行，生物质燃料中的大量可挥发物质释放炉膛当中，生物质燃料迅速塌陷、体积减小，到达第二一次风箱20上方的燃料层厚度较前一阶段大幅减小，此时热解燃烧反应的需氧量也在下降，需要调节第三热风管10中的调节挡板25，降低通入的热风，保证燃烧的进行的同时，防止过多的热风穿透料层，携带可燃物质进入炉膛；

（4）在热解燃烧基本结束后，生物质燃料基本形成了由灰包裹的固定碳，随着水冷振动炉排1的振动，这些灰包裹的固定碳跌入炭燃烧池4，在跌入的过程中，固定碳外表包裹的灰烬将被抖落，氧气可以直接扩散到炭表面并与之反应，使炭燃烧。

（5）燃烧后的灰渣被吹灰管21吹入到渣井5中。

Claims (6)

1.一种带有炭燃烧池的生物质锅炉高效分段控制燃烧方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：生物质燃料被推入到烟风混合箱上方的水冷振动炉排干燥区域，在高温烟气、热风的共同作用下，迅速干燥并脱去外在水分；

步骤二：随着水冷振动炉排的振动，干燥后的生物质燃料移动到水冷振动炉排的热解燃烧区域，产生的挥发分进入锅炉炉膛，生物质燃料开始燃烧并迅速减重，体积减小；

步骤三：当挥发分燃烧临近终了时，固定炭开始燃烧，灰分包裹着剩余的炭被振入炭燃烧池，跌落过程中翻滚碰撞，表面的灰分被从固定炭上除去，氧气直接扩散到炭表面并与之反应，固定碳得以继续燃烧；

步骤四：燃烧产生的灰渣被吹风管吹入到渣井中。

2.根据权利要求1所述的带有炭燃烧池的生物质锅炉高效分段控制燃烧方法，其特征在于，所述步骤一中，混入的高温烟气量根据燃料自身含有的水分进行调节，以保证生物质燃料90%以上的外在水分脱除为准。

3.根据权利要求1所述的带有炭燃烧池的生物质锅炉高效分段控制燃烧方法，其特征在于，所述步骤四中，吹灰管间断吹灰，以保证固定炭燃烧顺利进行，并将灰渣吹入渣井。

4.一种带有炭燃烧池的生物质锅炉高效分段控制燃烧系统，其特征在于，锅炉的炉膛（17）底部布置水冷振动炉排（1），其一端位于入料口（15）的下方，与水冷振动炉排上联箱（14）连接，另一端位于固定炉排（7）的上方，与水冷振动炉排下联箱（3）连接；水冷振动炉排（1）从入料口方向至固定炉排方向倾斜；水冷振动炉排（1）的下方，从水冷振动炉排上联箱（14）至水冷振动炉排下联箱（3）方向依次设置烟风混合箱（18）、第一一次风箱（19）、第二一次风箱（20），在烟风混合箱（18）内设置第一热风管（12）和烟气管（13），在第一一次风箱（19）和第二一次风箱（20）内分别设置第二热风管（11）、第三热风管（10）；水冷振动炉排（1）的水冷振动炉排下联箱（3）前端下方设置炭燃烧池（4），第三一次风箱（21）内设置第四热风管（9），且第三一次风箱（20）通过吹灰管（2）与炭燃烧池（4）连通；炭燃烧池（4）的底部为固定炉排（7），并在固定炉排（7）的下方设置装有第五热风管（6）的第四一次风箱（22）；炭燃烧池（4）的前端设置渣井（5）。

5.根据权利要求4所述的带有炭燃烧池的生物质锅炉高效分段控制燃烧系统，其特征在于，所述炭燃烧池（4）的四周为耐火浇筑墙（8），提供区域燃烧温度。

6.根据权利要求4所述的带有炭燃烧池的生物质锅炉高效分段控制燃烧系统，其特征在于，所述吹灰管（2）为分层布置，在不同高度、不同位置，将灰渣吹落至渣井。

Images