CN103528049B - 生物质-水煤浆混烧的有机工质锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物质-水煤浆混烧的有机工质锅炉，包括布风装置、燃烧室、漩涡分离燃尽装置、尾部对流受热面部件，燃烧室分为密相区和稀相区，布风装置设有一块布风板，布风板呈V字型，布风板上设通风孔，通风孔从布风板中部向边缘依次排列并且面积逐渐缩小；密相区采用倒梯台形结构，密相区的回流区设置埋管；稀相区四周设置水冷壁；稀相区上部设置漩涡分离燃尽装置；漩涡分离燃尽装置后部设置所述尾部对流受热面部件；有机工质锅炉使用生物质-水煤浆混合燃料。本发明拓展了生物质燃料的应用范围，降低了有机工质锅炉的使用成本。

Description

生物质-水煤浆混烧的有机工质锅炉

技术领域

本发明涉及到一种工业锅炉，尤其涉及一种生物质-水煤浆混烧的有机工质锅炉。

背景技术

生物质燃料来自于农业和林业的废弃物，来自农业的生物质燃料多为稻壳、花生壳、玉米芯、油茶壳、棉籽壳等，来自林业的生物质燃料是指：采伐剩余物，例如枝、丫、树梢、树皮、树叶、树根及藤条、灌木等；加工剩余物，例如板皮、板条、木竹截头、锯沫、碎单板、木芯、刨花、木块、边角余料等。生物质燃料种类众多来源广泛，中国又是一个农林业大国，每年产生大量的生物质燃料，除少数循环利用外，绝大多数都被当作普通垃圾焚烧或填埋处理，造成极大的资源浪费。

水煤浆是由大约70％的煤、29％的水和1％的添加剂通过物理加工得到的一种低污染、高效率、可管道输送的煤基流体燃料。它改变了煤的传统燃烧方式，显示出巨大的环保与节能优势。在我国丰富煤炭资源的保障下，水煤浆也已成为替代石油、天然气等能源的最基础、最经济的洁净能源。

有机工质锅炉能在较低的运行压力下，获得较高的工作温度，具有低压、高温的技术特性，与利用蒸汽加热相比，有机工质具有加热均匀、操作简单、安全环保、节约能源、控温精度高、操作压力低等优点。因此，在现代工业生产中，有机工质已被作为传热介质得到广泛的应用。传统的以水煤浆作为燃料的有机工质锅炉，采用雾化燃烧方式，主要存在的问题是：高温燃烧火焰中心温度在1450℃以上，在小空间燃烧室中易结焦；着火条件差，燃烧不稳定；锅炉煤种适应性差，需洗精煤制浆，运行成本高；负荷调节范围小，低负荷时易使燃烧率低大幅降低；属于高温燃烧，污染物排放高；锅炉供浆系统复杂且运行压力高容易照成供浆泵和浆枪的磨损。

诸多问题的存在影响了有机工质锅炉的推广和使用，研究开发一种替代纯水煤浆燃料的有机工质锅炉，降低锅炉的燃料使用成本，对锅炉的应用推广和节能减排具有重大意义。鉴于生物质燃料的应用现状，本领域的技术人员致力于开发一种能使生物质燃料变废为宝综合利用的方法，致力于设计制造一种生物质-水煤浆混烧的有机工质锅炉。

发明内容

有鉴于现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种生物质-水煤浆混烧的有机工质锅炉，解决生物质燃料综合利用难题，扩大有机工质锅炉燃料的来源，降低其使用成本。

为实现上述目的，本发明提供了一种生物质-水煤浆混烧的有机工质锅炉，包括布风装置、燃烧室、漩涡分离燃尽装置、尾部对流受热面部件，燃烧室分为密相区和稀相区，布风装置的出风口设有一块布风板，布风板呈V字型，布风板上设通风孔，通风孔从布风板中部向边缘依次排列并且面积逐渐缩小；密相区采用倒梯台形结构，密相区的回流区设置埋管；稀相区四周设置水冷壁；稀相区上部设置漩涡分离燃尽装置；漩涡分离燃尽装置后部设置尾部对流受热面部件；有机工质锅炉使用生物质-水煤浆混合燃料。

布风板呈V字型，可使布风板上的较大颗粒自动向布风板中部运动，这样可使影响流化质量的较大颗粒顺利地从布风板中部的排料管排出。布风板中部的通风孔面积较大，至边缘面积逐步缩小，这样做使得布风板中部的出风量大，而越向边缘出风量越小，这种风量不均匀的送风方式，促使在密相区内部形成流化床料和燃料颗粒的内循环运动。燃烧室的密相区采用倒梯台形结构，加强了在上述流化床料与燃料颗粒的内循环运动，在密相区的回流区设置埋管形成受热面，以吸收密相区燃料燃烧所释放的热量，使密相区床温控制在850～1050℃；埋管布置在倒梯台形密相区的回流区，避免了布风板上面主气流带着颗粒直接冲刷而造成的埋管快速磨损。

优选地，通风孔为长条形孔或圆形孔。

优选地，埋管设置在所述回流区的两侧或四周。

优选地，埋管外表面焊有防磨环或防磨鳍片，以进一步减轻燃料对埋管的磨损，延长埋管的使用寿命；杜绝埋管破损后有机工质泄露进入燃烧室引起的安全事故。

优选地，水冷壁是方形螺旋盘管水冷壁，充分高效吸收高温烟气的辐射热量和对流热量，使整个燃烧室烟温低于灰熔点，防止燃烧室与后续受热面结焦。

优选地，漩涡分离燃尽装置包括水冷管，水冷管上敷设耐火材料，漩涡分离燃尽装置下部设有回输通道。分离下来的生物质-水煤浆混合燃料颗粒团经回输通道滑移进入密相区，实现了燃料的循环燃烧，强化了可燃气体与空气的混合燃尽，克服了工业锅炉矮小空间内燃烧效率偏低的缺陷。

优选地，对流受热面部件为管束、省煤器或空气预热器之一，进一步吸收烟气的热量，使排烟温度降至合理水平。

优选地，生物质-水煤浆混合燃料由生物质燃料和煤粉按1:2～2:1混合配制而成。

优选地，生物质-水煤浆混合燃料由生物质燃料和煤粉按1:1.2～1.2:1混合配制而成。

优选地，有机工质锅炉还包括燃料投料口，设置在稀相区前墙或左右墙，能够适应不同的操作环境。

本发明的有益效果是：开拓了生物质燃料新的应用领域，实现了在有机工质锅炉内低温、高效洁净燃烧，并具有负荷调节性能好、运行费用低、降低劳动强度、降低使用成本，在燃烧过程中直接脱硫脱硝、可对燃烧过程实施深度经济脱硫、减少NOx的排放、辅助配套系统简洁可靠、节省设备投资等优点。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明生物质-水煤浆混烧的有机工质锅炉一个较佳实施例的整体结构示意图；

图2是图1中的布风板的结构示意图；

图3是图1中的布风板的另一结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，生物质-水煤浆混合燃料的有机工质锅炉包括：风箱1、布风板2、密相区3、燃料投料口4、稀相区5、漩涡分离燃尽装置6、尾部对流受热面部件7、出口烟道8。

生物质燃料通常含水量在10％以下，先将生物质燃料和煤破碎成粉末状，粒径小于1mm，生物质燃料和煤粉可以按照1:2～2:1的比例范围配比，经充分混合后成为生物质-煤混合燃料。按重量计，7份此种生物质-煤混合燃料，加上3份水，再加上适量的添加剂，充分搅拌均匀后，制成生物质-水煤浆混合燃料。在实际的生产过程中，生物质燃料和煤粉通常按1:1的比例混合而成，用生物质燃料部分代替煤，大大降低了使用成本。

如图1所示，送风机送风进入风箱1经出风口的布风板2进入燃烧室参与燃料燃烧。布风板2呈V字型，可使布风板2上的较大颗粒自动向布风板2中部运动，这样可使影响流化质量的较大颗粒顺利地从布风板2中部的排料管排出。生物质-水煤浆混合燃料经过布置在燃烧室上部的燃料投料口4后靠重力洒落到密相区3内，密相区3内颗粒混合剧烈，可实现生物质-水煤浆混合燃料颗粒团的快速、高效着火和燃烧。布风板2上设通风孔，通风孔可设置成如图2的长条形孔，也可以设置成如图3所示的圆形孔，通风孔从布风板2中部向边缘依次排列并且面积逐渐缩小。布风板2中部的通风孔面积较大，至边缘面积逐步缩小，这样做使得布风板2中部的出风量大，而边缘出风量小，这种风量不均匀的送风方式，促使在密相区内部形成流化床料和燃料颗粒的内循环运动，燃料充分燃烧。

密相区3采用倒梯台形结构，布风板2送来的风从倒梯台形底部吹出，带着燃料颗粒上升，倒梯台形结构上部截面积大于底部面积，倒梯台形结构上部的燃料颗粒，自身重力大于风的托举力，落向倒梯台形结构的四周侧面，颗粒下落的区域称为回流区。传统的有机工质锅炉，为了将燃烧产生的热量较多较快地带走，在倒梯台形结构的中部设置吸热管。这种吸热管经高速燃料颗粒的长期冲刷而破损，其中的有机工质泄露会带来很大的安全隐患。

将埋管设置在密相区3的回流区，可以有效避免上述安全隐患。密相区3左右两侧布置埋管用以吸收燃料在密相区燃烧所释放的部分热量，使床温控制住850～1050℃范围内。埋管上焊接有防磨环或者防磨鳍片，以进一步减轻燃料对埋管的直接冲刷和磨损，延长埋管的使用寿命。密相区3内部分未完全燃烧的生物质-水煤浆混合燃料颗粒团和灰分随烟气一起向上进入稀相区5，稀相区5布置方形螺旋盘管水冷壁，用以吸收高温烟气的辐射热量和对流热量从而加热受热面内的有机工质。燃烧室上部稀相区前墙或者左右墙设置燃料投料口4，燃料投料口4用于将生物质-水煤浆混合燃料通入燃烧室。

燃烧室上部出口设置有漩涡分离燃尽装置6包括水冷管，水冷管上敷设耐火材料，漩涡分离燃尽装置6下部设有回输通道。被热烟气带出的媒体物料和较大的生物质-水煤浆混合燃料颗粒团切向进入漩涡分离燃尽装置6，在离心力和重力作用下，较大的生物质-水煤浆混合燃料颗粒团被分离、捕捉、通过漩涡分离燃尽装置6下部设置的回输通道返回燃烧室下部密相区3，实现了生物质-水煤浆混合燃料颗粒团的循环燃烧，漩涡分离燃尽装置6内气流强烈的湍动可加强化生物质-水煤浆混合燃料颗粒团及可燃气体与空气的混合，同时延长了烟尘流程，改善了由于工业锅炉燃烧室矮小，燃料在燃烧室内没有足够的燃尽时间造成的燃烧效率偏低的问题，从而获得高的燃烧效率。漩涡分离燃尽装置6出口布置有尾部对流受热面部件7可进一步吸收燃烧产生的热量，从而降低排烟温度，提高锅炉的热效率，烟气最后从出口烟道8排出。根据不同使用需求，尾部对流受热面部件7可以选择管束、省煤器或空气预热器其中之一。

本发明生物质-水煤浆混合燃料燃烧的具体工艺流程：生物质-水煤浆混合燃料通过管道从燃烧室上部的燃料投料口4投入由石英砂或石英砂与石灰石构成床料的炽热流化床中，流化床温度在850～1050℃。生物质-水煤浆混合燃料在炽热的流化床料的加热下迅速完成析出水分，挥发分析出并着火燃烧及焦炭燃烧过程，并在流化状态下颗粒状生物质-水煤浆混合燃料团进一步解体为细颗粒被热烟气带出密相区3进入上部燃烧室稀相区5继续燃烧。在燃烧室出口设有漩涡分离燃尽装置6，被热烟气带出的媒体床料和较大的生物质-水煤浆混合燃料颗粒团被分离装置分离、捕捉，通过漩涡分离燃尽装置6下部设置的回输通道返回燃烧室下部密相区3，既减少了媒体床料的损失，又实现了生物质-水煤浆混合燃料颗粒团的循环燃烧，从而获得高的燃烧效率。此外，850～1050℃的低温燃烧过程，有效的控制了热力型NOx的形成。且由于媒体物料由石英砂与石灰石构成，石灰石在高温下煅烧生成CaO，CaO与SO₂反应进一步生成CaSO₄，抑制了SO₂的排放，而燃烧装置的运行温度是CaO脱硫的最佳运行温度，可有效的减少SO₂的排放。

本发明生物质燃料和水煤浆混烧的另一个实现方式是：在燃烧室的密相区前墙或左右墙设置至少一个螺旋给料器，先将生物质燃料破碎成直径小于2cm的粗颗粒，再通过螺旋给料器直接输送入燃烧室密相区，该方式可延长生物质在流化床的停留时间，避免小颗粒生物质被直接吹出炉膛，造成燃烧效率下降。将7份煤粉和3份水，再加适量的添加剂配置成水煤浆，水煤浆从稀相区的燃料投料口4投入，在燃烧室内部实现同生物质燃料的混烧。这样做的好处是，生物质燃料无需预破碎成细小颗粒，减少了工艺流程，节约了成本。

本发明生物质-水煤浆混烧的有机工质锅炉的有益效果体现在：

(1)实现了生物质-水煤浆混合燃料的低温燃烧，解决了锅炉易于结焦、运行不稳定的问题。燃烧室无排渣运行，省去了各种除渣设施，简化了运行操作，改善了锅炉运行环境。

(2)燃烧室出口设置漩涡分离燃尽装置，延长了烟尘流程，强化了燃料颗粒团及可燃气体的混合作用，实现了着火燃烧后的燃料颗粒团的循环燃烧与可燃气体的燃尽，具有高的燃烧效率，燃烧效率可达98％左右，克服了工业锅炉矮小空间内燃烧效率偏低的缺陷。该漩涡分离燃尽装置由燃烧室管延伸围成，具有结构简单，占用空间小，操作简便的特点。

(3)采用低温燃烧方式(850～1050℃)，有效的控制了热力型NOx的形成，并且由于媒体物料由石英砂与石灰石构成，石灰石在高温下煅烧生成CaO，CaO与SO₂反应进一步生成CaSO₄，抑制了SO₂的排放，而该种燃烧方式的运行温度是CaO脱硫的最佳运行温度，可有效的减少SO₂的排放。

(4)生物质热解产生的大量挥发分可参与NOx的还原反应生产N₂，从而大幅降低NOx的排放水平。

(5)对生物质-水煤浆混合燃料品质适用性强，满足了燃料品质波动的要求，可降低使用成本。可实现运行过程的压火，再启动无需用油，降低了运行成本。

(6)燃烧室稀相区水冷壁采用方形螺旋盘管水冷壁，采用高效热阻材料作为绝热层，保温性能好，锅炉散热少，效率高。

(7)负荷调节特性好，可在30％～100％额定负荷范围内稳定运行。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.生物质-水煤浆混烧的有机工质锅炉，其特征在于，包括布风装置、燃烧室、漩涡分离燃尽装置、尾部对流受热面部件，所述燃烧室分为密相区和稀相区，所述布风装置的出风口设有一块布风板，所述布风板呈V字型，布风板上设通风孔，所述通风孔从所述布风板中部向边缘依次排列并且孔面积逐渐缩小；所述密相区采用倒梯台形结构，所述密相区的回流区设置埋管；所述稀相区四周设置水冷壁；所述稀相区上部设置所述漩涡分离燃尽装置；所述漩涡分离燃尽装置后部设置所述尾部对流受热面部件；所述有机工质锅炉使用生物质-水煤浆混合燃料；所述生物质-水煤浆混合燃料由生物质燃料和煤粉按1:2～2:1混合配制而成。

2.如权利要求1所述的生物质-水煤浆混烧的有机工质锅炉，其特征在于，所述通风孔为长条形孔或圆形孔。

3.如权利要求1所述的生物质-水煤浆混烧的有机工质锅炉，其特征在于，所述埋管设置在所述回流区的两侧或四周。

4.如权利要求3所述的生物质-水煤浆混烧的有机工质锅炉，其特征在于，所述埋管外表面焊有防磨环或防磨鳍片。

5.如权利要求1所述的生物质-水煤浆混烧的有机工质锅炉，其特征在于，所述水冷壁是方形螺旋盘管水冷壁。

6.如权利要求1所述的生物质-水煤浆混烧的有机工质锅炉，其特征在于，所述漩涡分离燃尽装置包括水冷管，所述水冷管上敷设耐火材料，漩涡分离燃尽装置下部设有回输通道。

7.如权利要求1所述的生物质-水煤浆混烧的有机工质锅炉，其特征在于，所述对流受热面部件为管束、省煤器或空气预热器之一。

8.如权利要求1所述的生物质-水煤浆混烧的有机工质锅炉，其特征在于，所述生物质-水煤浆混合燃料由生物质燃料和煤粉按1:1.2～1.2:1混合配制而成。

9.如权利要求1所述的生物质-水煤浆混烧的有机工质锅炉，其特征在于，还包括燃料投料口，所述燃料投料口设置在所述稀相区前墙或左右墙。