CN103925592A - 生物质链条锅炉 - Google Patents

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刘圣勇
温宝辉
郑凯轩
王鹏晓
沈晓真
刘鹏
王喜云
孙建中
姬少龙
郭前辉
翟万里
刘洪福
管泽运
夏徐宁
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Abstract

本发明公开了生物质链条锅炉,包括设置进料口的炉体,炉体内设上锅筒、下锅筒、炉膛、燃烬室、前拱、后拱和链条炉排,上锅筒的前端延伸至下锅筒前端的前侧,上锅筒与下锅筒之间通过对流管束连接并且两者之间形成所述燃尽室,炉膛位于上锅筒前部的下侧且位于燃烧室的前侧,炉膛与燃烧室连通,所述前拱和后拱之间形成喉口,喉口位于炉膛正下方且位于下锅筒的前侧,所述链条炉排从前至后依次从进料口、前拱下方、后拱下方以及下锅筒下方穿过,本发明是一种可使生物质成型燃料燃烧充分,提高燃烧效率的生物质链条锅炉。

Description

生物质链条锅炉
技术领域
本发明涉及一种生物质链条锅炉。
背景技术
随着人类对能源的需求日趋加剧,以及矿物能源或者常规能源的短缺和其带来的严重环境污染问题,生物质能NOx、SOx、烟尘颗粒污染物排放量远远低于常规能源,二氧化碳接近零排放,生物质能逐渐被人们摆到可持续发展的重要位置上。目前我国秸秆作为能源的利用方式主要有:直接燃烧、固化成型、沼气技术、热解汽化。由于一般农作物秸秆都具有疏松、密度小、单位体积的热值低等缺点,作为燃料使用很不方便,生物质压块成型燃料技术应运迅速发展起来,但生物质燃料在燃煤锅炉中直接燃烧有较大能量浪费,作为生物质成型燃料应用过程中的重要一环:生物质成型燃料锅炉的设计和生产,存在着盲目模仿燃煤锅炉的误区,但改造后的燃烧设备仍然存在燃烧效率及热效率较低、出力及工质参数下降、排烟中可燃物含量高等突出问题。我国生物质成型燃料锅炉尚不成熟,存在生物质成型燃料燃烧不充分,造成燃烧效率低等问题。为了使生物质成型燃料能稳定、充分、直接地燃烧,根据生物质成型燃料燃烧特性重新进行系统设计,同时对生物质成型燃料专用燃烧锅炉进行研究是非常重要的,也是非常紧迫的。
发明内容
本发明的目的是提供一种可使生物质成型燃料燃烧充分,提高燃烧效率的生物质链条锅炉。
    为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:生物质链条锅炉,包括设置进料口的炉体,炉体内设上锅筒、下锅筒、炉膛、燃烬室、前拱、后拱和链条炉排,上锅筒的前端延伸至下锅筒前端的前侧,上锅筒与下锅筒之间通过对流管束连接并且两者之间形成所述燃尽室,炉膛位于上锅筒前部的下侧且位于燃烧室的前侧,炉膛与燃烧室连通,所述前拱和后拱之间形成喉口,喉口位于炉膛正下方且位于下锅筒的前侧,所述链条炉排从前至后依次从进料口、前拱下方、后拱下方以及下锅筒下方穿过,
    所述前拱包括第一炉内壁,第一炉内壁从前至后向上倾斜,第一炉内壁与水平线形成前拱角β,后拱包括第二炉内壁,第二炉内壁为从前至后向下倾斜,第二炉内壁与水平线形成后拱角α,喉口处的烟气呈“                                                ”形流动,烟气从后拱第二炉内壁流向喉口的动量为I,并且动量I为烟气从后拱第二炉内壁流向喉口的水平动量Ix和烟气从后拱第二炉内壁流向喉口的向上的竖直动量Iy的合成动量,后拱出口烟气流动量为I1,I1在水平方向的动量分量为I1x,I1在垂直方向的动量分量为I1y,后拱前端的上升烟气动量为I2,沿动量I方向的延长线与第一炉内壁相交于K点,沿动量I方向的延长线与第一炉内壁之间形成夹角δ,第一炉内壁的前端点与K点的距离为Lk,第一炉内壁的前后总长度为LD,前拱和后拱的参数通过下列公式计算而得:
γ=arctan(Iy/Ix)
Ix=I1x
Iy=I1y+I2
I1x=I1cosα
I1y=I1sinα 
Lk=
    β≥30°
180°>δ≥110°
8°≤α≤12°
    式中:γ为I与I1的动量合成角。
炉体的后侧设有省煤器。
所述炉体的炉壁为水冷壁。
进料口处设有进料斗。 
本发明所述的生物质链条锅炉,其具有如下有益效果:1) 其为专用的生物质链条炉,可以改善生物质成型燃料的燃烧条件,提高燃烧效率,最大程度上减少不完全的损失;
2) 依据生物质致密燃料燃烧特性,设计出合适的炉膛结构和容积,改善生物质成型燃料的燃烧环境,提高了燃烧效率;
3) 由于设置了燃尽室,使高温烟气中含有的一氧化碳、甲烷等可燃气体和固体可燃颗粒等成分充分燃烧,从而强化传热,同时也使烟尘颗粒在燃烬室下降,起到了除尘作用;
4) 由于采用双锅筒纵置式布置可以利用高温烟气的余热,提高了热量的利用率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是图1的左视图;
图3是前拱、后拱的结构示意图;
图4为烟气的动量分解合成示意图。
具体实施方式
由图1-图4所示的生物质链条锅炉,包括设置进料口的炉体8,进料口位于炉体8的前端底部,炉体8的进料口处设有位于炉体8前侧的进料斗1。
炉体8内设上锅筒4、下锅筒5、炉膛2、燃烬室3、前拱、后拱和链条炉排6,其中上锅筒4、下锅筒5以及链条炉排6均为前后水平延伸,上锅筒4的前端延伸至下锅筒5前端的前侧,上锅筒4与下锅筒5之间通过对流管束9连接并且两者之间形成所述燃尽室,当然,对流管束9也位于燃尽室3内,炉膛2位于上锅筒4前部的下侧且位于燃烧室的前侧,炉膛2与燃烧室连通,所述前拱和后拱之间形成喉口10,喉口10位于炉膛2正下方且位于下锅筒5的前侧,当然,后拱也位于下锅筒5的前侧,所述链条炉排6从前至后依次从进料口、前拱下方、后拱下方以及下锅筒5下方穿过,链条炉排6的前端位于进料斗1的正下方。炉体8的后侧设有省煤器7,省煤器7的进烟道连接于炉体8的后侧炉壁上并与燃烧室连通。
由图3所示的前拱和后拱,前拱包括竖直延伸的前拱上内壁1-1、第一炉内壁1-2和竖直延伸的前拱下内壁1-3,第一炉内壁1-2为从前至后向上倾斜的斜壁面,前拱上内壁1-1的底端与第一炉内壁1-2的后端连接,前拱下内壁1-3的顶端与第一炉内壁1-2的前端连接,第一炉内壁1-2与水平线形成前拱角β。
后拱包括竖直延伸的后拱上内壁1-4、后部倾斜向上延伸的后拱中间内壁1-5以及第二炉内壁1-6,后拱中间内壁1-5从前至后向上倾斜的斜壁面,第二炉内壁1-6为从前至后向下倾斜的斜壁面,后拱中间内壁1-5和第二炉内壁1-6形成向前突出的锐角夹角,后拱上内壁1-4的底端与后拱中间内壁1-5的后端连接,后拱中间内壁1-5的前端与第二炉内壁1-6的前端连接,第二炉内壁1-6与水平线形成后拱角α。所述前拱上内壁1-1与后拱上内壁1-4之间的腔室形成所述炉膛2,后拱上内壁1-4的前侧为炉膛2、后侧为燃烧室,后拱上内壁1-4上设有连通炉膛2和燃烧室的连通孔。所述炉体8的炉壁为水冷壁,即炉体8的前侧炉壁、后侧炉壁、左侧炉壁、右侧炉壁以及顶部炉壁均为水冷壁,并且前拱的前拱上内壁1-1、第一炉内壁1-2和前拱下内壁1-3以及后拱的后拱上内壁1-4、后拱中间内壁1-5以及第二炉内壁1-6也均为水冷壁。
所述喉口10处的烟气呈“”形流动,即烟气沿第二炉内壁1-6向前流动,经过喉口流向第一炉内壁1-2并与第一炉内壁1-2相交于K点,然后沿第一炉内壁1-2向前向下流动,并逆时针回转一周后向上从喉口流入炉膛。烟气从后拱第二炉内壁1-6流向喉口10的动量为I,并且动量I为烟气从后拱第二炉内壁1-6流向喉口10的水平动量Ix和烟气从后拱第二炉内壁1-6流向喉口10的向上的竖直动量Iy的合成动量,后拱出口烟气流动量为I1,I1在水平方向的动量分量为I1x,I1在垂直方向的动量分量为I1y后拱前端的上升烟气动量为I2,沿动量I方向的延长线与第一炉内壁1-2相交于K点,沿动量I方向的延长线与第一炉内壁1-2之间形成夹角δ,第一炉内壁1-2的前端点与K点的距离为Lk,第一炉内壁1-2的前后总长度为LD,动量I、Ix、Iy、I1x、I1y、I1和I2均为矢量,前拱、后拱以及炉拱的其他参数通过表1公式计算而得:
本实施例以及表1和表2中所示数据是以4t/h生物质成型燃料机为例计算,当然,本发明不拘泥于上述形式,也可按照本实施例中的方法步骤以及表1中的参数数据来源计算得出其他参数型号的生物质成型燃料机。
生物质成型燃料与煤相比,挥发性更强,其燃烧需要更大的空间,所以前拱必须有足够的高度h1,以保证炉膛内燃烧空间够大,还能起到防止燃料反烧的作用。要使气流回旋,形成“α”形流动,就必须有一个合适的前拱高度h1和前拱角β值,而这两者的大小又与后拱出口气流的流动方向及动量大小有关,所以必须先求出后拱出口气流与上升气流动量的合成角γ、动量合成方向与前拱直段交点K的位置以及合成动量与前拱的夹角δ的大小后,才能最终确定出h1和β值。前拱高度h1为第一炉内壁1-2的后端到链条炉排6的距离,后拱高度h2为第二炉内壁1-6前端至链条炉排6的距离。
按照动量设计法的计算过程为:
(1)动量合成角γ的计算。当后拱区的配风比例确定后,依照上述假定求出后拱出口烟气流动量I1和上升烟气流动量I2的大小,然后进行动量合成角γ的计算,见上表。
(2)δ角、K点的确定。前拱倾角β的大小受喉口几何尺寸和流速的限制,所以应根据不同的煤种和燃烧设备先确定喉口的几何尺寸和流速,然后确定β角的大小,但一般β角应大于30°。这样,δ角的确定就应考虑β角的影响和K点的位置。为了改善着火和燃烬条件,建议应保证炉前有2/3以上的高温烟气流发生回流,形成“α”形流动。据此要求,通过计算和试验,设计炉拱时,合成动量I的方向点K应在前拱直段的2/3~4/5范围内,即Lk=(2/3~4/5)LD,合成动量与前拱直段的夹角δ应不小于110°。
前、后拱尺寸确定原则为:
(1)前拱尺寸确定原则:拱长应根据使燃料预热、干燥、挥发分放出并着火的区段均处于前拱覆盖下的原则来确定;拱高应按合成动量I、K的位置lk/LD以及δ角的大小来确定;前、后拱的配合应按喉口流速wh不大于5~5.5m/s的原则来设计,因为试验表明,当wh大于5~5.5m/s时,1mm大小的炭粒子被大量带出,造成q4增加过大。
(2)后拱尺寸确定原则:拱长应保证燃烧旺盛的区域覆盖在后拱下面,建议a2/LP=50~65%左右(a2为后拱覆盖炉排长度);拱高应使后拱出口动量I1小于10(对D小于10t/h的锅炉);后拱角α的大小应为8°≤α≤12°之间。 

Claims (4)

1.生物质链条锅炉,其特征在于:包括设置进料口的炉体,炉体内设上锅筒、下锅筒、炉膛、燃烬室、前拱、后拱和链条炉排,上锅筒的前端延伸至下锅筒前端的前侧,上锅筒与下锅筒之间通过对流管束连接并且两者之间形成所述燃尽室,炉膛位于上锅筒前部的下侧且位于燃烧室的前侧,炉膛与燃烧室连通,所述前拱和后拱之间形成喉口,喉口位于炉膛正下方且位于下锅筒的前侧,所述链条炉排从前至后依次从进料口、前拱下方、后拱下方以及下锅筒下方穿过,
    所述前拱包括第一炉内壁,第一炉内壁从前至后向上倾斜,第一炉内壁与水平线形成前拱角β,后拱包括第二炉内壁,第二炉内壁为从前至后向下倾斜,第二炉内壁与水平线形成后拱角α,喉口处的烟气呈“                                               ”形流动,烟气从后拱第二炉内壁流向喉口的动量为I,并且动量I为烟气从后拱第二炉内壁流向喉口的水平动量Ix和烟气从后拱第二炉内壁流向喉口的向上的竖直动量Iy的合成动量,后拱出口烟气流动量为I1,I1在水平方向的动量分量为I1x,I1在垂直方向的动量分量为I1y,后拱前端的上升烟气动量为I2,沿动量I方向的延长线与第一炉内壁相交于K点,沿动量I方向的延长线与第一炉内壁之间形成夹角δ,第一炉内壁的前端点与K点的距离为Lk,第一炉内壁的前后总长度为LD,前拱和后拱的参数通过下列公式计算而得:
γ=arctan(Iy/Ix)
Ix=I1x
Iy=I1y+I2
I1x=I1cosα
I1y=I1sinα 
Lk=
    β≥30°
180°>δ≥110°
8°≤α≤12°
    式中:γ为I与I1的动量合成角。
2.如权利要求1所述的生物质链条锅炉,其特征在于:炉体的后侧设有省煤器。
3.如权利要求1所述的生物质链条锅炉,其特征在于:所述炉体的炉壁为水冷壁。
4.如权利要求1所述的生物质链条锅炉,其特征在于:进料口处设有进料斗。
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