CN105936836A - 小型生物质气化燃烧系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种小型生物质气化燃烧系统，包括：蒸汽锅炉、生物质气化炉以及燃烧器。燃烧器包括燃烧器壳体、设于燃烧器壳体的一端壁的生物质气入口、绕着生物质气入口向燃烧器内部延伸的生物质气喷管、设于另一端壁的混合气出口、绕着混合气出口向燃烧器内部延伸的内套筒、以及自燃烧器壳体的另一端壁向外部延伸形成的风壳。燃烧器壳体的内壁、内套筒的外壁、燃烧器壳体的一端壁以及燃烧器壳体的另一端壁之间形成送风空腔，燃烧器壳体上开有助燃空气入口，内套筒的内部形成空燃气混合腔。生物质气入口通过生物质气管线与生物质气化炉的生物质气出口相连以将生成的生物质气输送至燃烧器内与助燃空气混合燃烧后喷射至蒸汽锅炉的燃烧室内。

Description

小型生物质气化燃烧系统

技术领域

本发明涉及一种锅炉系统，尤其涉及一种采用生物质燃料的锅炉系统。

背景技术

随着电荒、油荒、电价上涨、油价上涨等能源状况的紧张以及环境污染问题的日益严峻，各个行业开始对可再生能源的使用意识逐步加强。生物质是地球上最广泛存在的物质，它包括所有动物、植物和微生物以及由这些有生命物质派生、排泄和代谢的许多有机质。各种生物质都具有一定能量。以生物质为载体、由生物质产生的能量便是生物质能。生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式，直接或间接来源于植物的光合作用。

生物质燃料(简称BMF，比如农林废弃物，如秸秆、锯末、甘蔗渣、稻糠等)具有以下几个特点：1、BMF的能量来自于其生长时对自然界CO₂的吸收，因此BMF具有CO₂生态“零”排放的特点；2、BMF的燃烧以挥发份为主，其固定碳的含量为15％左右，是典型的低碳燃料；3、BMF的含硫量比柴油还低，仅为0.05％，不需设置脱硫装置就可实现SO₂的排放；4、BMF的灰份仅为1.8％，是煤基燃料的1/10左右，设置简单的除尘装置就能实现粉尘排放达标；5、BMF含氮量低，氧含量高，燃烧时生成较少的NO_X；6、BMF来源于农林废弃物，原料分布广泛多样，成本低，循环生长，取之不尽用之不竭，是典型的循环经济项目。

生物质气化是以生物质为原料，在气化剂作用下，通常以氧气(空气、富氧或纯氧)、水蒸气或氢气等作为气化剂(也称为气化质)，在高温条件下通过热化学反应，将生物质中可燃的部分转化为可燃气的过程。生物质气化时产生的气体成分主要包括H₂、CH₄和CO等，通常 将这种可燃气体称为生物质燃气。

如中国专利申请第201010183890.6号揭示的一种生物质气化蒸汽锅炉，包括气化炉，气化炉从上到下依次设置有料室、热解室、还原室、炉排、振灰器、集气室、集灰室，气化炉的外侧设置有主水夹套，主水夹套的外侧设置有火道，火道的上部设置有排烟管，火道的下部设置有进气孔，火道的下部与集气室用管道连通，管道与火道的下部连接处设置有点火控制器，管道上设置有风机。然而，该专利申请的生物质气化蒸汽锅炉的气化炉和蒸汽锅炉一体设计不可拆分，不能用于对现有蒸汽锅炉进行节能改造；此外，其利用狭窄的火道来燃烧生物质气，燃烧效率低。

又如中国专利申请第201310523157.8号揭示的一种生物质气化燃烧锅炉系统，包括锅炉以及用于为锅炉提供气化燃料的生物质气化炉，生物质气化炉通过燃气管道与锅炉连接，生物质气化炉的上部设有进料口，生物质气化炉内部自上至下依次为储气室、反应室、储灰斗，反应室与储灰斗之间设有加热炉排，所述进料口通过一输料管道与反应室连通。然而，该专利申请揭示的生物质气化燃烧锅炉系统将生物质气直接输送至锅炉采用普通燃烧器燃烧，生物质气的燃烧效率较低。

因此，提供一种燃烧效率高、安全节能、有利于对现有蒸汽锅炉进行节能改造的生物质气化燃烧系统成为业内急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃烧效率高、安全节能的小型生物质气化燃烧系统。

根据本发明的一个方面，提供一种小型生物质气化燃烧系统，包括：蒸汽锅炉、生物质气化炉以及燃烧器。蒸汽锅炉包括锅炉本体以及设置于锅炉本体内部的燃烧室；生物质气化炉用于生成生物质燃气；燃烧器设置于蒸汽锅炉与生物质气化炉之间，用于燃烧来自生物质气化炉的生物质气并将火焰喷射至蒸汽锅炉的燃烧室中。燃烧器包括燃烧器壳体、设于燃烧器壳体的一端壁的生物质气入口、自燃烧器壳体的一端壁绕着生物质气入口向燃烧器内部延伸的生物质气喷管、设于燃烧器壳体的另一端壁的混合气出口、自燃烧器壳体的另一端壁绕着混合气出口向燃烧 器内部延伸的内套筒、以及自燃烧器壳体的另一端壁向外部延伸形成渐缩锥状结构的风壳。其中，生物质气喷管在燃烧器内部的延伸长度为燃烧器壳体纵向长度的八分之一至四分之一，内套筒在燃烧器内部的延伸长度为燃烧器壳体纵向长度的八分之五至八分之七，内套筒的直径大于生物质气喷管的直径，并且，燃烧器壳体的内壁、内套筒的外壁、燃烧器壳体的一端壁以及燃烧器壳体的另一端壁之间形成送风空腔，邻近另一端壁在燃烧器壳体上切向开有助燃空气入口，助燃空气入口通过第一空气管线连接至第一风机。内套筒的内部形成空燃气混合腔，风壳的延伸末端形成火焰喷口，风壳包括内壳、外壳以及位于外壳与内壳之间的预热腔，外壳上设有低温空气入口和高温空气出口，低温空气入口通过空气支管线连接至第一空气管线，高温空气出口通过高温空气管线连接至生物质气化炉的气化剂入口管。生物质气入口通过生物质气管线与生物质气化炉的生物质气出口相连以将生物质气化炉内生成的生物质气输送至燃烧器内与助燃空气混合燃烧后通过火焰喷口喷射至蒸汽锅炉的燃烧室内。

可选择地，内套筒的直径为生物质气喷管的直径的1.5～3倍。

可选择地，约40～70％的空气通过第一空气管线进入燃烧器内作为助燃气，约30～60％的空气通过空气支管线进入风壳加热后进入生物质气化炉内作为气化剂。

可选择地，燃烧器的内套管上邻近燃烧器壳体的另一端壁的一段开有若干送风孔以将送风空腔的部分助燃气通过送风孔吹入空燃气混合腔内。

优选地，生物质气喷管远离生物质气入口的一端封闭且生物质气喷管的管壁上设有若干生物质气喷孔以将生物质气均匀喷出与来自送风空腔的助燃气混合后进入空燃气混合腔内。

可选择地，生物质气喷管的侧壁上设有至少三组生物质气喷孔以将生物质气均匀喷出与来自送风空腔的助燃气混合后进入空燃气混合腔内，每组生物质气喷孔至少包括三个生物质气喷孔。

可选择地，燃烧器进一步包括设置于空燃气混合腔内部的锥形体，锥形体的顶端邻近生物质气喷管的封闭端，锥形体的底壁远离生物质气喷管的封闭端且锥形体的最大横截面积为空燃气混合腔的横截面积的 四分之一至二分之一。

可选择地，锥形体为圆锥或棱锥以将燃烧器内的生物质气和助燃气在空燃气混合腔内分散均匀。

其中，生物质气化炉包括气化炉本体、设置于气化炉本体内部并将气化炉本体内部分隔为位于中上部的气化反应室和位于下部的风室的炉排、以及安装于炉排上的用于将气化剂喷射至气化反应室的进风罩，气化反应室顶壁与生物质气出口间隔开设置有生物质料入口，风室侧壁设置有空气入口和水蒸气入口，风室底部设置有出灰口。其中，生物质料入口连接至生物质料源，进风罩的气化剂入口管分别通过水蒸气管、空气管与水蒸气入口、空气入口相连以将水蒸气和空气输送至气化反应室内。

可选择地，生物质气化炉的水蒸气入口通过水蒸气管将来自外部的水蒸气输送至气化反应室内。

可选择地，生物质气化炉的生物质气出口通过生物质气管线与燃烧器的生物质气入口连通以将生物质气化炉内生成的生物质气输送至燃烧器，生物质气管线中设置有第二风机。

可选择地，生物质气化炉进一步包括与生物质料入口相连的均料管，均料管呈喇叭状向气化反应室内延伸以分散进入气化反应室的生物质料。

可选择地，该燃烧系统进一步包括螺杆送料器以及螺杆出料器，螺杆送料器包括进料口以及出料口，螺杆送料器的进料口连接至生物质料源，螺杆送料器的出料口通过下料管与气化炉的生物质料入口连通以将生物质料输送至气化反应室内进行气化反应，螺杆出料器包括进灰口以及排灰口，进灰口连接于风室的底部出灰口。

可选择地，风壳的两端部封闭，高温空气出口邻近燃烧器壳体的另一端壁切向设置于风壳上，低温空气入口邻近火焰喷口切向设置于风壳上，反之亦然。

可选择地，风壳的高温空气出口输送至生物质气化炉内的高温空气的温度为90～120摄氏度。

优选地，高温空气出口设置于与低温空气入口相对的方向上，高温 空气出口通过高温空气管线连接至气化炉的空气入口以将高温空气输送至气化炉内作为气化剂，高温空气管线上设置有第三风机。

其中，进风罩包括围绕气化剂入口管向上延伸的蘑菇状罩体，在蘑菇状罩体的头部与杆部的过渡区围绕周壁斜向下间隔设置至少三个出风孔。至少三个出风孔的出风方向与蘑菇状罩体的纵向中心线呈约30～60度夹角。

可选择地，气化剂入口管穿过进风罩的底壁延伸至进风罩的内部。

可选择地，进风罩的罩体的侧壁的半径自底端至顶端逐渐增加且侧壁的底端连接至炉排的上表面，罩体的顶壁与侧壁圆滑相连且顶端封闭，比如类似蘑菇状。

可选择地，进风罩的周壁可以间隔设置至少三个支脚以将进风罩固定连接于气化炉的内壁。

本发明的有益效果是：(1)、根据本发明的生物质气化燃烧系统，燃烧器的内套筒上开有若干送风孔、空燃气混合腔内设有钝体，生物质气在燃烧器内与来自进风空腔的助燃气能够充分混合，生物质气的燃烧效率高；(2)、燃烧器设置有内套筒和风壳，避免燃烧器中生物质气燃烧温度过高对燃烧器造成损害，延长燃烧器使用寿命；(3)、利用生物质气燃烧产生的热量加热部分空气作为生物质料气化的气化剂，节省了能源和成本；(4)、生物质气化炉内设置有均料管以分散进入气化反应室的生物质料，还设置有进风罩以将气化剂均匀喷入气化反应室内，使得生物质料在生物质气化炉内能够充分气化，提高生物质料的气化效率；(5)、采用风壳加热部分空气输送至生物质气化炉的气化反应室作为气化剂，提高生物质气化炉气化效率并最大效率地利用了燃烧器内生物质气燃烧产生的热量，减少了能源的浪费；(6)、采用蘑菇头进风罩进行配风，配风均匀且不易烧坏炉排。

附图说明

图1为本发明的小型生物质气化燃烧系统的结构示意图。

图2为本发明的燃烧器的纵截面示意图。

图3为本发明进风罩的剖面示意图。

具体实施方式

请参照图1，根据本发明的一种非限制性实施方式，提供一种小型生物质气化燃烧系统，包括：蒸汽锅炉100、燃烧器200以及生物质气化炉300。

蒸汽锅炉100包括锅炉本体110以及设置于锅炉本体内部110的燃烧室(图未示)。生物质气化炉300用于生成生物质燃气。燃烧器200设置于蒸汽锅炉100与生物质气化炉300之间，用于燃烧来自生物质气化炉300的生物质气并将火焰喷射至蒸汽锅炉100的燃烧室中。

燃烧器200包括燃烧器壳体210、设于燃烧器壳体210的一端壁211的生物质气入口213、自燃烧器壳体210的一端壁211绕着生物质气入口213向燃烧器200内部延伸的生物质气喷管220、设于燃烧器壳体210的另一端壁215的混合气出口214、自燃烧器壳体210的另一端壁215绕着混合气出口向燃烧器200内部延伸的内套筒240、以及自燃烧器壳体210的另一端壁215向外部延伸形成渐缩锥状结构的风壳250。

生物质气喷管220在燃烧器200内部的延伸长度为燃烧器壳体210纵向长度的四分之一，内套筒240在燃烧器200内部的延伸长度为燃烧器壳体210纵向长度的八分之七，内套筒240的直径为生物质气喷管220的直径的三倍。并且，燃烧器壳体210的内壁、内套筒240的外壁、燃烧器壳体210的一端壁211以及燃烧器壳体210的另一端壁215之间形成送风空腔260。邻近另一端壁215在燃烧器壳体210上切向开有助燃空气入口216，助燃空气入口216通过第一空气管线450连接至第一风机400。内套筒240的内部形成空燃气混合腔270，风壳250的延伸末端形成火焰喷口255。

风壳250包括内壳251、外壳253以及位于外壳253与内壳251之间的预热腔257，外壳253上设有低温空气入口258和高温空气出口259。低温空气入口258通过空气支管线460连接至第一空气管线450。风壳250的两端部封闭，高温空气出口259邻近燃烧器壳体210的另一端壁215切向设置于风壳250上，低温空气入口258邻近火焰喷口255切向设置于风壳250上。高温空气出口259设置于与低温空气入口258相对的方向上。

在该非限制性实施方式中，约50％的空气通过第一空气管线450进入燃烧器200内作为助燃气，约50％的空气通过空气支管线460进入风壳250加热后进入生物质气化炉300内作为气化剂。

在该非限制性实施方式中，燃烧器200的内套管240上邻近燃烧器壳体210的另一端壁215的一段开有若干送风孔255以将送风空腔260的少部分助燃气通过送风孔255吹入空燃气混合腔内270。

在该非限制性实施方式中，生物质气喷管220远离生物质气入口213的一端封闭且生物质气喷管220的管壁上设有四组生物质气喷孔225以将生物质气均匀喷出并与来自送风空腔260的大部分助燃气混合后进入空燃气混合腔270内，每组生物质气喷孔包括绕着圆周等间隔设置的五个生物质气喷孔225。

在该非限制性实施方式中，燃烧器220进一步包括设置于空燃气混合腔270内部的锥形体(钝体)280，锥形体280为顶端邻近生物质气喷管220的封闭端而底壁远离生物质气喷管220的封闭端的圆锥。锥形体280的最大横截面积为空燃气混合腔270的横截面积的三分之一。

其中，生物质气化炉300包括气化炉本体310，设置于气化炉本体310内部并将气化炉本体310内部分隔为位于中上部的气化反应室320和位于下部的风室330的炉排350，安装于炉排350上的用于将气化剂喷射至气化反应室320的进风罩360，气化反应室320顶壁设置有生物质料入口322和生物质气出口324，风室侧壁330设置有空气入口331和水蒸气入口333，风室底部330设置有出灰口(未标号)。其中，生物质料入口322连接至生物质料源，生物质气出口324通过生物质气管线600连接至燃烧器200的生物质气入口213。生物质气管线600中设置有第二风机650。进风罩360的气化剂入口管361分别通过水蒸气管363、空气管365与水蒸气入口333、空气入口331相连以将水蒸气和空气输送至气化反应室320内。生物质气化炉300的空气入口331通过高温空气管线500与风壳250的高温空气出口259连接，高温空气管线500上设置有第三风机550。风壳250的高温空气出口259输送至生物质气化炉300内的高温空气的温度约为100摄氏度。

如图3所示，进风罩360包括围绕气化剂入口管361向上延伸的近似蘑菇状罩体365，在蘑菇状罩体365的头部与杆部的过渡区围绕周壁 斜向下等间隔设置五个出风孔366。在该非限制性实施方式中，五个出风孔366的出风方向与蘑菇状罩体365的纵向中心线呈约45度夹角。

作为一种可替代的实施方式，生物质气化炉300进一步包括与生物质料入口322相连的均料管370，均料管370呈喇叭状向气化反应室320内延伸以分散进入气化反应室320的生物质料。

作为另一种可替代的实施方式，该燃烧系统进一步包括螺杆送料器700以及螺杆出料器800，螺杆送料器700包括进料口710以及出料口730，螺杆送料器700的进料口710连接至生物质料源，螺杆送料器700的出料口730通过下料管750与气化炉的生物质入口322连通以将生物质料输送至气化反应室320内进行气化反应，螺杆出料器800包括进灰口810以及排灰口830，进灰口810连接于风室330的出灰口。

根据本发明提供的小型生物质气化燃烧系统，来自螺杆进料器700的生物质料在生物质气化炉300内气化生成的生物质气通过生物质气管线600输送至燃烧器200内与来自送风空腔260的助燃空气混合燃烧后通过火焰喷口255喷射至蒸汽锅炉100的燃烧室内。第一风机400将约50％的空气吹入风壳250内加热后经高温空气出口259通过高温空气管线500进入生物质气化炉300的气化反应室320内与来自水蒸气入口333的水蒸气一起作为气化剂。由于第二风机650的抽吸作用，由蘑菇状罩体365的五个出风孔366斜向下喷射的气化剂在抵达炉排350上表面之前而向上折返回气化反应室320，不但能够避免烧坏炉排而且使得气化剂分布更加均匀，充分提高了气化效率。

尽管在此已详细描述本发明的优选实施方式，但要理解的是本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体结构和步骤，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。

Claims (10)

1.一种小型生物质气化燃烧系统，包括：

蒸汽锅炉，所述蒸汽锅炉包括锅炉本体以及设置于所述锅炉本体内部的燃烧室；

生物质气化炉，所述生物质气化炉用于生成生物质燃气；以及

燃烧器，所述燃烧器设置于所述蒸汽锅炉与所述生物质气化炉之间，用于燃烧来自所述生物质气化炉的生物质气并将火焰喷射至所述蒸汽锅炉的所述燃烧室中；

其特征在于：

所述燃烧器包括燃烧器壳体、设于所述燃烧器壳体的一端壁的生物质气入口、自所述燃烧器壳体的一端壁绕着所述生物质气入口向所述燃烧器内部延伸的生物质气喷管、设于所述燃烧器壳体的另一端壁的混合气出口、自所述燃烧器壳体的另一端壁绕着所述混合气出口向所述燃烧器内部延伸的内套筒、以及自所述燃烧器壳体的另一端壁向外部延伸形成渐缩锥状结构的风壳，

其中，所述生物质气喷管在所述燃烧器内部的延伸长度为所述燃烧器壳体纵向长度的八分之一至四分之一，所述内套筒在所述燃烧器内部的延伸长度为所述燃烧器壳体纵向长度的八分之五至八分之七，所述内套筒的直径大于所述生物质气喷管的直径，并且，所述燃烧器壳体的内壁、所述内套筒的外壁、所述燃烧器壳体的一端壁以及所述燃烧器壳体的另一端壁之间形成送风空腔，邻近所述另一端壁在所述燃烧器壳体上切向开有助燃空气入口，所述助燃空气入口通过第一空气管线连接至第一风机；所述内套筒的内部形成空燃气混合腔，所述风壳的延伸末端形成火焰喷口，所述风壳包括内壳、外壳以及位于所述外壳与所述内壳之间的预热腔，所述外壳上设有低温空气入口和高温空气出口，所述低温空气入口通过空气支管线连接至所述第一空气管线，所述高温空气出口通过高温空气管线连接至所述生物质气化炉的气化剂入口；所述生物质气入口通过生物质气管线与所述生物质气化炉的生物质气出口相连以将所述生物质气化炉内生成的生物质气输送至所述燃烧器内与助燃空气混合燃烧后通过所述火焰喷口喷射至所述蒸汽锅炉的所述燃烧室内。

2.如权利要求1所述的小型生物质气化燃烧系统，其特征在于，所 述燃烧器的所述内套管上邻近所述燃烧器壳体的另一端壁的一段开有若干送风孔以将所述送风空腔的部分助燃气通过所述若干送风孔吹入所述空燃气混合腔内。

3.如权利要求2所述的小型生物质气化燃烧系统，其特征在于，所述生物质气喷管远离所述生物质气入口的一端封闭且所述生物质气喷管的管壁上设有若干生物质气喷孔以将生物质气均匀喷出与来自所述送风空腔的助燃气混合后进入所述空燃气混合腔内。

4.如权利要求3所述的小型生物质气化燃烧系统，其特征在于，所述燃烧器进一步包括设置于所述空燃气混合腔内部的锥形体，所述锥形体的顶端邻近所述生物质气喷管的封闭端，所述锥形体的底壁远离所述生物质气喷管的封闭端且所述锥形体的最大横截面积为所述空燃气混合腔的横截面积的四分之一至二分之一。

5.如权利要求4所述的小型生物质气化燃烧系统，其特征在于，所述生物质气化炉包括气化炉本体、设置于所述气化炉本体内部并将气化炉本体内部分隔为位于中上部的气化反应室和位于下部的风室的炉排、以及安装于所述炉排上的用于将气化剂喷射至所述气化反应室的进风罩，所述气化反应室顶壁与所述生物质气出口间隔开设置有生物质料入口，所述风室侧壁设置有空气入口和水蒸气入口，所述风室底部设置有出灰口，其中，所述生物质料入口连接至生物质料源，所述进风罩的气化剂入口管分别通过水蒸气管、空气管与所述水蒸气入口、所述空气入口相连以将水蒸气和空气输送至所述气化反应室内。

6.如权利要求5所述的小型生物质气化燃烧系统，其特征在于，所述进风罩包括围绕所述气化剂入口管向上延伸的蘑菇状罩体，在所述蘑菇状罩体的头部与杆部的过渡区围绕周壁斜向下间隔设置至少三个出风孔。

7.如权利要求5所述的小型生物质气化燃烧系统，其特征在于，所 述生物质气化炉进一步包括与所述生物质料入口相连的均料管，所述均料管呈喇叭状向所述气化反应室内延伸。

8.如权利要求7所述的小型生物质气化燃烧系统，其特征在于，进一步包括螺杆送料器以及螺杆出料器，所述螺杆送料器包括进料口以及出料口，所述螺杆送料器的进料口连接至生物质料源，所述螺杆送料器的出料口通过下料管与所述气化炉的所述生物质料入口连通以将生物质料输送至所述气化反应室内进行气化反应，所述螺杆出料器包括进灰口以及排灰口，所述进灰口连接于所述风室的所述出灰口。

9.如权利要求1～8中任一项所述的小型生物质气化燃烧系统，其特征在于，所述风壳的两端部封闭，所述高温空气出口邻近所述燃烧器壳体的另一端壁切向设置于所述风壳上，所述低温空气入口邻近所述火焰喷口切向设置于所述风壳上。

10.如权利要求9所述的小型生物质气化燃烧系统，其特征在于，所述高温空气出口设置于与所述低温空气入口相对的方向上，所述高温空气出口通过高温空气管线连接至所述气化炉的所述空气入口以将高温空气输送至所述气化炉内作为气化剂。