CN106090889B - 一种烧嘴式套管活动炉排生物质燃烧机 - Google Patents

Abstract

一种烧嘴式套管活动炉排生物质燃烧机，主要包括前部反应仓及后部辅助控制箱；其中前部反应仓被四层套筒间隔为气化仓、气化气汇集预混仓、固定碳燃尽床及四次配风室等，并在助燃风机多级配风及绞龙炉排的配合下充分完成燃料由进入到排出的各反应阶段；而后部辅助控制箱则由助燃风机、配风联箱、传动电机、综合控制系统、点火器等辅助设备组成；本发明提供的燃烧设备采用相对先进且成熟的气化燃烧技术，具有较强的产业前瞻性，是一种清洁高效、节能环保、运行稳定、操作简便，且燃料适用性广泛的新型生物质热能应用技术，将在我国新型城镇化及区域性工业园区分布式能源中心的清洁热能设备中得到广泛应用，能够带来显著的经济、社会效益。

Description

一种烧嘴式套管活动炉排生物质燃烧机

技术领域

本发明涉及一种烧嘴式套管活动炉排生物质燃烧机，尤其涉及一种烧嘴式套管活动炉排生物质燃烧机，属于生物质燃烧设备技术领域。

背景技术

生物质能源技术以低污染、可持续、中性碳排放的独特性能受到各国政府、机构及科学家的关注，是全球可再生能源领域研究及开发的热门课题之一；许多国家都开设了对应的研发计划，如美国的能源农场、印度的绿色能源工程、日本的阳光计划等。其中生物质颗粒燃料更是以其特有的优势赢得了较为广泛的认可，与传统的化石燃料相比，生物质颗粒燃料不仅具有了生物质能源的全部优势且可以解决生物质能源的运输、储存问题，使用过程更加环保清洁，加工过程不产生二次污染，完全符合我国现今可持续发展和低碳转型的刚性需求。首先，基于颗粒燃料的高压缩体积及形状节省了大量储存空间，提高了能量密度，使单位体积的持续燃烧时间大幅增加，并有效降低了燃料的储运成本；其次，颗粒燃料具有较好的燃烧特性，易点燃，易燃尽，残碳量低，综合效率高；此外，生物质颗粒燃烧时有害及污染气体组分排放少，并通过碳循环实现了二氧化碳的“零排放”,是可再生能源品类中替代传统化石能源最为便捷的路径。

作为一种通用型，大型化生物质颗粒燃料综合应用设备，生物质燃烧机主要指借助于气化、半气化技术，通过秸秆、林业三剩物等农林生物质颗粒燃料高温裂解燃烧，将储存于植物体内的碳氢能量释放，以充分满足人们对于供暖，供热，燃气等生产生活能源使用需求；现今主流技术一般采用绞龙装置连接料斗及燃烧室，以实现颗粒燃料的持续输送；但由于颗粒燃料的不均匀性等特点，普通燃烧机很难实现供料的燃烧火力的持续稳定，同时对于生物质燃烧特性及机理的研究不足，使现有燃烧机具有易结焦，难清灰，寿命短，故障率高等一系列共同弊端，同时部分燃烧机结构设计的不合理，也造成了燃烧机体积异常庞大，对用户现场装配提出了挑战。一种新型、高效、稳定、防结焦、自清灰、低烟尘、紧凑型生物质燃烧机被市场迫切需求。

发明内容

为了克服现有技术燃烧运行持续稳定性差，易结焦，难清灰，装配体积庞大，工况适用性差等技术的不足，本发明提供一种采用多层套管式结构，连续活动炉排，区域分层气化燃烧的新型类燃气烧嘴型生物质燃烧机；从而大幅降低了生物质燃烧机的装配体积及设备的操作调试难度，并有效提高了燃烧机的综合运行效率、性能稳定性及客户体验舒适度；大大提高了对不同生物质原料颗粒燃料的点火启动，抑制结焦，连续清灰等性能。

为实现上述目的，本发明提出以下技术方案：

本发明所涉及的烧嘴式套管活动炉排生物质燃烧机，其设计技术特征主要如下列所述：

1)本燃烧机外形类似天然气烧嘴，主要由前部反应仓室及后部控制辅助仓室组成。

2)所述前部反应仓主要由气化床管壁(气料分离隔网)、气化气汇集预混仓管壁、固定碳燃烧仓管壁、喷嘴外壳等四层特殊结构套筒按一定结构形式连接，由内到外依次分隔出气化室、气化气汇集预混仓、固定碳燃尽床、四次配风室等四个功能腔室，主要完成生物质成型燃料进入、预热烘干、挥发分热解析出、气化还原反应、固定碳氧化燃烧、灰渣的排出、助燃气体四次配风的分配混合等工作；前部反应仓最前端通过燃气-火焰螺旋缩进管将空气汇集后与燃烧器喷火口出喷出的可燃气体组分进行混合并燃烧放热。

3)所述的气化室主要进行成型颗粒燃料的预热、热解、以及大部分气化还原反应，其前端与生物质进料口相连，后端与固定碳燃尽床仓室连接；其腔体由起到气/料分离作用的上部气料分离隔网及用于承载并作为成型燃料反应床的气化床管壁组成；内部由两端均连接有传动齿轮的绞龙作为活动炉排，进行反应物料传送，绞龙的轴杆为分布大量孔洞的厚壁不锈钢管，用于将一次风送至气化室对应位置。

4)所述固定碳燃烧仓管壁主要由在内壁焊接有固定碳输送绞龙的固定碳燃烧仓管壁组成，其下部管壁将是小部分气化还原反应及固定碳氧化燃烧的主要场所；其上端连接气化室，用于承接未反应完全的固定碳，下端连接燃尽灰排渣口，用于排出反应完全的燃尽灰渣等固态组分；其反应所需的助燃氧气由均布的三次配风口提供。

5)所述燃烧器喷火口主要由接有螺旋纹的燃气-火焰螺旋缩进管，及下部密封上部布置多个燃烧器喷火口出气孔的燃烧器燃气喷出管共同组成，其中燃气由燃烧器喷火口出气孔喷出，四次助燃风在经过燃气-火焰螺旋缩进管压缩搅动后与燃气充分混合，并在喷出燃烧器喷火口后燃烧放热。

6)此外，所述的后部控制辅助仓主要为包裹在主体机壳内的各系统辅助部件如：传动电机、助燃风机、综合控制系统(含变频器、继电器等)、启动点火器件、助燃配风联箱等器械组成。

7)所述传动电机主要用于为前部反应仓的气化室绞龙及内壁焊接有固定碳输送绞龙的固定碳燃尽床提供旋转动力，电机收到控制指令开始转动后通过自带齿轮依次带动反应床行进齿轮、反应床行进主动齿轮、反应仓-燃尽仓联动传动齿轮、燃尽仓从动齿轮，从而使进料绞龙及固定碳输送绞龙获得一定转速的旋转动力。

8)所述助燃风机主要用于为成型燃料各阶段反应提供适量的助燃风(采用四次配风)，助燃风由助燃风机产生后进入助燃配风联箱，通过特殊结构的分风管路后按照一定比例分别进入四次配风口。

9)所述启动点火器主要用于在燃烧机启动时为气化室中颗粒燃料提供足够的前期反应热量；其本质上即是焊接在二次风供给管路上的电加热棒。

另外本发明提供技术特征还在于：所述生物质成型燃料通过外配输送装置的形式由生物质进料口直接进入气化室，随后在气化室呈持续运动状态依次发生预热干燥、挥发分析出、气化还原反应及固定碳氧化燃烧等过程；其中析出挥发分及气化反应分解出的可燃组分经过气料隔离板后进入气化气汇集预混仓，并最终由火口喷出与四次风混合后完全燃烧放热；而固定碳成分则在气化室末端落入固定碳燃尽床，并在此完成小部分的气化反应及全部的固定碳燃烧过程，所放出的热量通过气化室管壁及流动气流传入气化室，并用于维持反应供热及预热气化气组分；其固定碳完全燃烧后形成的燃尽灰及少量灰渣则最终由排渣口排出，为防止回风，出渣口处一般需要添加关风器。

本发明所提供的一种烧嘴式套管活动炉排生物质燃烧机，其有益效果在于：

1)本发明结构设计紧凑，减少了设备体积及其装配占地面积；其外形及使用功能上接近于燃气烧嘴，具有较好应用推广前景。

2)采用分区式气化燃烧机理及多方位立体四级配风系统，有效提升燃料的综合利用效率，从而提高了了本发明设备的综合热效率及燃料燃尽效率。

3)智能化的控制系统设计及友好的人机交互界面，运行维护操作简单，适用性广。

4)设备机体采用全固态不锈钢结构设计，采用的技术原理成熟稳定，从而大大提升了本发明设备的持续稳定性。

5)燃烧机设计采用微正压燃烧形式，适用设备不需单配引风机，有效节约了使用成本。

6)本发明采用独特的气化式燃烧机理及全程绞龙活动炉排，从而对于不同种类燃料的适用性好，并具有良好的防结焦性能。

7)采用固气分离式清洁燃烧形式，燃烧火焰及烟气中粉尘及焦油成分较市场同类机型降低70％以上。

综上所述，本发明提供了一种高效节能，热效率高，稳定可靠，正压运行，低碳环保，操作简单，适用广泛的生物质多功能燃烧机。

附图说明

图1为一种烧嘴式套管活动炉排生物质燃烧机外形图；

图2为图1正面剖视图；

图3为图2沿A-A面剖图；

图4为图2沿B-B面剖图。

附图中：1-喷嘴外壳；2-主体机壳；3-生物质进料口；4-燃尽灰排渣口；5-风机吸风口；6-燃烧器喷火口；7-进料绞龙；8-气化室；9-气料分离隔网；10-气化床管壁；11-气化气汇集预混仓；12-固定碳燃尽床；13-气化气汇集预混仓管壁；14-固定碳输送绞龙；15-固定碳燃烧仓管壁；16-四次配风室；17-一次热解气化配风孔；18-燃气-火焰螺旋缩进管；19-燃烧器喷火口出气孔；20-助燃风机；21-反应床行进齿轮；22-传动电机；23-助燃配风联箱；24-一次配风口；25-二次配风口；26-三次配风口；27-四次配风口；28-电机轴承固定管；29-反应床行进主动齿轮；30-反应仓-燃尽仓联动传动齿轮；31-燃尽仓从动齿轮；32-启动点火器。

具体实施方法

如图1所示的实施例中，本发明提供的一种烧嘴式套管活动炉排生物质燃烧机，按照具体功能及操作温度的差别可分为前部反应仓及后部控制辅助仓；其中前部反应仓呈圆筒形，外部包括喷嘴外壳(1)、生物质进料口(3)、燃尽灰排渣口(4)及燃烧器喷火口(6)；而后部反应仓外部包括主体机壳(2)、风机吸风口(5)及智能控制面板等。

优选的，结合附图2、3、4所示的具体实施例中，燃烧机的前部反应仓由内到外分别由气化床管壁(10)【上部为气料分离隔网(09)】、气化气汇集预混仓管壁(13)、固定碳燃烧仓管壁(15)及喷嘴外壳(1)四层同心套管按照功能形式连接组成；将前部反应仓内部按照功能区域的不同分为气化室(8)、气化气汇集预混仓(11)、固定碳燃尽床(12)及四次配风室(16)。

优选的气化室(8)主要由作为反应仓壁的气料分离隔网(09)、气化床管壁(10)，及作为传动装置及活动炉排的进料绞龙(07)组成；其后端上部通过斜坡滑道与生物质进料口(3)相连通，生物质成型燃料由生物质进料口(3)在重力作用下持续进入气化室(8)，并在进料绞龙(07)推动下逐步前行依次完成成型燃料的预热干燥、挥发分析出、及大部分气化还原反应；其反应中析出的挥发分及气化气体上升穿过气料分离隔网(09)进入气化气汇集预混仓(11)；而未反应完全的固定碳由气化室(8)前端下部沉降落入固定碳燃尽床(12)。

优选的固定碳燃尽床主要由固定碳燃烧仓管壁15及焊接在其内部的固定碳输送绞龙(14)组成；燃尽的灰渣在其后部下端通过连有关风器的燃尽灰排渣口(04)排出；本阶段反应的主要产品为热能，这部分热能将全部用于气化室反应温度维持及气化气成分的预热升温。

优选的汇集在气化气汇集预混仓(11)中的挥发分及气化气在预热升温后在三次配风鼓送及四次配风负压抽引作用下经过燃烧器喷火口出气孔(19)扰流最终与四次风充分混合后由燃烧器喷火口(06)喷出并完全燃烧放热。

优选的燃烧机系统采用四次立体配风系统，所有助燃配风均由后部辅助控制箱中的助燃风机(20)吸送，助燃风机(20)吸送的的空气进入助燃配风联箱(23)并通过其内部设置的分风器依次按比例分别进入四次配风管路，从合理设计的位置进入反应各个阶段参与反应。

优选的整个系统内部成型燃料输送传动动力均由位于后部辅助控制箱的传动电机(22)产生，然后依次通过反应床行进齿轮(21)、反应床行进主动齿轮(29)、反应仓-燃尽仓联动传动齿轮(30)及燃尽仓从动齿轮(31)共同联动带动进料绞龙(07)及固定碳输送绞龙(14)传动从而促进反应在流动状态下持续进行。

最后，系统的控制采用PLC自动化联动设计，结合MCGS可视化触屏操作；系统整体未设置料仓及灰室，结合外部燃料输送技术将进一步提升燃烧机的可操作性。

Claims (9)

1.一种烧嘴式套管活动炉排生物质燃烧机，采用多级分区式气化燃烧机理，属于活动炉排结构，其特征在于：燃烧机主体采用套管式分层反应床结构，套筒管将燃烧机内部由内到外依次分为气化室(8)、气化气汇集预混仓(11)、固定碳燃尽床(12)、四次配风室(16)四个反应仓室；配套的燃烧机助燃空气采用四级多向配风，助燃风机(20)空气通过风机吸风口(05)吸入经过助燃配风联箱(23)分配后分别由一次热解气化配风孔(17)、二次配风口(25)、三次配风口(26)、四次配风口(27)为燃烧机气化燃烧各阶段提供适量稳定的配风；燃烧机送料、灰渣清除动力主要来源于位于主体机壳(2)内的传动电机(22)，该动力主要通过反应床行进齿轮(21)、反应床行进主动齿轮(29)、反应仓-燃尽仓联动传动齿轮(30)、燃尽仓从动齿轮(31)进行传输；成型燃料的进入及灰渣的排出分别通过生物质进料口(03)及燃尽灰排渣口(04)，传输动力由外配输送装置提供；燃烧机的启动通过启动点火器(32)加热二次配风过程实现；生物质气化燃气由气化室(08)产生后通过气化气汇集预混仓(11)汇集稳定最终由燃烧器喷火口出气孔(19)喷出并与经燃气-火焰螺旋缩进管(18)处理的四次空气配风充分混合并在燃烧器喷火口(06)出燃烧放热。

2.根据权利要求1所述的一种烧嘴式套管活动炉排生物质燃烧机，其特征在于燃烧机主体由前后两部分组成，前部分为反应功能部件区，属于高温区域；后部分为辅助控制功能区，属于低温区域，其中前部分将作为生物质燃料气化及燃烧各阶段反应的主要场所，而后部分则为前部分功能辅助服务区，主要包括：控制系统、助燃风机(20)、传动电机(22)、助燃配风联箱(23)。

3.根据权利要求1所述的一种烧嘴式套管活动炉排生物质燃烧机，其特征在于：以从动于传动电机(22)并带有一次热解气化配风孔(17)的进料绞龙(07)配合气化床管壁(10)的结构替代市面常见的活动炉排，所述的气化床管壁(10)由两个半圆管组成，其中上侧半圆管分布有大量的通气小孔，用于生物质气化气体的排出；而下侧半圆管则是堆积反应成型燃料的主要场所。

4.根据权利要求1所述的一种烧嘴式套管活动炉排生物质燃烧机，其特征在于：燃烧机助燃风通过助燃风机(20)由风机吸风口(05)吸入，并在助燃配风联箱(23)中进行分配；一次风通过进料绞龙(07)内壁经一次热解气化配风孔(17)进入气化室(8)，二次风通过对应配风管路最终也由二次配风口(25)喷入气化室(8)，一次风及二次风相结合为成型燃料在气化室内的各阶段反应提供了适量的配风；三次风由三次配风口(26)进入固定碳燃尽床(12)协助完成固定碳部分进行相应反应；四次风则由四次配风口(27)喷出后在燃烧器喷火口(6)与燃气混合进行燃烧放热。

5.根据权利要求1所述的一种烧嘴式套管活动炉排生物质燃烧机，其特征在于：燃烧机内部传动机械动力由传动电机(22)提供，传动电机(22)通过反应床行进齿轮(21)旋转将机械能传递给进料绞龙(07)从而有效推动成型燃料及其各阶段反应后的固体物在气化室(8)内行进流动；同时位于进料绞龙(07)末端的反应仓-燃尽仓联动传动齿轮(30)将机械能传递给燃尽仓从动齿轮(31)，并带动固定碳燃烧仓管壁(15)及固定碳输送绞龙(14)旋转用于继续传送在气化室(8)内未反应完全的固定碳及其燃尽灰渣。

6.根据权利要求1所述的一种烧嘴式套管活动炉排生物质燃烧机，其特征在于：气化反应正常运行后启动点火器(32)即可关闭，各处反应维持所需消耗的热量主要通过在固定碳燃尽床(12)上成型燃料固定碳部分的燃烧放热提供。

7.根据权利要求1所述的一种烧嘴式套管活动炉排生物质燃烧机，其特征在于：燃烧机结构不配备固定料仓及灰室，成型燃料的输入及燃尽灰渣的排出结合外置输送设备实现。

8.根据权利要求1所述的一种烧嘴式套管活动炉排生物质燃烧机，其特征在于：成型燃料的干燥、裂解，绝大部分气化过程在气化室(08)中进行，小部分气化及固定碳氧化燃烧过程在固定碳燃尽床(12)上进行，反应速率通过控制管体绞龙转动速率进行控制。

9.根据权利要求1所述的一种烧嘴式套管活动炉排生物质燃烧机，其特征在于：燃烧机供料及配风采用联动控制,运行中需要调整燃烧机运行燃烧功率时仅需调节生物质进料口(3)供料速率快慢，助燃风机(20)及传动电机(22)将通过智能控制系统按照既定程序进行实时智能调整。