CN107084386A - 一种生物质集成气化燃烧锅炉系统 - Google Patents

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李强
李振新
周亚军
陈琦勇
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    • F23B90/04Combustion methods not related to a particular type of apparatus including secondary combustion
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    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23JREMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J1/00Removing ash, clinker, or slag from combustion chambers

Abstract

本发明公开了一种生物质集成气化燃烧锅炉系统,用于生物质气化燃烧设备技术领域,包括生物质气化炉本体、集成燃烧系统和生物质气燃烧锅炉,所述集成燃烧系统集成在生物质气化炉本体和生物质气燃烧锅炉之间,生物质气化炉本体的燃气出口与集成燃烧系统的进口直接相连,集成燃烧系统的出口与生物质气燃烧锅炉的进口直接相连。本发明通过上述技术方案,采用集成设计,彻底解决了生物气燃烧不完全,系统结构庞大,焦油含量高且清理困难,总体热效率低的难题,本系统的总体热效率可以实现90%。

Description

一种生物质集成气化燃烧锅炉系统
技术领域
[0001] 本发明用于生物质气化燃烧设备技术领域,特别是涉及一种生物质集成气化燃烧 锅炉系统。
背景技术
[0002] 生物质气化燃烧技术是清洁能源燃烧范围,传统的生物质气化炉由于结构原因, 带来了生物气燃烧不完全,系统结构庞大,焦油含量高且清理困难,总体热效率不足7〇%,详 见弊端如下: 传统的生物质气化系统都是气化炉,锅炉及其燃烧装置分别独立设置,气化炉产生的 燃气通过除尘措施供给生物质燃烧器燃烧,燃烧的烟气送入锅炉设备换热,气化燃烧系统 工艺流程复杂,气体经中间输送管道冷却产生大量的焦油,管道清理困难,不完全燃烧热损 失较大,设备经过多级串联后总体热效率不足70%,热损失较大。
[0003] 传统的生物质控制系统需要专门的外置式生物质燃烧器,外置式生物质燃烧器制 造成本高,使用寿命短,散热损失大,经济性低。
发明内容
[0004] 为解决上述问题,本发明提供一种生物质集成气化燃烧锅炉系统,其采用集成设 计,彻底解决了生物气燃烧不完全,系统结构庞大,焦油含量高且清理困难,总体热效率低 的难题,本系统的总体热效率可以实现90%。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种生物质集成气化燃烧锅炉系 统,包括生物质气化炉本体、集成燃烧系统和生物质气燃烧锅炉,所述集成燃烧系统集成在 生物质气化炉本体和生物质气燃烧锅炉之间,生物质气化炉本体的燃气出口与集成燃烧系 统的进口直接相连,集成燃烧系统的出口与生物质气燃烧锅炉的进口直接相连。
[0006] 进一步作为本发明技术方案的改进,所述生物质气化炉本体包括膜式壁管子,膜 式壁管子内部形成膜式壁反应仓,膜式壁反应仓的顶部设有入料口和燃气出口,生物质气 化炉本体上部左右对称布置重力防爆门,膜式壁反应仓的底部设有偏心转动炉排,偏心转 动炉排的底部设有出渣口。
[0007] 进一步作为本发明技术方案的改进,所述生物质气化炉本体在膜式壁反应仓的中 部横向布置中心风管,中心风管外设有碳化硅保护套。
[0008] 进一步作为本发明技术方案的改进,所述集成燃烧系统包括集成在燃气出口和生 物质气燃烧锅炉的进口之间的喉管以及设在所述喉管或生物质气燃烧锅炉的进口位置的 天然气点火装置和火焰检测装置,所述喉管内形成一次燃烧室,生物质气燃烧锅炉中在对 应喉管的位置沿气流方向形成二次燃烧室和三次燃烧室,所述一次燃烧室、二次燃烧室和 三次燃烧室均具有截面呈圆形的内腔,所述内腔上设有切向的配风管。
[0009] 进一步作为本发明技术方案的改进,所述生物质气燃烧锅炉中沿气流方向在三次 燃烧室的后方炉腔内径扩大形成扩散沉降再燃室。
[0010] 进一步作为本发明技术方案的改进,所述生物质气燃烧锅炉包括与集成燃烧系统 直接对接的中部竖井和与中部竖井对接的尾部竖井,所述中部竖井和尾部竖井通过底部的 侧孔直接导通,中部竖井和尾部竖井内部组成呈U形的炉腔,所述炉腔的内壁上沿气流方向 设有若干清灰门,尾部竖井的顶部设有引风机和烟肉,中部竖井和尾部竖井的下端均设有 呈漏斗状的膜式壁焦油沉降室,膜式壁焦油沉降室的底部设有清灰排焦装置。
[0011] 进一步作为本发明技术方案的改进,所述中部竖井内于扩散沉降再燃室的下方设 有对流管束,所述对流管束倾斜设置,对流管束上设有吹灰器。
[0012] 进一步作为本发明技术方案的改进,所述尾部竖井内设有空气预热器,空气预热 器通过气化风管与中心风管相连,气化风管上设有可将流经空气预热器的气流送入中心风 管的气化风机,所述空气预热器通过燃烧风管与配风管相连,还包括与空气预热器相通的 燃烧风机,所述燃烧风机可产生流经空气预热器后进入配风管的气流。
[0013] 进一步作为本发明技术方案的改进,所述尾部竖井内沿气流方向于空气预热器的 后方设有不锈钢薄壁常压节能器。
[0014] 进一步作为本发明技术方案的改进,还包括上料系统,所述上料系统包括沿物料 输送方向依次设置的提升机、螺旋输送机和设在入料口处的料位限制布料器,所述提升机 的底部入口处设有上料斗,提升机的顶部出口与螺旋输送机之间设有顶部料仓,所述顶部 料仓的入口处设有上闸板,顶部料仓的出口处设有下闸板,所述料位限制布料器的底平面 低于燃气出口的下平面,所述螺旋输送机的螺距沿输送方向逐渐变大。
[0015] 本发明的有益效果:本发明摒弃传统的生物质气化系统都中气化炉、锅炉及其燃 烧装置分别独立设置的结构形式,气化炉产生的燃气直接供给集成燃烧系统燃烧,燃烧的 烟气直接送入锅炉设备换热,气化燃烧系统工艺流程简单,避免气体经中间输送管道冷却 产生大量的焦油,管道清理方便,避免设备经过多级串联后总体热效率可以实现90%,热损 失小。
[0016] 同时,摒弃传统的生物质控制系统需要专门的外置式生物质燃烧器的方式,采用 集成燃烧系统,制造成本低,使用寿命长,散热损失小,经济性高。
附图说明
[0017] 下面结合附图对本发明作进一步说明: 图1是本发明结构示意图。
具体实施方式
[0018] 参照图1,其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构。以下将详细说明本发明各 部件的结构特点,而如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时,是以图1所示的结构为 参考描述,但本发明的实际使用方向并不局限于此。
[0019] 本发明提供了一种生物质集成气化燃烧锅炉系统,包括生物质气化炉本体1、集成 燃烧系统2和生物质气燃烧锅炉3,所述集成燃烧系统2集成在生物质气化炉本体1和生物质 气燃烧锅炉3之间,生物质气化炉本体1的燃气出口与集成燃烧系统2的进口直接相连,集成 燃烧系统2的出口与生物质气燃烧锅炉3的进口直接相连。本发明摒弃传统的生物质气化系 统都中气化炉、锅炉及其燃烧装置分别独立设置的结构形式,生物质气化炉本体1产生的燃 气直接供给集成燃烧系统2燃烧,燃烧的烟气直接送入生物质气燃烧锅炉3换热,气化燃烧 系统工艺流程简单,避免气体经中间输送管道冷却产生大量的焦油,管道清理方便,避免设 备经过多级串联后总体热效率可以实现9〇%,热损失小。
[0020] 同时,摒弃传统的生物质控制系统需要专门的外置式生物质燃烧器的方式,采用 集成燃烧系统2,制造成本低,使用寿命长,散热损失小,经济性高。
[0021] 传统的气化炉本体结构不合理,气化效率和经济性很低。传统的气化炉本体里边 没有水冷壁受热面,都是依靠水冷夹套进行循环冷却,循环水再通过冷却塔散热,散热损失 高达8-10%,造成极大的热能浪费。而且,传统的气化炉本体多采用固定炉排结构,即便采用 转动炉排也是同心结构,转动炉排没有足够的碎焦能力,特别是对结焦性强的生物质进行 气化,炉排常因为结焦而影响系统连续稳定的运行。此外,传统的气化炉本体防爆系统设置 困难,结构复杂,运行安全系数低。同时,传统的气化炉本体多为一次炉底风配风的上吸式 气化系统,燃气焦油成分高,即便布置竖吊中心管,也存在中心管水套水循环冷却造成严重 的热损失,存在长期运行时焦油堵塞中心风出口而无法在线清理的问题。
[0022]鉴于此,本发明中,所述生物质气化炉本体1包括膜式壁管子11,膜式壁管子11四 周围闭,膜式壁管子11内部形成膜式壁反应仓,膜式壁管子11外部做轻质保温,膜式壁管子 11 一是补充蒸发受热面,二是可以降低炉壁温度,防止生物质原料的高温气化挂焦问题,避 免了传统方式的水套冷却带走的热损失,提高了气化效率。生物质气化炉本体1上部左右对 称布置重力防爆门12,安全可靠。膜式壁反应仓的顶部设有入料口和燃气出口,膜式壁反应 仓的底部设有偏心转动炉排13,偏心转动炉排13可以击碎较大的焦块,扩大了生物质气化 原料的多样性,对易结焦生物质原料也容易保证气化出渣。偏心转动炉排13的底部设有出 渣口,出渣口处设置出渣料斗14。同时,所述生物质气化炉本体1在膜式壁反应仓的中部横 向布置中心风管15,中心风管15采用绝热结构,材质310S,中心风管15外设有碳化硅保护 套,没有水循环冷却器,避免了热损失,通过中心风管15二次点火,在中部形成一个新的氧 化区域,生物质气化炉本体1具有独特的双氧化区域,在中部氧化区域,焦油被进一步裂解 气化,形成了上吸,下吸,上吸工艺流程的气化炉结构,顶部出口燃气更加纯净,焦油含量极 低。
[0023]传统的生物质控制系统需要专门的外置式生物质燃烧器,外置式生物质燃烧器制 造成本高,使用寿命短,散热损失大,经济性低,独立外置式燃烧器难以实现分级燃烧,缺乏 一种集成的燃烧器设计系统。
[0024]鉴于此,本发明中,所述集成燃烧系统2包括集成在燃气出口和生物质气燃烧锅炉 3的进口之间的喉管21以及设在所述喉管21或生物质气燃烧锅炉3的进口位置的天然气点 火装置和火焰检测装置22,天然气点火装置和火焰检测装置22采用天然气自动点火和伴燃 系统,起炉阶段燃气品质低需要天然气伴燃,当稳定着火后,火焰检测信号控制天然气伴燃 熄灭,生物质气燃烧锅炉3进入稳定运行状态。所述喉管21内形成一次燃烧室,喉管21采用 绝热混凝土结构,具有足够的蓄热能力,强化焦油裂解燃烧。生物质气燃烧锅炉3中在对应 喉管21的位置沿气流方向形成二次燃烧室和三次燃烧室,所述一次燃烧室、二次燃烧室和 三次燃烧室均具有截面呈圆形的内腔,所述内腔上设有切向的配风管23。采用三级配风结 构,燃烧温度控制在850-900度区间,分级逐渐燃烧,氮化物形成少。
[0025]同时,所述生物质气燃烧锅炉3中沿气流方向在三次燃烧室的后方炉腔内径扩大 形成扩散沉降再燃室31,扩散沉降再燃室31使得燃气出口速度急速降低,形成火焰再燃火 口,保证燃气的燃尽。
[0026] 传统的生物质配置锅炉不是专门为生物质燃气专门设计,如用于生物气燃烧,结 构不合理: 1)传统的生物质燃气配置锅炉多为卧式内胆室燃锅炉,生物质焦油大量粘接管子受热 面,降低了传热系数,由于没有专门的吹灰装置,锅炉长期在低效率下运行。
[0027] 2)传统的生物质燃气配置锅炉没有专门的清焦清灰孔,没有专门的焦油沉降室, 大量焦油结焦凝聚,锅炉清理困难。
[0028] 3)传统的生物质燃气配置锅炉多没有空气预热器,即便有空气预热器也都布置在 省煤器后部,致使空预器出口温度偏低(小于60°),给低热值的生物质气的高效燃烧带来困 难,且极易腐蚀。
[0029] 4)传统的生物质燃气配置锅炉省煤器由于布置在空预器前部,多为低高压结构, 制造成本高,不易采用不锈钢薄壁管,传热欠佳。
[0030]鉴于此,本发明中,所述生物质气燃烧锅炉3包括与集成燃烧系统直接对接的中部 竖井32和与中部竖井32对接的尾部竖井33,中部竖井32四周采用全膜式壁结构,外部做轻 型保温,尾部竖井33采用轻型炉墙结构。所述中部竖井32和尾部竖井33通过底部的侧孔34 直接导通,中部竖井32和尾部竖井33内部组成呈U形的炉腔,所述炉腔的内壁上沿气流方向 设有若千清灰门30,尾部竖井的顶部设有引风机35和烟囱36,从而使烟囱36制造高度大大 降低,由于生物气含尘量和含硫量极少,因此不需要专门的除尘和脱硫设备,燃烧系统设计 分级低氮燃烧,生物气氮化物排放量较低,因此尾部烟气处理系统及其简化,占地面积小, 总投资规模较低。中部竖井32和尾部竖井33的下端均设有呈漏斗状的膜式壁焦油沉降室 37,烟气在此空间焦油和粉尘沉降,膜式壁焦油沉降室37的底部设有清灰排焦装置38,定期 通过清灰排焦装置清理,避免了传统式生物质锅炉到处漏焦油现象。
[0031] 所述中部竖井32内于扩散沉降再燃室37的下方设有对流管束39,所述对流管束39 倾斜设置,倾斜式对流管束39不容易积灰,焦油在管子壁面有流动性,对流管束39上设有吹 灰器310,配合吹灰器310可以保证管子壁面不挂焦。吹灰器310定期声波吹灰,保证管子表 面的干净,保持持久的高热效率。
[0032] 所述尾部竖井33内设有空气预热器311,空气预热器311通过气化风管幻2与中心 风管15相连,气化风管312上设有可将流经空气预热器311的气流送入中心风管I5的气化风 机313,所述空气预热器311通过燃烧风管314与配风管23相连,还包括与空气预热器311相 通的燃烧风机315,所述燃烧风机315可产生流经空气预热器311后进入配风管23的气流。中 心风管15取自空气预热器311高温风,温度300度,极大的提高了气化效率。配风管23取自空 气预热器311热风助燃,热风温度300度。空气预热器311位于不锈钢薄壁常压节能器的前 方。可以获得高的热风出口温度,热风出口温度为250度,可以保证低热值生物质燃气的良 好着火和燃尽,极大的降低了不完全燃烧热损失。
[0033]所述尾部竖井33内沿气流方向于空气预热器311的后方设有不锈钢薄壁常压节能 器316。由于空气预热器布置在不锈钢薄壁常压节能器316前面,进口温度降低,因此设计了 件不锈钢薄壁常压节能器316,省煤器设计薄壁管,壁厚2mm,薄壁管具有良好的传热性,生 物质锅炉硫含量低,腐蚀性能差,但为了保证省煤器强度和寿命,材质采用304不锈钢,具有 传热快,耐腐蚀,强度高,寿命长的特点,不锈钢薄壁常压节能器316进出水和软水箱进彳丁换 热循环,此外,不锈钢薄壁常压节能器316外也设置吹灰器31〇,吹灰器幻〇定期声波吹灰,保 证不锈钢薄壁常压节能器316表面的干净,保持持久的高热效率。
[0034]传统的上料系统密封不严,燃气外漏严重,螺旋输料器经常堵塞生物质原料。
[0035]鉴于此,本发明还包括上料系统,所述上料系统包括沿物料输送方向依次设置的 提升机41、螺旋输送机42和设在入料口处的料位限制布料器43,所述提升机41的底部入口 处设有上料斗44,提升机41的顶部出口与螺旋输送机42之间设有顶部料仓45,所述顶部料 仓45的入口处设有上闸板46,顶部料仓45的出口处设有下闸板47,上闸板46、下闸板47采用 液压互锁控制原理,上下闸板互相开合,密封生物气的回流反串,当下闸板47封闭时,上闸 板46打开,生物质原料进入顶部料仓45,当下闸板47打开时,上闸板46封闭,顶部料仓原料 进入螺旋输送机42上料。所述料位限制布料器43的底平面低于燃气出口的下平面,生物质 原料不易夹带进入^管燃烧,且粉尘量较少,尾部不易积灰。所述螺旋输送机42的螺距沿输 送方向逐渐变大。采用渐变螺距设计,生物质原料在输送过程中容易堵塞,螺旋输送机42尾 端螺距设计逐渐变大,解决了生物质原料在输送过程中的堵塞问题。
[0036]当然,本发明创造并不局限于上述实施方式,熟悉本领域的技术人员在不违背本 发明精神的前提下还可作出等同变形或替换,这些等同的变型或替换均包含在本申请权利 要求所限定的范围内。

Claims (10)

1. 一种生物质集成气化燃烧锅炉系统,其特征在于:包括生物质气化炉本体、集成燃烧 系统和生物质气燃烧锅炉,所述集成燃烧系统集成在生物质气化炉本体和生物质气燃烧锅 炉之间,生物质气化炉本体的燃气出口与集成燃烧系统的进口直接相连,集成燃烧系统的 出口与生物质气燃烧锅炉的进口直接相连。
2. 根据权利要求1所述的生物质集成气化燃烧锅炉系统,其特征在于:所述生物质气化 炉本体包括膜式壁管子,膜式壁管子内部形成膜式壁反应仓,膜式壁反应仓的顶部设有入 料口和燃气出口,生物质气化炉本体上部左右对称布置重力防爆门,膜式壁反应仓的底部 设有偏心转动炉排,偏心转动炉排的底部设有出渣口。
3. 根据权利要求2所述的生物质集成气化燃烧锅炉系统,其特征在于:所述生物质气化 炉本体在膜式壁反应仓的中部横向布置中心风管,中心风管外设有碳化硅保护套。
4. 根据权利要求3所述的生物质集成气化燃烧锅炉系统,其特征在于:所述集成燃烧系 统包括集成在燃气出口和生物质气燃烧锅炉的进口之间的喉管以及设在所述喉管或生物 质气燃烧锅炉的进口位置的天然气点火装置和火焰检测装置,所述喉管内形成一次燃烧 室,生物质气燃烧锅炉中在对应喉管的位置沿气流方向形成二次燃烧室和三次燃烧室,所 述一次燃烧室、二次燃烧室和三次燃烧室均具有截面呈圆形的内腔,所述内腔上设有切向 的配风管。
5. 根据权利要求4所述的生物质集成气化燃烧锅炉系统,其特征在于:所述生物质气燃 烧锅炉中沿气流方向在三次燃烧室的后方炉腔内径扩大形成扩散沉降再燃室。
6. 根据权利要求5所述的生物质集成气化燃烧锅炉系统,其特征在于:所述生物质气燃 烧锅炉包括与集成燃烧系统直接对接的中部竖井和与中部竖井对接的尾部竖井,所述中部 竖井和尾部竖井通过底部的侧孔直接导通,中部竖井和尾部竖井内部组成呈U形的炉腔,所 述炉腔的内壁上沿气流方向设有若干清灰门,尾部竖井的顶部设有引风机和烟囱,中部竖 井和尾部竖井的下端均设有呈漏斗状的膜式壁焦油沉降室,膜式壁焦油沉降室的底部设有 清灰排焦装置。
7.根据权利要求6所述的生物质集成气化燃烧锅炉系统,其特征在于:所述中部竖井内 于扩散沉降再燃室的下方设有对流管束,所述对流管束倾斜设置,对流管束上设有吹灰器。
8.根据权利要求6所述的生物质集成气化燃烧锅炉系统,其特征在于:所述尾部竖井内 设有空气预热器,空气预热器通过气化风管与中心风管相连,气化风管上设有可将流经空 气预热器的气流送入中心风管的气化风机,所述空气预热器通过燃烧风管与配风管相连, 还包括与空气预热器相通的燃烧风机,所述燃烧风机可产生流经空气预热器后进入配风管 的气流。
9.根据权利要求8所述的生物质集成气化燃烧锅炉系统,其特征在于:所述尾部竖井内 沿气流方向于空气预热器的后方设有不锈钢薄壁常压节能器。
10.根据权利要求2所述的生物质集成气化燃烧锅炉系统,其特征在于:还包括上料系 统,所述上料系统包括沿物料输送方向依次设置的提升机、螺旋输送机和设在入料口处的 料位限制布料器,所述提升机的底部入口处设有上料斗,提升机的顶部出口与螺旋输送机 之间设有顶部料仓,所述顶部料仓的入口处设有上闸板,顶部料仓的出口处设有下闸板,所 述料位限制布料器的底平面低于燃气出口的下平面,料位限制布料器上设有所述螺旋输送 机的螺距沿输送方向逐渐变大。
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