CN108253409A - 高效超低排放蓄热式多燃料气化燃烧锅炉 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高效超低排放蓄热式多燃料气化燃烧锅炉系统，包括气化装置、蓄热式燃烧锅炉、四通阀、稀碱液喷淋塔、换热器、鼓风机、主烟气管道和次烟气管道；气化装置用于将固体燃料气化成燃气，并将其输送至蓄热式燃烧锅炉；蓄热式燃烧锅炉包括燃烧室、中间换热管束和蓄热式燃烧器，燃烧后产生的部分烟气经蓄热式燃烧器放热后排入主烟气管道，另一部分烟气进入中间换热管束换热后进入稀碱液喷淋塔实现初级脱硫和降温，次烟气管道和主烟气管道的末端均接入换热器，实现进一步的降温和脱硫后得以排放。本发明解决了气化燃气燃烧不稳定的问题，降低了氮氧化物及硫化物的排放，并解决了燃气中的焦油在下游管路冷凝的问题。

Description

高效超低排放蓄热式多燃料气化燃烧锅炉
技术领域
本发明涉及一种燃烧锅炉，尤其涉及一种高效超低排放蓄热式多燃料气化燃烧锅炉。
背景技术
雾霾等大气污染的频繁发生使得煤炭的使用受到了极大的限制，因而，节能减排、污染控制成为当今世界的潮流。其中，将固体燃料如煤炭、生物质先通过气化技术转化为洁净燃气再利用就是一种非常有前景的燃料清洁利用的方式。特别是在天然气供应严重不足的情况下，固体燃料的气化再利用成为了一种非常合理的替代选择。固体燃料气化后再利用的优点主要包括以下几点：
(1)气化后，燃料含灰量(特别生物质燃料中的碱金属含量)大幅度下降，有利于降低排烟中的烟尘浓度；
(2)燃烧过程的过量空气系数明显下降，总烟气量的下降有利于降低排烟损失；
(3)实际烟气量的降低有利于提高了烟气中的水蒸汽浓度，使的水蒸汽的潜热回收能力明显增大，从而可以明显提高热利用设备的热效率。
(4)因固体燃料气化后的燃气热值较低，其燃烧过程中NOx的排放也比天然气低得多。
然而，固体燃料气化后也存在一些不足，主要体现在：
(1)气化燃气热值较低，易出现燃烧不稳定现象；
(2)气化燃气中含有较多的高沸点焦油，一旦降温则会发生冷凝，从导致管路狭窄、堵塞等诸多问题，影响设备正常使用；
(3)煤、生物质等固体燃料中的硫含量远高于天然气，仍然需要专门增设高效脱硫装置，造成成本的增加。
由此可见，现有技术有待于进一步的改进和提高。
发明内容
本发明为避免上述现有技术存在的不足之处，提供了一种高效超低排放蓄热式多燃料气化燃烧锅炉。
本发明所采用的技术方案为：
一种高效超低排放蓄热式多燃料气化燃烧锅炉系统，包括气化装置、蓄热式燃烧锅炉、四通阀、稀碱液喷淋塔、换热器、鼓风机、主烟气管道和次烟气管道；所述气化装置用于将固体燃料气化成燃气，并将燃气输送至蓄热式燃烧锅炉；所述蓄热式燃烧锅炉包括燃烧室、中间换热管束、第一蓄热式燃烧器、第二蓄热式燃烧器、第一烧嘴和第二烧嘴，第一蓄热式燃烧器通过第一烧嘴与燃烧室相连通，第二蓄热式燃烧器通过第二喷嘴与燃烧室相连通；所述第一蓄热式燃烧器和第二蓄热式燃烧器交替运行，当冷空气经鼓风机、四通阀、第一蓄热式燃烧器进入燃烧室内作为高温助燃空气，在燃烧室内与来自气化装置的燃气一起燃烧时，燃烧后产生的一部分烟气经第二蓄热式燃烧器放热后排入主烟气管道，当冷空气经鼓风机、四通阀、第二蓄热式燃烧器进入燃烧室内作为高温助燃空气，在燃烧室内与来自气化装置的燃气一起燃烧时，燃烧后产生的一部分烟气经第一蓄热式燃烧器放热后排入主烟气管道；燃烧后产生的另一部分烟气进入中间换热管束换热后排入次烟气管道，所述稀碱液喷淋塔设置在次烟气管道上，稀碱液喷淋塔内能够喷洒稀碱液，进入稀碱液喷淋塔内的烟气能够实现初级脱硫和降温，次烟气管道和主烟气管道的末端均接入所述换热器，来自主、次烟气管道内的烟气进入所述换热器实现进一步的降温后，最终排入大气。
所述燃烧室内设置有分流器，燃气与助燃空气燃烧后产生的烟气经所述分流器实现分流，分流后一部分烟气经第一蓄热式燃烧器或第二蓄热式燃烧器放热后进入主烟气管道，另一部分进入中间换热管束。
所述高效超低排放蓄热式多燃料气化燃烧锅炉系统还包括烟气混合管道和氧化剂喷射器，主、次烟气管道的末端均与所述烟气混合管道相连，来自主、次烟气管道内的烟气在烟气混合管道内混合，且氧化剂喷射器向所述烟气混合管道内喷射强氧化剂。
所述换热器为冷凝式氟塑料换热器。
所述冷凝式氟塑料换热器内盛装有流动的冷凝液和脱硫剂。
经所述冷凝式氟塑料换热器冷凝、脱硫后的烟气，一部分排入大气，另一部分经与所述冷空气混合经鼓风机、四通阀进入第一蓄热式燃烧器或第二蓄热式燃烧器。
所述高效超低排放蓄热式多燃料气化燃烧锅炉还包括引射器，该引射器以蓄热式多燃料气化燃烧锅炉系统产生的高温蒸汽或高温烟气为介质，对所述气化装置产生的燃气进行引射，以形成高压、高速燃气射流，并进入到燃烧室内进行燃烧。
所述第一蓄热式燃烧器和第二蓄热式燃烧器对称布置在燃烧室的两侧。
所述第一蓄热式燃烧器和第二蓄热式燃烧器采用非对称的方式布置在燃烧室外侧。
由于采用了上述技术方案，本发明所取得的有益效果为：
1、本发明采用蓄热式燃烧技术来解决低热值燃烧不稳定的问题，大幅降低了氮氧化物的排放，且采用蓄热式燃烧技术所带来的低过量空气系数、低排烟温度和烟气中水蒸汽的潜热回收，大幅提高了本发明中锅炉系统的热效率。
2、本发明中的气化装置能够将固体燃料中的大多数灰分留在气化装置内，从而大幅减少了烟气含尘量。此外，气化装置产生的燃气经引射器后被传送至燃烧室，引射器引射燃烧室内的部分高温烟气或高温蒸汽，对离开气化装置后富含焦油的燃气进行升温，克服了焦油在下游管路冷凝所造成的狭窄、堵塞等问题，保证了设备的正常运行。
3、本发明通过设置中间换热管束分流部分烟气以及引入脱硫降温后的烟气与助燃空气混合的方法，解决了因蓄热式燃烧锅炉两侧水当量不平衡所导致的排烟温度过高的问题。而且，将脱硫降温后的烟气与助燃空气混合，还能够降低助燃空气中的氧含量，并与蓄热式烧嘴的抑氮效应一起，大幅降低了氮氧化物的生成。
4、本发明通过在中间换热管束的出口处设置稀碱液喷淋塔，实现了烟气的高效脱硫脱硝和除尘。
5、本发明采用冷凝式氟塑料换热器，回收烟气中水蒸汽潜热，同时还借助氟塑料管增大了脱硫剂和氧化剂与烟气的接触面积，从而实现了高效脱硫脱硝。借助氟塑料管所具有的自清洁特性，使得脱硫剂及产物能及时离开关闭，大大降低了管间堵塞的可能性。
附图说明
图1为本发明的系统原理图。
图2为本发明中蓄热式燃烧技术的原理图。
其中，
1、第一蓄热式燃烧器 2、第二蓄热式燃烧器 3、中间换热管束 4、次烟气管道5、稀碱液喷淋塔 6、换热器 7、四通阀 8、鼓风机 9、引风机 10、烟囱 11、燃烧室 12、第一烧嘴13、第二烧嘴 14、再循环烟气管路
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施例。
如图1和图2所示，一种高效超低排放蓄热式多燃料气化燃烧锅炉系统，包括气化装置、蓄热式燃烧锅炉、四通阀7、稀碱液喷淋塔5、换热器6、鼓风机8、主烟气管道和次烟气管道4。
所述气化装置用于将固体燃料(如煤炭、生物质)气化成燃气，并将燃气输送至蓄热式燃烧锅炉。所述气化装置采用的是上吸式固定床气化炉。
所述高效超低排放蓄热式多燃料气化燃烧锅炉还包括引射器，该引射器以蓄热式多燃料气化燃烧锅炉系统产生的高温蒸汽或高温烟气为介质，对所述气化装置产生的燃气进行引射，以形成高压、高速燃气射流，并进入蓄热式燃烧锅炉内进行燃烧。所述引射器引射锅炉内的高温蒸汽或高温烟气与气化燃气混合，对离开气化装置后的富含焦油的燃气升温50℃左右，从而解决了焦油在下游管路因冷凝而导致的管路堵塞问题。
所述蓄热式燃烧锅炉包括燃烧室11、中间换热管束3、第一蓄热式燃烧器1、第二蓄热式燃烧器2、第一烧嘴12和第二烧嘴13。第一蓄热式燃烧器1通过第一烧嘴12与燃烧室11相连通，第二蓄热式燃烧器2通过第二喷嘴13与燃烧室11相连通。所述第一蓄热式燃烧器1和第二蓄热式燃烧器2可对称布置在燃烧室11的两侧，也可采用非对称的方式在燃烧室11外集中布置。
所述燃烧室11内设置有分流器，燃气与助燃空气燃烧后产生的烟气经所述分流器实现分流，分流后一部分烟气经第一蓄热式燃烧器1或第二蓄热式燃烧器2放热后进入主烟气管道，另一部分进入中间换热管束3。图1中的箭头方向代表烟气流动方向。
所述第一蓄热式燃烧器1和第二蓄热式燃烧器2交替运行：
当冷空气经鼓风机8、四通阀7、第一蓄热式燃烧器1进入燃烧室11内作为高温助燃空气，在燃烧室11内与来自气化装置的燃气一起燃烧时，燃烧后产生的一部分烟气经第二烧嘴13喷入第二蓄热式燃烧器2，以辐射和对流的方式迅速将热量传递至第二蓄热式燃烧器2内的蓄热体实现放热，烟气放热后温度降至100℃以下，之后排入主烟气管道；
如图2所示，经过一定时间间隔后，四通阀7换向，使冷空气经鼓风机8、四通阀7、第二蓄热式燃烧器2进入燃烧室11内作为高温助燃空气，冷空气流经第二蓄热式燃烧器2时，第二蓄热式燃烧器2内的蓄热体将热量迅速传递给空气，使其被预热至1000℃以上，成为高温助燃空气，并经第二烧嘴13喷入燃烧室11与燃气一起燃烧，燃烧后产生的一部分烟气经第一烧嘴12喷入第一蓄热式燃烧器1放热后排入主烟气管道。
所述第一、第二蓄热式燃烧器交替运行实现了烟气余热的极限回收和助燃空气的预热。
燃烧后产生的另一部分烟气进入中间换热管束3换热后排入次烟气管道4，中间换热管束3内注有冷水，进入中间换热管束3的烟气首先在中间换热管束3内放热降温，离开中间换热管束3时，该部分烟气的温度约为150℃～200℃，随后经次烟气管道4接入所述稀碱液喷淋塔5，稀碱液喷淋塔5内能够喷洒稀碱液，进入稀碱液喷淋塔内的烟气能够实现初级脱硫和降温，经稀碱液喷淋塔5排出的烟气温度降至100℃左右，烟气中的水蒸汽达到饱和。
所述高效超低排放蓄热式多燃料气化燃烧锅炉系统还包括烟气混合管道和氧化剂喷射器，主、次烟气管道的末端均与所述烟气混合管道相连，来自主、次烟气管道内的烟气在烟气混合管道内混合，且氧化剂喷射器向所述烟气混合管道内喷射强氧化剂，如双氧水。
所述烟气混合管道的末端均接入所述换热器6，所述换热器6为冷凝式氟塑料换热器。所述冷凝式氟塑料换热器内盛装有流动的冷凝液和脱硫剂。烟气进入冷凝式氟塑料换热器后自上向下流动，冷凝液也自上向下流动，这样可以增加脱硫剂和强氧化剂与烟气的接触时间，从而明显提高脱硫、脱硝效率以及脱硫剂、强氧化剂的利用率。所述冷凝式氟塑料换热器采用小直径密排管形式，可以增强换热系数。此外，因为氟塑料材料本身具有的良好的自清洁能力，脱硫剂和反应产物可以很容易的离开所述冷凝式氟塑料换热器而不会导致堵塞。
来自主、次烟气管道内的烟气进入所述换热器6实现进一步的降温后，大部分经引风机9通过烟囱10排入大气，只有一小部分得以循环经再循环烟气管路14与所述冷空气混合经鼓风机8、四通阀7进入第一蓄热式燃烧器1或第二蓄热式燃烧器2，这样一方面可以增加助燃空气侧混合气体的吸热量，另一方面，助燃空气中的氧气浓度被明显稀释，从而可大幅降低燃烧过程中氮氧化物的排放。
所述蓄热式燃烧锅炉除了为所述引射器提供所需高温蒸汽或高温烟气这类用于对气化后的燃气进行加压、加速的介质外，还通过外接装置对外供送热水或者蒸汽。
需要说明的是，本发明中的蓄热式燃烧锅炉内不仅仅可注入气化固体燃料所的的气化燃气，也可向锅炉内注入天然气。
本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种高效超低排放蓄热式多燃料气化燃烧锅炉系统，其特征在于，
包括气化装置、蓄热式燃烧锅炉、四通阀、稀碱液喷淋塔、换热器、鼓风机、主烟气管道和次烟气管道；
所述气化装置用于将固体燃料气化成燃气，并将燃气输送至蓄热式燃烧锅炉；
所述蓄热式燃烧锅炉包括燃烧室、中间换热管束、第一蓄热式燃烧器、第二蓄热式燃烧器、第一烧嘴和第二烧嘴，第一蓄热式燃烧器通过第一烧嘴与燃烧室相连通，第二蓄热式燃烧器通过第二喷嘴与燃烧室相连通；
所述第一蓄热式燃烧器和第二蓄热式燃烧器交替运行：当冷空气经鼓风机、四通阀、第一蓄热式燃烧器进入燃烧室内作为高温助燃空气，在燃烧室内与来自气化装置的燃气一起燃烧时，燃烧后产生的一部分烟气经第二蓄热式燃烧器放热后排入主烟气管道；当冷空气经鼓风机、四通阀、第二蓄热式燃烧器进入燃烧室内作为高温助燃空气，在燃烧室内与来自气化装置的燃气一起燃烧时，燃烧后产生的一部分烟气经第一蓄热式燃烧器放热后排入主烟气管道；
燃烧后产生的另一部分烟气进入中间换热管束换热后排入次烟气管道，所述稀碱液喷淋塔设置在次烟气管道上，稀碱液喷淋塔内能够喷洒稀碱液，进入稀碱液喷淋塔内的烟气能够实现初级脱硫和降温，次烟气管道和主烟气管道的末端均接入所述换热器，来自主、次烟气管道内的烟气进入所述换热器实现进一步的降温后，最终排入大气。
2.根据权利要求1所述的一种高效超低排放蓄热式多燃料气化燃烧锅炉系统，其特征在于，
所述燃烧室内设置有分流器，燃气与助燃空气燃烧后产生的烟气经所述分流器实现分流，分流后一部分烟气经第一蓄热式燃烧器或第二蓄热式燃烧器放热后进入主烟气管道，另一部分进入中间换热管束。
3.根据权利要求1所述的一种高效超低排放蓄热式多燃料气化燃烧锅炉系统，其特征在于，
所述高效超低排放蓄热式多燃料气化燃烧锅炉系统还包括烟气混合管道和氧化剂喷射器，主、次烟气管道的末端均与所述烟气混合管道相连，来自主、次烟气管道内的烟气在烟气混合管道内混合，且氧化剂喷射器向所述烟气混合管道内喷射强氧化剂。
4.根据权利要求1所述的一种高效超低排放蓄热式多燃料气化燃烧锅炉系统，其特征在于，
所述换热器为冷凝式氟塑料换热器。
5.根据权利要求4所述的一种高效超低排放蓄热式多燃料气化燃烧锅炉系统，其特征在于，
所述冷凝式氟塑料换热器内盛装有流动的冷凝液和脱硫剂。
6.根据权利要求1所述的一种高效超低排放蓄热式多燃料气化燃烧锅炉系统，其特征在于，
经所述冷凝式氟塑料换热器冷凝、脱硫后的烟气，一部分排入大气，另一部分经与所述冷空气混合经鼓风机、四通阀进入第一蓄热式燃烧器或第二蓄热式燃烧器。
7.根据权利要求1所述的一种高效超低排放蓄热式多燃料气化燃烧锅炉系统，其特征在于，
所述高效超低排放蓄热式多燃料气化燃烧锅炉还包括引射器，该引射器以蓄热式多燃料气化燃烧锅炉系统产生的高温蒸汽或高温烟气为介质，对所述气化装置产生的燃气进行引射，以形成高压、高速燃气射流，并进入到燃烧室内进行燃烧。
8.根据权利要求1所述的一种高效超低排放蓄热式多燃料气化燃烧锅炉系统，其特征在于，
所述第一蓄热式燃烧器和第二蓄热式燃烧器对称布置在燃烧室的两侧。
9.根据权利要求1所述的一种高效超低排放蓄热式多燃料气化燃烧锅炉系统，其特征在于，
所述第一蓄热式燃烧器和第二蓄热式燃烧器采用非对称的方式布置在燃烧室外侧。
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