CN108916860B - 一种可连续工作的新型生物质固定床燃烧锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可连续工作的新型生物质固定床燃烧锅炉，属于燃烧锅炉技术领域。本发明的可连续工作的新型生物质固定床燃烧锅炉，包括锅炉本体，锅炉本体由床层和自由空间燃烧区间构成，床层主要由炉排和格栅构成，炉排分隔为进风区和排灰区，其中进风区加工有吹风孔，其下方对应设有风室，排灰区下方对应设有排灰室；炉排上方布置格栅，该格栅与锅炉底部的旋转驱动机构相连，并由程序控制其旋转速度。本发明通过格栅的运动来控制生物质料在炉内的停留时间，并保证锅炉连续运行。该锅炉整体结构紧凑，能有效提高生物质燃料的燃烧效率，且相比传统的层燃炉，该锅炉具有占地面价小，易于操作，建设成本低等显著特点。

Description

一种可连续工作的新型生物质固定床燃烧锅炉

技术领域

本发明属于燃烧锅炉技术领域，更具体地说，涉及一种可连续工作的新型生物质固定床燃烧锅炉。

背景技术

能源一直在我国经济发展和民众生活中扮演重要角色。当前我国能源消费需求增长强劲，供需矛盾进一步恶化，节能减排的任务依然艰巨。但现在我国煤炭燃烧设备的燃烧效率较低，产生大量有害气体，严重污染环境；现有的以热交换形式获得热量的锅炉、烘干线等设备，燃用较洁净的石油(轻柴油)、天然气虽可达到环保要求，但其成本高，给企业经营造成巨大的经济压力。因此应加大可再生能源的开发利用，减少对石化能源的依赖。

生物质能源作为煤、石油、天然气以外的第四大能源，是一种既环保又可再生循环利用的再生能源。生物质能源能够优化能源结构、缓解能源紧张压力、改善环境、促进经济社会可持续发展，同时我国的生物质资源丰富，因此其发展前景广阔。但生物质也具有一些显著的缺点，如能量密度小、热值低、成分复杂，容易引起积灰，结渣和腐蚀等问题。因此，为了提高生物质的燃烧效率，减少污染物的排放，降低生物质锅炉的维修成本，并延长其使用寿命，国内很多研究者着力于对生物质燃烧锅炉的结构进行优化。

目前，用于发电的生物质锅炉按照主要燃烧形式分为流化床燃烧锅炉和层燃锅炉。其中，生物质流化床锅炉可以采用砂子、高铝砖屑、燃煤炉渣等作为流化介质，形成蓄热量大、温度高的密相床层，为高水分、低热值的生物质提供优越的着火条件，依靠床层内剧烈的传热传质过程和燃料在床内较长的停留时间，使生物质燃料得以充分燃尽。但流化床对入炉燃料颗粒尺寸要求较为严格，因此需对生物质进行干燥、粉碎等一系列预处理，使其尺寸、状况均一化，以保证生物质燃料的正常流化。同时，为了维持一定的床料流化速度，锅炉风机的耗电量较大，运行成本相对较高。

层状燃烧是常见的燃烧方式，通常在燃烧过程中，沿着炉排方向形成不同的燃烧阶段。采用层燃技术开发的生物质能锅炉，即层燃炉的炉排面积较大，炉排运动速度或振动频率可以调整，并且炉膛有足够的悬浮空间，能延长生物质在炉内的停留时间，有利于提高生物质燃料的燃烧效率，因此层燃炉是目前应用较多的一种生物质燃烧锅炉。但由于受炉排结构、锅炉配风系统等的限制，现有层燃炉仍然存在生物质燃料难以充分燃烧，其燃烧效率有待进一步提高，或者燃烧炉占地面积大、操作复杂等问题。

为了有效解决现有层燃炉存在的以上不足，对现有燃烧炉的结构进行优化，开发研究新的燃烧炉结构就具有重要的意义。经检索，近年来关于不同炉排结构的生物质层燃锅炉已有较多专利公开。

如，中国专利申请号为201610502362.X的申请案公开了一种生物质锅炉，其包括锅炉本体，螺旋形水管，炉胆和烟囱，所述炉胆内侧壁四周分布有螺旋形水管，锅炉本体的底部设置有炉排，炉排的下方设置有送风装置和出渣口，所述锅炉本体的一侧设置有进料口，进料口处设置有进料装置，该进料装置包括料斗，粉碎机，颗粒成型机和输料板，所述输料板的一端位于颗粒成型机的出物料口下，其另一端伸入到锅炉本体内，位于锅炉本体外颗粒成型机的出物料口下的输料板的底部连接有微型振动电机。该申请案的锅炉燃烧器可以使燃料原料的预处理过程和燃烧过程集中一体化，有利于节约人力资源。但其炉排形式为固定式炉排，不能实现给料和排料的连续性，导致其不能连续作业，效率大大降低。

针对上述固定式炉排炉存在的以上不足，中国专利申请号为201510194662.1的申请案公开了一种生物质锅炉，包括带有进料口的锅炉本体、水管、顶盖、炉胆、烟囱，在所述锅炉本体的下方设置有链条炉排，用于向炉内输送燃料和将燃烧残渣排出；在所述炉胆内侧壁交叉分布有多层横水管，使热量呈S形上升至炉胆顶从烟囱排出；在所述锅炉本体的侧壁上、对应水管层设置有排渣口。该申请案通过采用链条式炉排结构，可以有效解决固定式炉排炉不能连续给料和排料的问题，但这种结构的燃烧锅炉存在占地面积大，操作复杂和燃烧效率不高等诸多问题，而且其核心部件通常需要进口，成本较高。

针对上述固定式炉排炉和链条炉排炉存在的以上不足，目前许多研究者都研究采用水平往复式炉排结构。如，中国专利申请号为201711379269.5的申请案公开了一种水平往复式水冷炉排，包括机架，所述机架上并排设有至少两组燃烧装置，所述燃烧装置包括燃料进料斗、推板和油缸装置，所述燃料进料斗和推板连接，所述推板内设有水冷装置，所述推板通过往复力臂与油缸装置连接并在油缸装置的推动下做往复运动，所述推板的下方设有燃烧进风室，所述机架下方还设有用来回收燃料灰的出灰装置。

又如，中国专利申请号为201610359528.7的申请案公开了一种往复炉排生物质锅炉炉膛，包括由管道并排焊接而成的全膜式水冷炉壁和小鳞片炉排，全膜式水冷炉壁下部前侧设有进料口，全膜式水冷炉壁下部后侧与小鳞片炉排之间设有出渣口，小鳞片炉排采用两段或三段式结构，每段的小鳞片炉排均前高后低倾斜设置，全膜式水冷炉壁内设有位于前拱和后拱之间的绝热稳燃器，绝热稳燃器由耐火蓄热材料制成，全膜式水冷炉壁上部后侧设有烟气出口。

上述两申请案均是采用传统的水平往复式炉排结构，从而在一定程度上能够提高物料的热能利用效率，但其依然存在占地面积大，操作复杂和燃烧效率不高等问题。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有生物质燃烧锅炉存在的以上不足，提供了一种可连续工作的新型生物质固定床燃烧锅炉。采用本发明的燃烧锅炉可以有效提高生物质燃料的燃烧效率，保证燃料充分燃烧，且其结构更加紧凑，操作简单，能够实现连续给料排料。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种可连续工作的新型生物质固定床燃烧锅炉，包括锅炉本体，锅炉本体由床层和自由空间燃烧区间构成，所述床层内设有炉排，炉排分隔为进风区和排灰区，其中进风区加工有吹风孔，其下方对应设有风室，排灰区下方对应设有排灰室；所述炉排上方布置有格栅，该格栅用于对生物质燃料进行支撑且与锅炉底部的旋转驱动机构相连。

更进一步的，所述的炉排分隔为沿圆周方向连续分布的多个进风区以及一个排灰区，且锅炉本体内部位于炉排的下方分隔为与上述进风区及排灰区相对应的不同风室与排灰室。

更进一步的，所述的床层为立式圆柱体形，并通过变截面过渡到自由空间燃烧区间，与变截面处对应的锅炉本体侧壁设有给料口。

更进一步的，所述炉排分隔为沿圆周方向连续分布的五个区域，其中I区、II区、III区和IV区均为进风区，V区为排灰区，且给料口设置于与I区相对应的锅炉本体上部侧壁，所述格栅的旋转方向与上述I-V区的环绕分布方向相同。

更进一步的，所述各风室内均设有一次进风管，该一次进风管包括水平进风管及与水平进风管连通的竖直吹风管，其中水平进风管的进风端伸至锅炉本体侧壁外部并与风机相连，竖直吹风管的出风口位于相应炉排进风区的下方。

更进一步的，所述风室内还设有与竖直吹风管连通的竖直落渣管，且风室底部对应设有排渣口；所述水平进风管上均设有调节阀。

更进一步的，所述锅炉本体内部位于格栅上方设有推料杆。

更进一步的，所述排灰室的底部设有排灰口，所述锅炉本体上部侧壁还设有二次进风管，其顶部设有烟道。

更进一步的，所述的旋转驱动机构包括电机，格栅通过转轴与电机相连，且电机与控制器控制相连。

更进一步的，所述的格栅由间隔分布的多个环形隔板以及由环形隔板中心向四周辐射分布的轴向隔板组成。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种可连续工作的新型生物质固定床燃烧锅炉，所述锅炉本体内部设有格栅，该格栅与旋转驱动机构相连，格栅的下方设有炉排，所述炉排分隔为进风区和排灰区，通过格栅对生物质燃料进行支撑，并通过旋转驱动机构带动格栅及其上的生物质燃料进行旋转，当生物质燃料位于炉排进风区的上方时，通过风室向上通入气体，使生物质燃料进行氧化燃烧，通过控制格栅的旋转速度，可以保证生物质燃料转至排灰区上方时已经充分燃烧，产生的灰分直接通过排灰区落至排灰室，因此采用本发明的燃烧锅炉可以有效保证生物质燃料的充分燃烧，提高其燃烧效率，且该锅炉结构紧凑、操作简单，占地面积小。

(2)本发明的一种可连续工作的新型生物质固定床燃烧锅炉，所述的炉排分隔为沿圆周方向连续分布的多个进风区以及一个排灰区，与炉排排灰区相邻的进风区相对应的锅炉本体上部侧壁设有给料口，因此生物质燃料通过给料口进入锅炉内部时始终落至与炉排排灰区相邻进风区的上方，并通过旋转驱动机构带动依次转至各进风区上方和排灰区上方，完成该生物质燃料的燃烧过程。通过以上结构设计，一方面可以保证燃料的充分燃烧，另一方面可以有效实现生物质燃料的连续给料排料，大大提高了生产效率。

(3)本发明的一种可连续工作的新型生物质固定床燃烧锅炉，各风室内均设有一次进风管，通过一次进风管向各风室供风，当燃料转至进风区上方时，在一次供风的作用下一方面可以使燃料与氧气充分接触，有利于提高其燃烧效率，另一方面可以使产生的灰分悬浮于炉排上部而不掉落，而当燃料转至排灰区上方时，最终产生的灰分则直接落至排灰室，因此可以保证灰与渣的有效分离。同时，还可以根据需要分别调节各风室的供风大小，以满足不同进风区上方燃料的燃烧需求。

(4)本发明的一种可连续工作的新型生物质固定床燃烧锅炉，所述风室内还设有与竖直吹风管连通的竖直落渣管，且风室底部对应设有排渣口，通过从各风室侧壁进行水平供风，且一次风经由竖直吹风管向上喷吹，而落渣管竖直设置并与竖直吹风管连通，从而可以使燃料燃烧产生的渣料由落渣管落下，有效防止渣料下落时堵塞进风管影响正常供风。

(5)本发明的一种可连续工作的新型生物质固定床燃烧锅炉，所述锅炉本体内部位于格栅上方设有推料杆，通过推料杆的设置可以将格栅上的燃料推平，从而保证燃料在格栅上分布均匀，防止发生堆积，进而可以保证燃料的均匀与充分燃烧。本发明中锅炉本体上部侧壁还设有二次进风管，通过二次进风管向格栅上方区域进行供风，从而可以保证上部燃料的充分燃烧，防止一次供风不足造成上部燃料燃烧不充分。

附图说明

图1为本发明的一种可连续工作的新型生物质固定床燃烧锅炉的结构示意图；

图2为本发明的格栅的结构示意图；

图3为本发明的炉排的结构示意图；

图4为本发明的风室的结构示意图。

示意图中的标号说明：

1、烟道；2、给料口；3、锅炉本体；4、二次进风管；5、推料杆；6、格栅；601、环形隔板；602、轴向隔板；603、第一转轴孔；7、炉排；701、I区；702、II区；703、III区；704、IV区；705、V区；706、吹风孔；707、第二转轴孔；8、转轴；9、电机；10、控制器；11、水平进风管；12、竖直吹风管；13、落渣管；14、排渣口；15、排灰口。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，现结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。

实施例1

结合图1-图4，本实施例的一种可连续工作的新型生物质固定床燃烧锅炉，包括锅炉本体3，锅炉本体3由床层和自由空间燃烧区间构成，所述床层内设有炉排7，炉排7分隔为进风区和排灰区，其中进风区加工有吹风孔706，其下方对应设有风室，排灰区下方对应设有排灰室，排灰室的底部设有排灰口15；所述炉排7上方布置有格栅6，该格栅6用于对生物质燃料进行支撑且与锅炉底部的旋转驱动机构相连，，并由程序控制其旋转速度。

生物质物料从锅炉本体3上部给下来，经过高温区的蒸发过程，落到格栅6上，然后通过旋转驱动机构带动格栅6及其上的生物质燃料进行转动，当生物质燃料位于炉排进风区的上方时，通过风室向上提供气体，生物质燃料依次经历干燥、热解、燃烧和燃尽阶段，通过控制格栅6的转速可以有效控制燃料在炉排进风区对应区域的停留时间，保证其充分燃烧。在此过程中，由于炉排7进风区下方供风的吹拂作用，燃烧产生的灰渣处于悬浮状态而不会下落，而当生物质燃料转至排灰区上方时，上述灰渣则直接落至排灰室，最后再经由排灰口15排出炉外。本实施例通过对燃烧锅炉的结构进行优化设计，从而可以有效提高生物质燃料的燃烧效率，有利于保证其充分燃烧，且该燃烧锅炉结构和操作简单。

实施例2

本实施例的一种可连续工作的新型生物质固定床燃烧锅炉，其结构基本同实施例1，其区别主要在于：本实施例的床层为立式圆柱体形，并通过变截面(图1中所示倒锥形结构)过渡到自由空间燃烧区间，且与变截面处对应的锅炉本体3侧壁设有给料口2。同时，本实施例的炉排7分隔为沿圆周方向连续分布的多个进风区以及一个排灰区，且锅炉本体3内部位于炉排7的下方分隔为与上述进风区及排灰区相对应的不同风室与排灰室。通过变截面处的给料口2进入锅炉本体3内的生物质燃料始终落至与炉排7排灰区相邻的进风区上方，然后在炉排7的转动带动作用下，依次经过各进风区上方对应的区域，最后燃烧充分后的灰渣转至炉排7排灰区上方时直接落至排灰室。本实施例的生物质燃烧锅炉既可以半连续运行，即先投料运行一段时间后，排出料后，再继续给料，同时也可以实现连续运行，即给料和排料连续，从而可以有效提高生产效率。上述炉排下方的风室沿炉排圆周方面被分成几个部分，每个部分可以单独提供风量。本实施例通过格栅的运动来控制生物质燃料在炉内的停留时间，并保证锅炉连续运行，该锅炉整体结构紧凑，能有效提高生物质燃料的燃烧效率，且相比传统的层燃炉来说，该锅炉具有占地面价小，易于操作，建设成本低等显著特点。

具体的，本实施例中各风室内均设有一次进风管，该一次进风管包括水平进风管11及与水平进风管11连通的竖直吹风管12，其中水平进风管11的进风端伸至锅炉本体3侧壁外部并与风机相连，竖直吹风管12的出风口位于相应炉排7进风区的下方，一次供风通过水平进风管11进入锅炉本体后经由竖直吹风管12向上吹，在一次供风的作用下格栅上的燃料充分燃烧。上述水平进风管11上均设有调节阀，因此可以根据需要调节不同风室内的供风大小。

由于燃料位于各风室上方时，可能会有渣块自格栅6缝隙掉落，因此本实施例通过将一次供风由风室侧壁水平引入，并在风室内设有与竖直吹风管12连通的竖直落渣管13(竖直吹风管12的顶部及竖直落渣管13的底部均加工为喇叭形结构，便于排风和渣块的排出)，且风室底部对应设有排渣口14，从而可以使落至风室内的渣块通过竖直落渣管13落至排渣口14，排到锅炉外。本实施例既可以有效防止渣料下落时堵塞进风管影响正常供风，同时还能够实现渣与灰的有效分离。

实施例3

本实施例的一种可连续工作的新型生物质固定床燃烧锅炉，其结构基本同实施例2，其区别主要在于：具体的，如图3、图4所示，本实施例的炉排7分隔为沿圆周方向连续分布的五个区域，其中I区701、II区702、III区703和IV区704均为进风区，V区705为排灰区(炉体内部位于炉排7下方的区域对应分隔为第I风室、第II风室、第III风室、第IV风室和排灰室)，且给料口2设置于与I区701相对应的锅炉本体3上部侧壁，所述格栅6的旋转方向与上述I-V区的环绕分布方向相同。由给料口进入锅炉内的生物质燃料始终落至I区701上方的格栅区域，在格栅转动作用下，燃料依次经过II区702、III区703和IV区704，最终燃烧后的灰渣经由排灰区落至排灰室。具体的，炉排7上进风区的数目并不局限于本实施例的具体数目。

实施例4

本实施例的一种可连续工作的新型生物质固定床燃烧锅炉，其结构基本同实施例3，其区别主要在于：所述锅炉本体3内部位于格栅6上方设有推料杆5，通过推料杆5的设置可以将格栅6上的燃料推平，从而保证燃料在格栅6上分布均匀，防止发生堆积，进而可以保证燃料的均匀与充分燃烧。所述锅炉本体3上部侧壁还设有二次进风管4，其顶部设有烟道1，通过二次进风管4向格栅6上方区域进行供风，从而可以保证上部燃料的充分燃烧，防止一次供风不足造成上部燃料燃烧不充分。同时燃烧产生的气体也会在二次供风的作用下继续燃烧，而且炉膛的尺寸发生变化，其顶部为锥形结构(上窄下宽)，底部为柱形结构，从而有利于调节锅炉热负荷，控制烟气流速，减少积灰和结渣问题。

实施例5

本实施例的一种可连续工作的新型生物质固定床燃烧锅炉，其结构基本同实施例3，其区别主要在于：本实施例的旋转驱动机构包括电机9，格栅6通过转轴8与电机9相连，且电机9与控制器10控制相连，通过控制电机9转速调节格栅6的转速，以保证燃料充分燃料。如图2所示，本实施例的格栅6由间隔分布的多个环形隔板601以及由环形隔板601中心向四周辐射分布的轴向隔板602组成，但格栅6的结构并不局限于本实施例。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种可连续工作的新型生物质固定床燃烧锅炉，包括锅炉本体(3)，锅炉本体(3)由床层和自由空间燃烧区间构成，其特征在于：所述床层内设有炉排(7)，所述的炉排(7)分隔为沿圆周方向连续分布的多个进风区以及一个排灰区，其中进风区加工有吹风孔(706)，锅炉本体(3)内部位于炉排(7)的下方分隔为与上述进风区及排灰区相对应的不同风室与排灰室；所述炉排(7)上方布置有格栅(6)，该格栅(6)用于对生物质燃料进行支撑且与锅炉底部的旋转驱动机构相连；所述的床层为立式圆柱体形，并通过变截面过渡到自由空间燃烧区间，与变截面处对应的锅炉本体(3)侧壁设有给料口(2)。

2.根据权利要求1所述的一种可连续工作的新型生物质固定床燃烧锅炉，其特征在于：所述炉排(7)分隔为沿圆周方向连续分布的五个区域，其中I区(701)、II区(702)、III区(703)和IV区(704)均为进风区，V区(705)为排灰区，且给料口(2)设置于与I区(701)相对应的锅炉本体(3)上部侧壁，所述格栅(6)的旋转方向与上述I-V区的环绕分布方向相同。

3.根据权利要求1所述的一种可连续工作的新型生物质固定床燃烧锅炉，其特征在于：所述各风室内均设有一次进风管，该一次进风管包括水平进风管(11)及与水平进风管(11)连通的竖直吹风管(12)，其中水平进风管(11)的进风端伸至锅炉本体(3)侧壁外部并与风机相连，竖直吹风管(12)的出风口位于相应炉排(7)进风区的下方。

4.根据权利要求3所述的一种可连续工作的新型生物质固定床燃烧锅炉，其特征在于：所述风室内还设有与竖直吹风管(12)连通的竖直落渣管(13)，且风室底部对应设有排渣口(14)；所述水平进风管(11)上均设有调节阀。

5.根据权利要求1所述的一种可连续工作的新型生物质固定床燃烧锅炉，其特征在于：所述锅炉本体(3)内部位于格栅(6)上方设有推料杆(5)。

6.根据权利要求1所述的一种可连续工作的新型生物质固定床燃烧锅炉，其特征在于：所述排灰室的底部设有排灰口(15)，所述锅炉本体(3)上部侧壁还设有二次进风管(4)，其顶部设有烟道(1)。

7.根据权利要求1所述的一种可连续工作的新型生物质固定床燃烧锅炉，其特征在于：所述的旋转驱动机构包括电机(9)，格栅(6)通过转轴(8)与电机(9)相连，且电机(9)与控制器(10)控制相连。

8.根据权利要求1所述的一种可连续工作的新型生物质固定床燃烧锅炉，其特征在于：所述的格栅(6)由间隔分布的多个环形隔板(601)以及由环形隔板(601)中心向四周辐射分布的轴向隔板(602)组成。

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