CN110043883A - 一种生物质气蒸汽发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物质气蒸汽发生器，包括预燃室、混合室、稀薄燃烧室、烟管、回烟室、轴向叶片燃烧器、引射器；溴化锂稀溶液或水由引入口引入，通过稀薄燃烧室、第二回程烟管、第三回程烟管、下中间回烟室、上中间回烟室、管板加热溴化锂溶液或水形成饱和蒸汽。溴化锂浓溶液通过液囊由引出口引入低压发生器。饱和蒸汽由引出口引出。二次空气由二次空气进口引入，加热形成热空气在混合室中通过引射器与预燃室出口的弱还原性烟气混合形成高温高速稀薄空气，喷入稀薄燃烧室，与二次生物质气混合实现稀薄燃烧。本发明兼具富燃和稀薄燃烧的优点，风机能耗低、辐射热通量高、温度场均匀性好、燃烧稳定、NOx生成量低、温室气体排放低、结构紧凑。
Description
技术领域
本发明涉及燃烧设备技术领域，特别涉及到一种生物质气稀薄燃烧装置，还涉及直燃吸收式溴化锂热泵或燃气锅炉领域，还涉及可再生能源利用领域。
背景技术
稀薄燃烧（也叫无焰燃烧）模式下，燃烧室内湍流脉动速度远大于层流火焰传播速度，实践中多通过提高入口射流速度或降低层流火焰传播速度实现稀薄燃烧。总体来看，实现稀薄燃烧主要面临如下问题：一是高射流入口速度使风机能耗高；二是强湍流剪切使燃料着火困难。这些问题是造成稀薄燃烧技术应用困难的关键原因。迄今为止，稀薄燃烧主要用于工业窑炉，其针对着火问题的解决措施是加装蓄热室，使入炉空气预热温度高于着火温度。应用表明，稀薄燃烧拥有节能效果明显、燃烧器结构简单、辐射热通量高且分布均匀、NOx排放低、燃烧噪音小、燃烧稳定性好等优势，特别适合生物质气或沼气等劣质燃料的清洁高效利用。因此，有必要将稀薄燃烧技术用于生物质气燃烧，燃烧后烟气则用于驱动直燃吸收式溴化锂机组或燃油燃气锅炉。截止目前，稀薄燃烧技术的应用及其实现措施主要包括如下内容。
中国专利申请号200510022667.1公开的采用稀薄-无焰燃烧方式的燃气或燃油锅炉，通过在炉膛进口设置的预燃罩实现无焰燃烧。其预燃罩材料的耐火温度不低于1500℃，工作于贫燃模式，出口烟气则通过多通道旋流装置进入主燃烧室实现无焰燃烧。中国专利申请号200810116374.4公开的用于燃气轮机的无焰燃烧装置，通过火焰筒头部专门设计的回流结构促进回流烟气、燃料、氧化剂之间的混合实现无焰燃烧。中国专利申请号201010574122.3公开的用于燃气轮机无焰驻涡燃烧器，通过燃料、一次空气、二次空气在凹腔内的混合实现无焰燃烧。中国专利申请号201110023248.6公开的无焰燃烧环形套筒窑，以助燃空气为工作流体，通过引射器实现无焰燃烧。中国专利申请号20120421560.9公开的引射预燃式无焰燃烧器，利用旋转射流衰减速度快、中心压力低的特点强化助燃空气与燃料的混合以实现无焰燃烧。中国专利申请号201210019166.9公开的适合于液体燃料的无焰燃烧装置，通过特定的助燃空气喷口布置以强化炉内搅拌而实现稀薄燃烧。中国专利申请号201310318461.9公开的无焰燃烧紧凑式卧式内燃火管热水锅炉，则是采用双炉胆布置，助燃空气先与来自下炉胆的部分烟气混合后流入上炉胆而实现无焰燃烧。中国专利申请号201310624080.3公开的煤粉富氧无焰燃烧系统，利用富氧燃烧着火稳定性好的特点，将富氧燃烧形成高温烟气高速入炉实现无焰燃烧。中国专利申请号201620618154.1公开的无焰燃烧装置，在炉膛内设置引射器，以助燃空气为工作流体卷吸炉内高温烟气实现富氧燃烧。从上述稀薄燃烧的实现措施来看，结合具体应用领域的特点设计开发结构简单、适合于生物质气和沼气等劣质燃料的稀薄燃烧装置显得非常必要。
实现稀薄燃烧的措施是提高射流入口速度和降低层流火焰传播速度。现有稀薄燃烧装置采用的射流入口速度为60～150m/s，尽管利于稀薄燃烧的实现，但风机能耗也相应急剧增加。降低层流火焰传播速度则是通过增加燃气喷嘴和助燃空气喷嘴之间的距离来营造稀薄燃烧气氛。但是，提高喷嘴之间的距离势必造成炉胆横截面积的迅速增加，对其在直燃吸收式溴化锂机组的高压发生器或锅壳式燃油燃气锅炉等领域的小型化应用非常不利。
发明内容
针对上述稀薄燃烧在直燃吸收式溴化锂机组的高压发生器或锅壳式燃油燃气锅炉上应用面临的两个主要问题，本发明提出了一种生物质气蒸汽发生器，实现弱富燃-引射混合-稀薄燃烧的两段稀释布置方案。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种生物质气蒸汽发生器，所述生物质气蒸汽发生器内设有隔板，所述隔板将生物质气蒸汽发生器分成二次空气预热室和液体室；
所述二次空气预热室内设有竖隔板A、横隔板A、折流板Ⅰ、折流板Ⅱ和预燃室；所述竖隔板A、横隔板A与蒸汽发生器壳体组成前回烟室，所述预燃室为设置在蒸汽发生器壳体的前墙与折流板Ⅱ之间的圆柱状预燃室，且以折流板Ⅱ作为预燃室后墙，以蒸汽发生器壳体的前墙作为预燃室前墙，折流板Ⅱ和隔板之间为混合室；
所述液体室内设有中间回烟室管板、横隔板B和横隔板C，所述隔板、中间回烟室管板、横隔板B和横隔板C组成上中间回烟室，所述隔板、中间回烟室管板、横隔板C和蒸汽发生器壳体组成下中间回烟室；
所述液体室内设有稀薄燃烧室和后回烟室，所述稀薄燃烧室和后回烟室交界处设有后回烟室管板，以隔板作为稀薄燃烧室前墙，稀薄燃烧室穿过中间回烟室管板和后回烟室管板与后回烟室相通，所述下中间回烟室对应的中间回烟室管板上设有第二回程烟管，第二回程烟管穿过后回烟室管板将后回烟室与下中间回烟室连通，所述上中间回烟室对应的中间回烟室管板上设有第三回程烟管，第三回程烟管穿过蒸汽发生器壳体的后墙将上中间回烟室与排烟管道连通；
所述二次空气预热室内设有第二回程烟管扩展段和第三回程烟管扩展段，所述第二回程烟管扩展段穿过下中间回烟室所对应的的隔板、折流板Ⅱ、折流板Ⅰ、竖隔板A将下中间回烟室与前回烟室连通；所述第三回程烟管扩展段穿过上中间回烟室所对应的的隔板、折流板Ⅱ、折流板Ⅰ、竖隔板A将上中间回烟室与前回烟室连通；
所述生物质气蒸汽发生器壳体的前墙上设有二次空气进口，所述预燃室前墙上设有轴向叶片燃烧器；
所述液体室对应的蒸汽发生器壳体上设有溴化锂稀溶液或给水进口、蒸汽出口；
所述混合室内设有引射器，预燃室经由引射器与稀薄燃烧室连通，稀薄燃烧室的前墙上设有二次生物质气喷口。
所述引射器由收缩喷嘴和混合管组成，所述混合管包括收缩段、混合段和扩张段组成，收缩喷嘴的进口与预燃室连通，收缩喷嘴的出口与混合管的收缩段相通，混合管的扩张段出口与稀薄燃烧室相通。
所述收缩喷嘴收缩角为90°，混合管收缩段收缩角为28°，混合管扩张段扩张角为7°。
所述二次生物质气喷口有两个，二次生物质气喷口与引射器之间轴向距离L=(3～5)d，烟气再循环率为1.6～3。除了通过引射器在混合室对稀薄燃烧室所需空气进行一次稀释外，稀薄燃烧室通过控制喷嘴间距L进行二次稀释。二次稀释的烟气再循环率与二次生物质气喷口与引射器之间轴向距离L有关。轴向距离L越大，再循环率逐渐增加。
所述轴向叶片燃烧器包括一次空气进口、一次生物质气进口、轴向叶片、6个一次燃气喷口、烧嘴砖、高能点火器和火焰监视器。
所述液体室对应的燃烧器壳体侧面设有液囊，液囊下部设有浓溶液出口。
所述液体室对应的燃烧器壳体下部靠近后回烟室处设有排污管。
所述后回烟室外部设有防爆管，防爆管一端与后回烟室连通，另一端穿过蒸汽发生器壳体后墙，所述防爆管的出口处设有防爆门。
本发明的工作过程：一次生物质气经一次生物质气进口引入，由燃气通道和6个一次燃气喷口喷出，燃气出口方向与燃气通道夹角为45°。一次空气由一次空气进口引入，经燃气通道与外套管之间的环形通道和轴向叶片形成部分旋流一次风，然后与6个一次燃气喷口喷出的燃气、回流烟气进行交叉混合对流加热，烧嘴砖进一步对其进行辐射加热实现着火和弱富燃燃烧。运行过程中，由一套紫外火焰监视器监视预燃室内的燃烧状况。在轴向叶片燃烧器的启动阶段，由高能点火器点火启动。
溴化锂稀溶液或水由溴化锂稀溶液或给水进口引入，二次空气由二次空气进口引入，由前回烟室、预燃室、第二回程烟管扩展段、第三回程烟管扩展段加热形成热空气。热空气在混合室中，通过引射器与预燃室出口的弱还原性烟气混合形成高温高速稀薄空气，完成一次氧化剂稀释。高温高速稀薄空气喷入稀薄燃烧室，与来自两个二次生物质气喷口的二次生物质气进行二次稀释而实现稀薄燃烧。通过稀薄燃烧室或炉胆、第二回程烟管、第三回程烟管、下中间回烟室、上中间回烟室、管板加热溴化锂溶液或水形成饱和蒸汽。饱和蒸汽由除雾器和蒸汽引出口引出进入低压发生器或过热器或蒸汽供暖系统；溴化锂浓溶液或饱和水通过液囊由浓溶液出口引入低压发生器或吸收器。
具体的，稀薄燃烧室出口烟气进入后回烟室，然后经后回烟室分配到第二回程烟管加热管外壳体内的溴化锂溶液或水产生水蒸汽后进入下中间回烟室，烟气与溴化锂溶液或水之间的换热形式为对流换热。下中间回烟室烟气经第二回扩展段程烟管预热管外稀薄燃烧室所需二次空气后流入前回烟箱。然后经第三回程烟管扩展段加热管外空气后流入上中间回烟室，换热形式为对流换热。上中间回烟室烟气进入第三回程烟管加热管外溴化锂溶液或水后，经排烟管道汇集由引风机和烟囱排出。
本发明的有益效果：本发明提出的生物质气蒸汽发生器能够实现弱富燃-引射混合-稀薄燃烧两段稀释布置方案。弱富燃在预燃室中进行，燃气流量为总燃气量的30%～40%，运行过量空气系数为0.8～1，总体上处于弱还原性气氛状态。弱富燃利于降低预燃室出口烟气中的NOx含量。例如当预燃室过量空气系数分别为0.8、0.9、1时，其排放烟气中的NOx含量分别为过量空气系数为1.1时烟气中NOx含量的28.26%、28.79%、81.82%，而出口烟气温度变化幅度却很小，这对形成一次稀薄空气非常有利。
本发明提出的生物质气蒸汽发生器，预燃室出口高温高速弱还原性烟气通过引射器与稀薄燃烧室或炉胆二次空气混合。由于引射器收缩型喷嘴的加速，以及混合管收缩段的二次加速，对高温高速弱还原性烟气与二次空气的均匀混合非常有利。由于引射器的工作流体为来自预燃室的高温高速烟气，可以替代为稀薄燃烧室或炉胆提供高速空气流的高能耗风机。
本发明提出的生物质气蒸汽发生器，稀薄燃烧在稀薄燃烧室或炉胆中进行。通过优化稀薄空气喷嘴与生物质气或沼气喷嘴之间的距离L而进行稀薄燃烧室或炉胆所需氧化剂的二次稀释。
本发明提出的生物质气蒸汽发生器，与传统燃烧相比，稀薄燃烧室内的温度增加幅度仅为100～200℃，而相同条件下传统燃烧室内的温度增加幅度却高达400～600℃。
本发明提出的生物质气蒸汽发生器，稀薄燃烧室出口烟气中NOx含量约为9ppmV，而相同燃烧条件下传统燃烧的出口烟气中NOx含量却高达800ppm V。
综上所述，本发明的生物质气蒸汽发生器兼具富燃技术和稀薄燃烧技术的优点，风机能耗低、辐射热通量高、温度场均匀性好、燃烧稳定、NOx生成量低、温室气体排放低、结构紧凑。
附图说明
图1为本发明的生物质气蒸汽发生器的结构示意图。
图2为图1的A-A剖视图。
图3为图1的B-B剖视图。
图4为预燃室的轴向叶片燃烧器结构示意图。
图5为混合室的引射器的结构示意图。
图6为稀薄燃烧室的结构示意图。
图7为稀薄燃烧室二次生物质气喷口与稀薄氧化剂喷口间相对距离L/d对烟气再循环率K、可燃混合物温度T和O2浓度的影响示意图。
图8为生物质气蒸汽发生器的工作流程图。
图中序号：01、竖隔板A，02、折流板Ⅰ，03、横隔板A、04、横隔板B，05、横隔板C， 1、第三回程烟管，2除雾器，3蒸汽出口，4第二回程烟管，5中间回烟室管板，6上中间回烟室，7下中间回烟室，8混合室，9、前回烟室，10、二次空气进口，11第三回程烟管扩展段，12、第二回程烟管扩展段，13轴向叶片燃烧器，14预燃室，15引射器，16稀薄燃烧室，17排污管，18防爆门，19后回烟室，20排烟管道，21后回烟室管板，22、溴化锂稀溶液或给水进口，23、浓溶液出口，24液囊，25、二次生物质气喷口，25-1、一次燃气喷口，26、轴向叶片，27、外管套，28、一次空气进口，29、燃气管，30、一次生物质气进口，31、火焰监视器，32、烧嘴砖，33、高能点火器，34、预燃室前墙，35、混合管混合段，36、混合管，37、收缩喷嘴，38、预燃室后墙，39、混合管混合段，40、稀薄燃烧室前墙，41、混合管扩张段，42、空气过滤器，43、调节阀A，44、送风机，45、预燃室燃气吹扫管道控制阀，46、点火燃烧器用燃气吹扫管道控制阀，47、稀薄燃烧室燃气吹扫管道控制阀，48、燃气总关闭阀，49、燃气过滤器，50、燃气稳压阀，51、预燃室燃气总控制阀，52、截止阀A，53、截止阀B，54、控制阀，55、稀薄燃烧室空气控制阀，56、预燃室空气控制阀，57、点火燃烧器控制阀，58、、截止阀C，59、截止阀D，60、点火用燃气控制阀，61、稀薄燃烧室燃气总控制阀，62、截止阀E，63、截止阀F，64、稀薄燃烧室燃气控制阀，65、回水或溴化锂浓溶液流量计，66、温度计A，67、压力计，68、给水循环泵或溶液泵，69、止回阀，70、压力表A，71、调节阀B，72、引风机，73、烟囱，74、地漏，75、安全阀，76、压力表B，78、温度计B，79、压力表C。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
如图1、图3-5所示，一种生物质气蒸汽发生器，所述生物质气蒸汽发生器内设有隔板，所述隔板将生物质气蒸汽发生器分成二次空气预热室和液体室；所述二次空气预热室内设有竖隔板A01、01横隔板A03、折流板Ⅰ02、折流板Ⅱ和预燃室14；所述竖隔板A01、横隔板A03与蒸汽发生器壳体组成前回烟室9，所述预燃室14为设置在蒸汽发生器壳体的前墙与折流板Ⅱ之间的圆柱状预燃室，且以折流板Ⅱ作为预燃室后墙38，以蒸汽发生器壳体的前墙作为预燃室前墙34，折流板Ⅱ和隔板之间为混合室8；
预燃室14为圆柱形结构，设计直径取作火焰直径的1.1～1.2倍。预燃室14长度应满足停留时间不低于0.5s，烟气设计流速为3～5m/s。预燃室14应满足弱富燃条件，过量空气系数取作0.8～1。
所述液体室内设有中间回烟室管板5、横隔板B04和横隔板C05，所述隔板、中间回烟室管板5、横隔板B04和横隔板C05组成上中间回烟室6，所述隔板、中间回烟室管板5、横隔板C04和蒸汽发生器壳体组成下中间回烟室7；
所述液体室内设有稀薄燃烧室16和后回烟室19，所述稀薄燃烧室16和后回烟室19交界处设有后回烟室管板21，以隔板作为稀薄燃烧室前墙41，稀薄燃烧室16穿过中间回烟室管板5和后回烟室管板21与后回烟室19相通，稀薄燃烧室为圆筒形结构，考虑到稀薄燃烧为慢反应，流体在稀薄燃烧室或炉胆中的停留时间设计值为0.5s，设计流速为4m/s，容积热强度为240～270kW/m3，生物质气体积流量（1atm、0℃）为总燃气流量的60%～70%，过量空气系数为1.05～1.1。
所述下中间回烟室7对应的中间回烟室管板5上设有第二回程烟管4，第二回程烟管4穿过后回烟室管板21将后回烟室19与下中间回烟室7连通，所述上中间回烟室6对应的中间回烟室管板5上设有第三回程烟管1，第三回程烟管1穿过蒸汽发生器壳体的后墙将上中间回烟室与排烟管道20连通；
所述二次空气预热室内设有第二回程烟管扩展段12和第三回程烟管扩展段11，所述第二回程烟管扩展段12穿过下中间回烟室7所对应的的隔板、折流板Ⅱ、折流板Ⅰ02、竖隔板A01将下中间回烟室7与前回烟室9连通；所述第三回程烟管扩展段11穿过上中间回烟室6所对应的的隔板、折流板Ⅱ、折流板Ⅰ02、竖隔板A01将上中间回烟室6与前回烟室9连通；
所述生物质气蒸汽发生器壳体的前墙上设有二次空气进口10，所述预燃室前墙上设有轴向叶片燃烧器13；所述液体室对应的蒸汽发生器壳体上设有溴化锂稀溶液或给水进口22、蒸汽出口3；所述混合室内设有引射器15，预燃室14经由引射器15与稀薄燃烧室16连通，稀薄燃烧室16的前墙40上设有二次生物质气喷口25。
如图5所示，所述引射器15由收缩喷嘴37和混合管36组成，所述混合管包括收缩段35、混合段39和扩张段41组成，收缩喷嘴37的进口经由预燃室后墙38与预燃室14连通，收缩喷嘴37的出口与混合管36的收缩段35相通，混合管36的扩张段41出口经由稀薄燃烧室前墙40与稀薄燃烧室16相通。当燃气为天然气时不设置扩张段。所述收缩喷嘴收缩角为90°，混合管收缩段收缩角为28°，混合管扩张段扩张角为7°。
引射器15的工作流体为来自预燃室14的高温高速弱还原性烟气，其温度与燃气种类有关，介于1500～1900℃之间。来自预燃室14的高温高速弱还原性烟气通过引射器15在混合室8中引射二次空气混合后形成高温高速稀薄氧化剂，氧气浓度为6%～13%。
二次空气由第二回程烟管扩展段12、第三回程烟管扩展段11等预热后进入混合室8，在预燃室14出口高速高温烟气引射作用下，通过引射器15形成高温稀薄氧化剂。引射器工作流体设计流速为80m/s，引射器质量引射系数对生物质气设计值为0.53；对沼气为1.42。稀薄燃烧室16的过量空气系数为1.05～1.1。稀薄燃烧室16中燃气射流与氧化剂射流相遇时，局部可燃混合气温度为1400～1600℃，氧气浓度为3～5%（体积分数）。
如图6所示，所述二次生物质气喷口有两个，二次生物质气喷口与引射器之间轴向距离L=(3～5)d。除了通过引射器在混合室对稀薄燃烧室所需空气进行一次稀释外，稀薄燃烧室通过控制喷嘴间距L进行二次稀释。二次稀释的烟气再循环率与二次生物质气喷口与引射器之间轴向距离L有关。轴向距离L越大，再循环率逐渐增加。设计中燃气喷口与稀薄空气喷口之间的距离L取作稀薄空气进口直径d的3～5倍，相对间距取决于烟气再循环率K、可燃混合气温度T、可燃混合物氧气浓度O2，如图7所示。
所述轴向叶片燃烧器13包括一次空气进口28、一次生物质气进口30、轴向叶片26、6个一次燃气喷口25-1、烧嘴砖32、高能点火器33和火焰监视器31。燃烧器13采用旋流燃烧器，助燃空气流旋流强度由轴向拉杆调节；燃气通过中心管由六个喷口25与助燃空气交叉混合。高能点火器33用于燃烧器启动，火焰监视器31则用于监视预燃室燃烧状况，要求点火安全时间低于5s，熄火安全时间低于1s。
如图2所示，所述液体室对应的燃烧器壳体侧面设有液囊24，液囊下部设有浓溶液出口23；所述液体室对应的燃烧器壳体下部靠近后回烟室处设有排污管17；如图1所示，所述后回烟室外部设有防爆管，防爆管一端与后回烟室19连通，另一端穿过蒸汽发生器壳体后墙，所述防爆管的出口处设有防爆门18。
本发明的工作过程：一次生物质气经一次生物质气进口30引入，由燃气通道和6个一次燃气喷口25-1喷出，燃气出口方向与燃气通道夹角为45°。一次空气由一次空气进口28引入，经燃气通道与外套管29之间的环形通道和轴向叶片27形成部分旋流一次风，然后与6个一次燃气喷口25-1喷出的燃气、回流烟气进行交叉混合对流加热，烧嘴砖32进一步对其进行辐射加热实现着火和弱富燃燃烧。运行过程中，由一套紫外火焰监视器31监视预燃室14内的燃烧状况。在轴向叶片燃烧器的启动阶段，由高能点火器33点火启动。
溴化锂稀溶液或水由溴化锂稀溶液或给水进口22引入，二次空气由二次空气进口10引入，经由折流板Ⅰ和折流板Ⅱ、由前回烟室9、预燃室14、第二回程烟管扩展段12、第三回程烟管扩展段11加热形成热空气。热空气在混合室8中，通过引射器15与预燃室14出口的弱还原性烟气混合形成高温高速稀薄空气，完成一次氧化剂稀释。高温高速稀薄空气喷入稀薄燃烧室，与来自两个二次生物质气喷口25的二次生物质气进行二次稀释而实现稀薄燃烧。通过稀薄燃烧室16、第二回程烟管4、第三回程烟管1、下中间回烟室7、上中间回烟室6、后回烟室管板21和中间回烟室管板5加热溴化锂溶液或水形成饱和蒸汽。饱和蒸汽由除雾器2和蒸汽出口3引出进入低压发生器或过热器或蒸汽供暖系统；溴化锂浓溶液或饱和水通过液囊24由浓溶液出口23引入低压发生器或吸收器。
具体的，稀薄燃烧室16出口烟气进入后回烟室19，然后经后回烟室19分配到第二回程烟管4加热管外壳体内的溴化锂溶液或水产生水蒸汽后进入下中间回烟室7，烟气与溴化锂溶液或水之间的换热形式为对流换热。下中间回烟室7烟气经第二烟管扩展段12预热管外稀薄燃烧室16所需二次空气后流入前回烟室9，然后经第三回程烟管扩展段11加热管外空气后流入上中间回烟室6，换热形式为对流换热。上中间回烟室6烟气进入第三回程烟管1加热管外溴化锂溶液或水后，经排烟管道20汇集由引风机72和烟囱73排出（如图8）。
通过调整停留时间和再循环率，本发明的生物质气蒸汽发生器还可用于沼气或天然气。
采用本发明的生物质气蒸汽发生器可实现弱富燃-引射混合-稀薄燃烧的两段稀释布置方案。
上述方案中，弱富燃在预燃室中进行，预燃室炉壁由刚玉或碳化硅材料制成，其外侧预热稀薄燃烧室所需二次空气，保热系数不低于0.95。空气射流旋流强度通过轴向叶片燃烧器的轴向拉杆调节，燃气射流经六个一次燃气喷口与助燃空气交叉混合，交角为45°。轴向叶片燃烧器启动过程中由高能点火器点火，正常工况下依靠回流高温烟气与火道辐射共同点火。预燃室采用圆柱形结构，直径为火焰直径的1.1～1.2倍。火焰直径取决于预燃室热功率，随热功率的增加而增加。预燃室长度据停留时间确定，要求停留时间不低于0.5s，预燃室内介质设计流速为3～5m/s。预燃室的生物质气消耗量总生物质气耗量的30～40%，过量空气系数为0.8～1，出口烟气温度为1170～1350℃。当燃气为沼气时，预燃室出口烟气温度为1500～1640℃。由于预燃室中为弱富燃气氛，NOx生成量低，对生物质气，出口NOx含量为0.03%～0.22%，对沼气，出口NOx含量为0.13%~0.0022%。
上述方案中，引射混合在混合室中进行。二次空气由二次空气进口引入，经第二回程烟管扩展段、第三回程烟管扩展段、预燃室散发的热量预热后经由折流板Ⅰ和折流板Ⅱ（再进行两次预热）进入混合室。混合室中设置引射器，引射器由喷嘴和混合管组成，混合管由收缩段、混合段和扩张段等组成。喷嘴收缩角为90°，收缩段收缩角为28°，扩张段扩张角为7°。引射器工作流体为预燃室排出的高温高速烟气，设计流速为80m/s。高温高速烟气经收缩喷嘴进一步加速后，引射混合室中的二次空气形成高温稀薄空气。对生物质气，引射器的质量引射系数设计值为0.53；对沼气，引射器的质量引射系数的设计值为1.42。燃气为生物质气时，引射器出口稀薄空气氧气浓度约为6%、温度为1195℃、速度为85m/s。燃气为沼气时，引射器出口稀薄空气氧气浓度约为12%、温度为883℃、速度为91m/s。上述预燃室出口富燃烟气与引射器引射的二次风之间混合形成高温高速稀薄空气为稀薄燃烧室或炉胆实现稀薄燃烧所需氧化剂的一次稀释。
上述方案中，稀薄燃烧在稀薄燃烧室中进行。稀薄燃烧室设有高温高速稀薄空气进口（混合管扩张段出口）、两个二次生物质气喷口。来自引射器的高温高速稀薄空气的入炉参数为：当燃料为生物质气时，氧气浓度约为6%、温度为1195℃、速度为85m/s；当燃料为沼气时，引射器出口稀薄空气氧气浓度约为12%、温度为883℃、速度为91m/s。稀薄燃烧室所需生物质气或沼气通过两个燃气喷嘴送入，如图6所示。生物质气或沼气喷口（两个燃气喷嘴）与来自引射器的稀薄空气喷口之间的距离L影响氧化剂的二次稀释过程，是影响稀薄燃烧室能否工作于稀薄燃烧模式最为关键的因素。设计中二次生物质气喷口与稀薄空气喷口之间的距离L取作稀薄空气进口直径d的3～5倍。喷嘴相对间距L/d间距与烟气再循环率K、可燃混合气温度T、可燃混合物氧气浓度O2之间的关系如图7所示。当喷嘴间距L/d为3时，可燃混合气氧气浓度为4%（体积分数）、可燃混合气温度T为1184℃、再循环率为1.88。尽管稀薄燃烧室内的再循环率仅为1.88，但由于稀薄燃烧室内的氧化剂稀释为二次稀释，且此时氧气浓度也仅为4.1%（体积分数），故本发明中稀薄燃烧室二次生物质气喷口与氧化剂喷嘴（稀薄空气进口）之间的相对距离L/d取为3。
上述方案中，稀薄燃烧室为圆筒形结构。考虑到稀薄燃烧为慢反应，流体在稀薄燃烧室或炉胆中的停留时间设计值为0.5s，设计流速为4m/s，容积热强度为240～270kW/m3。
上述方案中，稀薄燃烧室的生物质气体积流量（1atm、0℃）为总燃气流量的60%～70%，过量空气系数为1.05～1.1。
本发明的工作流程（图8）如下：
（1）饱和蒸汽生产工作模式：
①、进水
关闭阀门71，启动循环水泵68，当压力表70达到饱和蒸汽压时，开启阀门71进水，直到给水完全淹没第三回程烟管1最高一排管子。
②、燃气管道吹扫
打开阀门45～47、51～54、57～64对预燃室、点火燃烧器、稀薄燃烧室或炉胆燃气管道进行吹扫。
③、预燃室点火
关闭阀门45～47、61～64，开启阀门55、56，开启送风机44、阀门55、56，启动高能点火器33进行点火燃烧器点火，点火安全时间应低于5s。与此同时，据火焰监视器判定是否点火成功。
④、稀薄燃烧室或炉胆启动
监视引射器15出口氧化剂温度与氧气浓度。对生物质气，引射器15出口温度不低于1200℃；对沼气，引射器15出口温度不低于900℃。监视稀薄燃烧室或炉胆温度，对生物质气，稀薄燃烧室或炉胆温度不低于1150℃；对沼气，稀薄燃烧室或炉胆温度不低于850℃。当稀薄燃烧室或炉胆满足温度要求后，开启阀门61～63，调节阀门64，此时稀薄燃烧室或炉胆燃气流量处于小流量状态。同时增加阀门55开度，以提高引射器15的出口氧化剂温度和氧气浓度。通过火焰监视器判定稀薄燃烧室或炉胆燃烧状况，此时应为传统燃烧模式，以对稀薄燃烧室或炉胆进行二次升温。与此同时，蒸汽出口3引出蒸汽放空处理或与采暖系统回水混合。
⑤、稀薄燃烧室或炉胆燃烧模式切换
当稀薄燃烧室或炉胆16温度达到指定温度：对生物质气，稀薄燃烧室或炉胆温度不低于1200℃；对沼气，温度不低于900℃。逐渐减小阀门55开度，同时增加稀薄燃烧室或炉胆燃气控制阀64开度。通过火焰监视器判定稀薄燃烧室或炉胆燃烧状况，当稀薄燃烧室或炉胆温度主体最大偏差低于200℃，稀薄燃烧室或炉胆处于稀薄燃烧模式。开启并汽阀的旁路阀和并汽阀。并汽阀缓慢开启，当完全开启后关闭旁路阀，蒸汽出口3引出蒸汽并入采暖系统热力站或过热器。
（2）溴化锂溶液蒸汽生产工作模式：
①、进溴化锂稀溶液
关闭阀门71，启动溶液泵68，当压力表70达到高温发生器设计压力后，开启阀门71注入溴化锂稀溶液，直到溴化锂稀溶液完全淹没第三回程烟管1最高一排管子。
②、燃气管道吹扫
打开阀门45～47、51～54、57～64对预燃室、点火燃烧器、稀薄燃烧室或炉胆燃气管道进行吹扫。
③、预燃室点火
关闭阀门45～47、61～64，开启阀门55、56，开启送风机44、阀门55、56，启动高能点火器33进行点火燃烧器点火，点火安全时间应低于5s。与此同时，据火焰监视器判定是否点火成功。
④、稀薄燃烧室或炉胆启动
监视引射器15出口氧化剂温度与氧气浓度。对生物质气，引射器15出口温度不低于1200℃；对沼气，引射器15出口温度不低于900℃。监视稀薄燃烧室或炉胆温度，对生物质气，稀薄燃烧室或炉胆温度不低于1150℃；对沼气，稀薄燃烧室或炉胆温度不低于850℃。当稀薄燃烧室或炉胆满足温度要求后，开启阀门61～63，调节阀门64，此时稀薄燃烧室或炉胆燃气流量处于小流量状态。同时增加阀门55开度，以提高引射器15的出口氧化剂温度和氧气浓度。通过火焰监视器判定稀薄燃烧室或炉胆燃烧状况，此时应为传统燃烧模式，以对稀薄燃烧室或炉胆进行二次升温。与此同时，蒸汽出口3引出蒸汽直接放空处理或进入低温发生器。
⑤、稀薄燃烧室或炉胆燃烧模式切换
当稀薄燃烧室或炉胆16温度达到指定温度：对生物质气，稀薄燃烧室或炉胆温度不低于1200℃；对沼气，温度不低于900℃。逐渐减小阀门55开度，同时增加稀薄燃烧室或炉胆燃气控制阀64开度。通过火焰监视器判定稀薄燃烧室或炉胆燃烧状况，当稀薄燃烧室或炉胆温度主体最大偏差低于200℃，稀薄燃烧室或炉胆处于稀薄燃烧模式。开启并汽阀的旁路阀和并汽阀。并汽阀缓慢开启，当完全开启后关闭旁路阀，同时蒸汽出口3引出蒸汽进入低温发生器。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种生物质气蒸汽发生器，其特征在于：所述生物质气蒸汽发生器内设有隔板，所述隔板将生物质气蒸汽发生器分成二次空气预热室和液体室；
所述二次空气预热室内设有竖隔板A（01）、横隔板A（03）、折流板Ⅰ（02）、折流板Ⅱ和预燃室（14）；所述竖隔板A（01）、横隔板A（03）与蒸汽发生器壳体组成前回烟室（9），所述预燃室（14）为设置在蒸汽发生器壳体的前墙与折流板Ⅱ之间的圆柱状预燃室，且以折流板Ⅱ作为预燃室后墙（38），以蒸汽发生器壳体的前墙作为预燃室前墙（34），折流板Ⅱ和隔板之间为混合室（8）；
所述液体室内设有中间回烟室管板（5）、横隔板B（04）和横隔板C（05），所述隔板、中间回烟室管板（5）、横隔板B（04）和横隔板C（05）组成上中间回烟室（6），所述隔板、中间回烟室管板（5）、横隔板C（05）和蒸汽发生器壳体组成下中间回烟室（7）；
所述液体室内设有稀薄燃烧室（16）和后回烟室（19），所述稀薄燃烧室（16）和后回烟室（19）交界处设有后回烟室管板（21），以隔板作为稀薄燃烧室前墙（40），稀薄燃烧室（16）穿过中间回烟室管板（5）和后回烟室管板（21）与后回烟室（19）相通，所述下中间回烟室（7）对应的中间回烟室管板（5）上设有第二回程烟管（4），第二回程烟管（4）穿过后回烟室管板（21）将后回烟室（19）与下中间回烟室（7）连通，所述上中间回烟室（6）对应的中间回烟室管板（5）上设有第三回程烟管（1），第三回程烟管（1）穿过蒸汽发生器壳体的后墙将上中间回烟室（6）与排烟管道（20）连通；
所述二次空气预热室内设有第二回程烟管扩展段（12）和第三回程烟管扩展段（11），所述第二回程烟管扩展段（12）穿过下中间回烟室（7）所对应的的隔板、折流板Ⅱ、折流板Ⅰ（02）、竖隔板A（01）将下中间回烟室（7）与前回烟室（9）连通；所述第三回程烟管扩展段（11）穿过上中间回烟室（6）所对应的的隔板、折流板Ⅱ、折流板Ⅰ（02）、竖隔板A（01）将上中间回烟室（6）与前回烟室（9）连通；
所述生物质气蒸汽发生器壳体的前墙上设有二次空气进口（10），所述预燃室前墙上设有轴向叶片燃烧器（13），
所述液体室对应的蒸汽发生器壳体上设有溴化锂稀溶液或给水进口、蒸汽出口；
所述混合室（8）内设有引射器（15），预燃室（14）经由引射器（15）与稀薄燃烧室（16）连通，稀薄燃烧室（16）的前墙（40）上设有两个二次生物质气喷口（25）。
2.根据权利要求1所述的生物质气蒸汽发生器，其特征在于：所述引射器（15）由收缩喷嘴（37）和混合管（36）组成，所述混合管（36）包括收缩段（35）、混合段（39）和扩张段（41）组成，收缩喷嘴（37）的进口与预燃室连通，收缩喷嘴（37）的出口与混合管的收缩段（35）相通，混合管的扩张段出口与稀薄燃烧室相通。
3.根据权利要求2所述的生物质气蒸汽发生器，其特征在于：所述收缩喷嘴（37）收缩角为90°，混合管（36）收缩段收缩角为28°，混合管（36）扩张段扩张角为7°。
4.根据权利要求1所述的生物质气蒸汽发生器，其特征在于：所述二次生物质气喷口与引射器（15）之间的轴向距离L=(3～5)d。
5.根据权利要求1所述的生物质气蒸汽发生器，其特征在于：所述轴向叶片燃烧器（13）包括一次空气进口（28）、一次生物质气进口（30）、轴向叶片（26）、6个一次燃气喷口（25-1）、烧嘴砖（32）、高能点火器（33）和火焰监视器（31）。
6.根据权利要求1所述的生物质气蒸汽发生器，其特征在于：所述液体室对应的燃烧器壳体侧面设有液囊（24），液囊下部设有浓溶液出口（23）。
7.根据权利要求1所述的生物质气蒸汽发生器，其特征在于：所述液体室对应的燃烧器壳体下部靠近后回烟室处设有排污管（17）。
8.根据权利要求1所述的生物质气蒸汽发生器，其特征在于：所述后回烟室外部设有防爆管，防爆管一端与后回烟室连通，另一端穿过蒸汽发生器壳体后墙，所述防爆管的出口处设有防爆门（18）。
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