CN110375291B - 一种链条炉排生物质锅炉及燃烧控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种链条炉排生物质锅炉及燃烧控制方法，炉膛的下方设有链条炉排和风室；炉膛的炉膛后墙、炉膛前墙上自下而上交替设有第一烟气挡板、第二烟气挡板和第三烟气挡板，第二烟气挡板下方的炉膛前墙上设有第二次风进风口，第一烟气挡板与第三烟气挡板之间的炉膛后墙上设有第三次风进风口，第二烟气挡板上方的炉膛前墙上设有进料口和第四次风进风口，第三烟气挡板上方的炉膛后墙上设有出烟口；进料口的燃料经第二烟气挡板、第一烟气挡板以斜向下且呈S形移动并燃烧，最后落入炉排上；第二次风、第三次风、第四次风配合燃料的移动方向斜向下鼓入。本发明可有效提高了生物质成型燃料燃烧效率，同时降低了整个燃烧系统NOx排放。

Description

一种链条炉排生物质锅炉及燃烧控制方法

技术领域

本发明涉及生物质燃烧技术领域，具体涉及一种链条炉排生物质锅炉及燃烧控制方法。

背景技术

生物质成型燃料是工业锅炉常用燃料的一种，生物质成型燃料与燃煤虽然都是固体燃料，但两种燃料的组成相差较大。其中，生物质燃料挥发分含量一般占燃料成分75％左右，固定碳含量占燃料成分一般在10％左右；然而，燃煤挥发分含量一般占燃料成分15％左右，固定碳含量占燃料成分一般在70％左右；挥发分燃烧温度在300℃左右，固定碳燃烧温度在900℃左右，从两者对比看出，两种燃料燃烧特点差别较大。

传统链条炉排生物质锅炉的燃烧方式为层状单级多相燃烧方式，进料采用下部进料方式，燃料铺于炉排表面随炉排移动燃烧；炉内根据不同燃料布置有前、后拱，一次风从炉排下部供给，一般只有二次风，布置在前后拱喉口处；传统链条炉排生物质锅炉属于层状燃烧，燃料气相及固相混合在一起燃烧，互相影响，燃烧效率低，炉内温度水平分布不均匀；这种燃烧方法有以下弊端：

1、着火条件差：新燃料不是直接投撒于灼热的焦炭之上，而是从链条炉排的一端供入.燃料着火所需热量基本上只能从上部炉膛空间及拱墙的辐射获得，属于“单面着火”，下部燃料的着火热量是从上部靠接触导热传下来的，料层又有一定厚度，所以当料层表面着火时，底部的燃料尚在加热而不能着火；都会使燃料的着火延迟，对于直径较大的生物质压块来说，表面致密光滑，燃料中挥发分不易析出，进一步推迟燃料着火时间。使生物质成型燃料燃尽时间不足，物理不完全燃烧热损失增大。当链条炉采用低挥发分、低热值、高灰分、高水分的劣质燃料时，着火问题将更为突出，燃烧效率更低。

2、燃料易结渣：影响灰份熔点的主要因素是灰份的化学组成及其周围的高温环境介质，两者相互影响；生物质碱金属含量高，灰熔点低，且炉排下部风不易穿过炉排且分布不均，燃烧会出现不完全燃烧产物，使周围的介质呈弱还原性，降低灰熔融性加剧结渣，因整个燃料层处于静态过程，炉排表面形成大面积焦渣，导致通风不畅，物理及化学不完全燃烧损失增大。

3、挥发分燃烧不完全，易冒黑烟：因下部进料，炉排表面堆积大量的燃料，燃料层表面积聚大量的的可燃气体，一部分气体经过上部低温炉膛空间直接逸出炉外，一部分在高温缺氧状态下分解成炭黑粒子，化学及物理热损失加大，锅炉存在冒黑烟现象。

4、增加NOx排放，根据热力型NOx和燃料型NOx形成机理，要控制其生成，就需要降低锅炉炉膛燃烧温度，并避免产生局部高温区，降低过量空气系数，形成还原性气氛。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种链条炉排生物质锅炉及燃烧控制方法，可有效提高了生物质成型燃料燃烧效率，同时降低了整个燃烧系统NOx排放。

本发明公开了一种链条炉排生物质锅炉，包括：炉膛；

所述炉膛的下方设有链条炉排和风室，所述风室鼓出的第一次风经所述链条炉排进入所述炉膛；

所述炉膛的炉膛后墙、炉膛前墙的内壁上自下而上交替设有第一烟气挡板、第二烟气挡板和第三烟气挡板，所述第二烟气挡板下方的炉膛前墙上设有第二次风进风口，所述第一烟气挡板与第三烟气挡板之间的炉膛后墙上设有第三次风进风口，所述第二烟气挡板上方的炉膛前墙上设有进料口和第四次风进风口，所述第三烟气挡板上方的炉膛后墙上设有出烟口；

所述进料口的燃料经所述第二烟气挡板、第一烟气挡板以斜向下且呈S形移动并燃烧，最后落入炉排上；所述第二次风进风口的第二次风、第三次风进风口的第三次风、第四次风进风口的第四次风配合所述燃料的移动方向斜向下鼓入。

作为本发明的进一步改进，所述燃料在移动并燃烧的过程中，

通过所述第四次风与第三烟气挡板的共同作用，在所述第三烟气挡板的下方形成第一烟气漩涡；

通过所述第三次风与第二烟气挡板的共同作用，在所述第二烟气挡板的下方形成第二烟气漩涡；

通过所述第二次风与第一烟气挡板的共同作用，在所述第一烟气挡板的下方形成第三烟气漩涡。

作为本发明的进一步改进，在所述第一烟气漩涡、第二烟气漩涡、第三烟气漩涡和出烟口处均设有检测仪表，所述检测仪表用于测量过量空气系数、烟气NOx和烟气温度。

作为本发明的进一步改进，所述第一次风、第二次风、第三次风均取自空气预热器的洁净热风，所述第四次风取自锅炉尾部烟气。

作为本发明的进一步改进，所述第一次风占整体热空气比例为3/5，所述第二次风和第三次风均占整体热空气比例为1/5，所述第四次风占尾部整体烟气量的15～25％。

作为本发明的进一步改进，所述第一烟气挡板、第二烟气挡板、第三烟气挡板均由膜式壁管排形成，上方膜式壁管的倾斜角度不得低于30°，下方光管倾斜角度不得低于10°，管内介质为水。

本发明还公开了一种链条炉排生物质锅炉的燃烧控制方法，包括：

第一阶段

生物质成型燃料从进料口进入炉膛，沿第二烟气挡板表面倾斜滚动，直接摔落至第一烟气挡板上；生物质成型燃料在不断的滚动、碰撞、摔落过程中，挥发分迅速析出；在第四次风与第三烟气挡板共同作用，在第三烟气挡板下方形成烟气漩涡，挥发分与空气混合而燃烧；

第二阶段

生物质成型燃料沿第一烟气挡板表面继续倾斜向下滚落，向前摔落至链条炉排前方；生物质成型燃料在不断的滚动、碰撞、摔落过程中，挥发分迅速析出；在第三次风与第二烟气挡板共同作用下，在第二烟气挡板下方形成烟气漩涡，挥发分与空气混合而燃烧；

第三阶段

生物质成型燃料从链条炉排前方沿链条炉排运动方向从前到后移动，此时生物质成型燃料已全部散开，燃料中残留挥发分全部析出，在第二次风及第一烟气挡板共同作用下，在第一烟气挡板下方形成烟气漩涡，挥发分至此全部燃烬；

第四阶段

链条炉排表面留存的是不易燃烧的焦碳，焦碳在第一阶段、二阶段强化受热后，在第一烟气挡板的“保暖”及第一次风的作用下在炉排表面燃烬。

作为本发明的进一步改进，所述第一次风、第二次风、第三次风均取自空气预热器的洁净热风，空气预热器风温为150-200℃；

所述第四次风取自锅炉尾部烟气，烟气温度为130-160℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明适应生物质成型燃料燃烧特点，采用空间分级分相的燃烧方式和上部进料方式，沿炉膛高度方向生物质成型燃料通过挡板曲折下落至炉排表面，可燃气体迅速析出及着火；可燃气体在炉膛高度方向上分级燃烧，固定碳在炉排表面燃烧，通过四次风与烟气挡板配合，可燃成分与空气高速旋转及强烈扰动，极大增加了挥发分烟气行程，加剧挥发分燃烧，成型燃烧在炉膛内保留时间较长，燃料的翻滚、碰撞、摔落进一步强化燃烧，生物成型燃料燃烧效率达到98％以上，在四次风精准调节下，炉膛过量空气系数不超过1.2，炉膛在高度方向温度均匀稳定，炉膛整体温度不超过850℃，从而达到高效燃烧、低氮排放的效果。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的链条炉排生物质锅炉的结构示意图。

图中：

1、风室；2、链条炉排；3、第一次风；4、第二次风；5、炉膛前墙；6、第二烟气挡板；7、进料口；8、第四次风；9、第三烟气挡板；10、检测仪表；11、出烟口；12、炉膛后墙；13、第三次风；14、第一烟气挡板；15、空气预热器；16、尾部烟气。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图1所示，本发明提供一种链条炉排生物质锅炉，包括：炉膛(包括炉膛前墙5和炉膛后墙12)、风室1、链条炉排2、第一次风3、第二次风4、第二烟气挡板6、进料口7、第四次风8、第三烟气挡板9、检测仪表10、出烟口11、第三次风13、第一烟气挡板14、空气预热器15和尾部烟气16；其中：

本发明的炉膛的下方设有链条炉排2和风室1，风室2鼓出的第一次风3经链条炉排2进入炉膛；其中，第一次风3取自空气预热器15的洁净热风，空气预热器风温为150-200℃，第一次风占整体热空气比例为3/5。

本发明炉膛后墙12、炉膛前墙5的内壁上自下而上交替设有第一烟气挡板14、第二烟气挡板6和第三烟气挡板9，即炉膛后墙12的内壁上自下而上设有第一烟气挡板14和第三烟气挡板9，炉膛前墙5的内壁上自下而上设有第二烟气挡板6，第二烟气挡板6位于第一烟气挡板14和第三烟气挡板9之间。其中，本发明的第一烟气挡板14、第二烟气挡板6、第三烟气挡板9为图1所示的截面结构，即本发明的第一烟气挡板14、第二烟气挡板6、第三烟气挡板9均由膜式壁管排形成，管子直径为上方膜式壁管的倾斜角度不得低于30°，下方光管倾斜角度不得低于10°，管内介质为水。

本发明在第二烟气挡板6下方的炉膛前墙上设有第二次风进风口，通过第二次风进风口用于向炉膛内鼓入第二次风4；本发明在第一烟气挡板14与第三烟气挡板9之间的炉膛后墙上设有第三次风进风口，通过第三次风进风口用于向炉膛内鼓入第三次风13；本发明在第二烟气挡板6上方的炉膛前墙上设有进料口7和第四次风进风口，通过第四次风进风口用于向炉膛内鼓入第四次风8；本发明在第三烟气挡板9上方的炉膛后墙上设有出烟口11。其中，第二次风4、第三次风13取自空气预热器15的洁净热风，空气预热器风温为150-200℃，第二次风4和第三次风13均占整体热空气比例为1/5；第四次风9取自锅炉尾部烟气16，烟气温度为130-160℃，烟气量占尾部整体烟气量的20％左右；可选用15～25％，优选18～22％，最优选为20％。

本发明的进料口7的燃料经第二烟气挡板6、第一烟气挡板14以斜向下且呈S形移动并燃烧，最后落入炉排上；第二次风进风口的第二次风4、第三次风进风口的第三次风13、第四次风进风口的第四次风8配合燃料的移动方向斜向下鼓入。

本发明的燃料在移动并燃烧的过程中，通过第四次风与第三烟气挡板的共同作用，在第三烟气挡板的下方形成第一烟气漩涡；通过第三次风与第二烟气挡板的共同作用，在第二烟气挡板的下方形成第二烟气漩涡；通过第二次风与第一烟气挡板的共同作用，在第一烟气挡板的下方形成第三烟气漩涡。第一烟气漩涡、第二烟气漩涡、第三烟气漩涡和出烟口处均设有检测仪表10，检测仪表10用于测量过量空气系数、烟气NOx和烟气温度，基于检测结果保证炉膛温度平均稳定，尾部出口处过量空气系数、NOx数值达到最优。

本发明提供一种链条炉排生物质锅炉的燃烧控制方法，包括四个阶段，分别为：

第一阶段

生物质成型燃料从进料口进入炉膛，沿第二烟气挡板表面倾斜滚动，直接摔落至第一烟气挡板上；生物质成型燃料在不断的滚动、碰撞、摔落过程中，挥发分迅速析出，在第四次风与第三烟气挡板共同作用，在第三烟气挡板下方形成烟气漩涡，挥发分与空气强烈混合而剧烈燃烧，经此阶段，从原始表面起约1/4生物质燃料得以燃烬。

第二阶段

生物质成型燃料沿第一烟气挡板表面继续倾斜向下滚落，向前摔落至链条炉排前方；与第一阶段类似，生物质成型燃料至此经过多次撞击，内部更加疏松，挥发分析出量更多，此处炉膛温度较高，在第三次风与第二烟气挡板共同作用下，在第二烟气挡板下方形成烟气漩涡，挥发分与空气强烈混合而剧烈燃烧，经此阶段，从原始表面起约3/4生物质燃料得以燃烬。

第三阶段

生物质成型燃料从链条炉排前方沿链条炉排运动方向从前到后移动，此时生物质成型燃料基本已全部散开，燃料中残留挥发分全部析出，在第二次风及第一烟气挡板共同作用下，在第一烟气挡板下方形成烟气漩涡，挥发分至此全部燃烬。

第四阶段

炉排表面留存的是不易燃烧的焦碳，焦碳在第一、二阶段强化受热后，在第一烟气挡板“保暖”及第一次风的作用下在炉排表面缓慢燃烬。

本发明的优点为：

本发明采用燃烧方式为空间分级分相燃烧，上部进料方式，沿炉膛高度方向，成型燃料通过挡板曲折下落至炉排表面，可燃气体迅速析出及着火，在炉膛高度方向上分级燃烧，固定碳在炉排表面燃烧，即燃料气相空间分级燃烧，燃料固相炉排表面燃烧，按照各自的燃烧特点和相适应的燃烧方式，在同一个炉膛内互有联系、互为依托、相互促进达到完全燃烧的目的；燃料在下落过程中呈现双面受热条件，固定碳提前预热，着火条件较好，通过四次风及挡板的配合，延长了燃料在整个锅膛的停留时间，在高度方向上保证最小过量空气系数的情况下，实现燃料高效率燃烧，间接实现低Nox排放的目的，杜绝生物质锅炉炉排结渣、冒黑烟等顽疾。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种链条炉排生物质锅炉，其特征在于，包括：炉膛；

所述炉膛的下方设有链条炉排和风室，所述风室鼓出的第一次风经所述链条炉排进入所述炉膛；

所述炉膛的炉膛后墙、炉膛前墙的内壁上自下而上交替设有第一烟气挡板、第二烟气挡板和第三烟气挡板，所述第二烟气挡板下方的炉膛前墙上设有第二次风进风口，所述第一烟气挡板与第三烟气挡板之间的炉膛后墙上设有第三次风进风口，所述第二烟气挡板上方的炉膛前墙上设有进料口和第四次风进风口，所述第三烟气挡板上方的炉膛后墙上设有出烟口；

所述进料口的燃料经所述第二烟气挡板、第一烟气挡板以斜向下且呈S形移动并燃烧，最后落入炉排上；所述第二次风进风口的第二次风、第三次风进风口的第三次风、第四次风进风口的第四次风配合所述燃料的移动方向斜向下鼓入；

所述第一烟气挡板、第二烟气挡板、第三烟气挡板均由膜式壁管排形成，上方膜式壁管的倾斜角度不得低于30°，下方光管倾斜角度不得低于10°，管内介质为水；

所述燃料在移动并燃烧的过程中，通过所述第四次风与第三烟气挡板的共同作用，在所述第三烟气挡板的下方形成第一烟气漩涡；通过所述第三次风与第二烟气挡板的共同作用，在所述第二烟气挡板的下方形成第二烟气漩涡；通过所述第二次风与第一烟气挡板的共同作用，在所述第一烟气挡板的下方形成第三烟气漩涡；

链条炉排生物质锅炉采用空间分级分相的燃烧方式和上部进料方式，沿炉膛高度方向生物质成型燃料通过挡板曲折下落至炉排表面，可燃气体迅速析出及着火；可燃气体在炉膛高度方向上分级燃烧，固定碳在炉排表面燃烧，通过四次风与烟气挡板配合，可燃成分与空气高速旋转及强烈扰动；在四次风精准调节下，炉膛过量空气系数不超过1.2，炉膛在高度方向温度均匀稳定，炉膛整体温度不超过850℃。

2.如权利要求1所述的链条炉排生物质锅炉，其特征在于，在所述第一烟气漩涡、第二烟气漩涡、第三烟气漩涡和出烟口处均设有检测仪表，所述检测仪表用于测量过量空气系数、烟气NOx和烟气温度。

3.如权利要求1所述的链条炉排生物质锅炉，其特征在于，所述第一次风、第二次风、第三次风均取自空气预热器的洁净热风，所述第四次风取自锅炉尾部烟气。

4.如权利要求3所述的链条炉排生物质锅炉，其特征在于，所述第一次风占整体热空气比例为3/5，所述第二次风和第三次风均占整体热空气比例为1/5，所述第四次风占尾部整体烟气量的15～25％。

5.一种如权利要求1-4中任一项所述的链条炉排生物质锅炉的燃烧控制方法，其特征在于，包括：

第一阶段

生物质成型燃料从进料口进入炉膛，沿第二烟气挡板表面倾斜滚动，直接摔落至第一烟气挡板上；生物质成型燃料在不断的滚动、碰撞、摔落过程中，挥发分迅速析出；在第四次风与第三烟气挡板共同作用，在第三烟气挡板下方形成烟气漩涡，挥发分与空气混合而燃烧；

第二阶段

生物质成型燃料沿第一烟气挡板表面继续倾斜向下滚落，向前摔落至链条炉排前方；生物质成型燃料在不断的滚动、碰撞、摔落过程中，挥发分迅速析出；在第三次风与第二烟气挡板共同作用下，在第二烟气挡板下方形成烟气漩涡，挥发分与空气混合而燃烧；

第三阶段

生物质成型燃料从链条炉排前方沿链条炉排运动方向从前到后移动，此时生物质成型燃料已全部散开，燃料中残留挥发分全部析出，在第二次风及第一烟气挡板共同作用下，在第一烟气挡板下方形成烟气漩涡，挥发分至此全部燃烬；

第四阶段

链条炉排表面留存的是不易燃烧的焦碳，焦碳在第一阶段、二阶段强化受热后，在第一烟气挡板的“保暖”及第一次风的作用下在炉排表面燃烬。

6.如权利要求5所述的燃烧控制方法，其特征在于，所述第一次风、第二次风、第三次风均取自空气预热器的洁净热风，空气预热器风温为150-200℃；

所述第四次风取自锅炉尾部烟气，烟气温度为130-160℃。