CN112815303A - 一种煤与生物质耦合燃烧系统及锅炉 - Google Patents

一种煤与生物质耦合燃烧系统及锅炉 Download PDF

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Abstract

本发明涉及锅炉技术领域，公开了一种煤与生物质耦合燃烧系统及锅炉。其中煤与生物质耦合燃烧系统包括一次风管道、二次风管道、煤粉输送装置和生物质输送装置，一次风管道和二次风管道均能够连通于锅炉的炉膛，二次风管道套设于一次风管道外，用于向炉膛内部通入旋流风，煤粉输送装置连通于一次风管道，用于向一次风管道内通入风和煤粉混合物，生物质输送装置连通于一次风管道，用于向一次风管道内通入风和生物质混合物，在此设置之下，即可实现生物质与煤的耦合燃烧，且系统结构简单。进一步地，上述煤与生物质耦合燃烧系统能够应用于锅炉，改造成本低，更具经济性能。

Description

一种煤与生物质耦合燃烧系统及锅炉
技术领域
本发明涉及锅炉技术领域，尤其涉及一种煤与生物质耦合燃烧系统及锅炉。
背景技术
生物质是世界上第四大能源，其主要特点是可再生、硫含量低，能有效降低烟气中SO2浓度，且实现CO2零排放，是一种清洁的低碳燃料。生物质发电兼具经济、生态与社会等综合效益，可缓解日益突出的能源短缺与环境恶化问题。
目前，生物质与燃煤锅炉耦合利用主要有两种形式，一是将生物质气化后送入炉膛，此种方式下的生物质掺烧对锅炉影响较小，但是投资较高；二是将生物质直接与燃煤耦合燃烧，但是生物质与煤粉燃烧特性相差巨大，导致生物质送入煤粉炉燃烧所需要的配风形式、位置也会有所差异，从而导致煤与生物质耦合燃烧发电技术存在装置结构复杂、运行控制难度大等问题。
因此，亟需一种煤与生物质耦合燃烧系统及锅炉，不仅可以实现生物质与煤的耦合燃烧，而且系统结构简单，改造成本低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤与生物质耦合燃烧系统及锅炉，以实现生物质与煤的耦合燃烧，且系统结构简单，改造成本低。
如上构思，本发明所采用的技术方案是：
一种煤与生物质耦合燃烧系统，包括：
一次风管道和二次风管道，均能够连通于锅炉的炉膛，所述二次风管道套设于所述一次风管道外，所述二次风管道用于向所述炉膛内部通入旋流风；
煤粉输送装置，连通于所述一次风管道，用于向所述一次风管道内通入风和煤粉混合物；
生物质输送装置，连通于所述一次风管道，用于向所述一次风管道内通入风和生物质混合物。
进一步地，所述煤与生物质耦合燃烧系统还包括切换装置，所述煤粉输送装置和所述生物质输送装置均通过所述切换装置连通于所述一次风管道，所述切换装置被配置为使所述一次风管道能够向所述炉膛内部通入风和煤粉混合物或风和生物质混合物。
进一步地，所述生物质输送装置在所述一次风管道的喷口端的风速为30～45m/s，所述二次风管道的喷口端的风速为10～20m/s时，用于向所述一次风管道内通入温度为50～100℃的风和生物质混合物。
进一步地，所述生物质输送装置包括鼓风机、生物质仓、出料管道和热风管道，所述出料管道一端连通于所述生物质仓，另一端连通于所述一次风管道，所述鼓风机被配置为使所述生物质仓内的生物质能够经所述出料管道进入所述一次风管道，所述热风管道被配置为提高离开所述生物质仓的生物质的温度。
进一步地，所述热风管道的一端连通于所述出料管道，所述热风管道的另一端能够连通于二次风箱。
进一步地，所述热风管道的一端连通于所述一次风管道，所述热风管道的另一端能够连通于二次风箱。
进一步地，所述热风管道上设有流量调节阀。
进一步地，所述生物质输送装置还包括冷风管道，所述鼓风机通过所述冷风管道连通于所述生物质仓。
进一步地，所述二次风管道伸入所述炉膛内的一端设有锥台形管，所述锥台形管的小径端连接于所述二次风管道，所述锥台形管的锥壁的延伸方向与所述二次风管道的轴向方向的夹角为25～35°。
进一步地，还提供一种锅炉，包括锅炉炉膛、二次风箱和如上任一项所述的煤与生物质耦合燃烧系统，所述二次风箱设有多个，多个所述二次风箱沿所述炉膛周向环绕布置为至少一层，且至少一个所述二次风箱连通至少一个煤与生物质耦合燃烧系统。
本发明的有益效果为：
本发明提出一种煤与生物质耦合燃烧系统，包括一次风管道、二次风管道、煤粉输送装置和生物质输送装置。一次风管道和二次风管道均能够连通于锅炉的炉膛，二次风管道套设于一次风管道外，二次风管道用于向炉膛内部通入旋流风，煤粉输送装置连通于一次风管道，用于向一次风管道内通入风和煤粉混合物，生物质输送装置连通于一次风管道，用于向一次风管道内通入风和生物质混合物。通过分别设置的煤粉输送装置和生物质输送装置能够实现锅炉工作过程中煤与生物质的耦合燃烧，系统结构简单。
本发明还提出一种锅炉，包括上述的煤与生物质耦合燃烧系统，能够实现煤与生物质的耦合燃烧，而且改造成本低，更具经济性能。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的煤与生物质耦合燃烧系统的结构示意图；
图2是本发明实施例二提供的煤与生物质耦合燃烧系统的结构示意图。
图中：
1、一次风管道；
2、二次风管道；21、旋流叶片；22、锥台形管；
3、生物质输送装置；31、冷风管道；32、生物质仓；33、出料管道；34、热风管道；341、流量调节阀；
4、煤粉输送装置；
5、切换装置；
6、二次风箱；
7、炉膛。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
如图1所示，本实施例提供一种煤与生物质耦合燃烧系统，包括一次风管道1、二次风管道2、煤粉输送装置4和生物质输送装置3。其中一次风管道1和二次风管道2均能够连通于锅炉的炉膛7，二次风管道2套设于一次风管道1外，二次风管道2用于向炉膛7内部通入旋流风，煤粉输送装置4连通于一次风管道1，用于向一次风管道1内通入风和煤粉混合物，生物质输送装置3连通于一次风管道1，用于向一次风管道1内通入风和生物质混合物。在此设置之下，即可实现锅炉工作过程中煤与生物质的耦合燃烧，而且系统结构简单，改造成本低。
进一步地，煤与生物质耦合燃烧系统还包括切换装置5，煤粉输送装置4和生物质输送装置3均通过切换装置5连通于一次风管道1，切换装置5被配置为使一次风管道1能够向炉膛7内部通入风和煤粉混合物或者风和生物质混合物。在本实施例中，切换装置5优选为三相阀，结构简单，通过对三相阀通断方向的调节，即可实现与一次风管道1连通的输送装置的切换，完成煤粉与生物质不同比例的掺烧，有效增强煤与生物质耦合燃烧系统的运行灵活性。
具体地，当从一次风管道1向炉膛7内部通入风和煤粉混合物时，一次风管道1的喷口端的风速为16～24m/s，二次风管道2的喷口端的风速为36～50m/s，其中二次风管道2设置于一次风管道1的外层，因此，在燃烧器的喷口处可形成风包粉流场，从而有效促进煤粉着火。
而当从一次风管道1向炉膛7内部通入风和生物质的混合物时，一次风管道1喷口端的风速应显著高于常规燃煤工况下一次风管道1喷口端的风速，这是因为生物质本身具有极易着火和燃尽的特性，所以需要较高的一次风风速以加大生物质的着火距离，从而降低燃烧器喷口附近的温度。另外，二次风管道2的喷口端的风速也应低于常规燃煤工况下二次风管道2喷口端的风速，这样强旋流低速的二次风可以在炉膛7近壁面形成拓展气膜以及氧化性气氛，从而有效防止燃烧生物质工况下燃烧器喷口出现结焦现象。具体地，生物质输送装置3在一次风管道1的喷口端的风速为30～45m/s，二次风管道2的喷口端的风速为10～20m/s时，用于向一次风管道1内通入温度为50～100℃的风和生物质混合物。
如图1所示，生物质输送装置3包括鼓风机、生物质仓32、出料管道33和热风管道34，出料管道33一端连通于生物质仓32，另一端连通于一次风管道1，鼓风机被配置为使生物质仓32内的生物质能够经出料管道33进入一次风管道1，热风管道34则用于提高离开生物质仓32的生物质的温度。具体地，鼓风机(图中未示出)通入生物质仓32内的是室温状态下的气体，因为生物质需采用冷风输送，以有效推迟生物质的着火点，从而避免生物质在输送过程中发生自燃，而热风管道34则是为了保证生物质在进入炉膛7燃烧时所需要的着火热，但是最终，鼓风机所通入的冷风和热风管道34通入的热风将在一次风管道1内混合，以保证一次风管道1内的风和生物质混合物的温度处于50～100℃。
另外，可以理解的，对于常规的燃煤锅炉，其本身配备的二次风箱6所提供的气体的温度较高，一般为280～350℃，所以可以直接将二次风箱6作为热风风源。因此，在本实施例中，热风管道34的一端连通于出料管道33，热风管道34的另一端能够连通于二次风箱6，这样不仅可简化系统结构，而且也更加方便和节能。
而在其他一个实施例中，因为二次风箱6内热风温度变化范围较小，若为了保证宽泛的热风和冷风混合比，热风管道34连通二次风箱6的一端也可以连通于其他的温度可调节的热风风源，只需保证其热风温度的范围适合生物质输送装置3即可。
更进一步地，为了方便调控输送生物质时一次风管道1内的温度，热风管道34上设有流量调节阀341，该流量调节阀341可以调节进入一次风管道1内的热风的流量。可以理解的，当二次风箱6的热风温度不可改变时，为了调节一次风管道1内的风和生物质混合物的温度，即可以通过调节通入出料管道33内的热风的流量来实现。具体地，若要提升一次风管道1内的温度，则可以增加通过流量调节阀341的热风的流量，若要降低一次风管道1内的温度，则可以减少通过流量调节阀341的热风的流量。
除了改变热风管道34内热风的流量以调节一次风管道1内的温度外，还可以通过改变通入一次风管道1内的冷风的流量来实现。具体地，可以改变鼓风机的功率以改变通入冷风的风量，从而调节一次风管道1内冷风和热风混合后的温度。其调节方法与改变热风管道34内的热风的流量类似，即当热风管道34内的热风流量不变时，若要降低一次风管道1内的温度，则可以相应增加冷风的流量，若要提升一次风管道1内的温度，则可以相应减少冷风的流量。
优选地，在本实施例中，生物质仓32内储存的生物质的颗粒直径小于2mm，即保证生物质可以被从鼓风机内流出的冷风裹挟至出料管道33内，从而能够进入一次风管道1，所以，对于上述鼓风机的功率的调控还需要考虑合适的生物质输送量。
具体地，生物质输送装置3还包括冷风管道31，鼓风机通过冷风管道31连通于生物质仓32。可以理解的，冷风管道31和出料管道33分别设置于生物质仓32上，鼓风机提供一定速度的冷风，通过冷风管道31而进入生物质仓32，以使生物质仓32内的生物质可以被气流带动进入出料管道33，但是除了冷风风速会影响出料管道33内风和生物质混合物的流动速度外，冷风管道31和出料管道33在生物质仓32上设置的相对位置，也将极大的影响生物质离开生物质仓32的难易程度，因此，在实际设置时，可以根据工况需要，改变冷风管道31或者冷风管道31和出料管道33设置在生物质仓32上的具体位置，以保证出料管道33内合适的风和生物质混合比例。
最后需要说明的是，二次风管道2伸入炉膛7内的一端设有锥台形管22，锥台形管22的小径端连接于二次风管道2，锥台形管22的锥壁的延伸方向与二次风管道2的轴向方向的夹角为25～35°。二次风管喷口端设计为扩锥状也能够有效调节着火点，使得配风后移，强化空气分级，降低喷口处的温度，还可有效降低煤燃烧初期氮氧化物的生成量。
另外，为保证二次风的强旋流效果，二次风管道2内设置有旋流叶片21，在本实施例中，旋流叶片21的角度优选为45～70°。
本实施例还提供一种锅炉，包括锅炉炉膛7、二次风箱6和上述的煤与生物质耦合燃烧系统，二次风箱6设有多个，多个二次风箱6沿炉膛7周向环绕布置为至少一层，且至少一个二次风箱6连通至少一个煤与生物质耦合燃烧系统。具体的，多个二次风箱6可以在锅炉的炉膛7墙壁上布置一层或者多层，且每层可以设置一个或多个二次风箱6，因此，在需要掺烧生物质时，可以根据实际工况需求，选择至少一个二次风箱6连通上述煤与生物质耦合燃烧系统。
实施例二
本实施例公开了一种煤与生物质耦合燃烧系统，本实施例中的煤与生物质耦合燃烧系统与实施例一中的煤与生物质耦合燃烧系统的不同之处在于：如图2所示，热风管道34的一端连通于一次风管道1，热风管道34的另一端能够连通于二次风箱6。设置热风管道34的目的是为了保证生物质的着火热，因此，将热风管道34连通于一次风管道1或者出料管道33，对于生物质最后的燃烧以及着火点没有较大的影响，可以根据实际的装配需求设置。
除此之外，本实施例提供的一种煤与生物质耦合燃烧系统的其余结构与实施例一种的一种煤与生物质耦合燃烧系统均相同，在此不再赘述。
本实施例还提供一种锅炉，包括锅炉炉膛7、二次风箱6和上述的煤与生物质耦合燃烧系统，二次风箱6设有多个，多个二次风箱6沿炉膛7周向环绕布置为至少一层，且至少一个二次风箱6连通至少一个煤与生物质耦合燃烧系统，可实现煤与生物质的耦合燃烧，避免锅炉燃烧器喷口烧损、结焦，而且结构简单，改造方便，具有更高的经济性能。
以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变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 (10)

1.一种煤与生物质耦合燃烧系统，其特征在于，包括：
一次风管道(1)和二次风管道(2)，均能够连通于锅炉的炉膛(7)，所述二次风管道(2)套设于所述一次风管道(1)外，所述二次风管道(2)用于向所述炉膛(7)内部通入旋流风；
煤粉输送装置(4)，连通于所述一次风管道(1)，用于向所述一次风管道(1)内通入风和煤粉混合物；
生物质输送装置(3)，连通于所述一次风管道(1)，用于向所述一次风管道(1)内通入风和生物质混合物。
2.根据权利要求1所述的煤与生物质耦合燃烧系统，其特征在于，所述煤与生物质耦合燃烧系统还包括切换装置(5)，所述煤粉输送装置(4)和所述生物质输送装置(3)均通过所述切换装置(5)连通于所述一次风管道(1)，所述切换装置(5)被配置为使所述一次风管道(1)能够向所述炉膛(7)内部通入风和煤粉混合物或风和生物质混合物。
3.根据权利要求1所述的煤与生物质耦合燃烧系统，其特征在于，所述生物质输送装置(3)在所述一次风管道(1)的喷口端的风速为30～45m/s，所述二次风管道(2)的喷口端的风速为10～20m/s时，用于向所述一次风管道(1)内通入温度为50～100℃的风和生物质混合物。
4.根据权利要求1所述的煤与生物质耦合燃烧系统，其特征在于，所述生物质输送装置(3)包括鼓风机、生物质仓(32)、出料管道(33)和热风管道(34)，所述出料管道(33)一端连通于所述生物质仓(32)，另一端连通于所述一次风管道(1)，所述鼓风机被配置为使所述生物质仓(32)内的生物质能够经所述出料管道(33)进入所述一次风管道(1)，所述热风管道(34)被配置为提高离开所述生物质仓(32)的生物质的温度。
5.根据权利要求4所述的煤与生物质耦合燃烧系统，其特征在于，所述热风管道(34)的一端连通于所述出料管道(33)，所述热风管道(34)的另一端能够连通于二次风箱(6)。
6.根据权利要求4所述的煤与生物质耦合燃烧系统，其特征在于，所述热风管道(34)的一端连通于所述一次风管道(1)，所述热风管道(34)的另一端能够连通于二次风箱(6)。
7.根据权利要求5-6任一项所述的煤与生物质耦合燃烧系统，其特征在于，所述热风管道(34)上设有流量调节阀(341)。
8.根据权利要求1所述的煤与生物质耦合燃烧系统，其特征在于，所述生物质输送装置(3)还包括冷风管道(31)，所述鼓风机通过所述冷风管道(31)连通于所述生物质仓(32)。
9.根据权利要求1所述的煤与生物质耦合燃烧系统，其特征在于，所述二次风管道(2)伸入所述炉膛(7)内的一端设有锥台形管(22)，所述锥台形管(22)的小径端连接于所述二次风管道(2)，所述锥台形管(22)的锥壁的延伸方向与所述二次风管道(2)的轴向方向的夹角为25～35°。
10.一种锅炉，其特征在于，包括锅炉炉膛(7)、二次风箱(6)和权利要求1-9任一项所述的煤与生物质耦合燃烧系统，所述二次风箱(6)设有多个，多个所述二次风箱(6)沿所述炉膛(7)周向环绕布置为至少一层，且至少一个所述二次风箱(6)连通至少一个煤与生物质耦合燃烧系统。
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