CN202109471U - 生物质低氮直燃锅炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种生物质低氮直燃锅炉,包括炉膛,炉膛上部设有锅炉本体,炉膛前部进料口处设有料斗,炉膛下部设有链条炉排,锅炉本体的前后端分别设有前烟箱和后烟箱,炉膛腔体内设有隔拱、后拱、翼型烟道和隔烟墙,后拱的前端设有烟气导流板,隔烟墙设置于后拱上部,前拱上设有二次风装置,隔烟墙上设有三次风装置;炉膛腔体内被分隔成热解区、层燃区、再燃还原区和气化燃烧区。本实用新型根据生物质燃料的成分和燃烧特性,采用层燃与气化耦合燃烧技术,实现了燃料的高效燃烧,采用分级布风、半焦还原及热解产物再燃技术,实现了氮氧化物的超低排放,使生物质锅炉成为真正的节能环保产品。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种生物质锅炉,尤其是一种生物质低氮直燃锅炉。
背景技术
目前在国家重视生物质能开发和限制燃煤双重条件下,生物质锅炉由于政策的支持和优越的环保、经济性能逐渐受到青睐,成为替代燃煤及燃油燃气锅炉的重要产品。然而,目前市场上的生物质锅炉多是燃煤锅炉简单改造而成,或是直接使用燃煤锅炉(如:中国专利申请200710049037.3、200810137245.3、201010151608.6),难以发挥生物质燃料优势,并不适用于生物质燃料挥发份含量高、着火点低、可燃气体不易燃尽等燃烧特性,燃烧效率低、排烟温度高,热效率低。此外,生物质锅炉的氮氧化物排放量较高,在一定条件下可形成硝酸型酸雨,对生态环境有很大的损害。中国专利申请200910187815.4和201020528853.X的实用新型,虽采用二次配风或利用流化技术辅助燃烧,但其忽略了燃料燃烧所产生的NOx对环境的影响以及能量的综合利用效率,此类技术尚有发展空间。
因此,市场上迫切需要一种燃烧效率高、大气污染物排放指数低、热效率高的生物质直燃锅炉,实现生物质锅炉的产业化推广,推动生物质能产业链的形成和生物质能技术的发展。
实用新型内容
本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足,提供一种根据生物质燃料的成分和燃烧特性,采用层燃与气化耦合燃烧技术,实现燃料的高效燃烧,采用分级布风、半焦还原及热解产物再燃技术,实现氮氧化物的超低排放,真正节能环保的生物质低氮直燃锅炉。
为实现上述目的,本实用新型采用下述技术方案:
一种生物质低氮直燃锅炉,包括炉膛,炉膛上部设有锅炉本体,炉膛前部进料口处设有与其连通的料斗,炉膛下部设有链条炉排,锅炉本体的前后端分别设有前烟箱和后烟箱,炉膛的腔体由前拱、后墙、锅炉本体和链条炉排共同围成,炉膛腔体内设有隔拱(隔拱用以形成高温热解区反应微环境,阻隔一次配风,并起到摊匀燃料的作用)、后拱、翼型烟道和隔烟墙,后拱的前端设有烟气导流板,隔烟墙设置于后拱上部,翼型烟道设置于炉膛腔体的上部区域,隔拱设置于炉膛腔体右端底部且与前拱倾斜相对应,后拱横向设置于炉膛腔体中部且一端与后墙相连,所述前拱上设有二次风装置,隔烟墙上设有三次风装置;所述隔拱、前拱和链条炉排之间的区域形成热解区,热解区上部由前拱、烟气导流板、隔拱和翼型烟道之间的区域形成再燃还原区,再燃还原区左侧由烟气导流板、后拱、隔烟墙和翼型烟道之间的区域形成气化燃烧区,后拱的下部由后拱、后墙、链条炉排和隔拱之间的区域形成层燃区。
所述烟气导流板成横向放置的V形结构。
所述翼型烟道内设有对流管束,且翼型烟道与前烟箱连通。
所述锅炉本体外部绕有螺纹烟管,螺纹烟管进气端与前烟箱相通,出气端与后烟箱相通。
所述链条炉排底部鼓入一次风进入层燃区,占总风量的55~60%,二次风装置布置在再燃还原区,其鼓入的风量占总风量的10~15%,三次风装置布置在气化燃烧区内,其鼓入的风量占总风量的25~35%,热解区不配风。
所述二次风装置的主风管布置于前拱中,主风管前端设置的喷嘴位于炉膛之中,若干喷嘴沿炉膛横向均布,喷嘴向下倾斜与水平面呈25~30°夹角,风速为35~45m/s,此角度和风速下,可保证混合气体上升到再燃还原区时形成强烈漩涡,增加其停留和反应时间,同时避免二次风直接吹向后拱和隔拱,冲刷耐火材料。
所述三次风装置的主风管布置于隔烟墙中,主风管上设有控制阀门,主风管前端设置的喷嘴位于气化燃烧区内,为使布风均匀,在隔烟墙底部和顶部分别布置有若干炉膛横向均布的喷嘴,顶部喷嘴倾斜向下与水平面呈20~25°夹角,风速为25~35m/s,此设计角度和风速可对气化燃烧区内的混合气体进行扰动,使其呈“α”曲线运动,增加其停留和反应时间;底部喷嘴向上倾斜与水平面呈25~30°夹角,风速为8~12m/s,底部三次风主要作用是为气化燃烧区内提供足够的空气,使其能完全燃烧,同时,较低的风速不会对混合气体的运动产生较大影响。顶部与底部喷嘴沿炉膛横向均布,通过阀门控制顶部和底部风管风量,使喷嘴风速达到设计要求。
本实用新型的工作流程为:生物质燃料经上料装置输送至料斗,在链条炉排的驱动下,经调节门进入炉膛。燃料进入炉膛后,首先进入热解区,热解区内不配风,仅靠负压状态下的炉膛漏风提供反应所需风量,属于缺氧状态。在前拱的热辐射下,生物质燃料在缺氧状态下热解,经历烘干和挥发分析出的过程,生成半焦类固体可燃物和还原性气体。半焦类固体可燃物主要为碳、灰分和挥发分,孔隙率大而机械强度低,具有很强的还原性,还原性气体包括CO、H2等可燃气体。
在链条炉排的驱动下,半焦类固体可燃物离开热解区经隔拱进入层燃区,通过调节一次风风量和链条炉排转速,固体可燃物可充分燃烧。层燃燃烧是自下而上进行的,固体可燃物燃烧生成的NOx在逸出时经过孔隙率大的半焦区域,通过半焦还原反应,一部分NOx还原为N2。
在引风机的作用下,热解区生成的还原性气体和层燃区生成的烟气上升进入再燃还原区。由于二次风风速较高,在再燃还原区内,还原性气体与烟气会受到二次风的扰动而形成强烈的漩涡,增加混合烟气在此区域内的停留和反应时间。通过控制二次风的风量,可使此处形成缺氧的还原性气氛,在此条件下,还原性气体和烟气中的NOx进行反应,CO和NOx反应生成N2和CO2,H2和NOx反应生成N2和H2O,从而能抑制NOx排放浓度。
再燃还原区流出的气体(包含未燃尽的还原性气体和飞灰),在引风机的作用下,经烟气导流板,进入气化燃烧区,三次风装置为还原性气体和飞灰燃烧提供必需的空气,同时对烟气进行扰动,使其呈“α”曲线运动,增加烟气在气化燃烧区内停留时间和反应时间,使其能完全燃烧。
完全燃尽的烟气,经隔烟墙进入翼型烟道,与布置在其内的对流管束完成换热后进入前烟箱,然后进入螺纹烟管,与锅筒内的水进行换热,最后流经后烟箱进入烟道系统,经除尘后由烟囱排入大气。
本实用新型的积极效果在于:
1、气化与层燃耦合燃烧技术;
采用多燃烧室、层燃与气化燃烧相耦合、分段燃烧、多次布风的高效燃烧技术,解决了生物质挥发分高、不易充分燃烧的难题,提高锅炉热效率。
本实用新型所采用的燃烧技术,燃烧效率可达90%以上,避免了气体不完全燃烧损失,锅炉热效率可达86%,比普通生物质锅炉高5~8%。
2、NOx还原及排放控制技术;
利用分段配风及半焦还原技术,在反应过程中抑制NOx的生成,降低NOx的排放浓度,使燃料实现分段的高效清洁燃烧。
本实用新型所采用的NOx还原及排放控制技术,可将NOx的排放浓度控制在100mg/Nm3,真正做到了节能环保。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图;
图2是炉膛布风系统图;
其中1.料斗,2.链条炉排,3.前拱,4.二次风装置,5.隔拱,6.烟气导流板,7.后拱,8.三次风装置,9.隔烟墙,10.后墙,11.前烟箱,12.螺纹烟管,13.锅炉本体,14.翼型烟道,15.后烟箱,16.热解区,17.再燃还原区,18.气化燃烧区,19.层燃区,20.一次风,21.二次风,22.三次风。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
如图1、2所示,一种生物质低氮直燃锅炉,包括炉膛,炉膛上部设有锅炉本体13,炉膛前部进料口处设有与其连通的料斗1,炉膛下部设有链条炉排2,锅炉本体13的前后端分别设有前烟箱11和后烟箱15,炉膛的腔体由前拱3、后墙10、锅炉本体13和链条炉排2共同围成,炉膛腔体内设有隔拱5(隔拱5用以形成高温热解区反应微环境,阻隔一次配风,并起到摊匀燃料的作用)、后拱7、翼型烟道14和隔烟墙9,后拱7的前端设有烟气导流板6,隔烟墙9设置于后拱7上部,翼型烟道14设置于炉膛腔体的上部区域,隔拱5设置于炉膛腔体右端底部且与前拱3倾斜相对应,后拱7横向设置于炉膛腔体中部且一端与后墙10相连,所述前拱3上设有二次风装置4,隔烟墙9上设有三次风装置8;所述隔拱5、前拱3和链条炉排2之间的区域形成热解区16,热解区16上部由前拱3、烟气导流板6、隔拱5和翼型烟道14之间的区域形成再燃还原区17,再燃还原区17左侧由烟气导流板6、后拱7、隔烟墙9和翼型烟道14之间的区域形成气化燃烧区18,后拱7的下部由后拱7、后墙10、链条炉排2和隔拱5之间的区域形成层燃区19。
所述烟气导流板6成横向放置的V形结构。
所述翼型烟道14内设有对流管束,且翼型烟道14与前烟箱11连通。
所述锅炉本体13外部绕有螺纹烟管12,螺纹烟管12进气端与前烟箱11相通,出气端与后烟箱15相通。
所述链条炉排2底部鼓入一次风20进入层燃区19,一次风20风量占总风量的55~60%,二次风装置4布置在再燃还原区17,其鼓入的风量占总风量的10~15%,三次风装置8布置在气化燃烧区18内,其鼓入的风量占总风量的25~35%,热解区16不配风。
所述二次风装置4的主风管布置于前拱2中,主风管前端设置的喷嘴位于炉膛之中,若干喷嘴沿炉膛横向均布,喷嘴向下倾斜与水平面呈25~30°夹角,风速为35~45m/s,此角度和风速下,可保证混合气体上升到再燃还原区17时形成强烈漩涡,增加其停留和反应时间,同时避免二次风21直接吹向后拱7和隔拱5,冲刷耐火材料。
所述三次风装置8的主风管布置于隔烟墙9中,主风管前端设置的喷嘴位于气化燃烧区18内,为使布风均匀,在隔烟墙9底部和顶部分别布置有沿炉膛横向均布的若干喷嘴,顶部喷嘴倾斜向下与水平面呈20~25°夹角,风速为25~35m/s,此设计角度和风速可对气化燃烧区18内的混合气体进行扰动,使其呈“α”曲线运动,增加其停留和反应时间;底部喷嘴向上倾斜与水平面呈25~30°夹角,风速为8~12m/s,底部三次风22主要作用是为气化燃烧区18内提供足够的空气,使其能完全燃烧,同时,较低的风速不会对混合气体的运动产生较大影响。顶部与底部喷嘴沿炉膛横向均布,通过阀门控制顶部和底部风管风量,使喷嘴风速达到设计要求。
本实用新型的工作流程为:生物质燃料经上料装置输送至料斗1,在链条炉排2的驱动下,经调节门进入炉膛。燃料进入炉膛后,首先进入热解区16,热解区16内不配风,仅靠负压状态下的炉膛漏风提供反应所需风量,属于缺氧状态。在前拱3的热辐射下,生物质燃料在缺氧状态下热解,经历烘干和挥发分析出的过程,生成半焦类固体可燃物和还原性气体。半焦类固体可燃物主要为碳、灰分和挥发分,孔隙率大而机械强度低,具有很强的还原性,还原性气体包括CO、H2等可燃气体。
在链条炉排2的驱动下,半焦类固体可燃物离开热解区16经隔拱5进入层燃区19,通过调节一次风20风量和链条炉排2转速,固体可燃物可充分燃烧。层燃燃烧是自下而上进行的,固体可燃物燃烧生成的NOx在逸出时经过孔隙率大的半焦区域,通过半焦还原反应,一部分NOx还原为N2。
在引风机的作用下,热解区16生成的还原性气体和层燃区19生成的烟气上升进入再燃还原区17。由于二次风21风速较高,在再燃还原区17内,还原性气体与烟气会受到二次风21的扰动而形成强烈的漩涡,增加混合烟气在此区域内的停留和反应时间。通过控制二次风21的风量,可使此处形成缺氧的还原性气氛,在此条件下,还原性气体和烟气中的NOx进行反应,CO和NOx反应生成N2和CO2,H2和NOx反应生成N2和H2O,从而能抑制NOx排放浓度。
再燃还原区17流出的气体(包含未燃尽的还原性气体和飞灰),在引风机的作用下,经烟气导流板6,进入气化燃烧区18,三次风装置8为还原性气体和飞灰燃烧提供必需的空气,同时对烟气进行扰动,使其呈“α”曲线运动,增加烟气在气化燃烧区内停留时间和反应时间,使其能完全燃烧。
完全燃尽的烟气,经隔烟墙9进入翼型烟道14,与布置在其内的对流管束完成换热后进入前烟箱11,然后进入螺纹烟管12,与锅筒内的水进行换热,最后流经后烟箱15进入烟道系统,经除尘后由烟囱排入大气。
Claims (7)
1.一种生物质低氮直燃锅炉,包括炉膛,炉膛上部设有锅炉本体,炉膛前部进料口处设有与其连通的料斗,炉膛下部设有链条炉排,锅炉本体的前后端分别设有前烟箱和后烟箱,炉膛的腔体由前拱、后墙、锅炉本体和链条炉排共同围成,其特征在于,炉膛腔体内设有隔拱、后拱、翼型烟道和隔烟墙,后拱的前端设有烟气导流板,隔烟墙设置于后拱上部,翼型烟道设置于炉膛腔体的上部区域,隔拱设置于炉膛腔体右端底部且与前拱倾斜相对应,后拱横向设置于炉膛腔体中部且一端与后墙相连,所述前拱上设有二次风装置,隔烟墙上设有三次风装置;所述隔拱、前拱和链条炉排之间的区域形成热解区,热解区上部由前拱、烟气导流板、隔拱和翼型烟道之间的区域形成再燃还原区,再燃还原区左侧由烟气导流板、后拱、隔烟墙和翼型烟道之间的区域形成气化燃烧区,后拱的下部由后拱、后墙、链条炉排和隔拱之间的区域形成层燃区。
2.根据权利要求1所述的生物质低氮直燃锅炉,其特征在于,所述烟气导流板成横向放置的V形结构。
3.根据权利要求1所述的生物质低氮直燃锅炉,其特征在于,所述翼型烟道内设有对流管束,且翼型烟道与前烟箱连通。
4.根据权利要求1所述的生物质低氮直燃锅炉,其特征在于,所述锅炉本体外部绕有螺纹烟管,螺纹烟管进气端与前烟箱相通,出气端与后烟箱相通。
5.根据权利要求1所述的生物质低氮直燃锅炉,其特征在于,所述链条炉排底部鼓入一次风进入层燃区,占总风量的55~60%,二次风装置布置在再燃还原区,其鼓入的风量占总风量的10~15%,三次风装置布置在气化燃烧区内,其鼓入的风量占总风量的25~35%,热解区不配风。
6.根据权利要求1所述的生物质低氮直燃锅炉,其特征在于,所述二次风装置的主风管布置于前拱中,主风管前端设置的喷嘴位于炉膛之中,若干喷嘴沿炉膛横向均布,喷嘴向下倾斜与水平面呈25~30°夹角,风速为35~45m/s。
7.根据权利要求1所述的生物质低氮直燃锅炉,其特征在于,所述三次风装置的主风管布置于隔烟墙中,主风管上设有控制阀门,主风管前端设置的喷嘴位于气化燃烧区内,在隔烟墙底部和顶部分别布置有若干炉膛横向均布的喷嘴,顶部喷嘴倾斜向下与水平面呈20~25°夹角,风速为25~35m/s;底部喷嘴向上倾斜与水平面呈25~30°夹角,风速为8~12m/s。
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