CN208980672U - 一种生物质高适应性、高效正压气化耦合燃煤锅炉的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种生物质高适应性、高效正压气化耦合燃煤锅炉的装置，包括：流化床气化炉提升管，流化床气化炉提升管下端设有气化炉风室，流化床气化炉提升管一侧设有炉前料仓，气化炉风室一侧设有气化炉鼓风机，流化床气化炉提升管一侧设有旋风分离器，旋风分离器下端设有返料器，返料器的排料口连接于流化床气化炉提升管下端，所述旋风分离器上端通过管道连接于旋风除尘器，所述旋风除尘器上端通过管道连接于换热器，换热器通过循环管道连接于燃煤锅炉。本实用新型采用抽取锅炉低温段的烟气对生物质燃气进行降温，相比导热油降温更加的安全、稳定。此外，当改变生物质原料时，通过适度的调节二次风量和返料器立管蒸汽，依旧能实现高效气化和稳定运行。
Description
技术领域
本实用新型涉及生物质能利用技术领域，具体为一种生物质高适应性、高效正压气化耦合燃煤锅炉的装置。
背景技术
近些年来我国能源工业的发展相对滞后于国民经济总体发展的步伐，我国的能源工业面临着十分严峻的挑战；与此同时，广泛使用化石燃料等不可再生能源所带来的环境和可持续发展问题一直困扰着全球绝大多数的国家。因此，加快可再生能源的利用，是推进能源供应多元化和清洁化发展的重要途径。
我国生物质资源产量丰富、储量稳定。近几年生物质先气化后送至锅炉燃烧发电的技术得到一定的工业化示范。从理论分析和工程实践来看，生物质气化耦合燃煤机组发电技术能够实现高效发电，最成熟稳定且易于操作，代表了耦合发电产业趋势。目前，生物质气化耦合发电项目均采用负压气化工艺，这对系统气密性要求严格，否则空气内漏容易引发燃气爆炸。相比生物质气化，煤炭气化技术研究已有百余年，技术成熟，且基本采用正压气化工艺，鲁奇公司开发的常压流化床煤气化工艺已成功用于生产燃气发电。在煤炭正压气化工艺中，通常抽取一部分冷燃气对锁斗进行密封。然而，如果冷燃气出现外漏会危害人身安全甚至引发爆炸事故，因此需要冷燃气管道有着很高的密封性。此外，由于不同种类的生物质以及成灰特性差别较大，对循环流化床气化炉提升管的气化条件以及床料循环影响较大，造成了气化系统的最初设计只针对某种原料，正式生产时不能适用其他生物质原料。
发明内容
本实用新型所解决的技术问题在于提供一种生物质高适应性、高效正压气化耦合燃煤锅炉的装置，以解决上述背景技术中的问题。
本实用新型所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种生物质高适应性、高效正压气化耦合燃煤锅炉的装置，包括：流化床气化炉提升管，所述流化床气化炉提升管下端设有气化炉风室，所述流化床气化炉提升管一侧设有炉前料仓，炉前料仓上端连接有锁斗，所述气化炉风室一侧设有气化炉鼓风机，所述气化炉鼓风机通过鼓风管连接于气化炉鼓风机，所述流化床气化炉提升管一侧设有旋风分离器，所述旋风分离器下端设有返料器，返料器的排料口连接于流化床气化炉提升管下端，所述旋风分离器上端通过管道连接于旋风除尘器，所述旋风除尘器上端通过管道连接于换热器，换热器通过循环管道连接于燃煤锅炉，所述燃煤锅炉的尾气管道通过输送管连接于锁斗、炉前料仓。
进一步地，所述旋风分离器下端的管道上设有蒸汽喷口，所述蒸汽喷口与管道之间的角度为R，R的范围在10°-80°。
进一步地，所述气化炉风室上侧设有二次风喷口，气化炉鼓风机通过鼓风管连接于二次风喷口。
与已公开技术相比，本实用新型存在以下优点：
(1)负压气化工艺需要很高的密封性，否则空气内漏，遇明火容易发生燃气爆炸。而采用正压气化工艺，即使出现燃气外漏，往往低于爆炸下限，且外部无明火，燃气爆炸的可能性低。此外，燃气泄露时，会触发燃气报警器，能够及时处理。因此，采用正压气化工艺，整个系统的安全性高。
(2)在煤炭气化行业，大多采用冷燃气对煤锁斗密封。而对于生物质气化耦合燃煤锅炉的系统，可以从锅炉排烟系统中，抽取一部分尾气对生物质锁斗、炉前料仓进行密封。锅炉尾气量足，且温度较低，适合用于锁斗、炉前料仓的密封。同时，通过调节烟气进气量可以控制锁斗和炉前料仓的压力。在运行过程中，保证炉前料仓压力高于加料口压力，能够避免气化炉的高温燃气流入炉前料仓引发事故；在对炉前料仓上料时，保证锁斗压力高于炉前料仓压力，利于生物质的下料。
(3)在气化炉上部布置的二次风，能够提高气化炉中上部温度，提高炉中上部的气化强度。
(4)通过精心设计和反复验证，使得旋风分离器的效率达到百分之95％以上，对一些粒径很小的生物质半焦也能进行收集，能够适应多种生物质原料。在返料器立管处喷吹蒸汽，一方面，由于在炉上部配置了二次风，必然引起循环灰温度的上升，蒸汽的喷入，能够降低循环灰的温度，避免返料器内部超温结渣。另一方面，通过调整蒸汽量以及喷管与立管的夹角，能够调节旋风分离器效率，进而控制炉内的循环灰量。此外，喷入的蒸汽会与返料器的生物质炭发生反应，产生可燃气，进一步提高气化效率。
(5)从锅炉抽取200-300℃的烟气对生物质燃气降温，既能实现燃气的降温，满足了管道、阀门等的设备技术要求；也能避免生物质燃气降温过度而引起焦油析出。经生物质燃气加热后的烟气送回锅炉，实现了生物质能的最大化利用。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型的蒸汽喷口安装示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，可以两个元件内部的连通，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1、图2所示，一种生物质高适应性、高效正压气化耦合燃煤锅炉的装置，包括：流化床气化炉提升管3，所述流化床气化炉提升管3下端设有气化炉风室8，所述流化床气化炉提升管3一侧设有炉前料仓2，炉前料仓2上端连接有锁斗1，所述气化炉风室8一侧设有气化炉鼓风机9，所述气化炉鼓风机9通过鼓风管连接于气化炉鼓风机9，所述流化床气化炉提升管3一侧设有旋风分离器4，所述旋风分离器4下端设有返料器7，返料器7的排料口连接于流化床气化炉提升管3下端，所述旋风分离器4上端通过管道连接于旋风除尘器5，所述旋风除尘器5上端通过管道连接于换热器6，换热器通过循环管道连接于燃煤锅炉10，所述燃煤锅炉10的尾气管道通过输送管连接于锁斗1、炉前料仓2。
所述旋风分离器4下端的管道上设有蒸汽喷口701，所述蒸汽喷口701与管道之间的角度为R，R的范围在10°-80°；蒸汽从蒸汽喷口进入立管，其一，由于二次风的通入，炉内循环灰的温度必然会升高，蒸汽的通入能够实现循环灰的降温，避免返料器出现超温结焦。其二，通入的蒸汽与生物质半焦反生反应，提高整个系统的气化效率。
所述气化炉风室8上侧设有二次风喷口301，气化炉鼓风机9通过鼓风管连接于二次风喷口301，通过二次配风，提高气化炉中上部的温度，进而提高炉中上部的气化强度。
一种生物质正压气化耦合燃煤锅炉的方法，包括以下步骤：
步骤1：鼓风机9将空气从气化炉风室8和气化炉上部的二次风喷口301送入流化床气化炉提升管3；生物质原料经过锁斗1、炉前料仓2进入气化炉；空气与生物质在炉内进行气化；
步骤2：气化产生的生物质燃气携带固体颗粒进入旋风分离器4；其中，粒径较大的生物质半焦被旋风分离器4收集进入返料器7，由返料器7返回炉膛继续参加反应；粒径较小的生物质灰随生物质燃气进入旋风除尘器5，被旋风除尘器5收集并排出；
步骤3：低压过热蒸汽从布置在返料器立管处的蒸汽喷口701进入返料器立管，蒸汽汽源选用锅炉辅汽；
步骤4：从锅炉低温段抽取200-300℃的烟气送入换热器6对生物质燃气降温，燃气降温至350-500℃，经燃气管道进入燃煤锅炉燃烧；烟气经生物质燃气加热后送回锅炉利用。
所述流化床气化炉提升管3、气化炉风室8内部为正压。目的在于，采用正压气化工艺，整个系统安全性高。
所述从燃煤锅炉10排烟系统中，抽取一部分尾气对生物质锁斗1、炉前料仓2进行密封。目的在于，利用锅炉尾气置换锁斗和炉前料仓内部的空气，避免当高温燃气不慎进入炉前料仓和锁斗时引发事故。同时，通过控制烟气进气量来调节锁斗和炉前料仓的压力，使得炉前料仓的压力高于加料口的压力，防止气化炉的高温燃气流入炉前料仓；而在给炉前料仓上料时，调节锁斗的压力高于炉前料仓压力，实现给料系统的稳定运行。
所述二次风喷口301的二次风风量占鼓风机给风量的10-20％。目的在于，在保证炉内床料正常流化的前提下，在气化炉上部通入鼓风机给风量10-20％的空气，能够增加气化炉中上部的温度，且不会因为风量过大导致炉内超温。
所述喷入立管处的蒸汽量为气化炉鼓风量的5-15％，立管处蒸汽入口管道的倾斜角度R的范围在10°-80°；目的在于，通过调节蒸汽量节以及蒸汽喷入的角度，能够调节炉内的循环灰量，尽快实现炉内稳定运行。
实施例1：采用本实用新型所述的正压气化耦合系统，原料为秸秆压块，给料量为3t/h，一次风给风2556Nm3/h，二次风给风505Nm3/h。气化炉密相区温度、炉顶温度分别为762℃、759℃。抽取锅炉尾气置换出炉前料仓和锁斗的空气，保持炉前料仓的压力高于气化炉加料口的压力，正常运行时无燃气从加料口窜入炉前料仓。抽取200℃的锅炉烟气送入换热器对生物质燃气进行降温，换热器出口燃气温度350℃。开通蒸汽阀门，调节蒸汽流量至150N m3/h。
调节蒸汽入口喷管与立管倾角R为10°，气化炉的炉顶压差为259Pa，旋风分离器的压降为956Pa，生物质燃气流量6101N m3/h；
调节蒸汽入口喷管与立管倾角R为45°，气化炉的炉顶压差为278Pa，旋风分离器的压降为1035Pa，生物质燃气流量6156N m3/h；
调节蒸汽入口喷管与立管倾角R为80°，气化炉的炉顶压差为301Pa，旋风分离器的压降为1154Pa，生物质燃气流量6207N m3/h。
实施例2：采用本实用新型所述的正压气化耦合系统，原料为木块，给料量为7.3t/h，一次风给风6156N m3/h，二次风给风1084N m3/h。气化炉密相区温度、炉顶温度分别为802℃、789℃。抽取锅炉尾气置换出炉前料仓和锁斗的空气，保持炉前料仓的压力高于气化炉加料口的压力，正常运行时无燃气从加料口窜入炉前料仓。抽取250℃的锅炉烟气送入换热器对生物质燃气进行降温，换热器出口燃气温度400℃。开通蒸汽阀门，调节蒸汽流量至720N m3/h。
调节蒸汽入口喷管与立管倾角R为10°，气化炉的炉顶压差为329Pa，旋风分离器的压降为1156Pa，生物质燃气流量16425N m3/h；
调节蒸汽入口喷管与立管倾角R为45°，气化炉的炉顶压差为346Pa，旋风分离器的压降为1323Pa，生物质燃气流量16830N m3/h；
调节蒸汽入口喷管与立管倾角R为80°，气化炉的炉顶压差为380Pa，旋风分离器的压降为1476Pa，生物质燃气流量17112N m3/h。
实施例3：采用本实用新型所述的正压气化耦合系统，原料为稻壳、秸秆，稻壳给料量为8t/h，秸秆给料量6t/h，一次风给风11156N m3/h，二次风给风3184N m3/h。气化炉密相区温度、炉顶温度分别为775℃、762℃。抽取锅炉尾气置换出炉前料仓和锁斗的空气，保持炉前料仓的压力高于气化炉加料口的压力，正常运行时无燃气从加料口窜入炉前料仓。抽取300℃的锅炉烟气送入换热器对生物质燃气进行降温，换热器出口燃气温度500℃。开通蒸汽阀门，调节蒸汽流量至1410N m3/h。
调节蒸汽入口喷管与立管倾角R为10°，气化炉的炉顶压差为409Pa，旋风分离器的压降为1385Pa，生物质燃气流量27425N m3/h；
调节蒸汽入口喷管与立管倾角R为45°，气化炉的炉顶压差为428Pa，旋风分离器的压降为1453Pa，生物质燃气流量27852N m3/h；
调节蒸汽入口喷管与立管倾角R为80°，气化炉的炉顶压差为453Pa，旋风分离器的压降为1528Pa，生物质燃气流量28101N m3/h。
本实用新型采用正压气化工艺，并抽取一部分锅炉尾气对锁斗和炉前料仓进行密封，提高了整个系统安全性。同时，抽取锅炉低温段的烟气对生物质燃气进行降温，相比导热油降温更加的安全、稳定。此外，当改变生物质原料时，通过适度的调节二次风量和返料器立管蒸汽，依旧能实现高效气化和稳定运行。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型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实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型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实用新型范围内。本实用新型的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.一种生物质高适应性、高效正压气化耦合燃煤锅炉的装置，包括：流化床气化炉提升管，其特征在于：所述流化床气化炉提升管下端设有气化炉风室，所述流化床气化炉提升管一侧设有炉前料仓，炉前料仓上端连接有锁斗，所述气化炉风室一侧设有气化炉鼓风机，所述气化炉鼓风机通过鼓风管连接于气化炉鼓风机，所述流化床气化炉提升管一侧设有旋风分离器，所述旋风分离器下端设有返料器，返料器的排料口连接于流化床气化炉提升管下端，所述旋风分离器上端通过管道连接于旋风除尘器，所述旋风除尘器上端通过管道连接于换热器，换热器通过循环管道连接于燃煤锅炉，所述燃煤锅炉的尾气管道通过输送管连接于锁斗、炉前料仓。
2.根据权利要求1所述的一种生物质高适应性、高效正压气化耦合燃煤锅炉的装置，其特征在于：所述旋风分离器下端的管道上设有蒸汽喷口，所述蒸汽喷口与管道之间的角度为R，R的范围在10°-80°。
3.根据权利要求1所述的一种生物质高适应性、高效正压气化耦合燃煤锅炉的装置，其特征在于：所述气化炉风室上侧设有二次风喷口，气化炉鼓风机通过鼓风管连接于二次风喷口。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20190614 Effective date of abandoning: 20240430 |
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