CN215216210U - 生物质燃料移动气化分级燃烧层燃炉 - Google Patents

Abstract

一种生物质燃料移动气化分级燃烧层燃炉实现了燃料的对流与辐射引燃的叠加效果,强化了炉内烟气混合作用、炉内消烟除尘效果好；实现了燃料的移动床气化和燃料分级、空气分级燃烧，低过剩空气系数运行和氮氧化物的超低浓度排放,消除了燃烧室结焦和对流受热面积粘结灰的可能，达到了高效节能清洁燃烧的综合技术效果。

Description

生物质燃料移动气化分级燃烧层燃炉

技术领域

本实用新型属于锅炉燃烧技术领域，涉及一种燃烧生物质燃料的层燃锅炉燃烧技术的研发与改进。

背景技术

目前，国内中小型燃烧生物质燃料的机烧层燃锅炉普遍沿用传统的燃煤锅炉的前后拱结构模式。未能针对生物质燃料热值低，挥发份高，灰份少但灰的软化温度低，易结焦，易产生碱腐蚀等特点采取行之有效的技术措施，锅炉燃烧状况不够理想,常有结焦现象发生,炉内消烟除尘效果差，氮氧化物的生成和排放未能得到有效控制。而国内大中型燃烧生物质燃料的机烧层燃锅炉，由于受炉内结焦等問題的困扰，锅炉产品的技术研发未能取得重要进展。

为了控制层燃锅炉大气污染物排放，曾有“燃烧中控制大气污染物排放的高效燃烧层燃炉”(ZL2010 2 0194452.5)实用新型专利和“高效低氮低硫低尘大容量层燃锅炉及燃烧方法”(ZL2016 1 0092272.8)实用新型专利，已分别成功用于开发高效节能低污染的中小容量燃煤层燃锅炉和大容量燃煤层燃锅炉及40t/h(29mw)以上容量燃煤层燃锅炉的节能减排技术改造。就大容量燃煤层燃锅炉而言，目前已有六台70MW、二台58MW、一台46MW、三台29MW热水锅炉及75t/h蒸汽锅炉投入运行并实现节能减排,达标排放。

前述两项专利，其基本构思极具开创性，但其涉及的炉拱结构特征和配风技术,与生物质燃料的燃烧不能匹配。

实用新型内容

本实用新型的目的是:

提供一种“生物质燃料移动气化分级燃烧层燃炉”。它从根本上克服了传统的前后拱结构模式层燃炉的诸多弊端和前述专利的炉拱结构特征及配风技术的局限性，实现生物质燃料的移动床气化和燃料分级、空气分级燃烧、低过剩空气系数运行和氮氧化物超低浓度排放,强化炉内消烟降尘效果，消除燃烧室结焦和对流受热面积粘结灰的可能性。全面改善生物质燃料层燃锅炉的综合技术性能,达到高效节能清洁燃烧的综合技术效果。申报专利中所指的生物质燃料包括了生物质成型燃料和捆壮秸杆经过破碎后输送入炉的生物质散料。燃烧生物质成型燃料和生物质散料的层燃锅炉的结构特征和配风技术基本相同，仅给料装置有所改变。

为实现上述目的，本新型提供一种生物质燃料移动气化分级燃烧层燃炉，立式生物质燃料层燃锅炉(链条炉或往复炉)的锅炉前墙下部设有折弯型的膜式臂阻燃拱，生物质燃料层燃锅炉中部且位于移动火床上部设有敷管式折弯炉拱，敷管式折弯炉拱上沿设有膜式壁导流拱，锅炉前墙、膜式臂阻燃拱、敷管式折弯炉拱及其上沿的膜式壁导流拱之间构筑回焰式高温旋风燃烧区，回焰式高温旋风燃烧区的敷管式折弯炉拱后部为主燃区和燃尽区，回焰式高温旋风燃烧区侧墙上设有圆形出口，圆形出口通往双侧炉墙两侧的冷却室，在主燃区和燃尽区的上部空间经膜式壁导流拱与锅炉前墙之间形成的切向通道通往回焰式高温旋风燃烧区，形成倒U形燃烧室结构，在主燃区和燃尽区的下部移动火床内设有炉排送风室，在主燃区燃烧室侧墙各设置至少1个旋转射流二次风口，在锅炉前墙回焰式高温旋风燃烧区的切向通道入口处设有一排三次风口。

卧式生物质燃料层燃锅炉(链条炉或往复炉)的锅炉前墙与膜式壁导流拱之间构筑回焰式高温旋风燃烧区，膜式壁导流拱的后部为主燃区和燃尽区，回焰式高温旋风燃烧区侧墙上设有圆形出口，圆形出口通往双侧炉墙两侧的冷却室，主燃区内设有往后倾斜向上的模式壁折流拱，模式壁折流拱与膜式壁导流拱共用一个下横集箱，膜式壁折流拱将燃烧室主燃区分隔为下部燃料气化区和上部气相燃烧区，在主燃区和燃尽区的上部空间膜式壁经折流拱及膜式壁导流拱与锅炉前墙之间形成的切向通道通往回焰式高温旋风燃烧区，在主燃区和燃尽区下部的移动火床内设有炉排一次送风室，在锅炉后墙设有至少一个后墙二次风口，在锅炉前墙通往回焰式高温旋风燃烧区的切向通道出口处设有1排三次风口。

本实用新型的有益效果是：

以独特的锅炉燃烧室炉拱结构和科学的配风技术相结合，重新组织锅炉燃烧过程，实现了生物质燃料的对流与辐射引燃的叠加效果,强化了炉内烟气混合作用、炉内消烟除尘效果好；实现了燃料的移动火床气化和燃料分级、空气分级燃烧，低过剩空气系数运行,有效地控制了氮氧化物的生成和排放,；消除了燃烧室结焦和对流受热面积粘结灰的可能，达到了高效节能清洁燃烧的综合技术效果。

附图说明

图1是立式生物质成型燃料移动气化分级燃烧层燃炉整体结构纵剖视图；

图2是立式生物质散状燃料移动气化分级燃烧层燃炉整体结构纵剖视图；

图3是立式生物质成型(或散状)燃料移动气化分级燃烧层燃炉整体结构的A-A剖视图。

图4是卧式生物质成型燃料移动气化分级燃烧层燃炉整体结构纵剖视图；

图5是卧式生物质生态散状燃料移动气化分级燃烧层燃炉整体结构纵剖视图

图6是卧式生物质成型燃料(或生态散状)燃料移动气化分级燃烧层燃炉整体结构的B-B剖视图；

图中：1-炉前料斗；2-给料装置；3-生物质燃料；4-移动火床；5-锅炉前墙；6-膜式壁阻燃拱；7-回焰式高温旋风燃烧区侧墙；8-圆形出口；9-敷管式折弯炉拱；10-膜式壁导流拱；11-炉排一次送风室；12-主燃区燃烧室侧墙；13-冷却室；14-旋转射流二次风口；15-三次风口；16-后墙二次风口；17-回焰式高温旋风燃烧区；18-主燃区；19-燃尽区；20-折流拱；21-下横集箱。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步描述：

国内外大量的实验研究均表明:生物质燃料3燃烧过程中生成的氮氧化物主要是燃料型而非热力型或快速型，生成的燃料型氮氧化物中,挥发份氮的贡献率为80％以上，本实用新型将改变层燃锅炉燃烧室的结构特征,在移动火床4头部构筑回焰式高温旋风燃烧区17，从而改变燃料层内的火焰传播方向和传播速度，改变炉内燃烧产物的流动方向和流动状态，并采用燃料分级、空气分级燃烧等措施，重新组织锅炉燃烧过程。

在移动火床4头部燃料挥发份析出、燃料中氮化物热解区段,创造高温低氧富燃料的还原性燃烧条件，只要有足够的停留时间,就能促成燃料中氮化物在该区段尽可能多的热解为挥发份氮，在还原性气氛中促使挥发份氮直接还原成分子氮,并使回流火焰中已经生成的氮氧化合物部分还原成分子氮,从而有效控制氮氧化合物的生成和排放，与此同时，实现高效燃烧、全面改善层燃锅炉的综合技术性能。

对立式生物质燃料3层燃锅炉而言,生物质燃料3从炉前料斗1经给料装置2进入炉内后，从膜式臂阻燃拱6末端开始，燃料层在回焰式高温旋风燃烧区17内800～850℃的温度条件下通过对流与辐射引燃方式被加热升温、着火，并在回焰式高温旋风燃烧区17下部的移动火床4内的风室不供风或供微风的高温、低氧、富燃料的还原气氛中开始气化和干熘、已着火的燃料层进入主燃烧区18后，移动火床4内的炉排一次送风室11仅供给占总风量50％的一次送风(相当于过量空气系数为0.65-0.7)，继续在约600℃的温度条件下气化和干熘并部分燃烧，燃料层和燃料层表面附近形成强还原气氛,生物质燃料3在该区段停留时间长,生物质燃料3中氮化物有足够的时间完成热解过程,在还原性气氛中热解产生的挥发份氮直接还原成分子氮,,还原气氛有效地抑制了燃料型NOx的生成，气化产物(自制二级气体燃料)一旦离开燃料层，就被卷入从在主燃区燃烧室侧墙设置的旋转射流二次风口14送入的占总风量40-45％二次风形成的旋转气流中继续燃烧，未燃尽的可燃气体和燃烧产物，在燃烧室内形成倒U形火炬，并经膜式壁导流拱10与锅炉前墙5之间形成的切向通道，切向进入锅炉前墙5、膜式臂阻燃拱6、敷管式折弯炉拱9及其上沿的膜式壁导流拱10之间构筑的回焰式高温旋风燃烧区17内，在切向通道出口处与从三次风口15送入的占总风量5-10％的三次风旋流混合并形成800～850℃旋转火焰，高温旋转火焰从回旋式高温旋风燃烧区侧墙7上的圆形出口8进入冷却室13，燃烧室的燃烧和传热过程完成。

对卧式生物质燃料层燃锅炉而言,生物质燃料从炉前料斗1(或溜槽)经给料装置2进入炉内后，燃料层在回旋式高温旋风燃烧区17内800～850℃的温度条件下通过对流与辐射引燃方式被加热升温、着火，并在回旋式高温旋风燃烧区17移动火床4内的风室不供风或供微风的高温、低氧、富燃料的还原气氛中开始气化和干熘；已着火的燃料层进入主燃烧区18后，移动火床4内的风室仅供给占总风量50％的一次风(相当于过量空气系数为0.65-0.7)，继续在约600℃的温度条件下气化和干熘并部分燃烧，燃料在该区段停留时间长,燃料中氮化物有足够的时间完成热解过程,在还原性气氛中热解产生的挥发份氮直接还原成分子氮,还原气氛有效地抑制了燃料型NOx的生成，气化产物(自制二级气体燃料)一旦离开燃料层就在折流拱20的引导下与从后墙二次风口16送入的占总风量40-45％二次风射流混合在折流拱20上部空间继续燃烧，未燃尽的可燃气体和燃烧产物，经膜式壁导流拱10与锅炉前墙5之间形成的切向通道通切向进入回旋式高温旋风燃烧区17后与从三次风口15供给的占总风量5-10％的三次风旋流混合并形成旋转火焰；高温旋转火焰从回旋式高温旋风燃烧区侧墙7上的圆形出口8进入双侧冷却室13,燃烧室内的燃烧和传热过程完成。

无论立式或卧式生物质燃料层燃锅炉，启炉或低负荷时三次风均可停用。

回焰式高温旋风燃烧区17的存在，实现了燃料的对流与辐射引燃的叠加效果,强化了炉内烟气混合作用、炉内消烟除尘效果好；而且极大的提高了燃料层的着火速度和移动气化强度、为燃料分级燃烧、空气分级燃烧创造了条件，有效地抑制了氮氧化物的生成。

采用空气分级和燃烧燃料分级燃烧，将主燃烧区燃料层内热解气化温度控制在600℃，可有效防止炉排和燃烧室结焦，而将旋风燃烧区内温度控制在800～850℃是稳定燃烧和传热过程，消除对流受热面集粘结灰的重要技术措施。

Claims (4)

1.一种生物质燃料移动气化分级燃烧层燃炉，其特征在于：立式生物质燃料层燃锅炉的锅炉前墙下部设有折弯型的膜式臂阻燃拱，生物质燃料层燃锅炉中部且位于移动火床上部设有敷管式折弯炉拱，敷管式折弯炉拱上沿设有膜式壁导流拱，锅炉前墙、膜式臂阻燃拱、敷管式折弯炉拱及其上沿的膜式壁导流拱之间构筑回焰式高温旋风燃烧区，回焰式高温旋风燃烧区的敷管式折弯炉拱后部为主燃区和燃尽区，回焰式高温旋风燃烧区侧墙上设有圆形出口，圆形出口通往双侧炉墙两侧的冷却室，在主燃区和燃尽区的上部空间经膜式壁导流拱与锅炉前墙之间形成的切向通道通往回焰式高温旋风燃烧区，形成倒U形燃烧室结构，在主燃区和燃尽区的下部移动火床内设有炉排送风室，在主燃区燃烧室侧墙各设置至少1个旋转射流二次风口，在锅炉前墙回焰式高温旋风燃烧区的切向通道入口处设有一排三次风口。

2.根据权利要求1所述的一种生物质燃料移动气化分级燃烧层燃炉，其特征在于：所述的主燃区燃烧室侧墙各设置2个旋转射流二次风口。

3.根据权利要求1所述的一种生物质燃料移动气化分级燃烧层燃炉，卧式生物质燃料层燃锅炉替换立式生物质燃料层燃锅炉，其特征在于：卧式生物质燃料层燃锅炉的锅炉前墙与膜式壁导流拱之间构筑回焰式高温旋风燃烧区，膜式壁导流拱的后部为主燃区和燃尽区，回焰式高温旋风燃烧区侧墙上设有圆形出口，圆形出口通往双侧炉墙两侧的冷却室，主燃区内设有往后倾斜向上的模式壁折流拱，模式壁折流拱与膜式壁导流拱共用一个下横集箱，膜式壁折流拱将燃烧室主燃区分隔为下部燃料气化区和上部气相燃烧区，在主燃区和燃尽区的上部空间膜式壁经折流拱及膜式壁导流拱与锅炉前墙之间形成的切向通道通往回焰式高温旋风燃烧区，在主燃区和燃尽区下部的移动火床内设有炉排一次送风室，在锅炉后墙设有至少一个后墙二次风口，在锅炉前墙通往回焰式高温旋风燃烧区的切向通道出口处设有1排三次风口。

4.根据权利要求3所述的一种生物质燃料移动气化分级燃烧层燃炉，其特征在于：所述的锅炉后墙设有2个后墙二次风口。

Images