專利名稱：一種生物質(zhì)顆粒燃料燃燒裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于潔凈燃燒能源技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種生物質(zhì)顆粒燃料高 效燃燒的裝置，以實現(xiàn)生物質(zhì)顆粒燃料替代燃煤用于中小型鍋爐。
背景技術(shù)：
目前，城市供熱已經(jīng)越來越多的依賴于熱電廠熱源的集中供熱， 但是距離供熱中心較遠(yuǎn)仍存在供熱"死角"，管網(wǎng)鋪設(shè)的成本高昂， 熱損失大，得不償失； 一些供熱自主單位如賓館、學(xué)校、醫(yī)院、游泳 館等需靈活供熱，不適宜集中供熱。因此，目前城市中供熱散戶還大 有存在，小型自備供熱燃油、燃?xì)忮仩t普遍使用，這些散熱用戶面臨 的壓力包括燃用石化燃料污染排放指標(biāo)的壓力和能源價格上漲的經(jīng) 濟(jì)壓力；大氣排放標(biāo)準(zhǔn)日益提高，供熱鍋爐不準(zhǔn)燃煤或者必須配置高 效脫硫、除塵設(shè)備。這些現(xiàn)實條件催生生物質(zhì)成型燃料鍋爐替代燃煤、 油、氣鍋爐，成為當(dāng)前集中供熱的有力補(bǔ)充，滿足環(huán)境保護(hù)要求，也 是能源政策支持用以解決能源危機(jī)的最佳途徑之一。目前國內(nèi)燃用生 物質(zhì)成型燃料的鍋爐裝置多為燃煤鍋爐直接改造，以層燃結(jié)構(gòu)型式為 主，現(xiàn)有的手燒爐、鏈條或往復(fù)爐排層燃鍋爐，熱效率低下，不能實 現(xiàn)較高的自動化；另外，因為生物質(zhì)燃料灰熔點低，爐內(nèi)燃燒常出現(xiàn) 結(jié)焦熔渣故障導(dǎo)致停爐。由于生物質(zhì)中的氯元素、鉀元素含量高，高 溫燃燒時鉀、氯元素?fù)]發(fā)進(jìn)入氣相的份額增加，隨燃燒釋放的氯、鉀 離子附著在飛灰上，會增強(qiáng)高溫腐蝕和尾部煙氣的低溫腐蝕；改進(jìn)的 高效燃燒技術(shù)，探討實現(xiàn)爐內(nèi)可控爐溫及可控的飛灰粒徑，降低腐蝕 的鍋爐裝置正成為業(yè)內(nèi)研究的目標(biāo)。
流態(tài)化燃燒是大型、中型熱容量流化床鍋爐的燃燒方式，鍋爐系 統(tǒng)復(fù)雜，爐床必須具有一定的高度，這成為中小型供熱鍋爐或者工業(yè) 鍋爐采用高效流態(tài)化燃燒的主要障礙；振動爐排爐通過振動爐排進(jìn)行 燃料的翻動和輸送，是層燃爐中燃燒強(qiáng)度、燃燒效率最高的一種；在同一鍋爐中，將振動爐排與流態(tài)化燃燒兩種高效的燃燒方式進(jìn)行組 合，容易實現(xiàn)燃燒的自動控制，高效燃燒、低污染排放，此燃燒方法 適用于生物質(zhì)顆粒燃料的燃燒，特別適用于中小型鍋爐場合，其經(jīng)濟(jì) 價值和社會效益更加明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，尋求設(shè)計和提供一 種自動化程度高、熱效率高、燃燒充分、適用于中小型容量鍋爐的燃 燒裝置，解決固定爐排、鏈條爐和往復(fù)爐排爐層燃生物質(zhì)顆粒燃料時 高煙塵、燃燒效率低、易結(jié)焦等問題。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的燃燒裝置主體結(jié)構(gòu)包括一次風(fēng) 室、定期出灰口、振動爐排、 一級燃燒室、螺旋加料進(jìn)口、頂部帽腔、 煙氣導(dǎo)流管、二次風(fēng)室、定期出灰管、布風(fēng)板、二級燃燒室、內(nèi)構(gòu)件、 燃燼室、沉降除塵擋墻、定期除灰口、出口煙窗、積灰室、送風(fēng)管和 水冷壁管；構(gòu)成燃燒鍋爐系統(tǒng)的輔助設(shè)備包括對流管束、下集箱、上 鍋筒、省煤器、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵、煙囪、控制和顯示平臺 等；其一級燃燒室、二級燃燒室和燃燼室三者順序排列連通式結(jié)構(gòu)組 合成燃燒裝置主體， 一級燃燒室底部制有臺式結(jié)構(gòu)的一次風(fēng)室， 一次 風(fēng)室底端上分別制有定期出灰口和送風(fēng)管， 一級燃燒室和一次風(fēng)室對 接處排列式制有振動爐排； 一級燃燒室左側(cè)邊下部處制有螺旋加料進(jìn) 口， 一級燃燒室頂部空間處制有頂部帽腔； 一級燃燒室右邊上部處制 有下斜彎式煙氣導(dǎo)流管，其出口伸入二級燃燒室中部處， 一級燃燒室 和二級燃燒室通過煙氣導(dǎo)流管對接式連通；二級燃燒室右側(cè)頂部處開
放式制有內(nèi)構(gòu)件，將燃燼室與二級燃燒室連通式對接，燃燼室中間處 豎向制有半截結(jié)構(gòu)的沉降除塵擋墻，燃燼室底端制有臺式積灰室，積 灰室底部制有定期除灰口，燃燼室右側(cè)內(nèi)豎向制有出口煙窗；二級燃 燒室底端制有臺式二次風(fēng)室和定期出灰管，二次風(fēng)室底部制有送風(fēng) 管，該送風(fēng)管和一次風(fēng)室底部的送風(fēng)管結(jié)構(gòu)相同，并組合連通；在裝 置工作時，生物質(zhì)顆粒進(jìn)入一級燃燒室，燃燒后，其未燃燼混合物進(jìn) 入二級燃燒室，燃燒后未燃燼物隨高溫?zé)煔膺M(jìn)入燃燼室完全燃燒后，
4其灰渣定期經(jīng)除灰口排除；在一級燃燒室和二級燃燒室中燃燒完全的 灰渣分別經(jīng)定期出灰口和定期出灰管排除。
本發(fā)明涉及的用于生物質(zhì)顆粒燃料的振動與空氣流化組合的燃 燒室采用折疊間壁爐膛結(jié)構(gòu)，分別實現(xiàn)振動燃燒、懸浮燃燒和空氣流 化燃燒，燃燒室分為振動爐排燃燒的一級燃燒室、懸浮燃燒和流化燃 燒的二級燃燒室和燃燼室的三級燃燒結(jié)構(gòu);順序橫向連排結(jié)構(gòu)的三個 燃燒室四周爐墻均制有水冷壁管和耐火磚結(jié)構(gòu)，相鄰爐膛兩層水冷壁 管之間共用耐火磚爐墻，耐火磚爐墻厚度為100 150mm;水冷壁管 上部接入上鍋筒，下部接入下集箱； 一級和二級燃燒室均為方形截面 的爐膛，燃燼室為長方形截面，其長度大于等于兩倍的爐寬；為防止 爐膛中煙氣竄入料斗，在料斗和螺旋送料管之間安裝送風(fēng)機(jī)；顆粒燃 料的螺旋加料進(jìn)口在振動爐排上方200mm左右接入一級燃燒室；送入 一級燃燒室的顆粒燃料落到熾熱的料層上面，受到爐膛中煙氣輻射和 下方炭層加熱的雙面引火；耐熱鋼材質(zhì)的振動爐排根據(jù)熱負(fù)荷、燃料 種類、燃燒強(qiáng)度需求的不同調(diào)整頻率和振動行程，控制燃燒速度；振 動爐排上通風(fēng)截面比為10%，振動爐排下設(shè)2 3個風(fēng)倉送風(fēng)，燃燒 室頂部設(shè)有帽腔結(jié)構(gòu)，即位于煙氣出口管上部高度150mm的爐膛空 間；在振動爐排的震動和送風(fēng)作用下，顆粒燃燒并破碎，小顆粒則隨 著煙風(fēng)揚析，盡管方截面爐膛的四角和頂部帽腔對強(qiáng)化較大顆粒的內(nèi) 循環(huán)作用很大，大量碳粒隨煙氣經(jīng)耐熱鋼質(zhì)的煙氣導(dǎo)流管進(jìn)入二級燃 燒室；煙氣向下噴入后，碳粒下落至布風(fēng)板，自下而上的送風(fēng)經(jīng)布風(fēng) 板后對碳粒氣力流化、進(jìn)行流化燃燒，更為細(xì)密的碳粒在二級燃燒室 上部呈現(xiàn)懸浮狀態(tài)燃燒；煙氣攜帶部分細(xì)小碳粒和大量飛灰經(jīng)出口煙 窗進(jìn)入燃燼室的爐膛，為加強(qiáng)沉降除塵作用，燃燼室內(nèi)安裝有在進(jìn)口 下的內(nèi)構(gòu)件和折流式沉降除塵擋墻；擋墻將燃燼室在縱向上一分為 二，擋墻由耐火磚嵌套水冷壁管組成，水冷壁管的管間距稀疏，間距 S與管直徑d之比S/d-3.33;管排接入下集箱，下部管段曝光，長 度為爐膛高度的l/3;進(jìn)口下的內(nèi)構(gòu)件為一個30。 /60°直角三角形 狀，長直角邊貼水冷壁砌筑，短直角邊在上部，用以維持煙氣進(jìn)口直行一段距離，短邊尺寸伸展到水冷壁管與擋墻間距的1/3，煙氣進(jìn)入 燃燼室時，在內(nèi)構(gòu)件短邊限制下，直行并充滿頂部空間，煙氣遇擋墻 后下行，因流通截面逐漸擴(kuò)大，流速降低，內(nèi)構(gòu)件的擾動加速了煙氣 與顆粒的分離；煙氣在折流經(jīng)過煙窗上行時，灰塵顆粒沉降入積灰室; 煙氣上行進(jìn)入燃燼室第二部分后，先擴(kuò)散后集中通過出口煙窗進(jìn)入后 面的對流管束，流通方向和流通面積的不斷變化進(jìn)一步沉降除塵；燃 燼室出口煙窗高為爐膛高度一半的狹長長方形，積灰室四個側(cè)面砌成 與水平面夾角大于45。的斜面，利于灰收集；積灰室通過定期除灰 口進(jìn)行定期幵啟除灰。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較，爐體組裝方便，采用方形截面燃燒室， 爐膛相對容積大；四角在軸向上強(qiáng)化內(nèi)循環(huán)，促進(jìn)未燃燼顆粒的大量 回流，利于充分燃燒；振動、摩擦和撞擊將燃燒中的顆粒破碎，因此， 隨煙氣進(jìn)入二級燃燒室的碳粒粒徑減小至1 5mm左右，在布風(fēng)板上 形成流態(tài)化和燃燒室上部的懸浮燃燒，進(jìn)一步提高燃燒效率；進(jìn)入燃 燼室的煙氣中可燃成分為一部分揮發(fā)份氣體和更細(xì)密的碳粒，經(jīng)過進(jìn) 出口以及內(nèi)構(gòu)件的擾動下，空氣與可燃成分充分混合接觸，進(jìn)一步燃 燼；兩次沉降除塵，除塵效率高，可降低爐尾的除塵負(fù)荷甚至省去爐 尾除塵器；煙氣通過出口煙窗進(jìn)入對流管束以及后面的省煤器進(jìn)行對 流換熱，排入大氣的煙氣溫度和煙塵含量均可達(dá)到城市A區(qū)供熱鍋爐 的排放指標(biāo)；兩次燃燒室中均可自動控制爐溫水平，避免在高溫腐蝕 率較高的溫度區(qū)間運行；二級燃燒室和燃燼室中周期除灰，因除塵效 率高，可防止對流受熱面上的低溫腐蝕；整體裝置具有熱效率高、工 作穩(wěn)定、維修方便、運行可靠、負(fù)荷可調(diào)整范圍大，自動化控制、節(jié) 能等突出優(yōu)點；特別是燃燒后污染物排放非常低、環(huán)保性能優(yōu)越，非 常適宜環(huán)保城市的分散供熱或集中供熱等。


圖1為本發(fā)明的燃燒裝置結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖2為本發(fā)明的燃燒裝置橫向剖面結(jié)構(gòu)原理示意圖。 圖3為本發(fā)明實現(xiàn)燃燒方法的流程原理示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。 本實施例的主體結(jié)構(gòu)包括一次風(fēng)室1、定期出灰口 2、振動爐排 3、 一級燃燒室4、螺旋加料進(jìn)口5、頂部帽腔6、煙氣導(dǎo)流管7、 二 次風(fēng)室8、定期出灰管9、布風(fēng)板10、 二級燃燒室11、內(nèi)構(gòu)件12、 燃燼室13、沉降除塵擋墻14、定期除灰口 15、出口煙窗16、積灰室 17、送風(fēng)管18和水冷壁管19;其輔助設(shè)備包括對流管束、下集箱、 上鍋筒、省煤器、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵、煙囪、控制和顯示平 臺等；其一級燃燒室4、 二級燃燒室11和燃燼室13三者順序排列連 通式結(jié)構(gòu)組合成燃燒裝置主體， 一級燃燒室4底部制有臺式結(jié)構(gòu)的一 次風(fēng)室1， 一次風(fēng)室1底端上分別制有定期出灰口 2和送風(fēng)管18， 一 級燃燒室4和一次風(fēng)室1對接處排列式制有振動爐排3; —級燃燒室 4左側(cè)邊下部處制有螺旋加料進(jìn)口 5， 一級燃燒室4頂部空間處制有 頂部帽腔6; —級燃燒室4右邊上部處制有下斜彎式煙氣導(dǎo)流管7， 其出口伸入二級燃燒室11中部處， 一級燃燒室4和二級燃燒室11通 過煙氣導(dǎo)流管7對接式連通；二級燃燒室11右側(cè)頂部處開放式制有 內(nèi)構(gòu)件12，將燃燼室13與二級燃燒室11連通式對接，燃燼室13中 間處豎向制有半截結(jié)構(gòu)的沉降除塵擋墻14，燃燼室13底端制有臺式 積灰室17，積灰室17底部制有定期除灰口 15,燃燼室13右側(cè)內(nèi)豎 向制有出口煙窗16; 二級燃燒室11底端制有臺式二次風(fēng)室8和定期 出灰管9， 二次風(fēng)室8底部制有送風(fēng)管18，該送風(fēng)管18和一次風(fēng)室 1底部的送風(fēng)管18結(jié)構(gòu)相同，并組合連通；在裝置工作時，生物質(zhì) 顆粒進(jìn)入一級燃燒室4,燃燒后，其未燃燼混合物進(jìn)入二級燃燒室11, 燃燒后未燃燼物隨高溫?zé)煔膺M(jìn)入燃燼室13完全燃燒后，其灰渣定期 經(jīng)除灰口 15排除；在一級燃燒室4和二級燃燒室11中燃燒完全的灰 渣分別經(jīng)定期除灰口 15和定期出灰管9排除。
本實施例根據(jù)熱負(fù)荷所需設(shè)定螺旋送料電機(jī)和關(guān)風(fēng)器轉(zhuǎn)數(shù)，從而 控制輸入燃料量；燃料自螺旋進(jìn)料口 5的擴(kuò)展槽進(jìn)入一級燃燒室4， 鋪到振動爐排3上；啟動振動爐排3的電機(jī)，將燃料平鋪開來；當(dāng)燃
7料料層達(dá)到一定厚度后停止送料，啟動點火系統(tǒng)和引風(fēng)機(jī)，顆粒燃料
被引燃、穩(wěn)定著火、爐溫持續(xù)上升后，振動爐排3先慢速和短行程振
動，使燃料在振動爐排3上均勻著火，防止結(jié)焦；當(dāng)一級燃燒室4中
溫度上升到50(TC左右時，啟動螺旋入料，并逐漸加大振動爐排3的 傳動電機(jī)頻率；當(dāng)一級燃燒室4中溫度上升至70(TC以上時，調(diào)整送 料電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)至正常，啟動送風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)一次風(fēng)室l的開度；一、二次 風(fēng)可由一個較大規(guī)格的送風(fēng)機(jī)提供，總風(fēng)道上分路供應(yīng)，閥門調(diào)節(jié)； 打開二次風(fēng)室8的供風(fēng)管路閥門，風(fēng)通過布風(fēng)板10進(jìn)入二級燃燒室 11，使落下的碳粒層流化燃燒；調(diào)節(jié)一、二次風(fēng)閥門和引風(fēng)機(jī)開度， 控制一級燃燒室4和二級燃燒室11的爐膛內(nèi)微負(fù)壓或者微正壓，溫 度均低于IOO(TC，保證燃燒安全、高溫水平但防止灰熔和結(jié)焦；方 形截面燃燒室四角對未燃盡碳粒形成的回流作用與頂部帽腔6的高 度密切相關(guān)，即方形截面與頂部帽腔6的組合能夠增強(qiáng)未燃盡碳?；?流，提高一級燃燒室4內(nèi)的燃燒熱強(qiáng)度，并利用顆粒與壁面以及顆粒 間的摩擦和撞擊，將碳粒破碎；氣固混合物經(jīng)煙氣導(dǎo)流管7噴入二級 燃燒室11,煙氣中含有大量的揮發(fā)份和細(xì)小碳粒，則在二級燃燒室 11中進(jìn)行空氣流化燃燒和懸浮燃燒；高溫?zé)煔膺M(jìn)入燃燼室13時，受 限于內(nèi)構(gòu)件12和沉降除塵擋墻14的作用，因轉(zhuǎn)向流動，且流通面積 突擴(kuò)，煙氣速度驟然降低，顆粒在重力和慣性力作用下沉降下來，煙 氣橫向沖刷輻射對流管排煙窗后繼而折流向上，進(jìn)入出口煙窗16去 往對流管束，因流動方向和流通截面積的再次改變，進(jìn)一步沉降除塵； 底部較大儲灰空間的積灰室17，定期除灰口15定期開啟，亦可安裝
螺旋除灰裝置；其外輔設(shè)備上鍋筒上安裝的壓力表、安全闊、水位計 等安全儀表可確保產(chǎn)生熱用戶所需參數(shù)的熱水或蒸汽；煙氣流經(jīng)省煤 器后經(jīng)引風(fēng)機(jī)由煙囪排出； 一次風(fēng)室1下的定期出灰口 2和布風(fēng)板 10下的定期出灰管9均為定期打開進(jìn)行除灰。
本實施例的組合燃燒方式使流態(tài)化燃燒爐小型化，適用于生物質(zhì) 顆粒燃料，顆粒燃料的直徑5 10mm，相對密度1 1.4，振動燃燒室 中，因顆?；亓鞯膹?qiáng)化使得碳粒表面的灰殼破碎，碳粒破碎，細(xì)密碳粒易于燃燼；大量揮發(fā)份和細(xì)密碳粒在二級燃燒室中懸浮燃燒，較大 的碳粒在布風(fēng)板上流化燃燒；此燃燒裝置的優(yōu)勢還在于啟動快，15 分鐘左右即可達(dá)到滿負(fù)荷燃燒；停爐時，10分鐘左右即可熄火。振 動爐排、流化燃燒、懸浮燃燒相結(jié)合的燃燒方式，可以達(dá)到高燃燒強(qiáng) 度和高的單位容積熱負(fù)荷，熱效率高；這些特點近似于燃油燃?xì)忮仩t， 較其他層燃鍋爐具有不可比擬的優(yōu)勢。
權(quán)利要求
1、一種生物質(zhì)顆粒燃料燃燒裝置，其主體結(jié)構(gòu)包括一次風(fēng)室、定期出灰口、振動爐排、一級燃燒室、螺旋加料進(jìn)口、頂部帽腔、煙氣導(dǎo)流管、二次風(fēng)室、定期出灰管、布風(fēng)板、二級燃燒室、內(nèi)構(gòu)件、燃燼室、沉降除塵擋墻、定期除灰口、出口煙窗、積灰室、送風(fēng)管和水冷壁管，其特征在于一級燃燒室、二級燃燒室和燃燼室三者順序排列連通式結(jié)構(gòu)組合成燃燒裝置主體，一級燃燒室底部制有臺式結(jié)構(gòu)的一次風(fēng)室，一次風(fēng)室底端上分別制有定期出灰口和送風(fēng)管，一級燃燒室和一次風(fēng)室對接處排列式制有振動爐排；一級燃燒室左側(cè)邊下部處制有螺旋加料進(jìn)口，一級燃燒室頂部空間處制有頂部帽腔；一級燃燒室右邊上部處制有下斜彎式煙氣導(dǎo)流管，其出口伸入二級燃燒室中部處，一級燃燒室和二級燃燒室通過煙氣導(dǎo)流管對接式連通；二級燃燒室右側(cè)頂部處開放式制有內(nèi)構(gòu)件，將燃燼室與二級燃燒室連通式對接，燃燼室中間處豎向制有半截結(jié)構(gòu)的沉降除塵擋墻，燃燼室底端制有臺式積灰室，積灰室底部制有定期除灰口，燃燼室右側(cè)內(nèi)豎向制有出口煙窗；二級燃燒室底端制有臺式二次風(fēng)室和定期出灰管，二次風(fēng)室底部制有送風(fēng)管。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)顆粒燃料燃燒裝置，其特征在 于順序橫向連排結(jié)構(gòu)的三個燃燒室四周爐墻均制有水冷壁管和耐火 磚，相鄰爐膛兩層水冷壁管之間共用耐火磚爐墻，耐火磚爐墻厚度為 100 150ram; —級和二級燃燒室均為方形截面的爐膛，燃燼室為長方 形截面，其長度大于等于兩倍的爐寬；顆粒燃料的螺旋加料進(jìn)口在振 動爐排上方200mm接入一級燃燒室；振動爐排上通風(fēng)截面比為10%, 燃燼室內(nèi)安裝有在進(jìn)口下的內(nèi)構(gòu)件和折流式沉降除塵擋墻；擋墻將燃 輝室在縱向上一分為二，擋墻由耐火磚嵌套水冷壁管組成，水冷壁管 的管間距稀疏，間距與管直徑之比為3.33;燃燼室出口煙窗高為爐 膛高度一半的狹長長方形，積灰室四個側(cè)面砌成與水平面夾角大于 45°的斜面。
全文摘要
本發(fā)明屬于潔凈燃燒能源技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種生物質(zhì)顆粒燃料高效燃燒的裝置，其一級燃燒室、二級燃燒室和燃燼室三者順序排列連通式結(jié)構(gòu)組合成燃燒裝置主體，一級燃燒室底部制有臺式結(jié)構(gòu)的一次風(fēng)室，其底端上分別制有定期出灰口和送風(fēng)管，一級燃燒室左側(cè)邊下部處制有螺旋加料進(jìn)口，頂部空間處制有頂部帽腔；右邊上部處制有下斜彎式煙氣導(dǎo)流管，其出口伸入二級燃燒室中部處，二級燃燒室右側(cè)頂部處開放式制有內(nèi)構(gòu)件將燃燼室與二級燃燒室連通式對接，底端制有臺式二次風(fēng)室和定期出灰管，二次風(fēng)室底部制有送風(fēng)管；其結(jié)構(gòu)簡單，燃燒充分，效率高，除塵效果好，運行穩(wěn)定可靠，節(jié)能效果明顯。
文檔編號F23B10/02GK101586805SQ20091001605
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月16日
發(fā)明者王鳳印, 王翠蘋 申請人:青島大學(xué)