專利名稱：一種液態(tài)排渣生物質(zhì)燃燒裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液態(tài)排渣生物質(zhì)燃燒裝置及方法，屬于生物質(zhì)燃燒技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著世界范圍內(nèi)化石能源不斷減少及國內(nèi)油價、煤價的不斷攀升，我國現(xiàn)階段大力號召開發(fā)新能源，同時面臨著巨大的CO2減排任務(wù)。生物質(zhì)能源在這些方面有著巨大的優(yōu)勢，我國生物質(zhì)資源豐富，年產(chǎn)量約為10億噸左右，總折合標準煤可達5億噸，且生物質(zhì)燃燒(X)2為近零排放，所產(chǎn)生的SOx和NOx也很少，因而有著廣泛的應(yīng)用前景。然而生物質(zhì)中因富含K、Na、Cl等元素，生物質(zhì)燃燒后所形成的灰渣灰熔點較低， 一般在950-1100°C之間，燃燒過程中極易熔化并在受熱面上粘結(jié)或流化床布風板上結(jié)焦， 嚴重影響鍋爐設(shè)備的正常運行，顯著降低鍋爐的傳熱效果，且氯腐蝕現(xiàn)象嚴重，這些問題一直長期以來制約著生物質(zhì)燃燒的發(fā)展。針對以上問題，業(yè)界一直在探討，不少人試圖從提高生物質(zhì)灰熔點的方向出發(fā)尋求解決的方案和技術(shù)，如中國專利CN101550374A所公開的一種生物質(zhì)固體成型燃料添加劑，尋求了幾種提高生物質(zhì)灰熔點添加劑的不同配方，該添加劑由A1203、Fe2O3和高齡土所組成，但是該專利所揭示的方案大大增加了生物質(zhì)成型燃料的制作困難和使用成本，大規(guī)模應(yīng)用還有待技術(shù)突破。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)階段生物質(zhì)富含氯及堿金屬元素而導致的灰熔點低、腐蝕和結(jié)焦問題，提出一種液態(tài)排渣生物質(zhì)燃燒裝置及方法，燃燒過程中生物質(zhì)灰渣熔化、實現(xiàn)液態(tài)排渣，進入外部爐膛的煙氣含塵率低，有效解決了受熱面腐蝕及結(jié)渣等問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種液態(tài)排渣生物質(zhì)燃燒裝置，含有生物質(zhì)燃燒爐和給料裝置，其特征在于所述生物質(zhì)燃燒爐包括進料口、燃燒室、匯渣室、燃燒室煙氣出口、爐墻和二次風口 ；所述燃燒室下端的收縮段為匯渣室，匯渣室下部設(shè)有?；?；所述進料口位于燃燒室的頂部；所述二次風口位于燃燒室上部的爐墻上；所述燃燒室煙氣出口位于燃燒室下部與匯渣室的連接處；燃燒室煙氣出口處設(shè)有一排捕渣管，捕渣管的頂部設(shè)有擋渣檐；該生物質(zhì)燃燒裝置還包括余熱鍋爐和尾部煙道，所述余熱鍋爐通過水平煙道與燃燒室煙氣出口相連接，在余熱鍋爐內(nèi)布置有爐膛水冷壁，余熱鍋爐的爐膛內(nèi)懸掛有過熱器，余熱鍋爐的底部設(shè)有密封水箱；所述尾部煙道內(nèi)的空氣預(yù)熱器出口與二次風口通過管道相連接，尾部煙道外設(shè)置引風機。本發(fā)明的另一技術(shù)特征是所述捕渣管是由余熱鍋爐的爐膛水冷壁的管排彎折延伸拉稀而成。若燃燒室的內(nèi)壁設(shè)有燃燒室水冷壁，捕渣管則由燃燒室水冷壁拉稀而成。本發(fā)明的又一技術(shù)特征是所述二次風口為四個環(huán)形分布的風口，且呈水平傾斜布置，傾斜角度α為30-60°。所述擋渣檐是由對稱布置且向下傾斜的兩檐構(gòu)成，兩檐與水平面的夾角β為5-15°，鑲焊于燃燒室的內(nèi)壁上；擋渣檐跨度H大于燃燒室煙氣出口的寬度L°所述過熱器由汽冷屏或蛇形管所形成，屏間布置有吹灰裝置。所述給料裝置為活塞推料器。本發(fā)明的技術(shù)方案還提供了一種采用所述裝置的液態(tài)排渣生物質(zhì)燃燒方法，該方法包括如下步驟1)生物質(zhì)燃料通過進料口送入生物質(zhì)燃燒爐的燃燒室內(nèi)，二次風空氣經(jīng)余熱鍋爐尾部煙道內(nèi)的空氣預(yù)熱器預(yù)熱到150-400°C，通過燃燒室上部的二次風口旋流送入燃燒室內(nèi)；2)生物質(zhì)燃料在旋流二次風的帶動下在燃燒室內(nèi)形成旋流燃燒，燃燒溫度為 1200 1400°C，生物質(zhì)灰渣即熔化，形成液態(tài)熔渣；3)液態(tài)熔渣被旋流流動甩向燃燒室內(nèi)壁，流入?；?；4)煙氣經(jīng)燃燒室煙氣出口進入余熱鍋爐內(nèi)與爐膛受熱面進行熱交換，進入尾部煙道的煙氣降至480-520°C，余熱鍋爐爐膛內(nèi)的熔渣落入密封水箱；5)煙氣在尾部煙道內(nèi)與對流受熱面換熱后降至120-150°C經(jīng)引風機排出。上述方法中，所述生物質(zhì)燃燒爐的燃燒室內(nèi)過量空氣系數(shù)為1. 0 1. 2。本發(fā)明的優(yōu)點是①燃燒溫度高，能順利生物質(zhì)燃燒實現(xiàn)液態(tài)排渣，從而避免了從提高生物質(zhì)灰熔點的方向出發(fā)去思考問題，大部分液態(tài)渣被捕集到?；浜兔芊馑?， 降低了煙氣含渣率，且捕集的灰渣便于二次利用；②生物質(zhì)燃燒爐的燃燒室煙氣出口上端布置的擋渣檐有效將下淌的液渣分流，避免了燃燒室出口煙氣的過多攜帶，加上煙氣出口的一排捕渣管的捕集作用，使進入余熱鍋爐內(nèi)的煙氣含塵率低、煙氣較潔凈，從而很大程度地解決了余熱鍋爐及尾部煙道內(nèi)受熱面上的積灰、結(jié)渣和腐蝕等問題；③整個煙氣流動為尾部煙氣引風機所驅(qū)動，生物質(zhì)燃燒爐和余熱鍋爐內(nèi)呈負壓狀態(tài)，運行現(xiàn)場干凈，運行安全，隨進料漏入的空氣即為一次風；④所用燃料為生物質(zhì)散料包，燃料預(yù)處理簡單，打包及運輸成本較低，給料裝置為活塞式推料裝置，給料簡單。


圖1是本發(fā)明提供的液態(tài)排渣生物質(zhì)燃燒裝置的結(jié)構(gòu)示意原理圖。圖2是圖1的A-A剖視圖，表示出了液態(tài)排渣生物質(zhì)燃燒裝置二次風口布置的結(jié)構(gòu)。圖3是燃燒室煙氣出口和擋渣檐的局部剖視圖。圖中1-生物質(zhì)燃燒爐；2-燃燒室；3-匯渣室；4-燃燒室煙氣出口 ；5-?；?； 6-爐墻；7-擋渣檐；8- 二次風口 ；9-活塞推料器；10-捕渣管；11-進料口 ； 12-余熱鍋爐； 13-水平煙道；14-爐膛水冷壁；15-密封水箱；16-過熱器；17-尾部煙道；18-引風機。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明的原理、具體結(jié)構(gòu)和最佳實施方式。圖1是本發(fā)明提供的液態(tài)排渣生物質(zhì)燃燒裝置的結(jié)構(gòu)示意原理圖，該裝置含有生物質(zhì)燃燒爐1和給料裝置，生物質(zhì)燃燒爐1包括進料口 11、燃燒室2、匯渣室3、燃燒室煙氣出口 4、爐墻6和二次風口 8 ；燃燒室2下端的收縮段為匯渣室3，匯渣室3下部設(shè)有?；?，用于收集從匯渣室3淌下的液態(tài)渣；進料口 11位于燃燒室2的頂部；二次風口 8位于燃燒室2上部的爐墻上；燃燒室煙氣出口 4位于燃燒室2下部與匯渣室3的連接處；燃燒室煙氣出口 4處設(shè)有一排捕渣管10，用于捕集出口煙氣攜帶的熔渣，凈化出口煙氣，燃燒室 2可設(shè)計為絕熱空間，內(nèi)不布置水冷壁等受熱面，在這種實施方式下，捕渣管10是的余熱鍋爐12的爐膛水冷壁14的管排彎折延伸拉稀而成；燃燒室2內(nèi)也可布置有水冷壁受熱面，在這種實施方式下，捕渣管10則由生物質(zhì)燃燒爐1的燃燒室水冷壁拉稀而成；捕渣管10的頂部設(shè)有擋渣檐7 ；給料裝置為活塞推料器9，用于將生物質(zhì)散料包經(jīng)進料口 1送入燃燒室2 內(nèi)；該生物質(zhì)燃燒裝置還包括余熱鍋爐12和尾部煙道17，余熱鍋爐12通過水平煙道13與燃燒室煙氣出口 4相連接，在余熱鍋爐12內(nèi)布置有爐膛水冷壁14，余熱鍋爐12的爐膛內(nèi)懸掛有過熱器16，過熱器16由汽冷屏或蛇形管所形成，兩屏間距離較寬且布置有吹灰裝置， 用于間歇對過熱器16進行吹灰和清洗，煙氣經(jīng)過爐膛水冷壁14和過熱器16的換熱，進入尾部煙道17的煙氣溫度只有500°C左右，有效避免了尾部煙道17內(nèi)受熱面的結(jié)渣和腐蝕； 余熱鍋爐12的底部設(shè)有密封水箱15，用于收集爐膛12內(nèi)煙氣經(jīng)物理分離和吹灰落下的灰渣；尾部煙道17內(nèi)的空氣預(yù)熱器出口與二次風口 8通過管道相連接，二次風經(jīng)空氣預(yù)熱器預(yù)熱后通過二次風口 8送入燃燒室2內(nèi)，尾部煙道17外設(shè)置引風機18，整個鍋爐設(shè)備的煙氣流動由引風機18的抽吸作用提供動力，形成了爐內(nèi)的負壓運行。圖2表示出了液態(tài)排渣生物質(zhì)燃燒裝置二次風口布置的結(jié)構(gòu)，二次風口 8可布置多個，一般采用四個環(huán)形分布的風口，且呈水平傾斜布置，傾斜角度α為30-60°，能夠在燃燒室內(nèi)形成切向旋流燃燒，使燃燒充分，燃燒室內(nèi)溫度迅速升高并維持在1300°C左右。如圖3所示，述擋渣檐7是由對稱布置且向下傾斜的兩檐構(gòu)成，傾斜角度β為 5-15°，鑲焊于燃燒室2的內(nèi)壁上；擋渣檐7跨度H大于燃燒室煙氣出口 4的寬度L，用以將沿內(nèi)壁流淌下來的液態(tài)熔渣分流，繞過燃燒室煙氣出口 4而進入?yún)R渣室3，避免熔渣流經(jīng)燃燒室煙氣出口 4而被排煙攜帶，擋渣檐11的兩檐傾斜角度β為5-15°，保證分流的熔渣能夠順利從兩側(cè)淌下，擋渣檐11跨度H大于燃燒室煙氣出口 4的寬度L，主要是保證分流的熔渣完全繞開燃燒室煙氣出口 4。本發(fā)明的工作原理使用時，生物質(zhì)燃料包不斷地由活塞推料器9通過進料口 11 送入生物質(zhì)燃燒爐1的燃燒室2內(nèi)，尾部煙氣引風機18的抽吸作用使生物質(zhì)燃燒爐1和余熱鍋爐12內(nèi)呈負壓狀態(tài)，進料口 1不斷有空氣漏入，用于燃燒。二次風空氣由余熱鍋爐12 的尾部煙道17內(nèi)空氣預(yù)熱器預(yù)熱到150-400°C，通過燃燒室2上部的二次風口 8旋流送入燃燒室2內(nèi)，燃燒室內(nèi)2過量空氣系數(shù)達到1. 0 1. 2，生物質(zhì)燃料在旋流二次風的帶動下在燃燒室2內(nèi)形成旋流燃燒，燃燒溫度為1200 1400°C，生物質(zhì)灰渣即熔化，形成液態(tài)熔渣。液態(tài)熔渣被旋流流動甩向燃燒室2內(nèi)壁，流入?；?而被捕集下來。所產(chǎn)生的煙氣經(jīng)燃燒室煙氣出口 4排出燃燒室2，擋渣檐7將沿燃燒室2內(nèi)壁流下的熔渣分流繞過燃燒室煙氣出口 4，避免出口煙氣的過多攜帶，而捕渣管10將出口煙氣中攜帶的熔渣不斷捕集下來。煙氣進入余熱鍋爐12內(nèi)與爐膛水冷壁及屏式過熱器16進行熱交換，進入尾部煙道 17的煙氣降至480-520°C。過熱器16裝有定期吹灰裝置，余熱鍋爐12爐膛內(nèi)被物理分離和吹灰落下的灰渣落入密封水箱15內(nèi)。溫度較低且含渣率很低的煙氣進入尾部煙道17，有效避免了尾部煙道17內(nèi)對流受熱面的積灰、結(jié)焦和腐蝕等。煙氣在尾部煙道17內(nèi)與對流受熱面換熱后降至120-150°C經(jīng)引風機18排出。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，燃燒效率高，針對灰熔點較低的生物質(zhì)燃料燃燒，合理地解決了其結(jié)焦和腐蝕等難題。
權(quán)利要求
1.一種液態(tài)排渣生物質(zhì)燃燒裝置，含有生物質(zhì)燃燒爐(1)和給料裝置，其特征在于所述生物質(zhì)燃燒爐(1)包括進料口(11)、燃燒室O)、匯渣室(3)、燃燒室煙氣出口 、爐墻 (6)和二次風口⑶；燃燒室(2)下端的收縮段為匯渣室(3)，匯渣室(3)下部設(shè)有?；?(5)；進料口(11)位于燃燒室(2)的頂部；所述二次風口⑶位于燃燒室(2)上部的爐墻上；燃燒室煙氣出口(4)位于燃燒室( 下部與匯渣室C3)的連接處；燃燒室煙氣出口(4) 處設(shè)有一排捕渣管(10)，捕渣管(10)的頂部設(shè)有擋渣檐(7)；該生物質(zhì)燃燒裝置還包括余熱鍋爐(12)和尾部煙道(17)，所述余熱鍋爐(12)通過水平煙道(13)與燃燒室煙氣出口 (4)相連接，在余熱鍋爐(12)內(nèi)布置有爐膛水冷壁(14)，余熱鍋爐(12)的爐膛內(nèi)懸掛有過熱器(16)，余熱鍋爐(1 的底部設(shè)有密封水箱(1 ；所述尾部煙道(17)內(nèi)的空氣預(yù)熱器出口與二次風口(8)通過管道相連接，尾部煙道(17)外設(shè)置引風機(18)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液態(tài)排渣生物質(zhì)燃燒裝置，其特征在于所述捕渣管 (10)是由余熱鍋爐(12)的爐膛水冷壁(14)的管排彎折延伸拉稀而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液態(tài)排渣生物質(zhì)燃燒裝置，其特征在于所述燃燒室(2) 的內(nèi)壁設(shè)有燃燒室水冷壁，所述捕渣管(10)由生物質(zhì)燃燒爐(1)的燃燒室水冷壁拉稀而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種液態(tài)排渣生物質(zhì)燃燒裝置，其特征在于所述二次風口(8)為四個環(huán)形分布的風口，且呈水平傾斜布置，傾斜角度α為30-60°。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種液態(tài)排渣生物質(zhì)燃燒裝置，其特征在于所述擋渣檐(7) 是由對稱布置且向下傾斜的兩檐構(gòu)成，傾斜角度β為5-15°，鑲焊于燃燒室(2)的內(nèi)壁上； 擋渣檐(7)跨度H大于燃燒室煙氣出口(4)的寬度L。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液態(tài)排渣生物質(zhì)燃燒裝置，其特征在于所述過熱器 (16)由汽冷屏或蛇形管所形成，屏間布置有吹灰裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液態(tài)排渣生物質(zhì)燃燒裝置，其特征在于所述給料裝置為活塞推料器(9)。
8.一種采用如權(quán)利要求1所述裝置的液態(tài)排渣生物質(zhì)燃燒方法，其特征在于該方法包括如下步驟1)生物質(zhì)燃料通過進料口送入生物質(zhì)燃燒爐的燃燒室內(nèi)，空氣經(jīng)余熱鍋爐尾部煙道內(nèi)的空氣預(yù)熱器預(yù)熱到150-400°C，通過燃燒室上部的二次風口旋流送入燃燒室內(nèi)；2)生物質(zhì)燃料在旋流二次風的帶動下在燃燒室內(nèi)形成旋流燃燒，燃燒溫度為1200 1400°C，生物質(zhì)灰渣即熔化，形成液態(tài)熔渣；3)液態(tài)熔渣被旋流流動甩向燃燒室內(nèi)壁，流入粒化水箱；4)煙氣經(jīng)燃燒室煙氣出口進入余熱鍋爐內(nèi)與爐膛受熱面進行熱交換，進入尾部煙道的煙氣降至480-520°C，余熱鍋爐爐膛內(nèi)的熔渣落入密封水箱；5)煙氣在尾部煙道內(nèi)與對流受熱面換熱后降至120-150°C經(jīng)引風機排出。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的液態(tài)排渣生物質(zhì)燃燒方法，其特征在于所述生物質(zhì)燃燒爐的燃燒室內(nèi)過量空氣系數(shù)為1. 0 1. 2。
全文摘要
一種液態(tài)排渣生物質(zhì)燃燒裝置及方法，屬于生物質(zhì)燃燒技術(shù)領(lǐng)域。其裝置包括生物質(zhì)燃燒爐、余熱鍋爐及其尾部煙道。生物質(zhì)燃燒爐的燃燒室上部水平傾斜布置有二次風口，燃燒室底部的煙氣出口設(shè)有一排捕渣管，排渣管頂部設(shè)有擋渣檐，實現(xiàn)有效捕渣。本發(fā)明方法是將空氣預(yù)熱到150-400℃后通過二次風口旋流送入燃燒室，燃燒室溫度迅速升至1300℃，生物質(zhì)灰渣熔化，實現(xiàn)液態(tài)排渣，煙氣與余熱鍋爐爐膛內(nèi)受熱面充分熱交換，降至500℃左右進入尾部煙道，排煙降至120-150℃經(jīng)引風機抽出。本發(fā)明的裝置簡單、結(jié)構(gòu)合理，實施方法能夠充分實現(xiàn)生物質(zhì)燃燒液態(tài)排渣，煙氣潔凈，解決了因生物質(zhì)灰熔點低造成的鍋爐內(nèi)積灰、結(jié)焦和腐蝕等問題。
文檔編號F23L9/00GK102425787SQ20111039476
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者呂俊復(fù), 王慶功, 蔣文斌, 郎威 申請人:沈陽匯豐生物能源發(fā)展有限公司, 清華大學