專利名稱：蓄熱式生物質燃料直燃鍋爐的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種蓄熱式生物質燃料直燃鍋爐，該設備屬于鍋爐行業(yè)和新能源鍋爐技術領域。
背景技術：
眾所周知，“鍋爐”是ー種利用燃料燃燒或其他熱源加熱產生蒸汽或熱水的熱發(fā)生設備或熱交換設備，業(yè)內習慣將帶有燃燒裝置的熱發(fā)生設備稱之為鍋爐，不帶有燃燒裝置的熱發(fā)生設備稱之為余熱(廢熱)鍋爐。鍋爐作為重要的動カ設備已廣泛應用于電站、石油化工、化工、輕エ、環(huán)境保護及生活供暖等國民經濟的各個領域，發(fā)揮著重要的熱能轉換作用。鍋爐按燃料種類的不同可以分為固體燃料鍋爐(如燃煤鍋爐、油頁巖及生物質燃料鍋爐等)、液體燃料鍋爐(如燃油鍋爐、醇類鍋爐及廢液鍋爐等)、氣體燃料鍋爐(如天 然氣鍋爐、煤氣鍋爐、沼氣鍋爐及廢氣鍋爐等)和廢熱(余熱)鍋爐；按結構不同可以分為鍋殼式鍋爐(火管鍋爐)、水管鍋爐、水火管鍋爐(臥式快裝鍋爐)等。燃煤鍋爐分為電站鍋爐(多為大中型煤粉爐)和エ業(yè)鍋爐(多為小型層燃爐)。燃煤鍋爐一般由燃燒設備(煤粉燃燒器或層燃爐排)、爐膛及水冷壁、鍋爐管束(小型鍋爐)、省煤器、空氣預熱器、脫硫除塵設備以及引風機等構成的復雜系統(tǒng)設備。鍋爐管束、省煤器及空氣預熱器等設備粗大，換熱效率低、金屬耗量大，設備造價及維修費用均很高。低壓(3. 9MPa以下)小容量(40T/H以下)燃煤飽和蒸汽鍋爐，蒸發(fā)熱量約占總吸熱量的70-92%，這些熱量主要是由爐膛水冷壁和鍋爐管束的換熱來承擔，鍋爐的熱效率一般在70-80%;中高壓(3.9-10MPa)中等容量(40-220T/H)燃煤蒸汽鍋爐，蒸發(fā)熱量占總吸熱量的53-64%，這些熱量由爐膛水冷壁換熱就能夠滿足，一般不再設置鍋爐管束，鍋爐的熱效率在85-92% ;超高壓(IOMPa以上)大容量(410T/H以上)燃煤過熱蒸汽鍋爐，蒸發(fā)熱量只占總吸熱量的40%，過熱及再熱的熱量増加，爐膛中就要放入更多的輻射換熱面來實現(xiàn)，鍋爐的熱效率在90 %左右。燃油燃氣鍋爐多為中小型熱水和或飽和蒸汽鍋爐。小型燃油燃氣鍋爐經過優(yōu)化設計，由燃油燃氣燃燒器、爐膽(相當于燃煤鍋爐的爐膛及水冷壁)、兩到三回程的煙管管束(相當于燃煤鍋爐的鍋爐管束)及尾部煙道的省煤器等組成的快裝鍋爐，該設備的結構較燃煤鍋爐緊湊，換熱效率也有所提高、金屬耗量相對少ー些，燃油燃氣鍋爐的熱效率在85-90 %，高于同檔次的燃煤鍋爐。生物質燃料鍋爐是在化石能源危機以后逐步發(fā)展起來的新能源鍋爐。中型生物質燃料電站鍋爐，如東方エ業(yè)鍋爐集団有限公司生產的蒸發(fā)量在35-130T/H的電站鍋爐，其系統(tǒng)結構與燃煤電站鍋爐基本相同，由燃燒設備、爐膛、尾部煙道及消煙除塵設備等組成，該系列鍋爐通過水冷壁、過熱器、再熱器及省煤器的換熱生產飽和蒸汽或過熱蒸汽，降低煙氣溫度，再通過空氣預熱器回收煙氣余熱、熱風助燃，進ー步降低煙氣溫度。小型生物質燃料エ業(yè)鍋爐(60T/H以下)是目前使用最為廣泛的生物質燃料鍋爐，該爐普遍采用燃煤臥式快裝爐的結構由下部的生物質燃料燃燒爐床、中間布置有水冷壁的爐膛、上部設置的煙管管束以及尾部煙道的省煤器等組成，該爐存在的問題主要有煙管管束及省煤器等對流換熱面，設備龐大、換熱效率低、金屬耗量大、設備的造價及維修費用都很高；同時，水平設置的煙管管束因燃用含水量及飛灰量都很大的生物質燃料而嚴重積灰、結焦，甚至堵塞煙管，影響鍋爐的高效運行，也極易發(fā)生鍋爐爆管的事故，為安全生產埋下了隱患。在鍋爐的總換熱量中爐膛的換熱所占比例最大，爐膛換熱中輻射換熱最為強烈、高效，輻射換熱是爐膛的主要換熱形式，輻射換熱量約占爐膛換熱量的95%。而傳統(tǒng)鍋爐所設置的鍋爐管束、省煤器及空氣預熱器等設備龐大、運行低效的對流換熱面，主要是為了降低排煙溫度、最大限度地回收煙氣余熱。若能夠在燃料燃燒及爐膛上采用新的技術和先進的設備，提高燃燒效率、降低排煙溫度，并對上述的對流換熱面進行簡化，從而有效地提高鍋爐的熱效率、降低設備的造價、減少設備的故障和維修費用。發(fā)明的內容本發(fā)明蓄熱式生物質燃料直燃鍋爐采用高溫空氣燃燒(HTAC)技術很好地解決上述難題。
HTAC技術在解決燃料(固體、液體、氣體)的高溫(1，000-1, 250 V )高效(99.9% )燃燒的前提下，還具有低溫(150°C左右)排煙的功能，采用該技術的鍋爐由水冷壁及輻射換熱器構成的高溫環(huán)境下的高效換熱系統(tǒng)，其換熱強度遠遠高于傳統(tǒng)鍋爐對流換熱面，整爐的熱效率可達90-95%，優(yōu)于燃油燃氣鍋爐。該爐具有系統(tǒng)簡單、結構緊湊、節(jié)能效果顯著等特點。HTAC技術是20世紀90年代初在燃燒領域誕生的一項全新的燃燒技術，該技術利用蓄熱體將高溫煙氣的余熱進行極限的回收，再用來預熱助燃空氣，預熱溫度高達1，000°C，遠高于采用換熱器的預熱溫度，采用預熱后的高溫空氣助燃能夠極大地提高燃料的燃燒效率，徹底解決低熱值燃料燃燒的點火和脫火問題；采用HTAC技術以后爐內燃燒強度大大加強，同時強化了爐內的輻射換熱，提高爐膛的換熱效率；HTAC技術的燃燒區(qū)無明顯的火焰中心，溫度場分布均勻，平均燃燒溫度較局部高溫火焰燃燒的溫度要低，避免爐墻及換熱面局部燒蝕、延長設備的使用壽命；HTAC技術還能夠有效抑制NOx及ニ惡英的生成量；排放的煙氣迅速冷卻，也能夠效阻止ニ惡英的再次合成，煙氣中NOx及ニ惡英的排放量大大減少，利于保護環(huán)境。HTAC技術將煙氣余熱回收技術、高溫空氣燃燒技術和控制技術有機地組成ー個完善的高效節(jié)能燃燒加熱系統(tǒng)；將HTAC技術與鍋爐相結合能起到揚長補短的作用，具有創(chuàng)新的意義。這種全新意義上的鍋爐顛覆了傳統(tǒng)鍋爐的概念，較高的技術水平，使其具有極強的市場競爭力。本發(fā)明蓄熱式生物質燃料直燃鍋爐很好地解決了 HTAC技術與鍋爐技術相結合的問題，該鍋爐主要由鍋爐本體、蓄熱式燃燒設備、自動控制及安全保護設備等組成；鍋爐本體由爐排及其驅動裝置、爐膛、水冷壁及輻射換熱器組成，以實現(xiàn)固體燃料、灰渣的輸送及爐膛內的高效換熱；蓄熱式燃燒設備由成對的蓄熱室、空氣和煙氣換向閥及換向驅動裝置組成，用于組織高效燃燒、低溫排放煙氣；自動控制及安全保護設備由エ控機、可編程控制器、溫度壓カ調節(jié)儀表等組成，用于精確控制燃燒、確保設備安全。該鍋爐的蓄熱式燃燒設備由成對的蓄熱室、空氣和煙氣換向閥及換向驅動裝置等組成的高效燃燒、節(jié)能加熱系統(tǒng)。系統(tǒng)中的一個蓄熱室加熱空氣，另ー個蓄熱室被煙氣加熱(蓄熱)；當常溫空氣由換向閥進入加熱空氣的蓄熱室后，助燃空氣在短時間內被加熱到接近爐膛溫度(一般比爐膛溫度低50-100°C )，高溫空氣進入爐膛組織高效的HTAC，利于進行高溫輻射換熱。與此同時，爐膛內燃燒后的高溫煙氣經另ー個蓄熱室排出，高溫煙氣在短時間內將顯熱傳遞給其中的蓄熱體回收余熱，降低溫度后的低溫煙氣經過換向閥排放。隨著加熱空氣的蓄熱室溫度的降低，被煙氣加熱的蓄熱室溫度在逐漸升高，當排放的低溫煙氣溫度升高到150°C左右的設定溫度時，換向閥換向、兩個蓄熱室的工作狀態(tài)交換(反向エ作)即原來加熱空氣的蓄熱室現(xiàn)在被煙氣加熱，原來被煙氣加熱的蓄熱室現(xiàn)在加熱空氣，重復上述的流程……直至換向閥再次換向回到前ー個工作狀態(tài)。
這樣換向閥以一定的頻率進行切換，使兩個蓄熱室在蓄熱與放熱狀態(tài)下交替エ作，實現(xiàn)了高溫煙氣余熱的極限回收(煙氣低溫排放)和高效的HTAC。本發(fā)明蓄熱式生物質燃料直燃鍋爐系統(tǒng)的HTAC技術同樣適用于燃油燃氣鍋爐，該技術設備完全適應我國的國情，可用于新建鍋爐設備的選型，還可以用于效率較低的舊鍋爐設備的技術改造，均能收到節(jié)能降耗、保護環(huán)境的顯著效果。該技術設備能夠為我們帶來顯著的經濟效益和社會效益的同時，還有利于提高我國鍋爐的技術水平和新能源資源的利用水平。


下面結合附圖和實施方式對本發(fā)明作進ー步詳細說明。圖I為本發(fā)明的一種實施方式的エ藝流程示意2為本發(fā)明鍋爐本體的一種實施方式示意3為本發(fā)明蓄熱式燃燒設備的一種實施方式示意圖
具體實施例方式參見圖1，蓄熱式生物質燃料直燃鍋爐包括由鍋爐本體I、蓄熱式燃燒設備2、消煙除塵設備3、生物質燃料上料設備4、燃油燃氣設備5、助燃風供應設備6、除灰設備7、煙氣排放設備8、自動控制及安全保護設備9組成。參見圖2，鍋爐本體I由爐排101、爐排驅動裝置102、爐膛103、水冷壁104及輻射換熱器105組成。爐排101采用鏈條爐排或往復爐排；爐膛103由鋼制框架、耐火及保溫材料的爐墻、頂棚及爐門組成。水冷壁104采用膜式水冷壁或翅片水冷壁；輻射換熱器105采用屏式換熱器。參見圖3，蓄熱式燃燒設備2，由成對的蓄熱室201及202、空氣和煙氣換向閥203及換向驅動裝置204組成；蓄熱室由殼體、耐火保溫材料及蓄熱體構成；蓄熱體選用蜂窩陶瓷或耐火小球，也可以兩者同時使用，當兩者同時使用時蓄熱體可分低溫蓄熱段和高溫蓄熱段兩部分，低溫蓄熱段采用蜂窩陶瓷、高溫蓄熱段采用耐火小球。空氣及煙氣換向設備，由空氣及煙氣換向閥及驅動機構組成，空氣及煙氣換向閥選用回轉式或直通式管道換向閥，驅動機構采用電動、氣動或液壓作為驅動カ。消煙除塵設備3，由有害氣體吸附設備、除塵器、清灰設備及空氣壓縮機組成。生物質燃料上料設備4，由提升上料帶及定量給料機組成。
燃油燃氣設備5，按燃料種類不同分為燃油供應設備由燃料儲罐、過濾器、燃料泵、溢流閥、電動調節(jié)閥、電磁閥、截止閥、噴槍及管路組成；燃氣供應設備由燃氣儲罐或入氣主管道、過濾器、調壓器、電動調節(jié)閥、緊急關斷閥、電磁閥、截止閥、噴槍及管路組成。燃料噴槍依據(jù)所使用的燃料而定當使用液體燃料時選用液體霧化噴槍，當使用氣體燃料時選用氣體噴槍；高溫空氣燃燒技術采用多槍布置的方式分區(qū)供給燃料，以便更好地發(fā)揮高溫貧氧燃燒的優(yōu)勢，強化燃燒換熱的同時還能大幅度降低煙氣中NOx生成量，高效節(jié)能、利于環(huán)保。助燃風供應設備6，為燃料燃燒提供氧氣、為爐膛溫度均勻提供攪動空氣；由鼓風機、蝶閥、電動調節(jié)蝶閥、管道組成。在助燃風供應設備中通過調節(jié)助燃風供應量來控制爐膛的燃燒溫度以滿足換熱的要求，助燃風供應量的調節(jié)采用在鼓風機上加裝變頻器或在供風管道上加裝電動調節(jié)蝶閥來實現(xiàn)。
除灰設備7，由集灰斗及螺旋輸送機組成。煙氣排放設備8，將爐膛燃燒后經由蓄熱室、空氣及煙氣換向設備后的煙氣引出、排放大氣之中；由引風機、蝶閥、管道及畑 組成。在煙氣排放設備中通過調節(jié)煙氣的排放量來控制爐膛的負壓，以滿足換熱的要求，煙氣排放量的調節(jié)采用在引風機上加裝變頻器或在煙道上加裝電動調節(jié)蝶閥來實現(xiàn)。自動控制及安全保護設備9，由エ控機、可編程控制器、爐溫調節(jié)儀、煙氣氧含量控制儀、爐膛壓カ調節(jié)儀、變頻器、燃燒器控制器、熱電偶及低壓電器組成。自動控制功能對鍋爐的換向燃燒進行自動控制，對爐膛溫度、爐膛負壓、煙氣含氧量進行自動調節(jié)，以滿足鍋爐生產的要求；安全保護系統(tǒng)的熄火保護、過載保護及運行參數(shù)監(jiān)控等功能，確保系統(tǒng)設備的運行安全可靠。上述的實施方式只是為便于對本發(fā)明進行詳細的說明，并非限制本發(fā)明的實施范圍。
權利要求
1.一種蓄熱式生物質燃料直燃鍋爐，由鍋爐本體(I)、蓄熱式燃燒設備(2)、消煙除塵設備(3)、生物質燃料上料設備(4)、燃油燃氣設備(5)、助燃風供應設備￠)、除灰設備(7)、煙氣排放設備(8)、自動控制及安全保護設備(9)組成；其特征在于所述的鍋爐本體(I)由爐排(101)、爐排驅動裝置(102)、爐膛(103)、水冷壁(104)及輻射換熱器(105)組成；所述的蓄熱式燃燒設備(2)由成對的蓄熱室(201)及(202)、空氣及煙氣換向閥(203)以及換向驅動裝置(204)組成；蓄熱室(201)及(202)由殼體、耐火材料、保溫材料及蓄熱體構成；所述的消煙除塵設備(3)由有害氣體吸附設備、除塵器、清灰設備及空氣壓縮機組成；所述的生物質燃料上料設備(4)由提升上料帶及定量給料機組成；所述的燃油燃氣設備(5)按燃料種類不同分為燃油供應設備由燃料儲罐、過濾器、燃料泵、溢流閥、電動調節(jié)閥、電磁閥、截止閥、噴槍及管路組成；燃氣供應設備由燃氣儲罐或入氣主管道、過濾器、調壓器、電動調節(jié)閥、緊急關斷閥、電磁閥、截止閥、噴槍及管路組成；所述的助燃風供應設備￠)由鼓風機、蝶閥、電動調節(jié)蝶閥、管道組成；所述的除灰設備(7)由集灰斗及螺旋輸送機組成；所述的煙氣排放設備(8)由引風機、蝶閥、管道及煙囪組成；所述的自動控制及安全保護設備(9)由工控機、可編程控制器、爐溫調節(jié)儀、煙氣氧含量控制儀、爐膛壓力調節(jié)儀、變頻器、燃燒器控制器、熱電偶及低壓電器組成。
2.根據(jù)權利要求I所述的蓄熱式生物質燃料直燃鍋爐，其特征在于所述的鍋爐本體(I)僅由底部的爐排(101)及上部的爐膛(103)、水冷壁(104)及輻射換熱器(105)構成的精巧、高效的設備，無需傳統(tǒng)燃煤鍋爐常規(guī)配備的鍋爐管束、省煤器及空氣預熱器，這些龐大、復雜、低效的設備。
3.根據(jù)權利要求I所述的蓄熱式生物質燃料直燃鍋爐，其特征在于所述的蓄熱式燃燒設備(2)中的蓄熱室(201)及(202)內的蓄熱體選用蜂窩陶瓷、或耐火小球、或者蜂窩陶瓷及耐火小球兩者同時使用，當兩種材料同時使用時蓄熱體分低溫蓄熱段和高溫蓄熱段兩部分，低溫蓄熱段采用蜂窩陶瓷、高溫蓄熱段采用耐火小球。
4.根據(jù)權利要求I所述的蓄熱式生物質燃料直燃鍋爐，其特征在于所述的蓄熱式燃燒設備(2)中的空氣及煙氣換向閥(203)選用回轉式換向閥、或直通式管道換向閥；換向驅動裝置(204)采用電動、氣動或液壓驅動。
5.根據(jù)權利要求I所述的蓄熱式生物質燃料直燃鍋爐，其特征在于所述的消煙除塵設備(3)當燃用煤炭時加裝脫硫裝置，組成煙氣脫硫除塵設備。
6.根據(jù)權利要求I所述的蓄熱式生物質燃料直燃鍋爐，其特征在于所述的燃油燃氣設備(5)對于燃用固體燃料的蓄熱式直燃鍋爐，主要用于啟爐點火、加熱升溫；對于燃油燃氣類鍋爐，則是主要的燃燒設備；燃油燃氣設備(5)中的噴槍采用多槍布置的方式分區(qū)供給燃料，能夠更好地發(fā)揮高溫空氣燃燒(HTAC)技術的優(yōu)勢，高效燃燒、節(jié)能環(huán)保。
7.根據(jù)權利要求I所述的蓄熱式生物質燃料直燃鍋爐，其特征在于所述的鍋爐本體(I)中的爐排(101)及爐排驅動裝置(102);所述的生物質燃料上料設備(4)中的提升上料帶及定量給料機；所述的除灰設備(7)中的集灰斗及螺旋輸送機均為固體燃料蓄熱式直燃鍋爐專門設置的設備，對于燃油燃氣類蓄熱式直燃鍋爐則無需配備上述設備。
8.根據(jù)權利要求I所述的蓄熱式生物質燃料直燃鍋爐，其特征在于所述的助燃風供應設備(6)中通過調節(jié)助燃風供應量來控制爐膛溫度和過氧空氣系數(shù)，以滿足鍋爐高效、安全運行的要求，助燃風供應量的調節(jié)采用在鼓風機上加裝變頻器或在助燃風管道上加裝電動調節(jié)蝶閥來實現(xiàn)。
9.根據(jù)權利要求I所述的蓄熱式生物質燃料直燃鍋爐，其特征在于所述的煙氣排放設備(8)中通過調節(jié)煙氣的排放量來控制爐膛的負壓，以滿足鍋爐安全運行的要求，煙氣排放量的調節(jié)采用在引風機上加裝變頻器或在煙道上加裝電動調節(jié)蝶閥來實現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種蓄熱式生物質燃料直燃鍋爐，由鍋爐本體、蓄熱式燃燒設備、消煙除塵設備、燃料上料設備、除灰設備、自動控制及安全保護設備等組成。該鍋爐采用全新的蓄熱式高溫空氣燃燒技術，通過換向閥的切換，使兩個蓄熱室在蓄熱與放熱狀態(tài)下交替工作，高效地回收煙氣的余熱，并將助燃空氣預熱到1,000℃以上，生物質燃料在高溫低氧的環(huán)境中充分燃燒，獨特的燃燒及排煙方式在爐膛的燃燒空間形成高溫區(qū)，爐膛內的輻射換熱強烈，無需省煤器和空氣預熱器等低效耗能設備，整爐的熱效率得以大大提高。本發(fā)明的蓄熱式直燃鍋爐可根據(jù)需要設計成其它固體、液體及氣體燃料直燃式鍋爐，具有同樣的高效燃燒換熱、顯著節(jié)能、保護環(huán)境等特點。
文檔編號F23L15/00GK102818257SQ20121032783
公開日2012年12月12日 申請日期2012年9月7日 優(yōu)先權日2012年9月7日
發(fā)明者朱海生 申請人:朱海生