氣固兩相分離再耦合式生物質(zhì)清潔燃燒裝置及燃燒方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及新能源潔凈燃燒技術(shù)領(lǐng)域中的一種氣固兩相分離再耦合式生物質(zhì)清潔燃燒裝置及其燃燒方法。
【背景技術(shù)】
[0002]2007年《中國能源發(fā)展報(bào)告》指出，中國生物質(zhì)能的開發(fā)利用程度僅為1%，而且絕大多數(shù)被直接燃燒利用。與此同時(shí)，大面積的秸桿露天焚燒常常導(dǎo)致煙霧產(chǎn)生，造成嚴(yán)重的大氣污染和氣候變化。目前生物質(zhì)液化和氣化技術(shù)還不能實(shí)現(xiàn)完全的市場化運(yùn)行，而且限于復(fù)雜的技術(shù)條件，只適合在工廠內(nèi)進(jìn)行大規(guī)模的轉(zhuǎn)化利用，無法適應(yīng)目前中國生物質(zhì)能源分散面廣、收集成本高等現(xiàn)狀。發(fā)展結(jié)構(gòu)簡單，易操作，且能清潔燃燒的小型裝置和探索生物質(zhì)清潔燃燒方法，是解決目前中國生物質(zhì)能利用難推廣現(xiàn)狀的途徑之一。
[0003]現(xiàn)有的生物質(zhì)燃料鍋爐大部分是由燃煤鍋爐改造而來，生物質(zhì)和煤炭的組成不同，如生物質(zhì)揮發(fā)份是煤炭的5倍以上，而固定碳卻只是煤炭的1/4左右，因此生物質(zhì)和煤炭的燃燒過程存在較大的差異。目前大部分生物質(zhì)鍋爐的助燃空氣從爐排底部進(jìn)入爐膛，受爐排上的燃料、灰渣等影響，爐膛內(nèi)空氣分布不均，生物質(zhì)燃料的揮發(fā)分往往沒有完全燃燒就被排出。而且爐排下送風(fēng)吹起的部分顆粒會隨煙氣排出，污染周圍環(huán)境。另外傳統(tǒng)機(jī)械爐排爐采用上點(diǎn)火下供風(fēng)的方式，助燃空氣從燃料內(nèi)部通過，高溫導(dǎo)致產(chǎn)生較高的NOx，上側(cè)無還原性氣體，NOx就直接排入大氣，容易造成酸性氣體污染。
[0004]中國專利申請?zhí)枮?01010242055的發(fā)明專利公布了一種雙筒燃燒氣化制合成氣的方法與裝置，該裝置利用布置在中心位置的燃燒筒加熱包在燃燒筒外圍的氣化筒，通過燃燒爐爐壁導(dǎo)熱，熱解氣化筒中的物料。其特點(diǎn)包括(I)通過同一個(gè)轉(zhuǎn)盤為燃燒爐和氣化爐供料，并且可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速，調(diào)整分配在燃燒筒和氣化筒內(nèi)的供料量；(2)氣化爐圍在燃燒爐外圍，燃燒爐可以直接通過爐壁為氣化過程供熱；(3)燃燒爐和氣化爐都采用旋風(fēng)分離器分離氣相中的顆粒物，并回流至氣化爐進(jìn)行補(bǔ)充反應(yīng)。但該設(shè)計(jì)也存在以下不足:(1)依然采用傳統(tǒng)的燃燒一部分物料為另一部分物料供熱，熱解制氣的技術(shù)方案，沒有很好的利用揮發(fā)分可直接制成合成氣，而固相相比經(jīng)過復(fù)雜反應(yīng)后制成合成氣，更有利于穩(wěn)定燃燒供熱的特點(diǎn)；(2)沒有對氣相爐內(nèi)的物料氣化后的固體剩余物的處理方法進(jìn)行論述，如果進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)，需要進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)；(3)整體布置分散，必然會造成熱量散失量大，不利于節(jié)約能源；(4)組成裝置的部件多，成本高，不利于小型化和在普通用戶間推廣。中國專利申請?zhí)枮?01310381626.7發(fā)明專利公布了一種燃煤解耦燃燒裝置及燃燒方法，本裝置增設(shè)了一個(gè)為熱解區(qū)直接供風(fēng)的第一爐排，采用分區(qū)供風(fēng)和熱解的方式實(shí)現(xiàn)了燃煤的解耦燃燒。提高了燃煤的燃燒效率，減少了有害漏風(fēng)量，提高了燃燒溫度，但與傳統(tǒng)的層燃爐相比并沒有實(shí)質(zhì)上的改進(jìn)，解耦燃燒的有益效果也沒有有效體現(xiàn)，不能實(shí)現(xiàn)清潔燃燒。中國專利申請?zhí)?01110175439.4的發(fā)明專利公布了一種煤粉解耦燃燒器及其解耦燃燒方法，其通過慣性分流的方式，實(shí)現(xiàn)了不同濃度配比的煤粉和空氣混合物的分離，和不同空燃比的可控性，不同的空燃比的混配可以減少NOx的產(chǎn)生。并且該裝置有效利用了回流煙氣的熱量，保證了燃燒區(qū)較高的溫度水平，為解耦燃燒提供合適的環(huán)境。該發(fā)明專利可以實(shí)現(xiàn)低NOx，低CO排放，對不同的煤種也可進(jìn)行針對性的調(diào)整，比較適宜工業(yè)化推廣。但因其內(nèi)部存在較強(qiáng)的氣流和劇烈的燃燒過程，不適合民用推廣。中國專利申請?zhí)枮?01110322136.0的發(fā)明專利公布了一種預(yù)燃式機(jī)械爐排解耦燃燒爐及其燃燒方法，該發(fā)明專利采用爐膛內(nèi)加中隔墻和階梯活動爐排的方式，在爐膛內(nèi)隔出一個(gè)預(yù)燃室，燃料在預(yù)燃室內(nèi)先進(jìn)行熱解氣化，然后再部分燃燒，預(yù)燃室內(nèi)由于低氧環(huán)境，抑制了 NOx的產(chǎn)生。由于后端主爐排的相對面積較大，雖然采用了局部缺氧的方式對NOx進(jìn)行控制，但很難保證前期的有益效果不被主爐排上的燃燒所抵消，而且也沒有對產(chǎn)生的顆粒物進(jìn)行抑制措施，并不是完全意義上的清潔燃燒。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對生物質(zhì)潔凈燃燒技術(shù)和小型化裝置推廣的需要，本發(fā)明提供一種氣固兩相分離再耦合式生物質(zhì)清潔燃燒裝置及其燃燒方法，將生物質(zhì)熱解分離為氣固兩相，固相直接進(jìn)行層狀燃燒，氣相和固相燃燒后脫除大部分顆粒物的煙氣進(jìn)行還原反應(yīng)，降低NOx含量后再經(jīng)過一二次燃燒排出。本發(fā)明可有效控制NOx的產(chǎn)生和顆粒物的排出，并且氣固兩相燃燒可獨(dú)立布風(fēng)，互不干擾，使供風(fēng)量和燃燒場布置更加合理，更容易實(shí)現(xiàn)清潔燃燒。同時(shí)避免了傳統(tǒng)鏈條爐完全由鏈條底部供風(fēng)進(jìn)入燃燒室，造成部分顆粒物和NOx直接排出帶來的大氣污染。
[0006]一種氣固兩相分離再耦合式生物質(zhì)清潔燃燒裝置，其特征是它包括長方體爐膛以及在爐膛中自下而上依次設(shè)置有:鏈條爐排，位于鏈條爐排上方的固相燃燒室，位于固相燃燒室上方的還原反應(yīng)室，位于還原反應(yīng)室上方的氣相燃燒室；還有與固相燃燒室連通的固相燃燒供風(fēng)系統(tǒng)，與氣相燃燒室連通的氣相燃燒一二次供風(fēng)系統(tǒng)；還設(shè)置有螺旋輸送機(jī)，螺旋輸送機(jī)包括圓筒式螺旋管和設(shè)置于螺旋管中的螺旋軸，驅(qū)動螺旋軸的驅(qū)動電機(jī)，與螺旋管進(jìn)料端連通的敞口料斗；螺旋管前部伸入到爐膛中且固定在還原反應(yīng)室和固相燃燒室之間，螺旋管出料端上揚(yáng)，與水平方向有5° -15°夾角；在螺旋管上靠近出料端設(shè)置有氣相出口和固相出口，氣相出口位于固相出口和敞口料斗之間；氣相出口和固相出口的之間有1-2倍螺旋管外徑長度的間距。
[0007]還原反應(yīng)室呈倒四面錐形漏斗狀，還原反應(yīng)室的下口與螺旋管上的氣相出口吻合連接，錐形漏斗上口的左右兩邊與左、右爐膛壁固定連接(定義進(jìn)料的敞口料斗一側(cè)為左偵牝下同)，前后兩邊和前、后爐膛壁之間留有供固相燃燒煙氣上升的間隙，并在前后兩邊的頂部設(shè)置兩塊與前、后爐膛壁平行的豎直板，豎直板與前后爐膛壁之間設(shè)置折流肋板；左右爐膛壁上設(shè)置一次旋流進(jìn)風(fēng)管和二次旋流進(jìn)風(fēng)管，并分別加設(shè)流量調(diào)節(jié)閥；在前后爐膛壁上連接下傾的長方形回?zé)熖舭?，回?zé)熖舭褰?jīng)過豎直板的上方自然延伸到還原反應(yīng)室中，回?zé)熖舭遄笥覂蛇叿謩e延伸至左右爐膛壁；所述四面錐形漏斗、豎直板、左、右爐膛壁和回?zé)熖舭鍑蛇€原反應(yīng)室，其與下側(cè)的固相燃燒室被螺旋管隔開，形成獨(dú)立的還原反應(yīng)室和固相燃燒室，還原反應(yīng)室上部和氣相燃燒室相通。
[0008]本方案的具體特點(diǎn)還有，在螺旋進(jìn)料機(jī)的螺旋管頂部設(shè)置有氣相出口，底部設(shè)置有固相出口。
[0009]螺旋管出料端固定在右爐膛壁上；在距離右爐膛壁2.5d-3.0d的螺旋管上側(cè)設(shè)置有長為1.0d-2.0d且寬為四分之一至三分之一截面圓弧長的氣相出口，在距離右側(cè)爐膛壁小于10厘米的螺旋管出料端下側(cè)，有長為1.0d-1.5d且寬為四分之一至三分之一截面圓弧長的固相出口，d為螺旋管外徑。
[0010]還原反應(yīng)室的錐面傾角為30° -60°，前后爐膛壁到相鄰的豎直板距離為1/30W-1/20W，豎直板高1/6W-1/3W，W為前后爐膛壁之間的寬度，豎直板左右兩邊分別和左右爐膛壁相接。
[0011]在前、后爐膛壁和相鄰的側(cè)豎直板之間的縫隙中設(shè)置有至少4塊呈倒“八”字形傾斜布置且端部部分重疊的折流肋板，煙氣繞過折流肋板曲線向上流動。
[0012]在豎直板頂部向上1/20W-1/10W處的前、后爐膛壁上設(shè)置有傾角為30° -45°的下傾長方形回?zé)熖舭澹舫鲩L度為1/8W-1/4W。
[0013]在所述回?zé)熖舭甯康雀叩淖鬆t膛壁和右爐膛壁外分別設(shè)有一排