采用生物質(zhì)氣化裝置的鍋爐燃燒系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鍋爐燃燒系統(tǒng)，特別涉及一種采用生物質(zhì)燃氣的鍋爐燃燒系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]眾所周知，煤、石油、天然氣等化石能源都是不可再生資源，在人類大規(guī)模的開采下已逐漸枯竭。另外，這些燃料在燃燒時會向空氣中排放大量的有毒有害氣體，造成大氣嚴重污染。為此，能源領域?qū)＜艺ふ铱稍偕那鍧嵢剂蟻泶婊茉础?br>[0003]生物質(zhì)燃料(簡稱BMF，比如農(nóng)林廢棄物，如秸桿、鋸末、甘蔗渣、稻糠等)具有以下幾個特點:1、BMF的能量來自于其生長時對自然界CO2的吸收，因此BMF具有0)2生態(tài)“零”排放的特點；2、BMF的燃燒以揮發(fā)份為主，其固定碳的含量為15%左右，是典型的低碳燃料;3、BMF的含硫量比柴油還低，僅為0.05%，不需設置脫硫裝置就可實現(xiàn)SO2的排放;4、BMF的灰份僅為1.8%，是煤基燃料的1/10左右，設置簡單的除塵裝置就能實現(xiàn)粉塵排放達標;5、BMF含氮量低，氧含量高，燃燒時生成較少的NOx; 6、BMF來源于農(nóng)林廢棄物，原料分布廣泛多樣，成本低，循環(huán)生長，取之不盡用之不竭，是典型的循環(huán)經(jīng)濟項目。
[0004]生物質(zhì)氣化是以生物質(zhì)為原料，在氣化劑作用下，通常以氧氣(空氣、富氧或純氧)、水蒸氣或氫氣等作為氣化劑(也稱為氣化質(zhì))，在高溫條件下通過熱化學反應，將生物質(zhì)中可燃的部分轉(zhuǎn)化為可燃氣的過程。生物質(zhì)氣化時產(chǎn)生的氣體成分主要包括H2、CH4和CO等，通常將這種可燃氣體稱為生物質(zhì)燃氣。
[0005]然而，生物質(zhì)燃氣的熱值低、焦油含量高，如果像天然氣或煤氣那樣直接供給至鍋爐設備作為燃料使用，一方面燃燒效率低，另一方面可能帶來安全隱患。
[0006]如中國專利申請公開第102954456A號所揭示的一種制炭生產(chǎn)用的節(jié)能裝置，包括氣化爐、燃燒室和鍋爐裝置，燃燒室與氣化爐相連通并位于鍋爐裝置內(nèi)，而鍋爐裝置還包括上鍋桶、下鍋桶以及位于上鍋桶和下鍋桶之間的水冷壁管，由于采用生物質(zhì)氣作為燃氣，其比直接使用天然氣降低成本40%，比使用油降低成本150%。然而，該制炭生產(chǎn)用的節(jié)能裝置存在以下缺點或不足:(1)、其氣化爐爐體的余熱沒有得到充分利用；(2)、生物質(zhì)燃氣未經(jīng)過任何過濾凈化就作為燃氣使用，這將給鍋爐裝置帶來安全隱患；(3)、燃燒器未針對生物質(zhì)燃氣進行改進，燃燒效率低。
[0007]又如中國專利申請公開第103499083A號所揭示的一種生物質(zhì)氣化燃燒鍋爐系統(tǒng)，包括鍋爐以及用于為鍋爐提供氣化燃料的生物質(zhì)氣化爐，生物質(zhì)氣化爐通過燃氣管道與鍋爐連接，生物質(zhì)氣化爐的上部設有進料口，生物質(zhì)氣化爐內(nèi)部自上至下依次為儲氣室、反應室、儲灰斗，反應室與儲灰斗之間設有加熱爐排，進料口通過一輸料管道與反應室連通。然而，該生物質(zhì)氣化燃燒鍋爐系統(tǒng)存在以下缺點或不足:(I)、其氣化爐爐體的余熱沒有得到充分利用；(2)、采用復雜的旋風分離器和水膜除焦器對生物質(zhì)燃氣進行凈化處理，使得系統(tǒng)建造成本升高；(3)、燃燒器未針對生物質(zhì)燃氣進行改進，燃燒效率低。
[0008]因此，提供一種能夠充分提高能源利用率和燃燒效率的采用生物質(zhì)燃氣的鍋爐燃燒系統(tǒng)成為業(yè)內(nèi)急需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種采用生物質(zhì)氣化裝置的鍋爐燃燒系統(tǒng)，其能夠顯著提高生物質(zhì)能源利用率并提高鍋爐的燃燒效率和安全性。
[0010]相對于其它的生物質(zhì)利用技術而言，生物質(zhì)氣化技術是一種廣泛使用的生物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化方式。生物質(zhì)的氣化過程主要在氣化爐中進行，由于氣化爐的類型、氣化反應條件、工藝流程、氣化劑的種類、原料的性質(zhì)和粉碎粒度等條件的不同，其氣化反應過程也不盡相同。但生物質(zhì)氣化過程在不同條件下的基本包括:C+02 = CO2 ； C02+C = 2C0 ； H2O+C = C0+H2等。
[0011]—般而言，生物質(zhì)的實際反應過程主要包括四個部分:(1)、干燥層，其中生物質(zhì)從氣化爐頂部進入氣化器，被加熱至大約200?300°C左右后，生物質(zhì)原料中的水分首先受熱蒸發(fā)，最終產(chǎn)物為干物料；(2)、熱解層，其中生物質(zhì)干物料從干燥層向下移動進入熱解層，在高溫作用下，生物質(zhì)中揮發(fā)分將會大量地析出，其作用溫度在500?600°C左右，揮發(fā)分析出后，生物質(zhì)只剩下殘余的木炭，其中熱分解反應析出的揮發(fā)分主要包括氫氣、一氧化碳、
二氧化碳、甲烷、焦油和其它碳氫化合物等；(3)、氧化層(也叫燃燒層)，其中生物質(zhì)經(jīng)熱解層后僅剩下木炭，此時在氧化層中與被引入的空氣發(fā)生劇烈反應，同時釋放出大量的熱量，為其它區(qū)域的反應提供熱量，在氧化層中，其特點是反應速率快，層高較低，溫度可以高達1000?1200°C左右，同時揮發(fā)分參與燃燒后進一步降解；(4)、還原層，還原層中沒有氧氣存在，氧化層中的燃燒產(chǎn)物及水蒸氣與還原層中木炭發(fā)生還原反應，生物氫氣和一氧化碳，這些氣體與揮發(fā)分等形成了可燃氣體，完成固體生物質(zhì)向氣體燃料的轉(zhuǎn)化過程，由于還原反應是吸熱反應，此時的溫度降低到700?900°C左右，而其所需熱量主要來源于氧化層。
[0012]生物質(zhì)氣化反應主要在氣化爐中進行，以上吸式固定床氣化爐為例，生物質(zhì)原料從氣化爐頂部送入，氣化劑由爐體底部的進氣口進入爐內(nèi)參與反應，反應產(chǎn)生的氣體自下向上流動，最后由氣化爐上部的燃氣出口排出。其中，生物質(zhì)的反應過程從上到下依次包括干燥層、熱解層、還原層、氧化層。其優(yōu)點主要是:燃氣在經(jīng)過熱分解區(qū)和干燥區(qū)時，將其本身所攜帶的熱量傳給生物質(zhì)原料，用于原料的干燥和熱分解，同時降低燃氣的溫度，提高氣化爐的熱效率；由于生物質(zhì)原料從爐子上部加入，因此生物燃氣由上部出來時經(jīng)過物料層，對燃氣有一定的過濾作用，減少生物燃氣中的灰分含量。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種采用生物質(zhì)氣化裝置的鍋爐燃燒系統(tǒng)，包括:鍋爐、燃燒器以及生物質(zhì)氣化裝置。鍋爐包括燃燒室以及與燃燒室連通的煙氣管道。燃燒器設于鍋爐的一端壁用于將燃料噴射至燃燒室內(nèi)燃燒放熱。生物質(zhì)氣化裝置通過燃氣管線將生成的生物質(zhì)燃氣輸送至燃燒器燃燒。生物質(zhì)氣化裝置包括裝置本體、設于裝置本體的頂壁的生物質(zhì)進料口、鄰近裝置本體的頂壁設于裝置本體的側壁的至少一個生物質(zhì)燃氣出口、設于裝置本體內(nèi)部并將裝置本體內(nèi)部分隔為位于中上部的氣化反應室和位于下部的風室的爐排、圍繞裝置本體的外壁設置且位于氣化反應室外側的換熱腔室、以及設于換熱腔室內(nèi)的熱風管和熱水管。其中，至少一個生物質(zhì)燃氣出口與換熱腔室連通使得:高溫的生物質(zhì)燃氣將熱風管內(nèi)的冷空氣加熱成熱空氣后輸送至風室內(nèi)作為氣化劑，并將熱水管內(nèi)的冷水加熱成水蒸汽后輸送至風室內(nèi)作為氣化劑。
[0014]其中，至少一個生物質(zhì)燃氣出口將裝置本體的內(nèi)部與換熱腔室的內(nèi)部連通，并且換熱腔室包括設于底部的中溫燃氣出口，熱風管和熱水管在至少一個生物質(zhì)燃氣出口與中溫燃氣出口之間一上一下設置于換熱腔室內(nèi)。
[0015]其中，熱風管為圍繞裝置本體的外側設于換熱腔室內(nèi)的盤管，熱風管的上端口與第一風機相連，熱風管的下端口通過管線連接至風室。
[0016]其中，熱水管為圍繞裝置本體的外側設于換熱腔室內(nèi)的盤管，熱水管的上端口與水栗相連，熱水管的下端口通過管線連接至風室。
[0017]可選擇地，第一風機送入熱風管的氣體為20?25攝氏度的空氣，水栗送入熱水管中的水為20?30攝氏度的冷水。
[0018]可選擇地，生物質(zhì)氣化裝置的氣化反應室下側設置有出灰口。
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