一種基于燃?xì)?燃油鍋爐改造的生物質(zhì)微米流態(tài)燃燒設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于可再生清潔能源裝置領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于燃?xì)?燃油鍋爐改造的生物質(zhì)微米流態(tài)燃燒設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]目前的常規(guī)燃?xì)?燃油鍋爐是指以氣態(tài)燃?xì)饣蛞簯B(tài)燃油作為燃料，噴入爐膛后被高溫?zé)煔饧訜崛紵脑O(shè)備，由于其具備易燃燒、發(fā)熱量大、安全可靠和環(huán)境污染相對(duì)較小等優(yōu)點(diǎn)，因而日益取代燃煤鍋爐獲得了廣泛的應(yīng)用。然而，隨著能源供應(yīng)短缺或價(jià)格上漲等因素，加上國(guó)內(nèi)對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的進(jìn)一步加強(qiáng)，如何尋找可替代的新能源正成為重要的研宄課題。
[0003]生物質(zhì)燃料是指將農(nóng)林廢棄物如秸桿、鋸末、甘蔗渣、稻糠等，經(jīng)過(guò)粉碎、混合、擠壓、烘干等工藝，制成各種成型燃料后直接執(zhí)行燃燒的一種新型清潔燃料。開(kāi)發(fā)生物質(zhì)燃料不僅能合理利用農(nóng)林廢棄物，防止能源浪費(fèi)，而且能夠減少如C02、SO2, NOx和煙塵等排放，避免霧霾現(xiàn)象的產(chǎn)生，因而在國(guó)內(nèi)外具備廣闊的應(yīng)用前景。檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)提出了一些涉及生物質(zhì)燃料燃燒的方案，例如，CN200710049037.3公開(kāi)了一種生物質(zhì)燃料鍋爐，其中通過(guò)采用懸浮燃燒為主、層燃為輔來(lái)實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)燃料的充分燃料；又如，CN200610029424.6Z公開(kāi)了一種生物質(zhì)能燃料鍋爐及其燃燒方法，其中通過(guò)在爐前設(shè)置若干個(gè)進(jìn)口角度可調(diào)的進(jìn)料口來(lái)分別均勻進(jìn)料，并在一次風(fēng)和二次風(fēng)的配合下在爐膛內(nèi)進(jìn)行懸浮燃燒。
[0004]然而，進(jìn)一步的研宄表明，上述現(xiàn)有技術(shù)仍然具有以下的不足或缺陷:首先，現(xiàn)有的生物質(zhì)燃料所產(chǎn)生的煙氣易于在管道中結(jié)焦，輸送不暢，在腐蝕管道的同時(shí)還會(huì)降低熱效率，相應(yīng)在結(jié)合常規(guī)燃?xì)?燃油鍋爐改造時(shí)造成極大不便；其次，盡管可采用多次風(fēng)的配合來(lái)使得生物質(zhì)燃料懸浮燃燒，但仍存在燃燒溫度有限、燃燒效率不高，難于確保充分燃燼的缺點(diǎn)；第三，對(duì)于目前大多數(shù)的工業(yè)應(yīng)用而言，燃料的燃燒溫度要求能夠達(dá)到1200°C以上，而上述燃燒溫度是現(xiàn)有的生物質(zhì)燃料鍋爐所無(wú)法達(dá)到的。相應(yīng)地，當(dāng)考慮采用生物質(zhì)微米燃料來(lái)完全替代燃?xì)?燃油并進(jìn)行常規(guī)工業(yè)鍋爐的設(shè)備改造時(shí)，上述問(wèn)題成為了難以回避的技術(shù)難點(diǎn)所在。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本實(shí)用新型提供了一種基于燃?xì)?燃油鍋爐改造的生物質(zhì)微米流態(tài)燃燒設(shè)備，其中通過(guò)采用生物質(zhì)微米燃料(也即平均粒徑為微米量級(jí)的生物質(zhì)燃料，譬如，平均粒徑為400微米以下)來(lái)完全代替燃?xì)?燃油作為燃料，并在常規(guī)的燃?xì)?燃油鍋爐執(zhí)行設(shè)備改造的基礎(chǔ)上，對(duì)其他關(guān)鍵組成單元如生物質(zhì)微米燃料輸送單元、燃燒單元及鍋爐燃燒器接口等的特定結(jié)構(gòu)和設(shè)置方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，相應(yīng)能夠更為充分利用生物質(zhì)微米燃料燃燒溫度高的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)顯著提高操作的可控性并便于現(xiàn)有設(shè)備的升級(jí)改造；測(cè)試表明，按照本實(shí)用新型的設(shè)備可獲得高達(dá)1350°C以上的燃燒溫度、鍋爐熱效率可達(dá)到90%以上，同時(shí)與現(xiàn)有生物質(zhì)鍋爐相比其產(chǎn)物中基本無(wú)焦油、無(wú)殘留碳和灰分，因而尤其適用于工業(yè)鍋爐清潔和高效蒸汽生產(chǎn)的應(yīng)用環(huán)境。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本實(shí)用新型，提供了一種基于燃?xì)?燃油鍋爐改造的生物質(zhì)微米流態(tài)燃燒設(shè)備，該設(shè)備中采用生物質(zhì)微米燃料完全代替燃?xì)饣蛘呷加妥鳛榱鲬B(tài)燃料，并包括生物質(zhì)微米燃料輸送單元、燃燒單元和常規(guī)結(jié)構(gòu)形式的燃?xì)饣蛘呷加湾仩t，其中:
[0007]所述生物質(zhì)微米燃料輸送單元包括料斗、定量給料器、粉塵云發(fā)生器、風(fēng)機(jī)和粉塵云輸送管，其中該料斗用于貯存作為燃料的生物質(zhì)微米燃料，并在所述定量給料器的配合下將生物質(zhì)微米燃料定量配送給所述粉塵云發(fā)生器；該粉塵云發(fā)生器則將生物質(zhì)微米燃料與空氣充分混合后形成保持懸浮的粉塵云形式，然后在所述風(fēng)機(jī)的作用下經(jīng)由所述粉塵云輸送管繼續(xù)輸送至所述燃燒單元；
[0008]所述燃燒單元包括燃燒室、密封爐體、燃料入口、點(diǎn)火口、流態(tài)排渣口和火焰出口，其中該密封爐體的容積燃燒強(qiáng)度被設(shè)定為150kg/m3?600kg/m3，它的外壁被保溫材料層所包圍，并使得流經(jīng)外壁的熱量不超過(guò)燃料燃燒能量的10%，由此構(gòu)成一個(gè)相對(duì)封閉的儲(chǔ)熱及燃燒空間；該燃料入口設(shè)置在離火焰出口流程最遠(yuǎn)處，并用于將由生物質(zhì)微米燃料與空氣混合形成的粉塵云沿著切向方向以Im/秒?12m/秒的流速?lài)娚渲链嗣芊鉅t體內(nèi)部；該流態(tài)排渣口設(shè)置在所述燃燒室的最低水位處，并用于在整個(gè)燃燒過(guò)程中將高溫熔化的爐渣予以排出；該火焰出口則設(shè)置在離所述燃料入口流程最遠(yuǎn)的位置；以此方式，生物質(zhì)微米燃料在燃燒單元內(nèi)部保持足夠時(shí)間的懸浮燃燒，并經(jīng)由所述火焰出口將燃燒溫度高達(dá)1350?以上的高溫火焰噴入所述燃?xì)?燃油鍋爐；
[0009]所述燃?xì)?燃油鍋爐的原來(lái)的燃料入口與所述燃燒單元相連通，由此向鍋爐輸送所述高溫火焰。
[0010]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述粉塵云發(fā)生器的壓力被設(shè)定為0.005MPa?0.05MPa ;并且所述生物質(zhì)微米燃料與空氣之間按照0.98?1.25的過(guò)?？諝庀禂?shù)進(jìn)行充分混合。
[0011]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述粉塵云輸送管優(yōu)選由鋼材、塑料或者鋼管內(nèi)村塑料材質(zhì)制成，管內(nèi)塑料層可以減少摩擦阻力。管道內(nèi)壁可以是平面或者螺旋面，螺旋面可以更好地保持微米燃料的懸浮輸送。所述粉塵云輸送管其內(nèi)徑與所述燃燒室的內(nèi)徑之比為1:5?10。
[0012]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述燃燒單元的有效燃燒容積被設(shè)計(jì)為所述燃?xì)?燃油鍋爐的有效燃燒容積的0.5倍?0.9倍，并配備有水蒸汽入口，該水蒸汽入口用于在燃燒過(guò)程中向所述密封爐體內(nèi)補(bǔ)充水蒸汽，以助于殘留碳和焦油的氣化和燃盡，并且水蒸汽的加入量與所述生物質(zhì)微米燃料之間的質(zhì)量比被設(shè)定為1:30?150。
[0013]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述燃燒單元的容積燃燒強(qiáng)度被設(shè)定為150kg/m3?600kg/m3;此外，它的側(cè)壁壁厚為200mm?500mm，燃燒室高度或長(zhǎng)度與其平均截面積之比為0.8
倍?4倍。
[0014]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述燃燒單元還包括測(cè)溫口、二次進(jìn)風(fēng)口和火焰觀察孔，其中該測(cè)溫口設(shè)置在所述燃料入口的相對(duì)側(cè)，用于檢測(cè)所述燃燒室內(nèi)部的最高燃燒溫度；該二次進(jìn)風(fēng)口設(shè)置在所述燃料入口流程的下游，用于輸入二次風(fēng)的同時(shí)起到調(diào)節(jié)作用；該火焰觀察孔設(shè)置在所述密封爐體側(cè)部，其用于對(duì)燃燒狀況進(jìn)行觀察，并執(zhí)行相應(yīng)調(diào)控。
[0015]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述燃料噴管的直徑被設(shè)定為與燃燒室直徑之比為1:5?12，所述流態(tài)排渣口的孔徑被設(shè)定為所述燃燒單元的燃燒室直徑的1/8到1/25，最適宜的為 1/12 到 1/22。
[0016]作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述燃?xì)饣蛘呷加湾仩t的煙氣出口后還配備有旋風(fēng)除塵器和余熱回收單元，由此用于減少進(jìn)入余熱回收單元的粉塵和將余熱返回至鍋爐內(nèi)部循環(huán)利用。此外，在所述燃?xì)饣蛘呷加湾仩t原有防爆孔的上方增設(shè)有一個(gè)向上的防爆口，在其彎管過(guò)道上設(shè)有尾部火焰觀察孔，以此方式增強(qiáng)鍋爐防爆能力，同時(shí)便于更全面地監(jiān)控燃燒室的燃燒狀況。
[0017]總體而言，通過(guò)本實(shí)用新型所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點(diǎn):
[0018]1、通過(guò)采用生物質(zhì)微米燃料來(lái)完全替代燃?xì)饣蛉加停⒔Y(jié)合生物質(zhì)微米燃料的特性來(lái)對(duì)整個(gè)燃燒系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計(jì)，測(cè)試表明該系統(tǒng)能夠很好地發(fā)揮生物質(zhì)微米燃料的優(yōu)點(diǎn)，減少能源消耗和環(huán)境污染，而且燃燒過(guò)程中基本無(wú)焦油，同時(shí)便于執(zhí)行對(duì)現(xiàn)有常規(guī)工業(yè)鍋爐的設(shè)備改造；
[0019]2、通過(guò)為生物質(zhì)微米燃料的燃燒過(guò)程設(shè)置儲(chǔ)熱及燃燒空間并對(duì)其關(guān)鍵性能參數(shù)如容積燃燒強(qiáng)度、熱阻等進(jìn)行設(shè)定，可形成一個(gè)相對(duì)封閉的絕熱燃燒單元，將能量密度相對(duì)低的生物質(zhì)燃料的能量聚積在其中，形成高溫燃燒條件，與此同時(shí)，還使得微粉的氣化和燃燒在同一空間內(nèi)同時(shí)刻瞬間完成，反過(guò)來(lái)繼續(xù)促進(jìn)燃燒溫度的持續(xù)上升，由此達(dá)到與現(xiàn)有技術(shù)相比顯著提高的燃燒溫度，燃燒效率可達(dá)到98%以上；
[0020]3、通過(guò)對(duì)作為關(guān)鍵組件的粉塵云發(fā)生器、粉塵云輸送管以及燃燒器接口的結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，測(cè)試表明能夠確保生物質(zhì)微米燃料能夠以懸浮霧狀進(jìn)入燃燒單元，相應(yīng)有助于充分燃燒和燃燒溫度和提高；
[0021]4、通過(guò)在燃燒過(guò)程中添加適水蒸汽并對(duì)其比例進(jìn)行設(shè)計(jì)，在整個(gè)燃燒過(guò)程中水蒸汽可作為氣化劑與燃燒中間產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而將其分解為氫氣和一氧化碳等，其中的氫氣又能夠在相對(duì)封閉的絕熱空間內(nèi)加快燃燒速度，并且確保在極短時(shí)間內(nèi)即達(dá)到期望的燃燒溫度峰值和效率；
[0022]5、本實(shí)用新型中由于生物質(zhì)微米燃料的燃燒溫度進(jìn)一步被提高到1350度以上，使得中間產(chǎn)物如焦油、碳粒等完全分解，而且還可使得所含的不可燃燒的無(wú)機(jī)物組分也獲得熔化，并在絕熱燃燒室內(nèi)轉(zhuǎn)化成液體作為液態(tài)爐渣從爐底排出，與現(xiàn)有技術(shù)的工業(yè)鍋爐相比，在環(huán)保方面具有優(yōu)勢(shì)，因而適用于各類(lèi)工業(yè)鍋爐應(yīng)用環(huán)境下的清潔和高效要求。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是按照本實(shí)用新型的基于天然氣鍋爐改造的生物質(zhì)微米流態(tài)燃燒設(shè)備的示范性示意圖；
[0024]圖2是用于具體顯示圖1中所示關(guān)鍵組件的示意圖，其中左側(cè)為包括料斗、定量給料器、粉塵云發(fā)生器等組件的燃料輸送單元，右側(cè)為包括密封爐體的燃燒單元；
[0025]圖3是用于顯示按照本實(shí)用新型的燃燒單元與常規(guī)燃?xì)?燃油鍋爐之間的燃燒器接口的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。此外，下面所描述的本實(shí)用新型各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0027]圖1是按照本實(shí)用新型的基于天然氣鍋爐改造的生物質(zhì)微米流態(tài)燃燒設(shè)備的示范性示意圖。如圖1中所示，該生物質(zhì)微米流態(tài)燃燒設(shè)備譬如呈現(xiàn)為臥式或者立式，并主要包括生物質(zhì)微米燃料輸送單元