鍋爐燃燒系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種鍋爐燃燒系統(tǒng)，特別涉及一種采用生物質(zhì)燃?xì)獾腻仩t燃燒系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[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(yán)重污染。為此，能源領(lǐng)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(diǎn):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(diǎn)；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(shè)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(shè)置簡單的除塵裝置就能實現(xiàn)粉塵排放達(dá)標(biāo);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(jì)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(xué)反應(yīng)，將生物質(zhì)中可燃的部分轉(zhuǎn)化為可燃?xì)獾倪^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?xì)怏w稱為生物質(zhì)燃?xì)狻?br>[0005]然而，生物質(zhì)燃?xì)獾臒嶂档?、焦油含量高，如果像天然氣或煤氣那樣直接供給至鍋爐設(shè)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?xì)?，其比直接使用天然氣降低成?0%，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(diǎn)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?xì)馕唇?jīng)過任何過濾凈化就作為燃?xì)馐褂?，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?xì)膺M(jìn)行改進(jìn)，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?xì)夤艿琅c鍋爐連接，生物質(zhì)氣化爐的上部設(shè)有進(jìn)料口，生物質(zhì)氣化爐內(nèi)部自上至下依次為儲氣室、反應(yīng)室、儲灰斗，反應(yīng)室與儲灰斗之間設(shè)有加熱爐排，進(jìn)料口通過一輸料管道與反應(yīng)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(diǎn)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(fù)雜的旋風(fēng)分離器和水膜除焦器對生物質(zhì)燃?xì)膺M(jìn)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?xì)膺M(jìn)行改進(jìn)，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?xì)獾腻仩t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]本實用新型的目的是提供一種鍋爐燃燒系統(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(shù)而言，生物質(zhì)氣化技術(shù)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(jìn)行，由于氣化爐的類型、氣化反應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(jìn)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(jìn)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(yīng)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?xì)浠衔锏龋?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(yīng)，同時釋放出大量的熱量，為其它區(qū)域的反應(yīng)提供熱量，在氧化層中，其特點(diǎn)是反應(yīng)速率快，層高較低，溫度可以高達(dá)1000?1200°C左右，同時揮發(fā)分參與燃燒后進(jìn)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(yīng)，生物氫氣和一氧化碳，這些氣體與揮發(fā)分等形成了可燃?xì)怏w，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(yīng)是吸熱反應(yīng)，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(yīng)主要在氣化爐中進(jìn)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(jìn)氣口進(jìn)入爐內(nèi)參與反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的氣體自下向上流動，最后由氣化爐上部的燃?xì)獬隹谂懦?。其中，生物質(zhì)的反應(yīng)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(diǎn)主要是:燃?xì)庠诮?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?xì)獾臏囟?，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?xì)庥缮喜砍鰜頃r經(jīng)過物料層，對燃?xì)庥幸欢ǖ倪^濾作用，減少生物燃?xì)庵械幕曳趾俊?br>[0013]根據(jù)本實用新型的一方面，提供一種鍋爐燃燒系統(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(shè)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?xì)夤芫€將生成的生物質(zhì)燃?xì)廨斔椭寥紵魅紵Ｉ镔|(zhì)氣化裝置包括裝置本體、設(shè)于裝置本體的頂壁的生物質(zhì)進(jìn)料口、鄰近裝置本體的頂壁設(shè)于裝置本體的側(cè)壁的至少一個生物質(zhì)燃?xì)獬隹?、設(shè)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(yīng)室和位于下部的風(fēng)室的爐排、圍繞裝置本體的外壁設(shè)置且位于氣化反應(yīng)室外側(cè)的換熱腔室、以及設(shè)于換熱腔室內(nèi)的熱風(fēng)管和熱水管。其中，至少一個生物質(zhì)燃?xì)獬隹谂c換熱腔室連通使得:高溫的生物質(zhì)燃?xì)鈱犸L(fēng)管內(nèi)的冷空氣加熱成熱空氣后輸送至風(fēng)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(fēng)室內(nèi)作為氣化劑。
[0014]其中，至少一個生物質(zhì)燃?xì)獬隹趯⒀b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(shè)于底部的中溫燃?xì)獬隹冢瑹犸L(fēng)管和熱水管在至少一個生物質(zhì)燃?xì)獬隹谂c中溫燃?xì)獬隹谥g一上一下設(shè)置于換熱腔室內(nèi)。
[0015]其中，熱風(fēng)管為圍繞裝置本體的外側(cè)設(shè)于換熱腔室內(nèi)的盤管，熱風(fēng)管的上端口與第一風(fēng)機(jī)相連，熱風(fēng)管的下端口通過管線連接至風(fēng)室。
[0016]其中，熱水管為圍繞裝置本體的外側(cè)設(shè)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(fēng)室。
[0017]可選擇地，第一風(fēng)機(jī)送入熱風(fēng)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(yīng)室下側(cè)設(shè)置有出灰口。
[0019]可選擇地，中溫燃?xì)獬隹谠O(shè)置于換熱腔室的下端壁。
[0020]可選擇地，該鍋爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)一步包括螺桿送料器，螺桿送料器的進(jìn)料口連接至生物質(zhì)料源，螺桿送料器的出料口與裝置本體的生物質(zhì)進(jìn)料口連通以將生物質(zhì)料輸送至氣化反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行氣化反應(yīng)，螺桿送料器包括豎向段和與豎向段相連的橫向段，進(jìn)料口設(shè)于豎向段的末端，出料口設(shè)于橫向段的末端。
[0021]可選擇地，螺桿送料器的豎向段包括鄰近進(jìn)料口設(shè)置的中溫燃?xì)馊肟谝约班徑Q向段與橫向段的連接處的低溫燃?xì)獬隹?，中溫燃?xì)馊肟谕ㄟ^管線與換熱腔室的中溫燃?xì)獬隹谶B通以將生物質(zhì)燃?xì)庖肼輻U送料器內(nèi)預(yù)熱生物質(zhì)料并除去灰塵和焦油，生物質(zhì)燃?xì)饨?jīng)由低溫燃?xì)獬隹谕ㄟ^燃?xì)夤芫€輸送至燃燒器燃燒。
[0022]可選擇地，燃燒器包括殼體、設(shè)于殼體一端壁的生物質(zhì)燃?xì)馊肟?、設(shè)于殼體另一端的火焰出口、自生物質(zhì)燃?xì)馊肟谙驓んw內(nèi)部延伸的燃?xì)鈬姽?、以及設(shè)于殼體側(cè)壁上的至少一個空氣入口。
[0023]可選擇地，燃?xì)鈬姽艿哪┒朔忾]，燃?xì)鈬姽艿闹鼙谏祥g隔設(shè)置若干子噴管，生物質(zhì)燃?xì)饨?jīng)由若干子噴管噴射至殼體內(nèi)部并與來自至少一個空氣入口的助燃空氣混合后燃燒。
[0024]優(yōu)選地，燃?xì)鈬姽艿闹鼙诎ǖ乳g隔設(shè)置于燃?xì)鈬姽艿牟煌瑱M截面上的至少三組子噴管，每組子噴管包括沿周向方向等間隔設(shè)置于燃?xì)鈬姽軅?cè)壁上的至少三個子噴管。
[0025]可選擇地，燃燒器的至少一個空氣入口鄰近殼體的一端壁設(shè)置，燃燒器進(jìn)一步包括鄰近殼體的另一端設(shè)于殼體側(cè)壁上的至少一個回流煙氣入口，鍋爐的煙氣管道上設(shè)置回流煙氣出口，回流煙氣出口通過煙氣回流管線與至少一個回流煙氣入口連通，以將來自鍋爐的部分高溫?zé)煔饣亓髦寥紵髦肌?br>[0026]其中，燃燒器包括的至少一個空氣入口沿切向方向設(shè)置于殼體側(cè)壁使得空氣在殼體內(nèi)形成旋流以加強(qiáng)與生物質(zhì)燃?xì)獾幕旌?，并且至少一個回流煙氣入口沿切向方向設(shè)置于殼體側(cè)壁使得煙氣在殼體內(nèi)形成旋流以加強(qiáng)與生物質(zhì)燃?xì)夂涂諝獾幕旌稀?br>[0027]可選擇的，燃燒器殼體側(cè)壁包括沿周向方向等間隔設(shè)置于殼體側(cè)壁的三個空氣入口，燃燒器殼體側(cè)壁包括沿周向方向等間隔設(shè)置于殼體側(cè)壁的三個回流煙氣入口。
[0028]優(yōu)選地，在燃燒器的縱向方向上，至少三組子噴管位于至少一個空氣入口與至少一個回流煙氣入口之間。
[0029]可選擇地，燃?xì)夤芫€中設(shè)置有第三風(fēng)機(jī)，煙氣回流管線中設(shè)置有第四風(fēng)機(jī)。
[0030]其中，本實用新型中的高溫、中溫、低溫僅為表明燃?xì)?、空氣或煙氣的溫度相對的高低變化，并不代表特定的溫度值或范圍?br>[0031]本實用新型的有益效果是:(1)、充分利用生物質(zhì)氣化裝置的爐壁高溫以及生物質(zhì)燃?xì)獾母邷仡A(yù)熱空氣和水，并將獲得的熱空氣和水蒸汽直接供給至風(fēng)室作為氣化劑，節(jié)省了能源和成本；(2)、生物質(zhì)燃?xì)膺M(jìn)入螺桿送料器，一方面對生物質(zhì)料進(jìn)行了預(yù)熱提高了氣化效率，另一方面通過生物質(zhì)料對燃?xì)膺M(jìn)行過濾以除灰除焦油，節(jié)省了建造專門過濾凈化裝置的費(fèi)用；(3)、燃燒器采用高溫?zé)煔饣亓髦硷@著提高了燃燒效率，并降低了鍋爐排放煙氣中的氮氧化合物和二氧化碳的含量；(4)、生物質(zhì)燃?xì)饨?jīng)螺桿送料器過