專利名稱：生物質氣化燃燒耦合式旋風鍋爐的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于燃燒粉末狀生物質氣化燃燒鍋爐，特別是一種帶有獨特
設計的蒸汽霧化裝置的氣化燃燒室和與之連接的完全燃燒室的兩級反應器、以提高生物質 能轉化效率的生物質氣化燃燒耦合式旋風鍋爐。
背景技術：
眾所周知，生物質能很久就為人類所應用，但由于生物質能的能量密度低，使其應 用效率很低。因此，在日常生活及工業(yè)生產中沒有被大規(guī)模應用。隨著能源短缺、環(huán)境惡化， 使得人們重新關注對生物質能的應用研究。 一般的生物質燃料鍋爐所用的燃料均為生物質 顆粒。這樣既可以避免將秸稈加工為生物質顆粒的加工費用，還能提高生物質燃料的堆積 密度和單位體積燃料的發(fā)熱量，降低燃料的運輸費用，增大生物質燃料的采集半徑。但考慮 到顆粒之間的間隙，采用粉末狀顆粒也能達到生物質顆粒的效果，同時還降低了生物質顆 粒的加工費用。 在現代生物質能應用技術中，主要包括生物化學轉化方法和熱化學轉化方法。其 中，熱化學法更易于規(guī)?；肮I(yè)化。根據能源轉化過程中給入的氧量(用化學計量系數 小表征)，熱化學方法大體可以分為三種手段直接燃燒、熱解以及氣化。直接燃燒即指燃 料的完全氧化，在燃燒過程中給入足夠量的氧量(小> 1)。生物質燃燒主要產生熱量以及 煙氣(C02、H20以及N2)，與燃煤鍋爐相似，生物質在鍋爐中燃燒產生的熱量加熱水冷壁而得 到高溫高壓的水蒸氣，水蒸汽驅動汽輪機產生電力。目前為止，生物質發(fā)電鍋爐基本上都 是采用直接燃燒技術。生物質在給入的氧量不足情況下降解，使固體的生物質燃料轉化為 氣體。其基本原理即含碳物質在不充分氧化的條件下(0<小< l)，產生CO等可燃氣體。 氣化爐內的溫度一般在800 110(TC左右，產生的氣體產物主要包括C0、H2、CH4以及其他 碳氫化合物，得到的可燃氣體混合物可以用于鍋爐、發(fā)動機及燃氣輪機，從而應用于集中供 氣、供熱及供電方面。生物質熱解即在缺氧情況下降解(小=0)，得到的主要產物包括焦 油、焦炭及小分子氣體產物，與氣化技術不同，熱解技術主要用于生物油液體產物或者焦炭 固體產物的制取。 與燃煤比較，生物質燃料比重小，體積大，在爐排上層不能實現充分燃燒，且爐膛 內為正壓，進入爐膛的燃料有可能經給料管被吹入給料管上方的料倉，引起火災；其次，部 分生物質燃料具有較高的焦油含量，產生的煙氣較粘稠，既易在高溫管子(過熱器等)上 結焦，腐蝕管子同時還降低換熱效率，粘稠的煙氣又易在較窄的煙道處結網，影響煙氣的正 常流動，降低鍋爐的換熱效率；再者，生物質燃料的熱值較低、水分大、燃盡難。針對生物 質燃料存在的這些缺陷，人們對鍋爐進行了一定的改進，如本申請的發(fā)明人曾在專利公告 號為CN2248290Y的"燃生物質流化床鍋爐"中，公開了一種能夠燃燒各種生物質燃料的鍋 爐，其僅僅采用一般流化床技術，雖然較好地考慮了生物質燃料的燃燒特性，熱效率能達到 80%發(fā)上，但仍易于在爐膛出口的高溫對流受熱面發(fā)生結渣。專利公告號為CN1195173C 的"可變爐拱結構低氮氧化物生物質鍋爐"和公開號為CN1900589A的"一種生物質能燃料鍋爐及其燃燒方法"中，前者公開了在鍋爐的給料管內安裝送料鉸龍、以及在爐膛內增加可 變拱結構和與主風道相連的分段風噴嘴，這對生物質燃料的著火和燃盡有一定幫助，但其 燃燒方式仍為層燃，未達到最佳燃燒效果；后者公開了在鍋爐的給料口下方增加了與送風 機相連的二次風管，其燃燒方式為層燃和一定程度的懸浮燃燒，但仍以層燃為主，且二次風 為常溫的冷風，爐內溫度波動較大，抑制了灰顆粒進入下一燃燒區(qū)域，也不能實現充分的燃 燒。換言之，生物質采用氣化爐，由于反應器溫度較低，氣化氣中焦油含量很高；而生物質 直燃鍋爐則由于生物質燃燒后，灰熔點較低，易于在高溫受熱面發(fā)生結渣現象。在專利號 為CN201053749Y的"生物質燃料鍋爐"中，公開了一種在原燃煤鍋爐的基礎上改進的設計， 利用一次風和二次風及風口調節(jié)擋板的作用，實現以懸浮燃燒為主、層燃為輔的方式，在一 定程度上保證了換熱效率和料倉的安全，但由于生物質燃料灰的熔點低，易于在高溫受熱 面發(fā)生結渣事故，進而引起鍋爐"爆管"事故。專利公告號為CN201074829Y的"一種生物 質成型燃料氣化鍋爐"，爐體采用帶有爐烘的本體及機械進料裝置和爐體夾套內設置風量 分配管的結構，因其未采用蒸汽助燃設備，故燃氣熱值低，存在焦油分解方面的難題，從而 降低了鍋爐效率。專利公告號為CN201093717Y的"生物質氣化鍋爐"是一種以生物質原料 為燃料的一般鍋爐，其也未采用蒸汽助燃裝置，因此燃氣熱值低，容易出現排煙中有未分解 完全的焦油。專利公告號為CN100513869C和CN201149245Y的兩個同一技術內容的"生物 質高溫燃燒鍋爐"，包括爐壁、爐膽和設置在鍋膽上方的帶有進料裝置的料斗和液態(tài)排渣池 等，主要結構是爐膽內有由電機驅動的旋轉軸及固定其上的螺旋葉片和燃料均布板組成 的進料裝置，由爐膽、輻射導流塊及下方的分段風噴嘴組成的預熱室和燃燒室，由旋風除塵 器、煙管和液態(tài)排渣池的煙氣灰渣排出裝置以及將高溫煙氣與水進行熱交換的蒸汽發(fā)生室 等。在爐膽中得到預熱的生物質燃料與與爐膽下方由噴嘴分段切向仰射進入爐膛的高溫空 氣相遇，實現分級旋流燃燒。但要通過調整噴嘴的數量來嚴格控制過量空氣系數，這樣會使 得爐內溫度不易控制，分級效果不理想，影響鍋爐熱效率。專利公告號為CN201081236Y的 "生物質能鍋爐燃料在多燃燒室內燃燒及蒸汽助燃燃燒裝置"，它公開了一種能夠使生物質
燃料充分燃燒的具有在多燃燒室內燃燒及蒸汽助燃燃燒裝置的鍋爐。其包括鍋爐、第一燃 燒室及其爐烘、第二燃燒室及其爐烘、第二燃燒室二次風及蒸汽助燃燃燒裝置、葉輪式供料
機、第一燃燒室一次風入口、爐排等件。該裝置的二次風由與第一燃燒室連通的葉輪式供料 機供給，二次風為常溫的冷風，二次風由第二燃燒室二次風入口進入，容易引起爐內溫度的 波動，不能較好地控制燃料氣化溫度，增加了第二燃燒室內氣化氣中焦油含量，也容易使高 溫受熱面產生結渣。另外，蒸汽要從蒸汽助燃燃燒裝置蒸汽入口進入，不僅要添設蒸汽發(fā)生 裝置，增加設備成本，而且蒸汽的作用就是利用火焰加熱把蒸汽分解成氫氣和氧氣，使氫氣 燃燒，氧氣助燃參與爐內燃燒，蒸汽不能參與燃料氣化，無法使未燃盡的固定碳氣化，降低 了燃料氣化產物的熱值。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種生物質氣化燃燒耦合式旋風鍋爐，它解決了現有生 物質鍋爐存在的熱效率低，氣化氣中焦油含量高，高溫受熱面易結渣等問題，其結構設計合 理，運行穩(wěn)定，強化了傳熱和燃料氣化效果，可以提高生物質能轉化效率和生物質燃料氣化 產物的熱值，使生物質燃料完全充分燃燒，既節(jié)能，提高了鍋爐的熱效率，又環(huán)保，減輕了環(huán)
4境污染，還可以對收集的生物質灰，進行廢物利用。
本實用新型所采用的技術方案是該生物質氣化燃燒耦合式旋風鍋爐包括帶有落
灰室、爐排和氣化燃燒室的夾套式爐體及其給料裝置，一、二次風機，循環(huán)水泵、灰漿池和煙
道水霧除塵器，其技術要點是所述二次風機通過二次風閥連接所述爐體的夾套，所述夾套
由內、外爐壁構成，所述外爐壁內側設置與進水管連通的霧化噴嘴，所述內爐壁圓周分布有
與所述氣化燃燒室連通的二次風與水蒸汽切向噴孔，所述給料裝置的小螺旋給料機的一端
穿過所述夾套連接所述氣化燃燒室的內腔，所述小螺旋給料機的另一端通過送料風閥與二
次風機連接，所述氣化燃燒室利用連通管與內置換熱器的完全燃燒室連通。 所述循環(huán)水泵一端插入所述灰漿池內，另一端通過控制閥分別連接伸入所述落灰
室內腔的霧化噴嘴和連接插入所述完全燃燒室的排煙道的水霧除塵器。 所述一次風機連接由所述落灰室的內、外壁構成的一次風箱，所述內壁設置與所 述落灰室內腔連通的一次風噴孔。 所述灰漿池內設置過濾器，并通過管路分別與所述落灰室底部及所述煙道水霧除 塵器底部連接。 本實用新型具有的優(yōu)點及積極效果是本實用新型由于采用螺旋給料和風送給料 相結合的方式使生物質燃料送入氣化燃燒室后呈懸浮狀態(tài)，再利用爐體夾套的外爐壁內側 與進水管連通的霧化噴嘴和內爐壁圓周分布的與氣化燃燒室連通的二次風與水蒸汽切向 噴孔構成的蒸汽霧化裝置，利用氣化燃燒室內燃料部分燃燒所產生的熱量使得夾套內層溫 度升高，而霧化噴嘴產生的細小水霧，直接與夾套的內爐壁接觸產生水蒸氣，以二次風與水 蒸汽切向噴孔噴入氣化燃燒室的旋風式水蒸氣作為氣化劑，所以可以使生物質燃料首先在 氣化燃燒室中氣化，以抑制生物質中碳黑的生成，其結構設計合理，運行穩(wěn)定，強化了傳熱 和燃料氣化效果，可以提高生物質能轉化效率和生物質燃料氣化產物的熱值，使生物質燃 料完全充分燃燒，從而大大減輕完全燃燒室內換熱器的高溫受熱面結渣的可能性。利用蒸 汽霧化裝置產生的旋風式水蒸氣進入氣化燃燒室內，可以通過蒸汽相變換熱，來調節(jié)生物 質不完全燃燒放出的熱和生物質氣化吸收的熱，合理控制爐內溫度；并通過調節(jié)一次風量， 使得生物質燃料產生可燃得C0、H4和其它可燃氣體，在保證生物質燃料氣化的效果前提下， 合理降低一次風量和一次風速，使得進入氣化燃燒室產生的可燃氣體盡可能少攜帶飛灰， 有獨特設計的二次風與水蒸汽切向噴孔噴出的旋風式水蒸氣，也可降低燃氣中攜帶的飛 灰。因為在完全燃燒室內燃燒溫度高，可以使得氣化氣中的焦油完全燃燒，它解決了現有生 物質鍋爐存在的熱效率低，氣化氣中焦油含量高，高溫受熱面易結渣等問題。正因為本實用 新型采取了氣化和燃燒耦合的利用技術，使生成的氣化氣在進入完全燃燒室后能進行充分 燃燒，既節(jié)能，提高了鍋爐的熱效率，又環(huán)保，減輕了環(huán)境污染，還可以對收集的生物質灰， 進行廢物利用。因此，本實用新型改進了生物質的轉化途徑和利用率。
以下結合附圖對本實用新型作進一步描述。


圖1是本實用新型的一種具體結構示意圖。 圖2是
圖1中的I部結構局部放大圖。 圖3是
圖1中的II部結構局部放大圖。[0015] 圖4是
圖1沿A-A線的剖面圖。 圖5是圖4中的III部結構局部放大圖。 圖中序號說明1灰漿池、2過濾器、3循環(huán)水泵、4爐排、5落灰室、6送料風閥、7 — 次風機、8 二次風機、9 二次風閥、10完全燃燒室、11排煙道、12水霧除塵器、13換熱器、14連 通管、15氣化燃燒室、16夾套、17料斗、18大螺旋給料機、19原料倉、20小螺旋給料機、21霧 化噴嘴、22進水管、23外爐壁、24 二次風與水蒸汽切向噴孔、25內爐壁、26 —次風噴孔、27 內壁、28外壁、29 —次風箱。
具體實施方式根據
圖1 5詳細說明本實用新型的具體結構。該生物質氣化燃燒耦合式旋風鍋 爐包括帶有落灰室5、爐排4和氣化燃燒室15的夾套式爐體及其利用連通管14連接的內置 換熱器13的完全燃燒室10，由鍋爐通用結構的內爐壁25和外爐壁23構成的爐體夾套16 及外爐壁23內側設置的與進水管22連通的霧化噴嘴21、內爐壁25圓周分布的與氣化燃燒 室15連通的二次風與水蒸汽切向噴孔24構成的蒸汽霧化裝置，由原料倉19、大螺旋給料 機18、料斗17及設置在其下方的小螺旋給料機20等組成的給料裝置，由一次風機7、一次 風箱29和二次風機8、送料風閥6、二次風閥等組成的送風裝置，由循環(huán)水泵3、帶有過濾器 2的灰漿池1、落灰室5的水池(圖中未示出)和完全燃燒室10的排煙道11的水霧除塵器 12等組成的除灰裝置，以及常用的電氣控制裝置和相應循環(huán)管路等部分。 其中蒸汽霧化裝置的爐體夾套16內，由于氣化燃燒室15內的燃料的部分燃燒所 產生的熱量，使得夾套16內爐壁25溫度升高，而外爐壁23內側設置的與進水管22連通的 霧化噴嘴21產生的細小水霧，直接與夾套16的內爐壁25接觸，產生水蒸氣。送風裝置的 二次風機8通過二次風閥9連接爐體的夾套16，直接向夾套16內腔供二次風。夾套16內 的水蒸氣和二次風，通過內爐壁25圓周分布的二次風與水蒸汽切向噴孔24噴入氣化燃燒 室15內，形成旋風式水蒸氣。在氣化燃燒室內切向送入的二次風中夾帶水蒸汽，水蒸汽與 懸浮的燃料進行氣化，不僅可以使得未燃盡的固定碳進行氣化，以抑制生物質中碳黑的生 成，同時還可以通過蒸汽相變換熱，來調節(jié)生物質不完全燃燒放出的熱和生物質氣化吸收 的熱，合理控制爐內溫度，避免爐內結焦。由于采用了自身生成的水蒸汽氣化，既減少了冷 空氣量，又提高了生物質能轉化效率和生物質燃料氣化產物的熱值。由于在氣化燃燒室15 內采取了上述具有獨特設計的氣化和燃燒耦合的利用技術，這不僅可以使二次風與水蒸汽 切向噴孔噴出的旋風式水蒸氣，顯著降低氣化氣中攜帶的飛灰，而且強化了傳熱和燃料氣 化效果，可以提高生物質能轉化效率和生物質燃料氣化產物的熱值，使生成的氣化氣，利用 連通管14進入與內置換熱器13的完全燃燒室IO后能進行充分燃燒，大大減輕完全燃燒室 10內換熱器的高溫受熱面結渣的可能性。 給料裝置的小螺旋給料機20的一端穿過夾套16，連接氣化燃燒室15的內腔，小螺 旋給料機20的另一端通過送料風閥6與二次風機8連接，這種采用螺旋給料與氣力送料相 結合的給料方式，不僅有效地防止了堵料，而且使得燃料的供給分額得到合理的控制。 送風裝置的一次風機7連接由落灰室5的內、外壁27、28構成的一次風箱29，內壁 27設置與落灰室5內腔連通的一次風噴孔26。采用這種夾層結構不僅可以實現對一次風 進行預熱，還可以通過調節(jié)從爐排4下方進入氣化燃燒室15內的一次風量，使得生物質燃料產生可燃得C0、H4和其它可燃氣體，在保證生物質燃料氣化的效果前提下，合理降低一次 風量和一次風速，使得進入氣化燃燒室15產生的可燃氣體盡可能少攜帶飛灰。 除灰裝置采用底灰和飛灰聯合式水力除灰方式，循環(huán)水泵3 —端插入灰漿池1內， 另一端通過控制閥分別連接伸入落灰室5內腔的霧化噴嘴(圖中未示出)，通過噴灑水霧收 集從爐排4落下的生物質灰，使之落入落灰室5的水池底部，水、灰一同經管路流回灰漿池1 內，過濾器2將水、灰分離。循環(huán)水泵3連接插入完全燃燒室10的排煙道11的水霧除塵器 12，收集排煙道11內的飛灰，使之落入水霧除塵器12的底部，水、灰一同經管路流回灰漿池 1內，過濾器2將水、灰分離。從而達到將燃盡的底灰及燃料的飛灰通過聯合式水力除灰方 式返回灰漿池1中，達到水循環(huán)利用的效果。通過定期或不定期地將灰漿池1內的過濾器2 取出，收集生物質灰，加工成活性炭、白炭黑等物質，這不僅可以降低灰顆粒對環(huán)境的污染， 還可以進行廢物利用。
權利要求一種生物質氣化燃燒耦合式旋風鍋爐，包括帶有落灰室、爐排和氣化燃燒室的夾套式爐體及其給料裝置，一、二次風機，循環(huán)水泵、灰漿池和煙道水霧除塵器，其特征在于所述二次風機通過二次風閥連接所述爐體的夾套，所述夾套由內、外爐壁構成，所述外爐壁內側設置與進水管連通的霧化噴嘴，所述內爐壁圓周分布有與所述氣化燃燒室連通的二次風與水蒸汽切向噴孔，所述給料裝置的小螺旋給料機的一端穿過所述夾套連接所述氣化燃燒室的內腔，所述小螺旋給料機的另一端通過送料風閥與二次風機連接，所述氣化燃燒室利用連通管與內置換熱器的完全燃燒室連通。
2. 根據權利要求1所述的生物質氣化燃燒耦合式旋風鍋爐，其特征在于所述循環(huán)水 泵一端插入所述灰漿池內，另 一端通過控制閥分別連接伸入所述落灰室內腔的霧化噴嘴和 連接插入所述完全燃燒室的排煙道的水霧除塵器。
3. 根據權利要求1所述的生物質氣化燃燒耦合式旋風鍋爐，其特征在于所述一次風 機連接由所述落灰室的內、外壁構成的一次風箱，所述內壁設置與所述落灰室內腔連通的 一次風噴孔。
4. 根據權利要求1或2所述的生物質氣化燃燒耦合式旋風鍋爐，其特征在于所述灰 漿池內設置過濾器，并通過管路分別與所述落灰室底部及所述煙道水霧除塵器底部連接。
專利摘要一種生物質氣化燃燒耦合式旋風鍋爐，它解決了現有生物質鍋爐存在的熱效率低，氣化氣中焦油含量高，高溫受熱面易結渣等問題，包括夾套式爐體及其給料裝置，一、二次風機，循環(huán)水泵，灰漿池和煙道水霧除塵器，其技術要點是二次風機連接爐體的夾套，外爐壁內側設置霧化噴嘴，內爐壁圓周分布二次風與水蒸汽切向噴孔，給料裝置的小螺旋給料機的一端連接氣化燃燒室的內腔，另一端通過送料風閥與二次風機連接，氣化燃燒室完全燃燒室連通。其結構設計合理，運行穩(wěn)定，強化了傳熱和燃料氣化效果，可以提高生物質能轉化效率和生物質燃料氣化產物的熱值，使生物質燃料完全充分燃燒，既節(jié)能，提高了鍋爐的熱效率，又環(huán)保，減輕了環(huán)境污染。
文檔編號F23B10/00GK201526953SQ200920016318
公開日2010年7月14日 申請日期2009年8月14日 優(yōu)先權日2009年8月14日
發(fā)明者劉子豪, 李柄熙, 李洪濤, 聶彥彬, 靖洪銘, 靖海寬, 黃東升, 黃奎 申請人:沈陽亞太偉業(yè)生物質再生能源研究所