專利名稱：生物質(zhì)成型燃料燃燒設備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種生物質(zhì)成型燃料燃燒設備。
背景技術(shù)：
當今世界人類面臨著經(jīng)濟增長、環(huán)境保護和社會發(fā)展等多重壓力，改變能源的生 產(chǎn)方式和消費方式，對于建立可持續(xù)發(fā)展的能源系統(tǒng)，促進經(jīng)濟社會的發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的 改善具有重大意義。在全球工業(yè)化大潮中，化石燃料起著關(guān)鍵作用，然而，由于人類的掠奪 性開發(fā)，能源短缺日漸突出，近來石油漲價飛速，國內(nèi)也出現(xiàn)了柴油短缺?；谀茉窗踩珣?zhàn) 略，人們已對常規(guī)能源安全提出了質(zhì)疑，正是在這種形勢下，開發(fā)可再生能源引起了人們的 更加廣泛關(guān)注。從廣義上講，生物質(zhì)能是植物通過光合作用生成的有機物，它的最初來源是太陽 能，所以是太陽能的一種，也是可再生的。由于生物質(zhì)能的載體是有機物，所以這種能源是 以實物的形式存在的，是唯一一種可儲存與可運輸?shù)目稍偕茉础Ｄ壳?，中國的能源工業(yè)面 臨兩方面的挑戰(zhàn)，既要滿足經(jīng)濟發(fā)展對能源的需求，又要同時考慮大氣環(huán)境保護的因素。當 前我國正處于市場經(jīng)濟的高速發(fā)展時期，應實施資源開發(fā)與節(jié)約并重的能源發(fā)展戰(zhàn)略，在 制定資源開發(fā)的決策和規(guī)劃時，還應把技術(shù)進步、環(huán)境保護放在重要位置。我國是一個農(nóng)業(yè) 大國有著豐富的生物質(zhì)資源，每年僅農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量就有7億多噸，除去還田、作飼料和工 業(yè)原料外，尚有3. 5 4億噸可作為能源資源。對于這些生物質(zhì)資源的利用，大部分地區(qū)以 直接燃燒為主，其燃燒效率低下，以至在一些秸稈資源匱乏的地區(qū)，大量砍伐薪柴作為燃料 使用，對生態(tài)環(huán)境造成了很大破壞；在較為發(fā)達的地區(qū)，由于商品能源的使用，大量的秸稈 在田間焚燒，既造成能源的浪費，又引起嚴重的環(huán)境污染，甚至還威脅到機場、高速公路的 營運安全。生物質(zhì)能的特點是資源豐富穩(wěn)定，但是分散，收集和運輸困難，比較適合于分散利 用。另一方面，生物質(zhì)能目前有效利用的比例很少，要充分體現(xiàn)它的潔凈性并在能源結(jié)構(gòu)優(yōu) 化中充分發(fā)揮作用，必須有大范圍的高效利用作前提，這就必然要求全社會對生物質(zhì)能技 術(shù)有全面的了解和認同，在生物質(zhì)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化和商品化的過程培育成熟的市場，形成大量 的用戶，使我國生物質(zhì)能作為商品能源的比例有顯著的提高，最終在有條件的地方部分代 替礦物燃料。生物質(zhì)致密成型技術(shù)是將預處理后秸稈進行在適當?shù)膲毫ο轮旅艹尚?。這種生物 質(zhì)成型燃料具有密度大、容易點火、能量密度大、燃燒特性好、易于運輸和儲存等特點，可以 廣泛應用于供熱、供暖和炊事等行業(yè)，為生物質(zhì)的大規(guī)模廣泛利用提供了可能。生物質(zhì)成型燃料根據(jù)外形尺寸的不同，可分為生物質(zhì)顆粒、生物質(zhì)塊與生物質(zhì)棒。 生物質(zhì)顆粒直徑一般在10mm以下，具有密度大、外形規(guī)則、流動性好等特點，能夠滿足自動 上料與自動計量的要求，適合沸騰床或流化床快速燃燒，也可應用于自動化程度較高的壁 爐、熱水爐等。生物質(zhì)棒直徑一般在40mm以上，由于其外形尺寸大、密度大，燃燒速度慢，但 燃燒時間長，可應用于連續(xù)小負荷運行的手燒爐。生物質(zhì)塊外形尺寸位于顆粒于棒之間，與前兩者相比，密度較小，但生產(chǎn)成本最低，設備簡單。物質(zhì)燃料的燃燒過程可分為四個階段(1)脫水燃料中的水分受熱蒸發(fā)汽化，從燃料中逸出。(2)揮發(fā)份的析出與燃燒燃料受熱后.低分子量的物質(zhì)首先分解氣化，到達著 火溫度后即生成氣相燃燒火焰。在這種火焰溫度的影響下，加快了燃料中纖維素的熱分解 過程，并產(chǎn)生大量的揮發(fā)性物質(zhì)，出現(xiàn)第一個反應速度的峰值，然后熱分解速度急速下降。(3)過渡階段此時纖維素的熱分解速度下降，而揮發(fā)份物質(zhì)仍能保持燃燒火焰。 木質(zhì)素由于高溫碳化，并通過氧化作用開始表面著火，生成炙熱火焰，以較慢的燃燒速度燃 燒，此時出現(xiàn)兩種燃燒狀態(tài)并存現(xiàn)象，直到燃料中的揮發(fā)份物質(zhì)分解完畢，氣相火焰熄滅。(4)焦碳的表面燃燒燃料中的木質(zhì)素已全部碳化，表面生成炙熱的火焰，燃燒反 應速度加快，并出現(xiàn)第二次反應速度峰值，然后燃燒速度變慢，表面炙熱火焰由紅變暗，逐 漸消失。溫度是影響燒結(jié)的最主要原因。稻草的燒結(jié)溫度在680°C左右，玉米稈的燒結(jié)溫度 在740°C左右，高粱稈的燒結(jié)溫度在680°C。低于燒結(jié)溫度，即使灰量大、停留時間長，也不 出現(xiàn)燒結(jié)現(xiàn)象。隨著溫度的升高，燒結(jié)出現(xiàn)所需的時間減少，結(jié)塊尺寸增大，數(shù)量增多，硬度 增強。對于稻草，溫度在700°C以上，便出現(xiàn)燒結(jié)塊阻塞的現(xiàn)象。停留時間的影響主要表現(xiàn) 在結(jié)塊的硬度和尺寸上停留時間增長，結(jié)塊的硬度和尺寸增大。生物質(zhì)燃燒比煤燃燒能夠 有效降低NOx的排放濃度。但是，生物質(zhì)成型燃料的揮發(fā)分含量高、析出溫度低、易結(jié)渣，一直是進行生物質(zhì) 成型燃料燃燒有待解決的難題。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種析出溫度高、不易結(jié)渣的生物質(zhì)成型燃料燃燒設 備。本實用新型的技術(shù)方案是生物質(zhì)成型燃料燃燒設備，包括加料口和清灰門，它包括相鄰的一次燃燒室、二 次燃燒室、爐排，一次燃燒室和二次燃燒室的下部連通，在一次燃燒室一側(cè)設有進氣口，在 一次燃燒室設有與進氣口連通的上行風道，上行風道的一次空氣進口位于一次燃燒室的上 部；所述爐排位于一次燃燒室以及二次燃燒室的下方。包括位于一次燃燒室一側(cè)底部的擋渣門，所述上行風道的入口位于擋渣門的上 方，所述進氣口位于擋渣門下方，所述爐排在水平方向上位于擋渣門和進氣口之間。所述進氣口包括進空氣口與空氣量調(diào)節(jié)板。所述爐排包括活動爐排、固定爐排、可帶動活動爐排移動的轉(zhuǎn)軸。包括設在一次燃燒室四周的水套，在所述的二次燃燒室出口連接有對流換熱部 件。在所述進風口設有進風風機，所述二次燃燒室出口連接有混風管，所述混風管包 括熱風出口和與熱風出口相連的配空氣口。本實用新型針對生物質(zhì)成型燃料的揮發(fā)分含量高、析出溫度低、易結(jié)渣的特點，將 生物質(zhì)成型燃料的燃燒過程分為兩個階段，分別為固定炭的燃燒與揮發(fā)分的燃燒。使生物質(zhì)成型燃料的固定炭在第一段燃燒，揮發(fā)分在第二段燃燒，可完全解決生物質(zhì)燃燒時的結(jié) 渣與不完全燃燒問題。主要優(yōu)點如下1、根據(jù)生物質(zhì)成型燃料揮發(fā)分含量高、灰分易結(jié)渣的特點，采用分段燃燒，它使固 定炭在一次燃燒室燃燒，揮發(fā)分在二次燃燒室燃燒。2、一次燃燒室采用多點供風技術(shù)，分別從燃燒室的上部、側(cè)面與底部供風，減少了 爐排單位面積的熱負荷，降低炭燃燒溫度，防止結(jié)渣。3、一次燃燒室采用上部供風，使在干燥層與熱解層產(chǎn)生水蒸汽與揮發(fā)分通過氧化 層，可有效降低氧化層溫度，防止結(jié)渣。4、爐排為一次燃燒室與二次燃燒室共用，爐排一部分為一次燃燒室供風，一部分 為二次燃燒室供風。5、一次燃燒室與二次燃燒室在下部連通，一次燃燒室內(nèi)成型燃燒熱解產(chǎn)生的可燃 氣體成分經(jīng)下部連通部分進入二次燃燒室，同時與經(jīng)爐排進入的空氣相遇，在二次燃燒室 內(nèi)進行充分燃燒。6、應用這一分段燃燒技術(shù)開發(fā)的生物質(zhì)成型燃料熱水鍋爐，一次燃燒室四周為水 套，為輻射換熱部分，在二次燃燒出口后，為對流換熱部件，可與在二次燃燒室產(chǎn)生的高溫 煙氣進行換熱，作為熱水鍋爐的主要換熱部件。7、直接式生物質(zhì)成型燃燒熱風爐，它的一、二次燃燒室從內(nèi)到外分別為高溫耐火 材料、保溫層、鋼板等組成，二次燃燒室生成的煙氣溫度最高可達140(TC。根據(jù)需要，可在煙 氣出口配冷空氣，以提供1400以下任意溫度的熱風。本實用新型采用側(cè)吸式生物質(zhì)氣化和揮發(fā)分燃燒專用的燃燒室、兩處進風的固定 炭燃燒技術(shù)。其中，側(cè)吸式生物質(zhì)氣化與揮發(fā)分專用燃燒室，保證了生物質(zhì)中揮發(fā)分的充分 燃燒，兩處進風的固定炭燃燒，減小了爐排的熱負荷，降低了固定炭的燃燒溫度，可有效防 止生物質(zhì)灰的結(jié)渣與灰中鉀等堿金屬的揮發(fā)，為生物質(zhì)灰作為鉀肥使用提供了條件。生物 質(zhì)成型燃料熱水鍋爐和生物質(zhì)成型燃料熱風爐，均可用于采暖、供熱水等行業(yè)，具有廣泛的 應用前景。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是生物質(zhì)成型燃料熱水鍋爐結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2的A-A剖視圖；圖4是生物質(zhì)成型燃料熱風爐；圖5是爐排結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是圖5的俯視圖。
具體實施方式
圖2中，1.清灰門2.水冷壁3.火管4.保溫層5.煙囪6.加料門7.上行風道8. 二 次燃燒室9. 一次燃燒室10.清渣門11.擋渣門12.空氣量調(diào)節(jié)板13.空氣進口 14.轉(zhuǎn)軸 15.爐排。如圖1所示，本實用新型包括爐膛、爐排15。爐膛由一次燃燒室9與二次燃燒室8組成，為整個設備的核心部分。在一次燃燒室9的上方開有加料口 6，用于添加成型燃料， 運行時加料口 6封閉，防止煙氣泄露。在一次燃燒室9內(nèi)部的左側(cè)設有上行風道7，上行風 道7的上端為一次空氣進口，一次空氣進口可從原料的上方供給一次空氣。在一次燃燒室 9下部左側(cè)設有與空氣進口 13相通的擋渣門11。與一次燃燒室9相連的右側(cè)為二次燃燒 室8，二次燃燒室8的上部用耐火材料與一次燃燒室9隔開，從一次燃燒室9下部進入的高 溫可燃氣與從二次燃燒室8底部上升的空氣相遇燃燒。爐排15為爐膛的重要組成部分，它 同時位于一次燃燒室9與二次燃燒室8的底部，在一次燃燒室9部分上部為固體燃燒區(qū)域， 在二次燃燒室8的上部為氣體燃燒區(qū)域。二次燃燒室8頂部設有煙囪5。進氣口由進空氣口 13與空氣量調(diào)節(jié)板12組成。空氣量調(diào)節(jié)板12可調(diào)節(jié)進入爐 膛的總空氣量，可根據(jù)負荷的變化而改變空氣調(diào)節(jié)板12的開度?？諝庥蛇M氣口進入后分三 次進入爐膛，一次空氣經(jīng)上行風道7進入一次燃燒室9的上部，二次空氣經(jīng)擋渣門11與爐 排15進入一次燃燒室9，與氣化后的固定炭反應。三次空氣經(jīng)灰室上部，從二次燃燒室8下 部進入二次燃燒室8內(nèi)，與從側(cè)面進入的可燃氣混合高溫燃燒。可以看出，在一次燃燒室9內(nèi)，自上而下可分為干燥層、熱解層與氧化層。氧化層 又在三個區(qū)域內(nèi)進行，分別為一次空氣自上而下流動時與部分生物質(zhì)揮發(fā)分反應；從擋渣 門11進入空氣與側(cè)壁的固定炭反應，從爐排15進入的空氣與最下層的固定炭反應。一次 空氣穿過料層、干燥層，在氧化層與成型燃料燃燒放出熱量，可為成型燃料的干燥、升溫提 供熱量。空氣進口 13為固定炭的燃燒提供空氣，這也為固定炭的低溫燃燒提供了條件，相 當于增加了爐排15的燃燒面積，同時擋渣門11也可清理爐膛內(nèi)的灰渣，并可在點火時打開 擋渣門11進行點火綜上，本燃燒設備采用了側(cè)吸式生物質(zhì)氣化與揮發(fā)分燃燒專用的燃燒室和兩處進 風的固定炭燃燒技術(shù)，側(cè)吸式生物質(zhì)氣化與揮發(fā)分專用燃燒室保證了生物質(zhì)中揮發(fā)分的充 分燃燒，兩處進風的固定炭燃燒，減小了爐排的熱負荷，降低了固定炭的燃燒溫度，有效防 止生物質(zhì)灰的結(jié)渣與灰中鉀等堿金屬的揮發(fā)，為生物質(zhì)灰作為鉀肥使用提供了條件。利用生物質(zhì)成型燃料分段燃燒技術(shù)，可制成生物質(zhì)成型燃料熱水鍋爐或直熱式生 物質(zhì)成型燃料熱風爐。如圖2、3所示，生物質(zhì)成型燃料熱水鍋爐除了采用生物質(zhì)成型燃料設備所示的部 件以外，在一次燃燒室9四周為水套，為輻射換熱部分，在二次燃燒室8出口后為對流換熱 部件，可與在二次燃燒室產(chǎn)生的高溫煙氣進行換熱，為熱水鍋爐的主要換熱部件。對流換熱 部件包括水冷壁2、火管3，水冷壁2設在二次燃燒室8的右側(cè)，水冷壁2內(nèi)裝有水，火管3 間隔分布在水冷壁2內(nèi)。保溫層4位于燃燒室的外側(cè)。燃燒產(chǎn)生的高溫氣體進入火管3，將 水冷壁2內(nèi)的水加熱。如圖4所示為生物質(zhì)成型燃料直接式熱風爐，其主要結(jié)構(gòu)與生物質(zhì)成型燃料熱水 鍋爐相似，爐膛與爐排完全相同，只是熱風爐無輻射受熱面與對流受熱面。原受熱面由高溫 水泥組成，外部為保溫材料。在進空氣口 13外側(cè)安裝進風風機17，在二次燃燒室8上將煙囪5替換為混風管， 混風管包括橫向的熱風出口 18和在熱風出口 18下側(cè)連接配空氣口 19。進風風機17由變 頻器控制其轉(zhuǎn)速以調(diào)節(jié)燃燒負荷。生物質(zhì)成型燃料燃燒的熱煙氣在熱風出口 18配冷空氣后可以直接利用。輸出熱
6熱負荷由進風風機17控制，其高溫煙氣約為生物質(zhì)成型燃料完全燃燒的溫度約為1400°C。 這也是本熱風爐能提供的最高熱風溫度。如需要低于1400°C的熱風溫度，在熱風出口 18配 空氣，根據(jù)需要的熱風溫度調(diào)節(jié)空氣量。熱風爐可分為直接式熱風爐與間接式熱風爐，直接式熱風爐就是采用燃料直接燃 燒，形成熱風，而和物料直接接觸加熱干燥或烘烤。該種方法燃料的消耗量約比用蒸汽式或 其他間接加熱器減少一半左右。因此，在不影響烘干產(chǎn)品品質(zhì)的情況下，完全可以使用直接 式熱風。間接式熱風爐是指以將蒸汽、導熱油、煙道氣等做熱的載體，通過多種形式的熱交 換器來加熱空氣。高溫煙氣經(jīng)空氣換熱器后生成高溫熱空氣。該種方式主要適用于被干燥 物料不允許被污染，或應用于溫度較低的熱敏性物料干燥。如奶粉、制藥、合成樹脂、精細 化工等。間接式熱風爐的本質(zhì)問題就是熱交換。熱交換面積越大，熱轉(zhuǎn)換率越高，熱風爐的 節(jié)能效果越好，爐體及換熱器的壽命越長。反之，熱交換面積的大小也可以從煙氣溫度上加 以識別。煙溫越低，熱轉(zhuǎn)換率越高，熱交換面積就越大。如圖5、6所示，爐排15是生物質(zhì)成型燃料分段燃燒設備中的一個重要部件，它由 轉(zhuǎn)軸14、活動爐排20和固定爐排16三部分組成。轉(zhuǎn)軸14可帶動活動爐排20左右移動，完 成灰渣的下落，固定爐排16可保證灰層具有一定的厚度?；顒訝t排20與固定爐排16間隔布置。
權(quán)利要求生物質(zhì)成型燃料燃燒設備，包括加料口和清灰門，其特征在于它包括相鄰的一次燃燒室、二次燃燒室、爐排，一次燃燒室和二次燃燒室的下部連通，在一次燃燒室一側(cè)設有進氣口，在一次燃燒室設有與進氣口連通的上行風道，上行風道的一次空氣進口位于一次燃燒室的上部；所述爐排位于一次燃燒室以及二次燃燒室的下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)成型燃料燃燒設備，其特征在于包括位于一次燃燒 室一側(cè)底部的擋渣門，所述上行風道的入口位于擋渣門的上方，所述進氣口位于擋渣門下 方，所述爐排在水平方向上位于擋渣門和進氣口之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物質(zhì)成型燃料燃燒設備，其特征在于所述進氣口包括進 空氣口與空氣量調(diào)節(jié)板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的生物質(zhì)成型燃料燃燒設備，其特征在于所述爐排包 括活動爐排、固定爐排、可帶動活動爐排移動的轉(zhuǎn)軸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生物質(zhì)成型燃料燃燒設備，其特征在于包括設在一次燃燒 室四周的水套，在所述的二次燃燒室出口連接有對流換熱部件。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生物質(zhì)成型燃料燃燒設備，其特征在于在所述進風口設有 進風風機，所述二次燃燒室出口連接有混風管，所述混風管包括熱風出口和與熱風出口相 連的配空氣口。
專利摘要本實用新型公開了一種生物質(zhì)成型燃料燃燒設備，包括加料口和清灰門，它包括相鄰的一次燃燒室、二次燃燒室、爐排，一次燃燒室和二次燃燒室的下部連通，在一次燃燒室一側(cè)設有進氣口，在一次燃燒室設有與進氣口連通的上行風道，上行風道的一次空氣進口位于一次燃燒室的上部；所述爐排位于一次燃燒室以及二次燃燒室的下方。本實用新型采用側(cè)吸式生物質(zhì)氣化和揮發(fā)分燃燒專用的燃燒室、兩處進風的固定炭燃燒技術(shù)。其中，側(cè)吸式生物質(zhì)氣化與揮發(fā)分專用燃燒室，保證了生物質(zhì)中揮發(fā)分的充分燃燒，兩處進風的固定炭燃燒，減小了爐排的熱負荷，降低了固定炭的燃燒溫度，可有效防止生物質(zhì)灰的結(jié)渣與灰中鉀等堿金屬的揮發(fā)，為生物質(zhì)灰作為鉀肥使用提供了條件。
文檔編號F24H3/02GK201582798SQ20092029842
公開日2010年9月15日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者劉軍偉, 岳峰, 朱金陵, 李在峰, 楊樹華, 王志偉 申請人:河南省科學院能源研究所有限公司;河南省生物質(zhì)能源重點實驗室