本實用新型涉及一種鍋爐系統(tǒng)，尤其涉及一種采用生物質(zhì)燃料的鍋爐系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著電荒、油荒、電價上漲、油價上漲等能源狀況的緊張以及環(huán)境污染問題的日益嚴峻，各個行業(yè)開始對可再生能源的使用意識逐步加強。生物質(zhì)是地球上最廣泛存在的物質(zhì)，它包括所有動物、植物和微生物以及由這些有生命物質(zhì)派生、排泄和代謝的許多有機質(zhì)。各種生物質(zhì)都具有一定能量。以生物質(zhì)為載體、由生物質(zhì)產(chǎn)生的能量便是生物質(zhì)能。生物質(zhì)能是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物中的一種能量形式，直接或間接來源于植物的光合作用。

生物質(zhì)燃料(簡稱BMF，比如農(nóng)林廢棄物，如秸稈、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CO₂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(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)粉塵排放達標；5、BMF含氮量低，氧含量高，燃燒時生成較少的NO_X；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。

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。

如中國專利申請第201010183890.6號揭示的一種生物質(zhì)氣化蒸汽鍋爐，包括氣化爐，氣化爐從上到下依次設(shè)置有料室、熱解室、還原室、爐排、振灰器、集氣室、集灰室，氣化爐的外側(cè)設(shè)置有主水夾套，主水夾套的外側(cè)設(shè)置有火道，火道的上部設(shè)置有排煙管，火道的下部設(shè)置有進氣孔，火道的下部與集氣室用管道連通，管道與火道的下部連接處設(shè)置有點火控制器，管道上設(shè)置有風(fēng)機。然而，該專利申請的生物質(zhì)氣化蒸汽鍋爐的氣化爐和蒸汽鍋爐一體設(shè)計不可拆分，不能用于對現(xiàn)有蒸汽鍋爐進行節(jié)能改造；此外，其利用狹窄的火道來燃燒生物質(zhì)氣，燃燒效率低。

又如中國專利申請第201310523157.8號揭示的一種生物質(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(shè)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(yīng)室、儲灰斗，反應(yīng)室與儲灰斗之間設(shè)有加熱爐排，所述進料口通過一輸料管道與反應(yīng)室連通。然而，該專利申請揭示的生物質(zhì)氣化燃燒鍋爐系統(tǒng)將生物質(zhì)氣直接輸送至鍋爐采用普通燃燒器燃燒，生物質(zhì)氣的燃燒效率較低。

因此，提供一種燃燒效率高、安全節(jié)能、有利于對現(xiàn)有蒸汽鍋爐進行節(jié)能改造的生物質(zhì)氣化燃燒裝置成為業(yè)內(nèi)急需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種燃燒效率高、安全節(jié)能的小型生物質(zhì)氣化燃燒裝置。

根據(jù)本實用新型的一個方面，提供一種小型生物質(zhì)氣化燃燒裝置，包括：蒸汽鍋爐、生物質(zhì)氣化爐以及燃燒器。蒸汽鍋爐包括鍋爐本體以及設(shè)置于鍋爐本體內(nèi)部的燃燒室；生物質(zhì)氣化爐用于生成生物質(zhì)燃氣；燃燒器設(shè)置于蒸汽鍋爐與生物質(zhì)氣化爐之間，用于燃燒來自生物質(zhì)氣化爐的生物質(zhì)氣并將火焰噴射至蒸汽鍋爐的燃燒室中。燃燒器包括燃燒器殼體、設(shè)于燃燒器殼體的一端壁的生物質(zhì)氣入口、自燃燒器殼體的一端壁繞著生物質(zhì)氣入口向燃燒器內(nèi)部延伸的生物質(zhì)氣噴管、設(shè)于燃燒器殼體的另一端壁的混合氣出口、自燃燒器殼體的另一端壁繞著混合氣出口向燃燒器內(nèi)部延伸的內(nèi)套筒、以及自燃燒器殼體的另一端壁向外部延伸形成漸縮錐狀結(jié)構(gòu)的風(fēng)殼。其中，生物質(zhì)氣噴管在燃燒器內(nèi)部的延伸長度為燃燒器殼體縱向長度的八分之一至四分之一，內(nèi)套筒在燃燒器內(nèi)部的延伸長度為燃燒器殼體縱向長度的八分之五至八分之七，內(nèi)套筒的直徑大于生物質(zhì)氣噴管的直徑，并且，燃燒器殼體的內(nèi)壁、內(nèi)套筒的外壁、燃燒器殼體的一端壁以及燃燒器殼體的另一端壁之間形成送風(fēng)空腔，鄰近另一端壁在燃燒器殼體上切向開有助燃空氣入口，助燃空氣入口通過第一空氣管線連接至第一風(fēng)機。內(nèi)套筒的內(nèi)部形成空燃氣混合腔，風(fēng)殼的延伸末端形成火焰噴口，風(fēng)殼包括內(nèi)殼、外殼以及位于外殼與內(nèi)殼之間的預(yù)熱腔，外殼上設(shè)有低溫空氣入口和高溫空氣出口，低溫空氣入口通過空氣支管線連接至第一空氣管線，高溫空氣出口通過高溫空氣管線連接至生物質(zhì)氣化爐的氣化劑入口管。生物質(zhì)氣入口通過生物質(zhì)氣管線與生物質(zhì)氣化爐的生物質(zhì)氣出口相連以將生物質(zhì)氣化爐內(nèi)生成的生物質(zhì)氣輸送至燃燒器內(nèi)與助燃空氣混合燃燒后通過火焰噴口噴射至蒸汽鍋爐的燃燒室內(nèi)。

可選擇地，內(nèi)套筒的直徑為生物質(zhì)氣噴管的直徑的1.5～3倍。

可選擇地，約40～70％的空氣通過第一空氣管線進入燃燒器內(nèi)作為助燃氣，約30～60％的空氣通過空氣支管線進入風(fēng)殼加熱后進入生物質(zhì)氣化爐內(nèi)作為氣化劑。

可選擇地，燃燒器的內(nèi)套管上鄰近燃燒器殼體的另一端壁的一段開有若干送風(fēng)孔以將送風(fēng)空腔的部分助燃氣通過送風(fēng)孔吹入空燃氣混合腔內(nèi)。

優(yōu)選地，生物質(zhì)氣噴管遠離生物質(zhì)氣入口的一端封閉且生物質(zhì)氣噴管的管壁上設(shè)有若干生物質(zhì)氣噴孔以將生物質(zhì)氣均勻噴出與來自送風(fēng)空腔的助燃氣混合后進入空燃氣混合腔內(nèi)。

可選擇地，生物質(zhì)氣噴管的側(cè)壁上設(shè)有至少三組生物質(zhì)氣噴孔以將生物質(zhì)氣均勻噴出與來自送風(fēng)空腔的助燃氣混合后進入空燃氣混合腔內(nèi)，每組生物質(zhì)氣噴孔至少包括三個生物質(zhì)氣噴孔。

可選擇地，燃燒器進一步包括設(shè)置于空燃氣混合腔內(nèi)部的錐形體，錐形體的頂端鄰近生物質(zhì)氣噴管的封閉端，錐形體的底壁遠離生物質(zhì)氣噴管的封閉端且錐形體的最大橫截面積為空燃氣混合腔的橫截面積的四分之一至二分之一。

可選擇地，錐形體為圓錐或棱錐以將燃燒器內(nèi)的生物質(zhì)氣和助燃氣在空燃氣混合腔內(nèi)分散均勻。

其中，生物質(zhì)氣化爐包括氣化爐本體、設(shè)置于氣化爐本體內(nèi)部并將氣化爐本體內(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、以及安裝于爐排上的用于將氣化劑噴射至氣化反應(yīng)室的進風(fēng)罩，氣化反應(yīng)室頂壁與生物質(zhì)氣出口間隔開設(shè)置有生物質(zhì)料入口，風(fēng)室側(cè)壁設(shè)置有空氣入口和水蒸汽入口，風(fēng)室底部設(shè)置有出灰口。其中，生物質(zhì)料入口連接至生物質(zhì)料源，進風(fēng)罩的氣化劑入口管分別通過水蒸汽管、空氣管與水蒸汽入口、空氣入口相連以將水蒸汽和空氣輸送至氣化反應(yīng)室內(nèi)。

可選擇地，生物質(zhì)氣化爐的水蒸汽入口通過水蒸汽管將來自外部的水蒸汽輸送至氣化反應(yīng)室內(nèi)。

可選擇地，生物質(zhì)氣化爐的生物質(zhì)氣出口通過生物質(zhì)氣管線與燃燒器的生物質(zhì)氣入口連通以將生物質(zhì)氣化爐內(nèi)生成的生物質(zhì)氣輸送至燃燒器，生物質(zhì)氣管線中設(shè)置有第二風(fēng)機。

可選擇地，生物質(zhì)氣化爐進一步包括與生物質(zhì)料入口相連的均料管，均料管呈喇叭狀向氣化反應(yīng)室內(nèi)延伸以分散進入氣化反應(yīng)室的生物質(zhì)料。

可選擇地，該燃燒裝置進一步包括螺桿送料器以及螺桿出料器，螺桿送料器包括進料口以及出料口，螺桿送料器的進料口連接至生物質(zhì)料源，螺桿送料器的出料口通過下料管與氣化爐的生物質(zhì)料入口連通以將生物質(zhì)料輸送至氣化反應(yīng)室內(nèi)進行氣化反應(yīng)，螺桿出料器包括進灰口以及排灰口，進灰口連接于風(fēng)室的底部出灰口。

可選擇地，風(fēng)殼的兩端部封閉，高溫空氣出口鄰近燃燒器殼體的另一端壁切向設(shè)置于風(fēng)殼上，低溫空氣入口鄰近火焰噴口切向設(shè)置于風(fēng)殼上，反之亦然。

可選擇地，風(fēng)殼的高溫空氣出口輸送至生物質(zhì)氣化爐內(nèi)的高溫空氣的溫度為90～120攝氏度。

優(yōu)選地，高溫空氣出口設(shè)置于與低溫空氣入口相對的方向上，高溫空氣出口通過高溫空氣管線連接至氣化爐的空氣入口以將高溫空氣輸送至氣化爐內(nèi)作為氣化劑，高溫空氣管線上設(shè)置有第三風(fēng)機。

其中，進風(fēng)罩包括圍繞氣化劑入口管向上延伸的蘑菇狀罩體，在蘑菇狀罩體的頭部與桿部的過渡區(qū)圍繞周壁斜向下間隔設(shè)置至少三個出風(fēng)孔。至少三個出風(fēng)孔的出風(fēng)方向與蘑菇狀罩體的縱向中心線呈約30～60度夾角。

可選擇地，氣化劑入口管穿過進風(fēng)罩的底壁延伸至進風(fēng)罩的內(nèi)部。

可選擇地，進風(fēng)罩的罩體的側(cè)壁的半徑自底端至頂端逐漸增加且側(cè)壁的底端連接至爐排的上表面，罩體的頂壁與側(cè)壁圓滑相連且頂端封閉，比如類似蘑菇狀。

可選擇地，進風(fēng)罩的周壁可以間隔設(shè)置至少三個支腳以將進風(fēng)罩固定連接于氣化爐的內(nèi)壁。

本實用新型的有益效果是：(1)、根據(jù)本實用新型的生物質(zhì)氣化燃燒裝置，燃燒器的內(nèi)套筒上開有若干送風(fēng)孔、空燃氣混合腔內(nèi)設(shè)有鈍體，生物質(zhì)氣在燃燒器內(nèi)與來自進風(fēng)空腔的助燃氣能夠充分混合，生物質(zhì)氣的燃燒效率高；(2)、燃燒器設(shè)置有內(nèi)套筒和風(fēng)殼，避免燃燒器中生物質(zhì)氣燃燒溫度過高對燃燒器造成損害，延長燃燒器使用壽命；(3)、利用生物質(zhì)氣燃燒產(chǎn)生的熱量加熱部分空氣作為生物質(zhì)料氣化的氣化劑，節(jié)省了能源和成本；(4)、生物質(zhì)氣化爐內(nèi)設(shè)置有均料管以分散進入氣化反應(yīng)室的生物質(zhì)料，還設(shè)置有進風(fēng)罩以將氣化劑均勻噴入氣化反應(yīng)室內(nèi)，使得生物質(zhì)料在生物質(zhì)氣化爐內(nèi)能夠充分氣化，提高生物質(zhì)料的氣化效率；(5)、采用風(fēng)殼加熱部分空氣輸送至生物質(zhì)氣化爐的氣化反應(yīng)室作為氣化劑，提高生物質(zhì)氣化爐氣化效率并最大效率地利用了燃燒器內(nèi)生物質(zhì)氣燃燒產(chǎn)生的熱量，減少了能源的浪費；(6)、采用蘑菇頭進風(fēng)罩進行配風(fēng)，配風(fēng)均勻且不易燒壞爐排。

附圖說明

圖1為本實用新型的小型生物質(zhì)氣化燃燒裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實用新型的燃燒器的縱截面示意圖。

圖3為本實用新型的進風(fēng)罩的剖面示意圖。

具體實施方式

請參照圖1，根據(jù)本實用新型的一種非限制性實施方式，提供一種小型生物質(zhì)氣化燃燒裝置，包括：蒸汽鍋爐100、燃燒器200以及生物質(zhì)氣化爐300。

蒸汽鍋爐100包括鍋爐本體110以及設(shè)置于鍋爐本體內(nèi)部110的燃燒室(圖未示)。生物質(zhì)氣化爐300用于生成生物質(zhì)燃氣。燃燒器200設(shè)置于蒸汽鍋爐100與生物質(zhì)氣化爐300之間，用于燃燒來自生物質(zhì)氣化爐300的生物質(zhì)氣并將火焰噴射至蒸汽鍋爐100的燃燒室中。

燃燒器200包括燃燒器殼體210、設(shè)于燃燒器殼體210的一端壁211的生物質(zhì)氣入口213、自燃燒器殼體210的一端壁211繞著生物質(zhì)氣入口213向燃燒器200內(nèi)部延伸的生物質(zhì)氣噴管220、設(shè)于燃燒器殼體210的另一端壁215的混合氣出口214、自燃燒器殼體210的另一端壁215繞著混合氣出口向燃燒器200內(nèi)部延伸的內(nèi)套筒240、以及自燃燒器殼體210的另一端壁215向外部延伸形成漸縮錐狀結(jié)構(gòu)的風(fēng)殼250。

生物質(zhì)氣噴管220在燃燒器200內(nèi)部的延伸長度為燃燒器殼體210縱向長度的四分之一，內(nèi)套筒240在燃燒器200內(nèi)部的延伸長度為燃燒器殼體210縱向長度的八分之七，內(nèi)套筒240的直徑為生物質(zhì)氣噴管220的直徑的三倍。并且，燃燒器殼體210的內(nèi)壁、內(nèi)套筒240的外壁、燃燒器殼體210的一端壁211以及燃燒器殼體210的另一端壁215之間形成送風(fēng)空腔260。鄰近另一端壁215在燃燒器殼體210上切向開有助燃空氣入口216，助燃空氣入口216通過第一空氣管線450連接至第一風(fēng)機400。內(nèi)套筒240的內(nèi)部形成空燃氣混合腔270，風(fēng)殼250的延伸末端形成火焰噴口255。

風(fēng)殼250包括內(nèi)殼251、外殼253以及位于外殼253與內(nèi)殼251之間的預(yù)熱腔257，外殼253上設(shè)有低溫空氣入口258和高溫空氣出口259。低溫空氣入口258通過空氣支管線460連接至第一空氣管線450。風(fēng)殼250的兩端部封閉，高溫空氣出口259鄰近燃燒器殼體210的另一端壁215切向設(shè)置于風(fēng)殼250上，低溫空氣入口258鄰近火焰噴口255切向設(shè)置于風(fēng)殼250上。高溫空氣出口259設(shè)置于與低溫空氣入口258相對的方向上。

在該非限制性實施方式中，約50％的空氣通過第一空氣管線450進入燃燒器200內(nèi)作為助燃氣，約50％的空氣通過空氣支管線460進入風(fēng)殼250加熱后進入生物質(zhì)氣化爐300內(nèi)作為氣化劑。

在該非限制性實施方式中，燃燒器200的內(nèi)套管240上鄰近燃燒器殼體210的另一端壁215的一段開有若干送風(fēng)孔255以將送風(fēng)空腔260的少部分助燃氣通過送風(fēng)孔255吹入空燃氣混合腔內(nèi)270。

在該非限制性實施方式中，生物質(zhì)氣噴管220遠離生物質(zhì)氣入口213的一端封閉且生物質(zhì)氣噴管220的管壁上設(shè)有四組生物質(zhì)氣噴孔225以將生物質(zhì)氣均勻噴出并與來自送風(fēng)空腔260的大部分助燃氣混合后進入空燃氣混合腔270內(nèi)，每組生物質(zhì)氣噴孔包括繞著圓周等間隔設(shè)置的五個生物質(zhì)氣噴孔225。

在該非限制性實施方式中，燃燒器220進一步包括設(shè)置于空燃氣混合腔270內(nèi)部的錐形體(鈍體)280，錐形體280為頂端鄰近生物質(zhì)氣噴管220的封閉端而底壁遠離生物質(zhì)氣噴管220的封閉端的圓錐。錐形體280的最大橫截面積為空燃氣混合腔270的橫截面積的三分之一。

其中，生物質(zhì)氣化爐300包括氣化爐本體310，設(shè)置于氣化爐本體310內(nèi)部并將氣化爐本體310內(nèi)部分隔為位于中上部的氣化反應(yīng)室320和位于下部的風(fēng)室330的爐排350，安裝于爐排350上的用于將氣化劑噴射至氣化反應(yīng)室320的進風(fēng)罩360，氣化反應(yīng)室320頂壁設(shè)置有生物質(zhì)料入口322和生物質(zhì)氣出口324，風(fēng)室側(cè)壁330設(shè)置有空氣入口331和水蒸汽入口333，風(fēng)室底部330設(shè)置有出灰口(未標號)。其中，生物質(zhì)料入口322連接至生物質(zhì)料源，生物質(zhì)氣出口324通過生物質(zhì)氣管線600連接至燃燒器200的生物質(zhì)氣入口213。生物質(zhì)氣管線600中設(shè)置有第二風(fēng)機650。進風(fēng)罩360的氣化劑入口管361分別通過水蒸汽管363、空氣管365與水蒸汽入口333、空氣入口331相連以將水蒸汽和空氣輸送至氣化反應(yīng)室320內(nèi)。生物質(zhì)氣化爐300的空氣入口331通過高溫空氣管線500與風(fēng)殼250的高溫空氣出口259連接，高溫空氣管線500上設(shè)置有第三風(fēng)機550。風(fēng)殼250的高溫空氣出口259輸送至生物質(zhì)氣化爐300內(nèi)的高溫空氣的溫度約為100攝氏度。

如圖3所示，進風(fēng)罩360包括圍繞氣化劑入口管361向上延伸的近似蘑菇狀罩體365，在蘑菇狀罩體365的頭部與桿部的過渡區(qū)圍繞周壁斜向下等間隔設(shè)置五個出風(fēng)孔366。在該非限制性實施方式中，五個出風(fēng)孔366的出風(fēng)方向與蘑菇狀罩體365的縱向中心線呈約45度夾角。

作為一種可替代的實施方式，生物質(zhì)氣化爐300進一步包括與生物質(zhì)料入口322相連的均料管370，均料管370呈喇叭狀向氣化反應(yīng)室320內(nèi)延伸以分散進入氣化反應(yīng)室320的生物質(zhì)料。

作為另一種可替代的實施方式，該燃燒裝置進一步包括螺桿送料器700以及螺桿出料器800，螺桿送料器700包括進料口710以及出料口730，螺桿送料器700的進料口710連接至生物質(zhì)料源，螺桿送料器700的出料口730通過下料管750與氣化爐的生物質(zhì)入口322連通以將生物質(zhì)料輸送至氣化反應(yīng)室320內(nèi)進行氣化反應(yīng)，螺桿出料器800包括進灰口810以及排灰口830，進灰口810連接于風(fēng)室330的出灰口。

根據(jù)本實用新型提供的小型生物質(zhì)氣化燃燒裝置，來自螺桿進料器700的生物質(zhì)料在生物質(zhì)氣化爐300內(nèi)氣化生成的生物質(zhì)氣通過生物質(zhì)氣管線600輸送至燃燒器200內(nèi)與來自送風(fēng)空腔260的助燃空氣混合燃燒后通過火焰噴口255噴射至蒸汽鍋爐100的燃燒室內(nèi)。第一風(fēng)機400將約50％的空氣吹入風(fēng)殼250內(nèi)加熱后經(jīng)高溫空氣出口259通過高溫空氣管線500進入生物質(zhì)氣化爐300的氣化反應(yīng)室320內(nèi)與來自水蒸汽入口333的水蒸汽一起作為氣化劑。由于第二風(fēng)機650的抽吸作用，由蘑菇狀罩體365的五個出風(fēng)孔366斜向下噴射的氣化劑在抵達爐排350上表面之前而向上折返回氣化反應(yīng)室320，不但能夠避免燒壞爐排而且使得氣化劑分布更加均勻，充分提高了氣化效率。

盡管在此已詳細描述本實用新型的優(yōu)選實施方式，但要理解的是本實用新型并不局限于這里詳細描述和示出的具體結(jié)構(gòu)和步驟，在不偏離本實用新型的實質(zhì)和范圍的情況下可由本領(lǐng)域的技術(shù)人員實現(xiàn)其它的變型和變體。