專利名稱：燃用生物質(zhì)燃料的鼓泡流化床燃燒裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃用生物質(zhì)燃料的鼓泡流化床燃燒裝置及方法，所述生物質(zhì)包括稻麥秸稈、枝條、果殼等廣泛品種的的農(nóng)林業(yè)廢棄物。
背景技術(shù)：
我國有十分豐富的生物質(zhì)資源，對生物質(zhì)進行燃燒利用無論是對于緩解常規(guī)能源短缺、減少污染物排放還是對解決農(nóng)村秸稈利用問題、增加農(nóng)民收入都有著非常重要的意義。但目前國內(nèi)尚沒有有效的大規(guī)模燃燒利用生物質(zhì)的技術(shù)手段，特別是對于構(gòu)成我國生物質(zhì)資源主體的秸稈類原料。由于秸稈具有特殊的物理、化學性質(zhì)和燃燒特性，目前國際上只有丹麥掌握了以振動爐排為基本爐型的較成熟的秸稈燃燒技術(shù)。由于我國生物質(zhì)燃料供應(yīng)模式的限制，用作燃料的生物質(zhì)資源存在供應(yīng)不穩(wěn)定、來源復雜多樣、品質(zhì)品種波動較大、預處理水平低等特點，振動爐排爐的燃燒方式?jīng)Q定了它較難適應(yīng)我國生物質(zhì)燃料供應(yīng)模式。
流態(tài)化燃燒作為一種成熟的技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于煤炭、矸石、油頁巖、城市垃圾等固體燃料的燃燒利用，并顯示出強大的生命力。其基本優(yōu)勢在于非常強的燃料適應(yīng)性、高燃燒效率和低污染排放特性。但是常規(guī)的流化床并不適合直接燃用秸稈等生物質(zhì)燃料，生物質(zhì)燃料低能量密度、形狀不規(guī)則易卡澀、易著火、高揮發(fā)份、低灰份、焦灰質(zhì)地輕軟、堿金屬含量豐富等特點會給常規(guī)的流態(tài)化燃燒過程帶來諸多麻煩，造成進料不暢、爐膛上部溫度難以控制、二次風組織難度大、物料分離和物料循環(huán)不暢、燃用特定生物質(zhì)燃料時堿金屬問題難以克服等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種燃用生物質(zhì)燃料的鼓泡流化床燃燒裝置及方法。
燃用生物質(zhì)燃料的鼓泡流化床燃燒裝置包括爐膛，爐膛上部連接有二次煙道、布置在二次煙道中的受熱面，隨后連接的是尾部煙道、除塵器、引風機和煙囪，二次煙道下部布置有灰斗，在此處沉降的飛灰通過飛灰回送裝置返送回爐膛密相區(qū)，生物質(zhì)原料儲倉經(jīng)生物質(zhì)破碎設(shè)備與爐膛入爐口相接。
所述的爐膛密相區(qū)為高寬深比的變截面爐膛結(jié)構(gòu)，爐膛密相區(qū)下部爐膛截面積最小，寬深比為5∶1～1.5∶1。經(jīng)生物質(zhì)破碎設(shè)備破碎的生物質(zhì)粒徑為10cm以下。爐膛密相區(qū)的爐膛溫度為600～700℃。
燃用生物質(zhì)燃料的鼓泡流化床燃燒方法1)采用一二次風和窄篩分小粒度的床料使爐膛密相區(qū)運行溫度在600～700℃，減少爐膛密相區(qū)的床料聚團；2)提高爐膛高度，增加爐膛內(nèi)的水冷壁，使爐膛揮發(fā)份燃燒區(qū)的溫度在730℃～780℃，提高生物質(zhì)半焦的燃燼率，減少爐膛結(jié)渣；3)在二次煙道中布置的水冷受熱面，使進入對流受熱面的煙氣溫度低于820℃，減輕水冷受熱面的高溫腐蝕和水冷受熱面的積灰；4)通過飛灰回送回路使二次煙道下方沉降進入灰斗的飛灰送回爐膛進一步燃燼；5)采用低流化風速，其中，爐膛密相區(qū)下部風速為2～4m/s，爐膛密相區(qū)上部風速為1～3m/s，減少窄篩分小粒度的床料損失率。
所述的窄篩分小粒度床料的粒度小于2mm。
本發(fā)明的有益效果1)燃燒效率高。較高的爐膛設(shè)計保證了稀相區(qū)燃燒空間，降低了大量揮發(fā)份在爐膛內(nèi)部析出過快造成氣體未完全燃燒損失增加的危險。在流態(tài)化燃燒中良好的氣、固混合和半焦顆粒的破碎、燃燼特性，配合窄篩分小粒度床料、變截面爐膛結(jié)構(gòu)設(shè)計，以及配備的飛灰回送系統(tǒng)可以有效提高半焦的燃燼率，解決常規(guī)設(shè)計方案中飛灰含碳量高的問題，達到較高的燃燒效率；2)燃料適應(yīng)性廣，本發(fā)明繼承了流態(tài)化燃燒的這一特點，采用將各種生物質(zhì)燃料簡單破碎到10cm以下直接入爐，不但簡化了燃料制備和給料系統(tǒng)，還大大增加了設(shè)備對生物質(zhì)燃料質(zhì)量、品種變動的容忍度和適應(yīng)性，降低了入爐燃料預處理費用，還簡化了鍋爐設(shè)計，提高了燃料供喂系統(tǒng)的冗余可靠性；3)通過對鍋爐的特殊設(shè)計和燃燒組織，可以保證燃料及床料在鼓泡流化床系統(tǒng)中多次穩(wěn)定順暢地進行燃燒，爐內(nèi)各部分保持合理的溫度分布，同時成功解決高堿生物質(zhì)在燃燒中經(jīng)常發(fā)生的床料聚團、結(jié)渣、沉積和高溫腐蝕問題。


附圖是燃用生物質(zhì)燃料的鼓泡流化床燃燒裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖中生物質(zhì)原料儲倉1、生物質(zhì)破碎設(shè)備2、爐膛3、二次煙道4、燃料入爐口5、變截面爐膛密相區(qū)6、飛灰回送裝置7、沉降灰斗8、對流受熱面9、尾部煙道10、除塵器11、引風機12、煙囪13。
具體實施例方式
如附圖所示，燃用生物質(zhì)燃料的鼓泡流化床燃燒裝置包括爐膛3，爐膛上部連接有二次煙道4、布置在二次煙道中的對流受熱面9，隨后連接的是尾部煙道10、除塵器11、引風機12和煙囪13，二次煙道4下部布置有沉降灰斗8，在此處沉降的飛灰通過飛灰回送裝置7返送回變截面爐膛密相區(qū)6，生物質(zhì)原料儲倉1經(jīng)生物質(zhì)破碎設(shè)備2與燃料入爐口5相接。
生物質(zhì)燃料的鼓泡流化床燃燒裝置在運行前，先將床料進行粒度篩選，床料最大粒徑控制在2mm以下，根據(jù)不同的生物質(zhì)密度確定相應(yīng)的床料平均粒徑，床料平均粒徑確定后再以此進行窄篩分選擇，然后通過給料口送到爐膛密相區(qū)。窄篩分床料可以有效緩解爐內(nèi)物料在運行過程中的質(zhì)量損失，延長床料補充周期，降低運行費用。從爐膛密相區(qū)底部送入一次風并進行加熱，加熱過的一次風經(jīng)過床料時使床料翻騰鼓泡，同時將床料加熱到600℃以上。同時將包含稻秸，麥稈在內(nèi)的各種生物質(zhì)燃料經(jīng)生物質(zhì)破碎設(shè)備切碎到10cm以下，由給料量控制設(shè)備將生物質(zhì)送到爐前的燃料入爐口，然后生物質(zhì)被送入變截面爐膛密相區(qū)，變截面爐膛密相區(qū)主要由高溫的窄篩分小粒度床料和生物質(zhì)灰構(gòu)成，新加入的生物質(zhì)燃料在一次風的作用下迅速與加熱翻騰的窄篩分小粒度床料混合，并開始發(fā)生熱解以及焦炭與揮發(fā)份的燃燒過程。通過控制一次風的風量，使變截面爐膛密相區(qū)的運行溫度在600～700℃，可以減少因為堿金屬帶來的床料聚團問題，從而避免流化失敗問題的出現(xiàn)。爐膛截面采用的寬深比為5∶1～1.5∶1設(shè)計，可以有效地促進各給料口給入的生物質(zhì)燃料良好縱向傳遞、物理分離和正常燃燒解體。在爐膛密相區(qū)離解、揚析的生物質(zhì)半焦混合著床料顆粒以及密相區(qū)中析出的沒有來得及參與燃燒的揮發(fā)份迅速進入爐膛密相區(qū)上部的懸浮段，在該段內(nèi)分層送入的大量二次風，輔助生物質(zhì)揮發(fā)份的進一步燃燼。懸浮段煙氣流速通過爐膛截面擴張而被控制在1～3m/s以下，以盡可能延長增加爐膛3的高度10～20％和增加爐膛內(nèi)的水冷壁面積20～30％，使爐膛懸浮段的燃燒區(qū)溫度在730℃～780℃，可以提高生物質(zhì)半焦的燃燼率，減少爐膛結(jié)渣。在二次煙道中布置的對流水冷受熱面，使進入對流受熱面的煙氣溫度低于820℃，可以減輕對流水冷受熱面的高溫腐蝕和水冷受熱面的積灰。同時含有生細微半焦粒子在爐內(nèi)高溫區(qū)的停留時間，增加燃燼率并保證密相區(qū)溫度的穩(wěn)定。物質(zhì)未燃燼飛灰的煙氣在二次煙道內(nèi)流動速度降低，飛灰在二次煙道下部轉(zhuǎn)彎處得以沉降在灰斗內(nèi)，飛灰回送裝置將沒有燃燼的生物質(zhì)飛灰再次送入爐膛燃燒，這樣循環(huán)燃燒可以進一步提高生物質(zhì)的燃燒效率，降低機械不完全燃燒熱損失。二次煙道中沉降過飛灰的的熱煙氣經(jīng)過布置在二次煙道尾部的對流受熱面后進入鍋爐尾部煙道，先后流經(jīng)各受熱面，由除塵器進行凈化后，經(jīng)過引風機，最后由煙囪排出。
由此可見，生物質(zhì)燃料的鼓泡流化床燃燒裝置和方法，將成熟、可靠的流態(tài)化燃燒技術(shù)用于秸稈類生物質(zhì)的燃燒，基本解決了燃燒生物質(zhì)軟秸稈發(fā)電過程中的各種問題，并且具有原料適應(yīng)性廣，燃燒效率高等優(yōu)點，不但將生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化為寶貴的電能，也為我國豐富的生物質(zhì)資源的大規(guī)模化利用提供了有效可行的利用途徑。
權(quán)利要求
1.一種燃用生物質(zhì)燃料的鼓泡流化床燃燒裝置，其特征在于，它包括爐膛(3)，爐膛上部連接有二次煙道(4)、布置在二次煙道中的對流受熱面(9)，隨后連接的是尾部煙道(10)、除塵器(11)、引風機(12)和煙囪(13)，二次煙道(4)下部布置有沉降灰斗(8)，在此處沉降的飛灰通過飛灰回送裝置(7)返送回變截面爐膛密相區(qū)(6)，生物質(zhì)原料儲倉(1)經(jīng)生物質(zhì)破碎設(shè)備(2)與燃料入爐口(5)相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃用生物質(zhì)燃料的鼓泡流化床燃燒裝置，其特征在于，所述的爐膛密相區(qū)(6)為高寬深比的變截面爐膛結(jié)構(gòu)，爐膛密相區(qū)下部爐膛截面積最小，寬深比為5∶1～1.5∶1。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃用生物質(zhì)燃料的鼓泡流化床燃燒裝置，其特征在于，所述經(jīng)生物質(zhì)破碎設(shè)備(2)破碎的生物質(zhì)粒徑為10cm以下。
4.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃用生物質(zhì)燃料的鼓泡流化床燃燒裝置，其特征在于，所述爐膛密相區(qū)(6)的爐膛溫度為600～700℃。
5.一種使用如權(quán)利要求1所述裝置的燃用生物質(zhì)燃料的鼓泡流化床燃燒方法，其特征在于1)采用一二次風和窄篩分小粒度的床料使爐膛密相區(qū)運行溫度在600～700℃，減少爐膛密相區(qū)的床料聚團；2)提高爐膛高度，增加爐膛內(nèi)的水冷壁，使爐膛揮發(fā)份燃燒區(qū)的溫度在730℃～780℃，提高生物質(zhì)半焦的燃燼率，減少爐膛結(jié)渣；3)在二次煙道中布置的水冷受熱面，使進入對流受熱面的煙氣溫度低于820℃，減輕水冷受熱面的高溫腐蝕和水冷受熱面的積灰；4)通過飛灰回送回路使二次煙道下方沉降進入灰斗的飛灰送回爐膛進一步燃燼；5)采用低流化風速，其中，爐膛密相區(qū)下部風速為2～4m/s，爐膛密相區(qū)上部風速為1～3m/s，減少窄篩分小粒度的床料損失率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種燃用生物質(zhì)燃料的鼓泡流化床燃燒方法，其特征還在于，所述的窄篩分小粒度床料的粒度小于2mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種燃用生物質(zhì)燃料的鼓泡流化床燃燒裝置及方法。它包括較高的爐膛，水冷壁構(gòu)成的二次煙道，與之相連的過熱器等受熱面，以及后端依次排列的尾部煙道、除塵器、引風機、煙囪，二次煙道下端設(shè)有飛灰回送裝置，在此收集的飛灰可以通過回路回送入爐膛密相燃燒區(qū)，以提高飛灰燃燼率。所述的爐膛密相區(qū)為變截面爐膛密相區(qū)，各種生物質(zhì)燃料通過在爐前并列的給料口，經(jīng)破碎設(shè)備預處理后在風輔助吹送下進入爐膛，對軟秸稈類生物質(zhì)需要破碎到10cm以下后入爐燃燒。本發(fā)明將成熟、可靠的流態(tài)化燃燒技術(shù)用于秸稈類生物質(zhì)的燃燒，具有原料適應(yīng)性廣、燃燒效率高等特點并能有效解決高堿生物質(zhì)燃燒過程中的各種堿金屬問題。
文檔編號F23C10/00GK1928430SQ200610053689
公開日2007年3月14日 申請日期2006年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月29日
發(fā)明者駱仲泱, 余春江, 方夢祥, 周勁松, 王樹榮, 王勤輝, 施正倫, 程樂鳴, 高翔, 倪明江, 岑可法 申請人:浙江大學