專利名稱：帶有炭燃燒池的生物質(zhì)鍋爐高效分段控制燃燒方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物質(zhì)直燃發(fā)電鍋爐的爐排燃燒技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種帶有炭燃燒池的生物質(zhì)鍋爐高效分段控制燃燒方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
開發(fā)利用生物質(zhì)能源是推動經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，達到社會進步與生態(tài)保護雙贏的重要手段。生物質(zhì)直燃發(fā)電作為生物質(zhì)能源發(fā)展的重點方向已深入展開，全國各地適宜的地方都在大力興建生物質(zhì)發(fā)電廠。生物質(zhì)直燃發(fā)電是利用專門設(shè)計的生物質(zhì)鍋爐燃燒秸桿等生物質(zhì)燃料，產(chǎn)生熱能并發(fā)生蒸汽，再利用蒸汽推動汽輪發(fā)電系統(tǒng)進行發(fā)電。以其近零碳排放、惠農(nóng)等獨特的優(yōu)勢，成為發(fā)展最成熟、最具商業(yè)化價值的生物質(zhì)能源利用方式。目前，國內(nèi)在運行的生物質(zhì)直燃鍋爐廣泛采用水冷振動爐排，作為燃燒進行的主要設(shè)備，這種類型的鍋爐對生物質(zhì)燃料變化適應(yīng)性強，特別對于燃用玉米秸桿、小麥秸桿和水稻秸桿的秸桿燃料，不需要入爐前對燃料進行特殊處理及粉碎，即可直接送入鍋爐中燃燒。對于這些質(zhì)性松散的秸桿燃料，在收集、運輸環(huán)節(jié)中，可以廣泛采用秸桿包的形式，并顯現(xiàn)出明顯的優(yōu)點燃料單位體積的能量密度加大；提高了運輸效率，節(jié)省運輸費用；生產(chǎn)過程機械化自動化程度高等。但由于爐排燃燒固有的燃料層燃方式，以及國內(nèi)生物質(zhì)燃料水分高、形態(tài)差異巨大等特點，特別是對于容量較小的生物質(zhì)鍋爐，由于其熱容量小，爐排長度短，造成了生物質(zhì)燃料燃燒不充分，灰渣含碳量高等問題，嚴重影響電廠經(jīng)濟效益，制約了生物質(zhì)直燃發(fā)電產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。國內(nèi)生物質(zhì)發(fā)電廠通常采用的水冷振動爐排燃燒運行方式是在一塊爐排上完成生物質(zhì)燃料的干燥、熱解和固定炭燃燒等不同過程。但這些過程有著不同的物理、化學特性，而傳統(tǒng)方法無法根據(jù)所處的不同燃燒過程階段的不同特點，提供最佳的配風和爐排振動時間及頻率。實際運行過程中，操作人員為了保證發(fā)電負荷，往往又顧此失彼，造成大量的固定炭未能得到充分燃燒，便被排入渣井。此時，進入到爐膛內(nèi)的揮發(fā)分，由于一次風比例過大，揮發(fā)分停留時間過短，沒有得到充分燃燒，便被攜帶到爐后，造成巨大浪費。由于上述原因，額定的生物質(zhì)燃料在爐內(nèi)不能充分釋放的足夠的熱量，鍋爐運行人員為了使鍋爐達到額定出力，便向爐內(nèi)投入更多的燃料和一次風，這從而又進一步惡化了爐內(nèi)的燃燒狀況，造成了更多的燃料沒有被充分燃燒就被排進撈渣機，形成惡性循環(huán)。本發(fā)明充分考慮生物質(zhì)燃料的燃燒特性，適合生物質(zhì)燃料普遍水分較高的實際情況，充分發(fā)揮水冷振動爐排對燃料種類不挑剔的優(yōu)點特性，減少爐渣、飛灰中未燃盡炭的含量，提高生物質(zhì)直燃鍋爐燃燒效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是對于不同種類、不同水分的生物質(zhì)燃料，為實現(xiàn)在鍋爐爐排上高效分段控制燃燒，提供了一種帶有炭燃燒池的生物質(zhì)鍋爐高效分段控制燃燒方法及系統(tǒng)。本發(fā)明所述的分段控制燃燒方法包括以下步驟
步驟一生物質(zhì)燃料被推入到煙風混合箱上方的水冷振動爐排干燥區(qū)域，在高溫煙氣、熱風的共同作用下，迅速干燥并脫去外在水分；步驟二 隨著水冷振動爐排的振動，干燥后的生物質(zhì)燃料移動到水冷振動爐排的熱解燃燒區(qū)域，產(chǎn)生的揮發(fā)分進入鍋爐爐膛，生物質(zhì)燃料開始燃燒并迅速減重，體積減小；步驟三當揮發(fā)分燃燒臨近終了時，固定炭開始燃燒，灰分包裹著剩余的炭被振入炭燃燒池，跌落過程中翻滾碰撞，表面的灰分被從固定炭上除去，氧氣直接擴散到炭表面并與之反應(yīng)，固定碳得以繼續(xù)燃燒；步驟四燃燒產(chǎn)生的灰渣被吹風管吹入到渣井中。所述步驟一中，混入的高溫煙氣量根據(jù)燃料自身含有的水分進行調(diào)節(jié)，以保證生物質(zhì)燃料90%以上的外在水分脫除為準。所述步驟四中，吹灰管間斷吹灰，以保證固定炭燃燒順利進行，并將灰渣吹入渣井。本發(fā)明提供的帶有炭燃燒池的生物質(zhì)鍋爐高效分段控制燃燒系統(tǒng)，采用如下技術(shù)方案鍋爐的爐膛底部布置水冷振動爐排，其一端位于入料口的下方，與水冷振動爐排上聯(lián)箱連接，另一端位于固定爐排的上方，與水冷振動爐排下聯(lián)箱連接；水冷振動爐排從入料口方向至固定爐排方向傾斜；水冷振動爐排的下方，從水冷振動爐排上聯(lián)箱至水冷振動爐排下聯(lián)箱方向依次設(shè)置煙風混合箱、第 次風箱、第二一次風箱，在煙風混合箱內(nèi)設(shè)置第一熱風管和煙氣管，在第一一次風箱和第二一次風箱內(nèi)分別設(shè)置第二熱風管、第三熱風管；水冷振動爐排的水冷振動爐排下聯(lián)箱前端下方設(shè)置炭燃燒池，第三一次風箱內(nèi)設(shè)置第四熱風管，且第三一次風箱通過吹灰管與炭燃燒池連通；炭燃燒池的底部為固定爐排，并在固定爐排的下方設(shè)置裝有第五熱風管的第四一次風箱；炭燃燒池的前端設(shè)置渣井。所述炭燃燒池的四周為耐火澆筑墻，提供區(qū)域燃燒溫度。所述吹灰管為分層布置，在不同高度、不同位置，將灰渣吹落至渣井。本發(fā)明具有以下優(yōu)點( I)在煙風混合箱中，將熱風中混入高溫煙氣，根據(jù)生物質(zhì)燃料的水分高低，相應(yīng)提高干燥介質(zhì)溫度，可以迅速除去新入爐燃料中的外在水分；(2)在熱解燃燒階段，料層厚度不斷降低，一次風箱根據(jù)燃燒情況，調(diào)節(jié)通入不同流量的熱風，即要保證一次風的穿透力，又不會攜帶過多的固定炭進入爐膛；(3)水冷振動爐排與炭燃燒池的設(shè)計，充分考慮生物質(zhì)燃料的熱解燃燒和固定炭燃燒不同的特性，給固定炭燃燒更多的反應(yīng)時間，即保證燃燒的良好進行，又使設(shè)備更加緊湊;(4)雙爐排的跌落式設(shè)計，可以去除固定碳外包裹的灰層，氧氣可以直接擴散到炭表面并與之反應(yīng)，使固定炭燃燒更完全。(5)側(cè)入式吹灰管既可吹掉隨著燃燒在固定碳外新產(chǎn)生的灰層，又可將灰渣吹進潘井；(6)炭燃燒池四周為耐火澆筑爐墻，保證了固定碳燃燒區(qū)域的較高燃燒溫度。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明的煙風控制系統(tǒng)圖；附圖標記1-水冷振動爐排；2_吹灰管；3_水冷振動爐排下聯(lián)箱；4_炭燃燒池；5_渣井；
6-第五熱風管；7_固定爐排；8_耐火澆筑墻；9_第四熱風管；10_第三熱風管；11第二熱風管；12_第一熱風管；13_煙氣管；14_水冷振動爐排上聯(lián)箱；15_入料口 ；16_螺旋輸送機；17_爐膛；18-煙風混合箱；19_第一一次風箱；20_第二一次風箱；21_第三一次風箱；22-第四一次風箱；23_流量計；24_高溫煙氣風機；25_調(diào)節(jié)擋板；26_關(guān)斷擋板。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種帶有炭燃燒池的生物質(zhì)鍋爐高效分段控制燃燒方法及系統(tǒng)，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步說明。本發(fā)明實現(xiàn)生物質(zhì)燃料高效分段控制燃燒的理論基礎(chǔ)是不同生物質(zhì)燃料的燃燒大致可以分為三個階段，每個階段都有著鮮明的特點。第一階段為預熱干燥段(溫度小于150°C)。當生物質(zhì)燃料溫度升高到100°C左右時，所含外在水分首先被蒸發(fā)出來，濕燃料變?yōu)楦扇剂?。水分蒸發(fā)時需要吸收燃燒過程中釋放的熱量，會降低燃燒室的溫度，減緩燃燒進程。蒸發(fā)時間的長短和吸收熱量的多少，由生物質(zhì)燃料的干濕程度而定。含水量高的燃料，蒸發(fā)階段的時間長，損失的熱量多。第二階段為揮發(fā)分析出熱解燃燒及炭形成段(溫度處于150°C -400°C)0隨著溫度的繼續(xù)增高，生物質(zhì)燃料開始轉(zhuǎn)入析出揮發(fā)分階段。生物質(zhì)燃料一般含揮發(fā)分較高，所以熱分解溫度都比較低，這時，生物質(zhì)燃料中的揮發(fā)分以氣體形式大量放出，并迅速與爐膛的氧氣混合。當溫度升高到250°C以上時，這些可燃氣體被點燃，并在燃料表面燃燒，發(fā)出明亮的火焰。此時燃燒產(chǎn)生的熱量就會迫使燃料內(nèi)部的揮發(fā)物不斷析出燃燒，直至耗盡。這一過程需氧較多(燃料揮發(fā)分中的大部分也都參與)，延續(xù)的時間較長。在氣體揮發(fā)物燃燒時，生物質(zhì)燃料中的固定碳被包裹著，不易與氧氣接觸，因此在燃燒初期，炭是不會燃燒的。第三階段為炭燃燒段(溫度處于400°C飛00°C)。當揮發(fā)物燃燒快終了時，炭便開始燃燒。這時，由于揮發(fā)物基本燃盡，氧氣可以直接擴散到炭表面并與之反應(yīng)，使炭燃燒。炭在燃燒過程中，不斷產(chǎn)生灰分，這些灰分包裹著剩余的炭，使炭的燃燒速度減慢，這時，適當抖動、加強通風，使灰分脫落，余炭才能充分燃盡，生物質(zhì)燃料燃燒后最終剩下的是灰渣。以上各個階段雖然是依次串聯(lián)進行的，但也有一部分是重疊進行的，各個階段所經(jīng)歷的時間與燃料種類、成分等因素有關(guān)。本發(fā)明提供的系統(tǒng)如圖1和圖2所示。螺旋輸送機16與鍋爐的爐膛17的入料口15連接；鍋爐的爐膛17底部布置水冷振動爐排1，其一端位于入料口 15的下方，與水冷振動爐排上聯(lián)箱14連接，另一端位于固定爐排7的上方，與水冷振動爐排下聯(lián)箱3連接；水冷振動爐排I從入料口方向至固定爐排方向傾斜；水冷振動爐排I的下方，從水冷振動爐排上聯(lián)箱14至水冷振動爐排下聯(lián)箱3方向依次設(shè)置煙風混合箱18、第一一次風箱19、第二一次風箱20,在煙風混合箱18內(nèi)設(shè)置第一熱風管12和煙氣管13,在第 次風箱19和第二一次風箱20內(nèi)分別設(shè)置第二熱風管11、第三熱風管10 ;水冷振動爐排I的水冷振動爐排下聯(lián)箱3前端下方設(shè)置炭燃燒池4，第三一次風箱21內(nèi)設(shè)置第四熱風管9，且第三一次風箱20通過吹灰管2與炭燃燒池4連通，吹灰管2為分層布置，在不同高度、不同位置，將灰渣吹落至渣井。炭燃燒池4的底部為固定爐排7，并在固定爐排7的下方設(shè)置裝有第五熱風管6的第四一次風箱22 ;炭燃燒池4的前端設(shè)置渣井5。炭燃燒池4的四周為耐火澆筑墻8，提供區(qū)域燃燒溫度。高溫煙氣通過煙氣管道與煙氣管13連接，在煙氣管道上串聯(lián)高溫煙氣風機24和流量計23。一次風通過一次風管道分別與煙風混合箱18、第一一次風箱19、第二一次風箱20、第三一次風箱21、第四一次風箱22連接，并在各一次風管道上分別設(shè)置調(diào)節(jié)擋板25，并在與第三一次風箱21連接的一次風管道上設(shè)置關(guān)斷擋板26.基于上述系統(tǒng)的高效分段控制燃燒方法，具體步驟為(I)生物質(zhì)燃料首先經(jīng)入料口 15，被螺旋輸送機16輸送至爐膛內(nèi)煙風混合箱18的水冷振動爐排I上方，根據(jù)入爐燃料水分高低，一定量的高溫煙氣通入煙風混合箱18，以使水冷振動爐排I上方的新入爐燃料迅速干燥，脫去外在水分，減少這一階段占用爐排的面積；(2)隨著水冷振動爐排I的振動，干燥后的生物質(zhì)燃料推進到第--次風箱19的
上方，在這里開始熱解和揮發(fā)分析出的階段，由于溫度的不斷升高，熱解氣體與氧氣混合燃燒，此時，燃料層還很厚，熱解燃燒已經(jīng)開始，需要通過第二熱風管11通入大量熱風，以使反應(yīng)順利進行；(3)隨著熱解燃燒的不斷進行，生物質(zhì)燃料中的大量可揮發(fā)物質(zhì)釋放爐膛當中，生物質(zhì)燃料迅速塌陷、體積減小，到達第二一次風箱20上方的燃料層厚度較前一階段大幅減小，此時熱解燃燒反應(yīng)的需氧量也在下降，需要調(diào)節(jié)第三熱風管10中的調(diào)節(jié)擋板25，降低通入的熱風，保證燃燒的進行的同時，防止過多的熱風穿透料層，攜帶可燃物質(zhì)進入爐膛；(4)在熱解燃燒基本結(jié)束后,生物質(zhì)燃料基本形成了由灰包裹的固定碳,隨著水冷振動爐排I的振動，這些灰包裹的固定碳跌入炭燃燒池4，在跌入的過程中，固定碳外表包裹的灰燼將被抖落，氧氣可以直接擴散到炭表面并與之反應(yīng)，使炭燃燒。(5)燃燒后的灰渣被吹灰管21吹入到渣井5中。
權(quán)利要求
1.一種帶有炭燃燒池的生物質(zhì)鍋爐高效分段控制燃燒方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一生物質(zhì)燃料被推入到煙風混合箱上方的水冷振動爐排干燥區(qū)域，在高溫煙氣、 熱風的共同作用下，迅速干燥并脫去外在水分；步驟二 隨著水冷振動爐排的振動，干燥后的生物質(zhì)燃料移動到水冷振動爐排的熱解燃燒區(qū)域，產(chǎn)生的揮發(fā)分進入鍋爐爐膛，生物質(zhì)燃料開始燃燒并迅速減重，體積減小；步驟三當揮發(fā)分燃燒臨近終了時，固定炭開始燃燒，灰分包裹著剩余的炭被振入炭燃燒池，跌落過程中翻滾碰撞，表面的灰分被從固定炭上除去，氧氣直接擴散到炭表面并與之反應(yīng)，固定碳得以繼續(xù)燃燒；步驟四燃燒產(chǎn)生的灰渣被吹風管吹入到渣井中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有炭燃燒池的生物質(zhì)鍋爐高效分段控制燃燒方法，其特征在于，所述步驟一中，混入的高溫煙氣量根據(jù)燃料自身含有的水分進行調(diào)節(jié)，以保證生物質(zhì)燃料90%以上的外在水分脫除為準。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有炭燃燒池的生物質(zhì)鍋爐高效分段控制燃燒方法，其特征在于，所述步驟四中，吹灰管間斷吹灰，以保證固定炭燃燒順利進行，并將灰渣吹入渣井。
4.一種帶有炭燃燒池的生物質(zhì)鍋爐高效分段控制燃燒系統(tǒng)，其特征在于，鍋爐的爐膛 (17)底部布置水冷振動爐排(I),其一端位于入料口(15)的下方,與水冷振動爐排上聯(lián)箱 (14)連接，另一端位于固定爐排(7)的上方，與水冷振動爐排下聯(lián)箱(3)連接；水冷振動爐排(I)從入料口方向至固定爐排方向傾斜；水冷振動爐排(I)的下方，從水冷振動爐排上聯(lián)箱(14)至水冷振動爐排下聯(lián)箱(3)方向依次設(shè)置煙風混合箱(18)、第一一次風箱(19)、第二一次風箱(20)，在煙風混合箱(18)內(nèi)設(shè)置第一熱風管(12)和煙氣管(13)，在第一一次風箱(19)和第二一次風箱(20)內(nèi)分別設(shè)置第二熱風管(11)、第三熱風管(10);水冷振動爐排(I)的水冷振動爐排下聯(lián)箱(3)前端下方設(shè)置炭燃燒池(4)，第三一次風箱(21)內(nèi)設(shè)置第四熱風管(9)，且第三一次風箱(20)通過吹灰管(2)與炭燃燒池(4)連通；炭燃燒池(4) 的底部為固定爐排(7)，并在固定爐排(7)的下方設(shè)置裝有第五熱風管(6)的第四一次風箱 (22);炭燃燒池(4)的前端設(shè)置渣井(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶有炭燃燒池的生物質(zhì)鍋爐高效分段控制燃燒系統(tǒng)，其特征在于，所述炭燃燒池(4 )的四周為耐火澆筑墻(8 )，提供區(qū)域燃燒溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶有炭燃燒池的生物質(zhì)鍋爐高效分段控制燃燒系統(tǒng)，其特征在于，所述吹灰管(2)為分層布置，在不同高度、不同位置，將灰渣吹落至渣井。
全文摘要
一種帶有炭燃燒池的生物質(zhì)鍋爐高效分段控制燃燒方法及系統(tǒng)屬于生物質(zhì)直燃發(fā)電鍋爐的爐排燃燒技術(shù)領(lǐng)域。爐膛底部布置水冷振動爐排，水冷振動爐排的下方設(shè)置煙風混合箱和多個一次風箱；水冷振動爐排前端下方設(shè)置炭燃燒池，炭燃燒池的底部為固定爐排，炭燃燒池的前端設(shè)置渣井。生物質(zhì)燃料在水冷振動爐排干燥區(qū)域脫去外在水分；然后移動到爐排的熱解燃燒區(qū)域，產(chǎn)生的大量揮發(fā)分進入爐膛；當生物質(zhì)燃料揮發(fā)分燃燒快終了時，灰分包裹著剩余的固定炭被振入炭燃燒池，跌落過程中翻滾碰撞，除去表面灰分，氧氣直接擴散到炭表面并與之反應(yīng)，灰渣被吹入到渣井中。本發(fā)明對于不同種類、不同水分的生物質(zhì)燃料，可以實現(xiàn)在鍋爐爐排上高效分段控制燃燒。
文檔編號F23B30/02GK103017145SQ20121053385
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者史飛, 胡笑穎 申請人:華北電力大學