鍋爐燃燒系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種鍋爐燃燒系統(tǒng)，特別涉及一種采用生物質(zhì)燃?xì)獾腻仩t燃燒系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，煤、石油、天然氣等化石能源都是不可再生資源，在人類大規(guī)模的開采下已逐漸枯竭。另外，這些燃料在燃燒時(shí)會(huì)向空氣中排放大量的有毒有害氣體，造成大氣嚴(yán)重污染。為此，能源領(lǐng)域?qū)＜艺ふ铱稍偕那鍧嵢剂蟻?lái)代替化石能源。
[0003]生物質(zhì)燃料(簡(jiǎn)稱BMF，比如農(nóng)林廢棄物，如秸桿、鋸末、甘蔗渣、稻糠等)具有以下幾個(gè)特點(diǎn):1、BMF的能量來(lái)自于其生長(zhǎng)時(shí)對(duì)自然界CO2的吸收，因此BMF具有0)2生態(tài)“零”排放的特點(diǎn)；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(shí)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(jiǎn)單的除塵裝置就能實(shí)現(xiàn)粉塵排放達(dá)標(biāo);5、BMF含氮量低，氧含量高，燃燒時(shí)生成較少的NOx; 6、BMF來(lái)源于農(nóng)林廢棄物，原料分布廣泛多樣，成本低，循環(huán)生長(zhǎng)，取之不盡用之不竭，是典型的循環(huán)經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目。
[0004]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?xì)獾倪^程。生物質(zhì)氣化時(shí)產(chǎn)生的氣體成分主要包括H2、CH4和CO等，通常將這種可燃?xì)怏w稱為生物質(zhì)燃?xì)狻?br>[0005]然而，生物質(zhì)燃?xì)獾臒嶂档?、焦油含量高，如果像天然氣或煤氣那樣直接供給至鍋爐設(shè)備作為燃料使用，一方面燃燒效率低，另一方面可能帶來(lái)安全隱患。
[0006]如中國(guó)專利申請(qǐng)公開第102954456A號(hào)所揭示的一種制炭生產(chǎn)用的節(jié)能裝置，包括氣化爐、燃燒室和鍋爐裝置，燃燒室與氣化爐相連通并位于鍋爐裝置內(nèi)，而鍋爐裝置還包括上鍋桶、下鍋桶以及位于上鍋桶和下鍋桶之間的水冷壁管，由于采用生物質(zhì)氣作為燃?xì)猓浔戎苯邮褂锰烊粴饨档统杀?0%，比使用油降低成本150%。然而，該制炭生產(chǎn)用的節(jié)能裝置存在以下缺點(diǎn)或不足:(1)、其氣化爐爐體的余熱沒有得到充分利用；(2)、生物質(zhì)燃?xì)馕唇?jīng)過任何過濾凈化就作為燃?xì)馐褂?，這將給鍋爐裝置帶來(lái)安全隱患；(3)、燃燒器未針對(duì)生物質(zhì)燃?xì)膺M(jìn)行改進(jìn)，燃燒效率低。
[0007]又如中國(guó)專利申請(qǐng)公開第103499083A號(hào)所揭示的一種生物質(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?xì)夤艿琅c鍋爐連接，生物質(zhì)氣化爐的上部設(shè)有進(jìn)料口，生物質(zhì)氣化爐內(nèi)部自上至下依次為儲(chǔ)氣室、反應(yīng)室、儲(chǔ)灰斗，反應(yīng)室與儲(chǔ)灰斗之間設(shè)有加熱爐排，進(jìn)料口通過一輸料管道與反應(yīng)室連通。然而，該生物質(zhì)氣化燃燒鍋爐系統(tǒng)存在以下缺點(diǎn)或不足:(I)、其氣化爐爐體的余熱沒有得到充分利用；(2)、采用復(fù)雜的旋風(fēng)分離器和水膜除焦器對(duì)生物質(zhì)燃?xì)膺M(jìn)行凈化處理，使得系統(tǒng)建造成本升高；(3)、燃燒器未針對(duì)生物質(zhì)燃?xì)膺M(jìn)行改進(jìn)，燃燒效率低。
[0008]因此，提供一種能夠充分提高能源利用率和燃燒效率的采用生物質(zhì)燃?xì)獾腻仩t燃燒系統(tǒng)成為業(yè)內(nèi)急需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本實(shí)用新型的目的是提供一種鍋爐燃燒系統(tǒng)，其能夠顯著提高生物質(zhì)能源利用率并提高鍋爐的燃燒效率和安全性。
[0010]相對(duì)于其它的生物質(zhì)利用技術(shù)而言，生物質(zhì)氣化技術(shù)是一種廣泛使用的生物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化方式。生物質(zhì)的氣化過程主要在氣化爐中進(jìn)行，由于氣化爐的類型、氣化反應(yīng)條件、工藝流程、氣化劑的種類、原料的性質(zhì)和粉碎粒度等條件的不同，其氣化反應(yīng)過程也不盡相同。但生物質(zhì)氣化過程在不同條件下的基本包括:C+02 = CO2 ； C02+C = 2C0 ； H2O+C = C0+H2等。
[0011]—般而言，生物質(zhì)的實(shí)際反應(yīng)過程主要包括四個(gè)部分:(1)、干燥層，其中生物質(zhì)從氣化爐頂部進(jìn)入氣化器，被加熱至大約200?300°C左右后，生物質(zhì)原料中的水分首先受熱蒸發(fā)，最終產(chǎn)物為干物料；(2)、熱解層，其中生物質(zhì)干物料從干燥層向下移動(dòng)進(jìn)入熱解層，在高溫作用下，生物質(zhì)中揮發(fā)分將會(huì)大量地析出，其作用溫度在500?600°C左右，揮發(fā)分析出后，生物質(zhì)只剩下殘余的木炭，其中熱分解反應(yīng)析出的揮發(fā)分主要包括氫氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、焦油和其它碳?xì)浠衔锏龋?3)、氧化層(也叫燃燒層)，其中生物質(zhì)經(jīng)熱解層后僅剩下木炭，此時(shí)在氧化層中與被引入的空氣發(fā)生劇烈反應(yīng)，同時(shí)釋放出大量的熱量，為其它區(qū)域的反應(yīng)提供熱量，在氧化層中，其特點(diǎn)是反應(yīng)速率快，層高較低，溫度可以高達(dá)1000?1200°C左右，同時(shí)揮發(fā)分參與燃燒后進(jìn)一步降解；(4)、還原層，還原層中沒有氧氣存在，氧化層中的燃燒產(chǎn)物及水蒸氣與還原層中木炭發(fā)生還原反應(yīng)，生物氫氣和一氧化碳，這些氣體與揮發(fā)分等形成了可燃?xì)怏w，完成固體生物質(zhì)向氣體燃料的轉(zhuǎn)化過程，由于還原反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，此時(shí)的溫度降低到700?900°C左右，而其所需熱量主要來(lái)源于氧化層。
[0012]生物質(zhì)氣化反應(yīng)主要在氣化爐中進(jìn)行，以上吸式固定床氣化爐為例，生物質(zhì)原料從氣化爐頂部送入，氣化劑由爐體底部的進(jìn)氣口進(jìn)入爐內(nèi)參與反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的氣體自下向上流動(dòng)，最后由氣化爐上部的燃?xì)獬隹谂懦?。其中，生物質(zhì)的反應(yīng)過程從上到下依次包括干燥層、熱解層、還原層、氧化層。其優(yōu)點(diǎn)主要是:燃?xì)庠诮?jīng)過熱分解區(qū)和干燥區(qū)時(shí)，將其本身所攜帶的熱量傳給生物質(zhì)原料，用于原料的干燥和熱分解，同時(shí)降低燃?xì)獾臏囟龋岣邭饣癄t的熱效率；由于生物質(zhì)原料從爐子上部加入，因此生物燃?xì)庥缮喜砍鰜?lái)時(shí)經(jīng)過物料層，對(duì)燃?xì)庥幸欢ǖ倪^濾作用，減少生物燃?xì)庵械幕曳趾俊?br>[0013]根據(jù)本實(shí)用新型的一方面，提供一種鍋爐燃燒系統(tǒng)，包括:鍋爐、燃燒器以及生物質(zhì)氣化裝置。鍋爐包括燃燒室以及與燃燒室連通的煙氣管道。燃燒器設(shè)于鍋爐的一端壁用于將燃料噴射至燃燒室內(nèi)燃燒放熱。生物質(zhì)氣化裝置通過燃?xì)夤芫€將生成的生物質(zhì)燃?xì)廨斔椭寥紵魅紵?。生物質(zhì)氣化裝置包括裝置本體、設(shè)于裝置本體的頂壁的生物質(zhì)進(jìn)料口、鄰近裝置本體的頂壁設(shè)于裝置本體的側(cè)壁的至少一個(gè)生物質(zhì)燃?xì)獬隹凇⒃O(shè)于裝置本體內(nèi)部并將裝置本體內(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、圍繞裝置本體的外壁設(shè)置且位于氣化反應(yīng)室外側(cè)的換熱腔室、以及設(shè)于換熱腔室內(nèi)的熱風(fēng)管和熱水管。其中，至少一個(gè)生物質(zhì)燃?xì)獬隹谂c換熱腔室連通使得:高溫的生物質(zhì)燃?xì)鈱犸L(fēng)管內(nèi)的冷空氣加熱成熱空氣后輸送至風(fēng)室內(nèi)作為氣化劑，并將熱水管內(nèi)的冷水加熱成水蒸汽后輸送至風(fēng)室內(nèi)作為氣化劑。
[0014]其中，至少一個(gè)生物質(zhì)燃?xì)獬隹趯⒀b置本體的內(nèi)部與換熱腔室的內(nèi)部連通，并且換熱腔室包括設(shè)于底部的中溫燃?xì)獬隹?，熱風(fēng)管和熱水管在至少一個(gè)生物質(zhì)燃?xì)獬隹谂c中溫燃?xì)獬隹谥g一上一下設(shè)置于換熱腔室內(nèi)。
[0015]其中，熱風(fēng)管為圍繞裝置本體的外側(cè)設(shè)于換熱腔室內(nèi)的盤管，熱風(fēng)管的上端口與第一風(fēng)機(jī)相連，熱風(fēng)管的下端口通過管線連接至風(fēng)室。
[0016]其中，熱水管為圍繞裝置本體的外側(cè)設(shè)于換熱腔室內(nèi)的盤管，熱水管的上端口與水栗相連，熱水管的下端口通過管線連接至風(fēng)室。
[0017]可選擇地，第一風(fēng)機(jī)送入熱風(fēng)管的氣體為20?25攝氏度的空氣，水栗送入熱水管中的水為20?30攝氏度的冷水。
[0018]可選擇地，生物質(zhì)氣化裝置的氣化反應(yīng)室下側(cè)設(shè)置有出灰口。
[0019]可選擇地，中溫燃?xì)獬隹谠O(shè)置于換熱腔室的下端壁。
[0020]可選擇地，該鍋爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)一步包括螺桿送料器，螺桿送料器的進(jìn)料口連接至生物質(zhì)料源，螺桿送料器的出料口與裝置本體的生物質(zhì)進(jìn)料口連通以將生物質(zhì)料輸送至氣化反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行氣化反應(yīng)，螺桿送料器包括豎向段和與豎向段相連的橫向段，進(jìn)料口設(shè)于豎向段的末端，出料口設(shè)于橫向段的末端。
[0021]可選擇地，螺桿送料器的豎向段包括鄰近進(jìn)料口設(shè)置的中溫燃?xì)馊肟谝约班徑Q向段與橫向段的連接處的低溫燃?xì)獬隹?，中溫燃?xì)馊肟谕ㄟ^管線與換熱腔室的中溫燃?xì)獬隹谶B通以將生物質(zhì)燃?xì)庖肼輻U送料器內(nèi)預(yù)熱生物質(zhì)料并除去灰塵和焦油，生物質(zhì)燃?xì)饨?jīng)由低溫燃?xì)獬隹谕ㄟ^燃?xì)夤芫€輸送至燃燒器燃燒。
[0022]可選擇地，燃燒器包括殼體、設(shè)于殼體一端壁的生物質(zhì)燃?xì)馊肟?、設(shè)于殼體另一端的火焰出口、自生物質(zhì)燃?xì)馊肟谙驓んw內(nèi)部延伸的燃?xì)鈬姽?、以及設(shè)于殼體側(cè)壁上的至少一個(gè)空氣入口。
[0023]可選擇地，燃?xì)鈬姽艿哪┒朔忾]，燃?xì)鈬姽艿闹鼙谏祥g隔設(shè)置若干子噴管，生物質(zhì)燃?xì)饨?jīng)由若干子噴管噴射至殼體內(nèi)部并與來(lái)自至少一個(gè)空氣入口的助燃空氣混合后燃燒。
[0024]優(yōu)選地，燃?xì)鈬姽艿闹鼙诎ǖ乳g隔設(shè)置于燃?xì)鈬姽艿牟煌瑱M截面上的至少三組子噴管，每組子噴管包括沿周向方向等間隔設(shè)置于燃?xì)鈬姽軅?cè)壁上的至少三個(gè)子噴管。
[0025]可選擇地，燃燒器的至少一個(gè)空氣入口鄰近殼體的一端壁設(shè)置，燃燒器進(jìn)一步包括鄰近殼體的另一端設(shè)于殼體側(cè)壁上的至少一個(gè)回流煙氣入口，鍋爐的煙氣管道上設(shè)置回流煙氣出口，回流煙氣出口通過煙氣回流管線與至少一個(gè)回流煙氣入口連通，以將來(lái)自鍋爐的部分高溫?zé)煔饣亓髦寥紵髦肌?br>[0026]其中，燃燒器包括的至少一個(gè)空氣入口沿切向方向設(shè)置于殼體側(cè)壁使得空氣在殼體內(nèi)形成旋流以加強(qiáng)與生物質(zhì)燃?xì)獾幕旌希⑶抑辽僖粋€(gè)回流煙氣入口沿切向方向設(shè)置于殼體側(cè)壁使得煙氣在殼體內(nèi)形成旋流以加強(qiáng)與生物質(zhì)燃?xì)夂涂諝獾幕旌稀?br>[0027]可選擇的，燃燒器殼體側(cè)壁包括沿周向方向等間隔設(shè)置于殼體側(cè)壁的三個(gè)空氣入口，燃燒器殼體側(cè)壁包括沿周向方向等間隔設(shè)置于殼體側(cè)壁的三個(gè)回流煙氣入口。
[0028]優(yōu)選地，在燃燒器的縱向方向上，至少三組子噴管位于至少一個(gè)空氣入口與至少一個(gè)回流煙氣入口之間。
[0029]可選擇地，燃?xì)夤芫€中設(shè)置有第三風(fēng)機(jī)，煙氣回流管線中設(shè)置有第四風(fēng)機(jī)。
[0030]其中，本實(shí)用新型中的高溫、中溫、低溫僅為表明燃?xì)?、空氣或煙氣的溫度相?duì)的高低變化，并不代表特定的溫度值或范圍。
[0031]本實(shí)用新型的有益效果是:(1)、充分利用生物質(zhì)氣化裝置的爐壁高溫以及生物質(zhì)燃?xì)獾母邷仡A(yù)熱空氣和水，并將獲得的熱空氣和水蒸汽直接供給至風(fēng)室作為氣化劑，節(jié)省了能源和成本；(2)、生物質(zhì)燃?xì)膺M(jìn)入螺桿送料器，一方面對(duì)生物質(zhì)料進(jìn)行了預(yù)熱提高了氣化效率，另一方面通過生物質(zhì)料對(duì)燃?xì)膺M(jìn)行過濾以除灰除焦油，節(jié)省了建造專門過濾凈化裝置的費(fèi)用；(3)、燃燒器采用高溫?zé)煔饣亓髦硷@著提高了燃燒效率，并降低了鍋爐排放煙氣中的氮氧化合物和二氧化碳的含量；(4)、生物質(zhì)燃?xì)饨?jīng)螺桿送料器過