生物质燃料燃烧的颗粒污染物脱除装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种生物质燃料燃烧的颗粒污染物脱除装置，包括烟囱、湿式电除尘器、烟气冷凝器、湿式清灰装置、螺旋清灰装置、燃烧室和取暖炉壳体，湿式电除尘器设置于烟囱内，烟气冷凝器套装于烟囱外，湿式清灰装置设置于烟囱的下端，烟气冷凝器与螺旋清灰装置的上端连接，燃烧室和螺旋清灰装置均设置于取暖炉壳体内，燃烧室上设置有与取暖炉壳体内外相通的进料口。采用在生物质燃料燃烧后烟气中含有大量水蒸气，当烟气继续降低温度其水蒸气能凝结下来，并在沉淀极表面形成薄水膜，在沉淀极外部设置冷却水套，不仅降低了排烟温度，回收了烟气中热量，而且凝结所产生凝结水作为湿式电除尘器的水源，省却了加水、喷水等装置，同时也减少水污染。
【专利说明】生物质燃料燃烧的颗粒污染物脱除装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种生物质燃烧设备，尤其涉及一种生物质燃料燃烧的颗粒污染物脱除装置。
【背景技术】
[0002]随着传统能源的可开采量逐步下降，可再生能源逐步引起足够重视。作为可再生能源之一的生物质能，具有可再生、二氧化碳零排放，具有良好的可循环性，是能大规模替代石化燃料的能源产品之一。
[0003]虽然生物质中灰分含量较低,但碱金属含量约为煤的12-16倍,碱金属中钾和钠，易沉积在换热器表面形成积灰，增大热阻及腐蚀碱金属，积灰及后续的腐蚀问题是阻碍生物质大规模利用的重要因素之一。另外生物质燃烧后，碱金属盐蒸发，在换热和排烟过程中碱金属盐蒸汽均相凝结成核，形成今本为PMlO以下的颗粒，其中PMl的颗粒数量约占总颗粒的90%以上，PMl颗粒中主要含有钾、氯和硫，且含有以生物质挥发分析出的有机碳。
[0004]生物质燃料最大危机是颗粒物排放，欧洲家庭取暖设备中生物质炉的贡献PM占取暖PM的80%以上。如2009年丹麦颗粒物排放中民用取暖颗粒物占72%，且以年35%增长。加拿大的生物质取暖占12%，但颗粒物排放占30%，是导致2009年蒙特利尔雾霾天气的主要原因。因此生物质燃料的燃烧设备的颗粒物排放已引起欧美等国家的高度重视。
[0005]我国以煤为主要能源，换热管表面的积灰多以机械除灰为主，不仅引起积灰的二次扬尘，而且积灰厚度较厚，传热能力降低较大。烟气除尘技术主要旋风除尘、过滤除尘、干式电除尘，主要对PMlO以上大颗粒脱除效果极佳，而对以PMl为主的颗粒物基本不起作用。且生物质与煤颗粒污染物的成分具有较大区别，其主要成分是硫酸钾、氯化钾。如果燃烧不充分和生物质的高挥发分特性，烟气中还有焦油蒸汽。
[0006]常规电除尘器，分为干式和湿式除尘器。中国实用新型专利(申请号:201310346558)公开了一种湿式电除尘灰水的全自动过滤循环利用装置；中国实用新型专利(申请号201310276696)公开了一种连续工作的自动清洗湿式电除尘除雾器。中国实用新型专利(申请号201310267541) —种湿式水膜静电除尘器的收尘极板。中国实用新型专利(申请号201310259100)公开了一种湿式电除尘器废水零排放装置及其废水处理方法。
[0007]上述实用新型专利，均需要外界提供水源，且具有复杂进出水、喷淋、均水膜装置，而不是利用除尘介质中所含水蒸气。生物质烟气中含有大量水蒸气，水蒸气在气流中均相凝结和沉淀极表面的凝结，不仅改变颗粒污染物介电特性，而且自身凝结在沉淀极上形成均匀的薄水膜，薄水膜还能溶解多数的碱金属盐为主要成分的颗粒污染物，而不需要沉淀极的机械除尘，大大提高除尘的效果。
[0008]因此有必要针对生物质燃料燃烧的颗粒污染物特性和烟气特性，设计新型、简单的分级、分段的高效除尘技术。
实用新型内容
[0009]本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种生物质燃料燃烧的颗粒污染物脱除装置。
[0010]本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的:
[0011]本实用新型所述的一种生物质燃料燃烧的颗粒污染物脱除装置包括烟囱、湿式电除尘器、烟气冷凝器、湿式清灰装置、螺旋清灰装置、燃烧室和取暖炉壳体，所述湿式电除尘器设置于所述烟?内，所述烟气冷凝器套装于所述烟?外，所述湿式清灰装置设置于所述烟囱的下端，所述烟气冷凝器与所述螺旋清灰装置的上端连接，所述燃烧室和所述螺旋清灰装置均设置于所述取暖炉壳体内，所述燃烧室上设置有与所述取暖炉壳体内外相通的进料口。
[0012]本实用新型所述烟气冷凝器上端设置有取暖回水进口，所述烟气冷凝器的下端设置有取暖回水出口，所述湿式电除尘器为一个高压电极通过高压电极上固定和高压电极下固定与所述烟?的内表面连接而成，所述烟?的内表面还设置有与接地端连接的沉淀极，所述烟?的下端设置有烟?底板，所述烟?下段的一侧设置有烟气进口。
[0013]本实用新型所述湿式清灰装置包括冷凝水排水管、灰盒和冷凝水，所述烟囱的底部设置于所述灰盒内，所述冷凝水排水管与所述灰盒内外相通连接。
[0014]本实用新型所述螺旋清灰装置的上端设置有取暖回水管，所述螺旋清灰装置的下端设置有进火管，所述螺旋清灰装置的下端设置有耐火挡板，所述耐火挡板的下端设置有耐火球笼，所述耐火球笼内设置有多个耐火球；所述耐火球为白云石球体。
[0015]本实用新型所述取暖炉壳体内的下段表面设置有隔热层，所述燃烧室下方设置有主灰盘。
[0016]本实用新型所述螺旋清灰装置内设置有旋转轴、螺旋弹簧和金属纤维，所述螺旋轴与所述螺旋弹簧连接，所述金属纤维绕制于所述螺旋弹簧的表面。
[0017]本实用新型的有益效果在于:
[0018]本实用新型是一种生物质燃料燃烧的颗粒污染物脱除装置，与现有技术相比，本实用新型采用在生物质燃料燃烧后烟气中含有大量水蒸气，当烟气继续降低温度其水蒸气能凝结下来，并在沉淀极表面形成薄水膜，在沉淀极外部设置冷却水套，不仅降低了排烟温度，回收了烟气中热量，而且凝结所产生凝结水作为湿式电除尘器的水源，省却了加水、喷水等装置，同时也减少水污染。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型所述生物质燃料燃烧的颗粒污染物脱除装置的结构示意图；
[0020]图2是本实用新型所述生物质燃料燃烧的颗粒污染物脱除装置中的烟囱部分结构示意图；
[0021]图3是本实用新型所述生物质燃料燃烧的颗粒污染物脱除装置中的烟囱部分立体结构示意图；
[0022]图4是本实用新型所述生物质燃料燃烧的颗粒污染物脱除装置中的螺旋清灰装置部分结构示意图。
[0023]图中:1_烟囱、2-湿式电除尘器、3-烟气冷凝器、4-湿式清灰装置、5-螺旋清灰装置、6-取暖炉壳体、10-烟囱底板、11-烟气进口、20-高压电极、21-高压电极上固定、22-高压电极下固定、23-沉淀极、31-取暖回水进口、32-取暖回水出口、40-冷凝水排水管、41-灰盒、42-冷凝水、50-旋转轴、51-螺旋弹簧、52-金属纤维、60-进料口、61-燃烧室、62-隔热层、63-主灰盘、64-耐火球、65-耐火挡板、66-耐火球笼、67-进火管、68-取暖回水管。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本实用新型作进一步说明:
[0025]如图1至图4所示:本实用新型所述的一种生物质燃料燃烧的颗粒污染物脱除装置包括烟囱1、湿式电除尘器2、烟气冷凝器3、湿式清灰装置4、螺旋清灰装置5、燃烧室61和取暖炉壳体6，湿式电除尘器2设置于烟囱I内，烟气冷凝器3套装于烟囱I外，湿式清灰装置4设置于烟囱I的下端，烟气冷凝器3与螺旋清灰装置5的上端连接，燃烧室61和螺旋清灰装置5均设置于取暖炉壳体6内，燃烧室61上设置有与取暖炉壳体6内外相通的进料口 60。
[0026]如图2和图3所示:本实用新型烟气冷凝器3上端设置有取暖回水进口 31，烟气冷凝器3的下端设置有取暖回水出口 32，湿式电除尘器2为一个高压电极20通过高压电极上固定21和高压电极下固定22与烟囱I的内表面连接而成，烟囱I的内表面还设置有与接地端连接的沉淀极23，烟? I的下端设置有烟?底板10，烟? I下段的一侧设置有烟气进口 11。
[0027]如图2和图3所示:本实用新型湿式清灰装置4包括冷凝水排水管40、灰盒41和冷凝水42，烟? I的底部设置于灰盒41内，冷凝水排水管40与灰盒41内外相通连接。
[0028]如图1至图4所示:本实用新型螺旋清灰装置5的上端设置有取暖回水管68，螺旋清灰装置5的下端设置有进火管67，螺旋清灰装置5的下端设置有耐火挡板65，耐火挡板65的下端设置有耐火球笼66,耐火球笼66内设置有多个耐火球64 ;所述耐火球64为白云石球体。
[0029]如图1所不:本实用新型取暖炉壳体6内的下段表面设置有隔热层62,燃烧室61下方设置有主灰盘63。
[0030]如图4所示:本实用新型螺旋清灰装置5内设置有旋转轴50、螺旋弹簧51和金属纤维52,螺旋轴与螺旋弹簧51连接,金属纤维52绕制于螺旋弹簧51的表面。
[0031]如图1至图4所示:本实用新型所述的一种生物质燃料燃烧的颗粒污染物脱除装置的燃烧方法包括以下步骤:
[0032](I)生物质在燃烧后，含固定碳和灰分的烟气，经耐火挡板65变向撞击，经堆积了多个耐火球64的耐火球笼66的过滤作用而分离；
[0033](2)被加热的高温耐火球64促进飞灰中固定碳、焦油蒸汽进一步燃烧，耐火球64中白云石与烟气中硫化氢反应而降低；
[0034](3)脱除飞灰的含无机盐蒸汽的烟气经进火管67，无机盐蒸汽凝结成细颗粒灰尘，沉积在进火管67内表面的灰尘，经螺旋清灰装置5以机械方式清除，落入到耐火球笼66中；
[0035](4)烟气排入到烟囱I中的湿式电除尘器2中，经烟囱I中心的高压电极20电晕放电，在电场力驱动下向烟囱I内表面移动而沉积；
[0036](5)进入烟囱I的烟气经烟囱I外部增加的烟气冷凝器3所冷却，并使烟气中水蒸气凝结下来，也沿烟囱I内表面向下流动，在烟囱I内表面形成一层波纹的水膜，水膜向下流动过程中与沉积在烟? I内表面的灰尘颗粒相遇，部分颗粒溶解于水膜中，未溶颗粒也随水膜向下流动，而不至于沉积在烟? I内表面，而使烟气冷凝器3的表面清洁；
[0037](6)含灰尘的冷凝水42，沿烟囱I内表面向下流到烟囱I底部，进入湿式清灰装置4中，逐渐增加的冷凝水42经冷凝水排水管40靠虹吸作用排出，灰盒41插入到烟囱I底部，并有挂钩固定并能拆卸而方便倒灰。
[0038]如图1所示:生物质燃料自燃烧室61燃烧后，未燃固定碳和灰分以大块形式，在气流和重力作用下落入主灰盘63中，在高温火焰作用下，主灰盘63中固定碳继续燃烧，形成主灰，含少量较小颗粒(一般>PM10)的高温烟气，经耐火挡板65的变向撞击作用，少量颗粒物沉积在耐火挡板65或落入主灰盘63,含尘烟气进入耐火球笼66中，经堆积耐火球64组成的多孔介质进行过滤，将因炉排动作和气流扰动所产生的以固定碳和灰分为主的较小颗粒过滤在耐火球笼66中，高温烟气经过耐火球笼66时对耐火球64也进行了加热而处于高温状态，此时过滤在耐火球64表面的固定碳、焦油蒸汽再次被燃烧，烟气中仅剩下以无机盐蒸汽形式存在的颗粒物主要来源。以耐火挡板65和耐火球64，表面温度较高，阻碍了这些无机盐蒸汽凝结沉积，
[0039]烟气中硫化氢与高温的耐火球64中主要组分氧化钙进行高温反应，进一步降低硫化氢的含量。含无机盐蒸汽的烟气，进入取暖设备的进火管67内，由于进火管67内表面温度较低，无机盐蒸汽发生凝结而沉积在进火管67的内表面，并在烟气中形成< PM2.5的细微颗粒。沉积在进火管67内表面的灰尘颗粒，经手动旋转或电动旋转的螺旋弹簧51清灰装置机械式清除，落入到耐火球笼66中；螺旋弹簧51清灰装置在有旋转轴50 —端固定，另一端自由伸张。本实用新型中将生物质燃烧过程中不同性质的灰分进行分步处理，以使后续换热装置不受灰垢影响，达到性能稳定。生物质燃烧烟气中主要包含两种灰分，一是含固定碳和灰分的大颗粒，其是炉排活动和气流扰动从炉排所带走的，因此采用低压力降和容易更换的耐火求进行过滤清除；二是燃料中灰分产生的无机盐蒸汽在遇到低温壁面后凝结成核形成的，这部分颗粒是能溶于水，利用烟气自身所携带水蒸气冷凝产生的水膜，作为灰尘颗粒的沉淀表面，减少了电捕灰尘的清除，保持电捕除尘器的高效运行，并使烟气出口粉尘含量达到PM2.5的要求。
[0040]生物质燃料燃烧后产生约800-1200°C的高温烟气，充分利用高温特性，利用陶瓷球或多孔介质过滤大颗粒污染物，并将烟气中未燃固定碳颗粒和焦油蒸汽进行二次燃烧，使得烟气中成灰成分仅包含碱金属盐蒸汽；高温烟气进入间接换热器后烟气温度降低，烟气中碱金属盐蒸汽发生均相的凝结成核和换热表面的凝结，部分沉积在换热器表面。采用紧密型机械除灰装置，清除换热器表面的颗粒沉积物，形成积灰薄层；经换热后约150-200°C的低温烟气，进入以烟道内装的电除尘器进行除尘，达到烟尘排放小于PMl的要求；采暖回水先进入烟囱外部的冷却水套，对烟气进行冷却降温，使排烟温度达到40-50°C。同时，烟囱内烟气发生内部的均相凝结和烟囱内壁的表面凝结，产生水膜，作为电除尘器的湿式膜。
【权利要求】
1.一种生物质燃料燃烧的颗粒污染物脱除装置，其特征在于:包括烟囱、湿式电除尘器、烟气冷凝器、湿式清灰装置、螺旋清灰装置、燃烧室和取暖炉壳体，所述湿式电除尘器设置于所述烟?内，所述烟气冷凝器套装于所述烟?外，所述湿式清灰装置设置于所述烟囱的下端，所述烟气冷凝器与所述螺旋清灰装置的上端连接，所述燃烧室和所述螺旋清灰装置均设置于所述取暖炉壳体内，所述燃烧室上设置有与所述取暖炉壳体内外相通的进料□。
2.根据权利要求1所述的生物质燃料燃烧的颗粒污染物脱除装置，其特征在于:所述烟气冷凝器上端设置有取暖回水进口，所述烟气冷凝器的下端设置有取暖回水出口，所述湿式电除尘器为一个高压电极通过高压电极上固定和高压电极下固定与所述烟囱的内表面连接而成，所述烟?的内表面还设置有与接地端连接的沉淀极，所述烟?的下端设置有烟囱底板，所述烟?下段的一侧设置有烟气进口。
3.根据权利要求1所述的生物质燃料燃烧的颗粒污染物脱除装置，其特征在于:所述湿式清灰装置包括冷凝水排水管、灰盒和冷凝水，所述烟?的底部设置于所述灰盒内，所述冷凝水排水管与所述灰盒内外相通连接。
4.根据权利要求1所述的生物质燃料燃烧的颗粒污染物脱除装置，其特征在于:所述螺旋清灰装置的上端设置有取暖回水管，所述螺旋清灰装置的下端设置有进火管，所述螺旋清灰装置的下端设置有耐火挡板，所述耐火挡板的下端设置有耐火球笼，所述耐火球笼内设置有多个耐火球。
5.根据权利要求1所述的生物质燃料燃烧的颗粒污染物脱除装置，其特征在于:所述取暖炉壳体内的下段表面设置有隔热层，所述燃烧室下方设置有主灰盘。
6.根据权利要求1所述的生物质燃料燃烧的颗粒污染物脱除装置，其特征在于:所述螺旋清灰装置内设置有旋转轴、螺旋弹簧和金属纤维，所述螺旋轴与所述螺旋弹簧连接，所述金属纤维绕制于所述螺旋弹簧的表面。
7.根据权利要求4所述的生物质燃料燃烧的颗粒污染物脱除装置，其特征在于:所述耐火球为白云石球体。
【文档编号】F23J15/06GK204006059SQ201420182757
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年4月16日 优先权日:2014年4月16日
【发明者】崔永章, 张林华, 曲云霞, 高贵凤, 唐明天 申请人:崔永章