专利名称：一种可实现合成气与半焦联合燃烧的生物质锅炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生物质锅炉，具体涉及一种可实现合成气与半焦联合燃烧的 生物质锅炉，属于生物质锅炉技术领域。
背景技术：
生物质能是来源于太阳能的一种可再生能源，也是人类利用最早的能源之一，具 有分布广、可再生、成本低、低污染等优点。但由于生物质能的能量密度低，使其应用效率很 低。因此，在日常生活及工业生产中没有被大规模应用。随着能源短缺、环境恶化，使得人 们重新关注对生物质能的应用研究。在现代生物质能应用技术中，主要包括生物化学转化方法和热化学转化方法。其 中，热化学法更易于规模化及工业化。热化学方法大体可以分为三种手段直接燃烧、热解 以及气化。生物质和煤一样同属于固体燃料，但与煤相比，其H / C比相对较高，所以挥发 分高；固定碳少，含氧量高，热值就比一般煤要低；另外，其灰分含量低，氮、硫等元素少而 固定碳的活性要比煤高多了 ；这些因素决定了生物质更适合于气化。但生物质燃料半焦的 含量相差很大，对于半焦含量较低的生物质燃料，可以直接采用气化方式，而半焦含量高的 生物质燃料如稻壳，则需要采用层燃燃烧方式。与燃煤比较，生物质燃料比重小，热解速度快，半焦含量低的生物质燃料在炉排上 层不能形成稳定的火层；其次，部分生物质燃料具有较高的焦油含量，产生的烟气较粘稠， 既易在高温管子(过热器等)上结焦，腐蚀管子同时还降低换热效率，粘稠的烟气又易在 较窄的烟道处结网，影响烟气的正常流动，降低锅炉的换热效率；再者，生物质燃料的热值 较低、水分大、燃尽难。针对生物质燃料存在的这些缺陷，人们对锅炉进行了一定的改进， 如本申请的发明人曾在专利公告号为CN2248290Y的“燃生物质流化床锅炉”中，公开了一 种能够燃烧各种生物质燃料的锅炉，其仅仅采用一般流化床技术，虽然较好地考虑了生物 质燃料的燃烧特性，热效率能达到80%以上，但仍易于在炉膛出口的高温对流受热面发生 结渣。专利公告号为CN1195173C的“可变炉拱结构低氮氧化物生物质锅炉”和公开号为 CN1900589A的“一种生物质能燃料锅炉及其燃烧方法”中，前者公开了在锅炉的给料管内安 装送料绞龙、以及在炉膛内增加可变拱结构和与主风道相连的分段风喷嘴，这对生物质燃 料的着火和燃尽有一定帮助，但其燃烧方式仍为层燃，未达到最佳燃烧效果；后者公开了在 锅炉的给料口下方增加了与送风机相连的二次风管，其燃烧方式为层燃和一定程度的悬浮 燃烧，但仍以层燃为主，且二次风为常温的冷风，炉内温度波动较大，抑制了灰颗粒进入下 一燃烧区域，也不能实现充分的燃烧。换言之，生物质采用气化炉，由于反应器温度较低，气 化气中焦油含量很高；而生物质直燃锅炉则由于生物质燃烧后，灰熔点较低，易于在高温受 热面发生结渣现象。在专利号为CN201053749Y的“生物质燃料锅炉”中，公开了一种在原燃 煤锅炉的基础上改进的设计，利用一次风和二次风及风口调节挡板的作用，实现以悬浮燃 烧为主、层燃为辅的方式，在一定程度上保证了换热效率和料仓的安全，但由于生物质燃料 灰的熔点低，易于在高温受热面发生结渣事故，进而引起锅炉“爆管”事故。专利公告号为
3CN201074829Y的“一种生物质成型燃料气化锅炉”，炉体采用带有炉烘的本体及机械进料装 置和炉体夹套内设置风量分配管的结构，因其未采用蒸汽助燃设备，故燃气热值低，存在焦 油分解方面的难题，从而降低了锅炉效率。专利公告号为CN201093717Y的“生物质气化锅 炉”是一种以生物质原料为燃料的一般锅炉，其也未采用蒸汽助燃装置，因此燃气热值低， 容易出现排烟中有未分解完全的焦油。专利公告号为CN100513869C和CN201149245Y的两 个同一技术内容的“生物质高温燃烧锅炉”，包括炉壁、炉胆和设置在锅胆上方的带有进料 装置的料斗和液态排渣池等，主要结构是炉胆内有由电机驱动的旋转轴及固定其上的螺 旋叶片和燃料均布板组成的进料装置，由炉胆、辐射导流块及下方的分段风喷嘴组成的预 热室和燃烧室，由旋风除尘器、烟管和液态排渣池的烟气灰渣排出装置以及将高温烟气与 水进行热交换的蒸汽发生室等。在炉胆中得到预热的生物质燃料与炉胆下方由喷嘴分段切 向仰射进入炉膛的高温空气相遇，实现分级旋流燃烧。但要通过调整喷嘴的数量来严格控 制过量空气系数，这样会使得炉内温度不易控制，分级效果不理想，影响锅炉热效率。专利 公告号为CN201081236Y的“生物质能锅炉燃料在多燃烧室内燃烧及蒸汽助燃燃烧装置”， 它公开了一种能够使生物质燃料充分燃烧的具有在多燃烧室内燃烧及蒸汽助燃燃烧装置 的锅炉。其包括锅炉、第一燃烧室及其炉烘、第二燃烧室及其炉烘、第二燃烧室二次风及蒸 汽助燃燃烧装置、叶轮式供料机、第一燃烧室一次风入口、炉排等件。该装置的二次风由与 第一燃烧室连通的叶轮式供料机供给，二次风为常温的冷风，二次风由第二燃烧室二次风 入口进入，容易引起炉内温度的波动，不能较好地控制燃料气化温度，增加了第二燃烧室内 气化气中焦油含量，也容易使高温受热面产生结渣。另外，蒸汽要从蒸汽助燃燃烧装置蒸汽 入口进入，不仅要添设蒸汽发生装置，增加设备成本，而且蒸汽的作用就是利用火焰加热把 蒸汽分解成氢气和氧气，使氢气燃烧，氧气助燃参与炉内燃烧，蒸汽不能参与燃料气化，无 法使未燃尽的固定碳气化，降低了燃料气化产物的热值。
发明内容
本发明的目的是提供一种可实现合成气与半焦联合燃烧的生物质锅炉，以解决 现有生物质锅炉未考虑半焦产率对燃烧效率的影响，进而引起未完全燃烧热损失增高，致 使生物质锅炉热效率低的问题。本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是
本发明所述一种可实现合成气与半焦联合燃烧的生物质锅炉包括锅炉主体、链条炉 排、多个风室、料仓、生物质气化室、气化风室和蒸汽进入管，锅炉主体的内腔为炉膛；所述 生物质锅炉还包括一次给料器、二次给料器、半焦燃烧室和合成气引出管；生物质气化室设 置于锅炉主体入口端处，半焦燃烧室设置于生物质气化室和锅炉主体之间，且半焦燃烧室 与炉膛连通，链条炉排设置在生物质气化室、半焦燃烧室以及锅炉主体三者的下方，气化风 室设置在生物质气化室的下方用于提供物质气化室内生物质燃料燃烧所需空气，蒸汽进入 管设置在生物质气化室的下方用于将雾化蒸汽引入物质气化室内，生物质气化室用于产生 氢气、甲烷和一氧化碳三者混合的合成气；生物质气化室的侧壁上设有合成气引出口，合成 气引出管的一端通过合成气引出口与生物质气化室的内腔连通，合成气引出管的另一端与 炉膛连通，料仓设置于生物质气化室、半焦燃烧室二者的上方，所述料仓内的生物质燃料通 过一次给料器进入生物质气化室内，所述料仓内的生物质燃料通过二次给料器进入半焦燃
4烧室内；所述多个风室布置于与炉膛对应的链条炉排的下方用于提供炉膛内合成气及半焦 燃烧所需空气。本发明具有的优点及积极效果是本发明由于采用二次给料的方式燃烧生物质燃 料(双进料装置)，一次给料机将生物质燃料投入气化室后，通过控制过量空气系数及喷入 水量来控制气化室内温度在650°C左右，(利用气化燃烧室内燃料部分燃烧所产生的热量 使得夹套内层温度升高，而雾化喷嘴产生的细小水雾，直接与夹套的内炉壁接触产生水蒸 气，)使水以湿饱和空气的形式作为气化剂喷入(气化风室内的)生物质燃料中，生物质 燃料低温气化燃烧，其灰中含有较高的活性碱性金属能够保持在半焦中，降低了锅炉受热 面的灰腐蚀；而另外的二次给料机，则根据生物质的差异性来调节，对于挥发份高且半焦含 量低的生物质燃料，可不使用或微开二次给料机，对于挥发份含量低且半焦含量高的生物 质燃料，则为了维持床料的温度，全开或开大一次给料机，因为在炉膛内燃烧温度高，可以 使得气化气中的焦油完全燃烧，解决了现有生物质锅炉存在的热效率低，气化气中焦油含 量高，高温受热面易结渣等问题。本发明采取了合成气与半焦联合燃烧方式(即气化风室 内产生的合成气直接引入炉膛进行燃烧，与此同时，生物质燃料在气化风室内燃烧后产生 的半焦经由半焦燃烧室进行燃烧后随着链条炉排进入炉膛再进行燃烧，形成气-气燃烧与 气_固燃烧联合耦合方式；“气-气”是指“合成气”和“空气”；“气_固”是指“合成气”和 “半焦”)，可使锅炉的热效率提高6%，而且又环保，减轻了环境污染，还可以对收集的生物质 灰，进行废物利用。因此说，本发明改进了生物质的转化途径和利用率。根据生物质半焦含量的不同，通过调节给料机的转速，来调节气固燃烧的比例，从 而提高生物质能转化效率，所述料仓内的生物质燃料通过一次给料器和二次给料器分别进 入生物质气化室及半焦燃烧室，使生物质燃料完全充分燃烧。本发明的设计构思本发明提出了现有生物质锅炉未考虑半焦产率对燃烧效率的 影响。生物质易于热解，挥发份含量高，单纯的利用生物质气化技术，气化气焦油含量高，高 温受热面易结渣等问题，且半焦含量高时，残碳颗粒未能完全燃烧，引起机械未完全燃烧热 损失增高；而按照褐煤层燃方式来设计其锅炉结构，则由于挥发份含量过高，使得局部碳氢 化合物在缺氧的条件下燃烧，使得烟气中碳含量高；且由于生物质灰颗粒，较易破碎，难于 形成燃烧底层床料。因此本发明设置了双进料装置，并单独设置了半焦燃烧室15，并将气化 风室内产生的合成气直接引入炉膛进行燃烧，与炉膛内的半焦联合燃烧。
图1是本发明所述的生物质锅炉整体结构示意图；图中序号说明1_ 一次给料器、 2-二次给料器、3-料仓、4-合成气引出管(煤气引出管)、5_空腔(空气夹层)、6_生物质气化 室、7-蒸汽进入管、8-气化风室、9-第一风室、10-第二风室、11-第一风室、12-第四风室、 13- 二次风入口、14-除渣口、15-半焦燃烧室、16-炉膛、17-锅炉主体、18-链条炉排。
具体实施例方式具体实施方式
一如图1所示，本实施方式所述的一种可实现合成气与半焦联合 燃烧的生物质锅炉包括锅炉主体17、链条炉排18、多个风室、料仓3、生物质气化室6、气化 风室8和蒸汽进入管7，锅炉主体17的内腔为炉膛16 ；所述生物质锅炉还包括一次给料器
51、二次给料器2、半焦燃烧室15和合成气引出管4 ；生物质气化室6设置于锅炉主体17入 口端处，半焦燃烧室15设置于生物质气化室6和锅炉主体17之间，且半焦燃烧室15与炉 膛16连通，链条炉排18设置在生物质气化室6、半焦燃烧室15以及锅炉主体17三者的下 方，气化风室8设置在生物质气化室6的下方用于提供物质气化室6内生物质燃料燃烧所 需空气，蒸汽进入管7设置在生物质气化室6的下方用于将雾化蒸汽引入物质气化室6内， 生物质气化室6用于产生氢气、甲烷和一氧化碳三者混合的合成气；生物质气化室6的侧壁 上设有合成气引出口 6-1，合成气引出管4的一端通过合成气引出口 6-1与生物质气化室 6的内腔连通，合成气引出管4的另一端与炉膛16连通，料仓3设置于生物质气化室6、半 焦燃烧室15 二者的上方，所述料仓3内的生物质燃料通过一次给料器1进入生物质气化室 内，所述料仓3内的生物质燃料通过二次给料器2进入半焦燃烧室内；所述多个风室布置于 与炉膛16对应的链条炉排18的下方用于提供炉膛16内合成气及半焦燃烧所需空气。
具体实施方式
二 如图1所示，本实施方式所述生物质气化室6的侧壁上设有与侧 壁随形的空腔5，所述空腔5用于产生雾化蒸汽。所述空腔5称为空气夹层，即所述生物质 气化室的夹套由内、外炉壁构成，中间为空气夹层，外炉壁内侧设置与进水管连通的雾化喷 嘴，经雾化的水蒸汽喷入空气夹层内，利用气化燃烧室内燃料部分燃烧所产生的热量使得 夹套内层温度升高，而雾化喷嘴产生的细小水雾，直接与夹套的内炉壁接触产生水蒸气，使 水以湿饱和空气的形式作为气化剂喷入气化风室内的生物质燃料中，以产生合成气。其它 组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三如图1所示，本实施方式所述多个风室由第一风室9、第二风室 10、第三风室11和第四风室12构成；所述第一风室9、第二风室10、第三风室11和第四风 室12沿炉膛16的入口端至出口端依次设置。如此设置，可充分向炉膛内提供合成气和半 焦燃烧所需的空气。其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四如图1所示，本实施方式在锅炉主体17后部设置二次风入口 13，所述二次风入口 13用于向炉膛16提供燃烧所需空气，这样可进一步提高燃烧效率。其 它组成及连接关系与具体实施方式
一、二或三相同。
具体实施方式
五如图1所示，本实施方式在锅炉主体17上位于链条炉排18的输 出端处设有除渣口 14。其它组成及连接关系与具体实施方式
四相同。本发明的工作原理
本发明所述料仓内的生物质燃料通过一次给料器和二次给料器分别进入生物质气化 室及半焦燃烧室，所述生物质气化室的夹套由内、外炉壁构成，外炉壁内侧设置与进水管连 通的雾化喷嘴，夹套内的饱和空气分别通入生物质气化室及生物质气出口。将生物质的燃 烧过程分为两级燃烧，第一步采用空气蒸汽气化技术，将生物质转化为可燃性气体，引入炉 膛内燃烧；第二步根据半焦含量来设计层燃锅炉。采用生物质气化室和半焦燃烧室来对生 物质燃料进行燃烧。生物质燃料的配风采用气化室单独配风，层燃室分级配风。由煤气引出口 4和链条炉排9组成的耦合式分配系统，系统中添加了蒸汽雾化引 入设备蒸汽进口 7，由气化风室8、第一风室10、第二风室11、第三风室12、二次风13提供燃 料燃烧所需空气。其中一次给料器3与料仓1和生物质气化室6相连接，对于半焦含量低，挥发份高 的生物质燃料，可调大一次给料器3的供给量，生物质气化室6产生的气化气由煤气引出口
64引至炉膛内16燃烧，低温气化不仅可避免碱金属的气相转化，也可避免高分子碳氢化合 物在还原性氛围内，裂解出碳黑颗粒，二次给料器2与料仓1和半焦燃烧室15相连接，对于 半焦含量高，挥发份低的生物质燃料，可调大二次给料器的供给量，生物质燃料则主要采用 层燃燃烧方式。
权利要求
一种可实现合成气与半焦联合燃烧的生物质锅炉，所述生物质锅炉包括锅炉主体(17)、链条炉排(18)、多个风室、料仓(3)、生物质气化室(6)、气化风室(8)和蒸汽进入管(7)，锅炉主体(17)的内腔为炉膛(16)；其特征在于所述生物质锅炉还包括一次给料器(1)、二次给料器(2)、半焦燃烧室(15)和合成气引出管(4)；生物质气化室(6)设置于锅炉主体(17)入口端处，半焦燃烧室(15)设置于生物质气化室(6)和锅炉主体(17)之间，且半焦燃烧室(15)与炉膛(16)连通，链条炉排(18)设置在生物质气化室(6)、半焦燃烧室(15)以及锅炉主体(17)三者的下方，气化风室(8)设置在生物质气化室(6)的下方用于提供物质气化室(6)内生物质燃料燃烧所需空气，蒸汽进入管(7)设置在生物质气化室(6)的下方用于将雾化蒸汽引入物质气化室(6)内，生物质气化室(6)用于产生氢气、甲烷和一氧化碳三者混合的合成气；生物质气化室(6)的侧壁上设有合成气引出口(6 1)，合成气引出管(4)的一端通过合成气引出口(6 1)与生物质气化室(6)的内腔连通，合成气引出管(4)的另一端与炉膛(16)连通，料仓(3)设置于生物质气化室(6)、半焦燃烧室(15)二者的上方，所述料仓(3)内的生物质燃料通过一次给料器(1)进入生物质气化室内，所述料仓(3)内的生物质燃料通过二次给料器(2)进入半焦燃烧室内；所述多个风室布置于与炉膛(16)对应的链条炉排(18)的下方用于提供炉膛(16)内合成气及半焦燃烧所需空气。
2.根据权利要求1所述的一种可实现合成气与半焦联合燃烧的生物质锅炉，其特征在 于所述生物质气化室(6)的侧壁上设有与侧壁随形的空腔(5)，所述空腔(5)用于产生雾 化蒸汽。
3.根据权利要求1所述的一种可实现合成气与半焦联合燃烧的生物质锅炉，其特征在 于所述多个风室由第一风室(9)、第二风室(10)、第三风室(11)和第四风室(12)构成；所 述第一风室(9)、第二风室(10)、第三风室(11)和第四风室(12)沿炉膛(16)的入口端至出 口端依次设置。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种可实现合成气与半焦联合燃烧的生物质锅炉，其 特征在于在锅炉主体(17)后部设置二次风入口(13)，所述二次风入口(13)用于向炉膛 (16)提供燃烧所需空气。
5.根据权利要求4所述的一种可实现合成气与半焦联合燃烧的生物质锅炉，其特征在 于在锅炉主体(17)上位于链条炉排(18)的输出端处设有除渣口(14)。
全文摘要
一种可实现合成气与半焦联合燃烧的生物质锅炉，它涉及一种生物质锅炉。本发明为了解决现有生物质锅炉未考虑半焦产率对燃烧效率的影响，进而引起未完全燃烧热损失增高，致使生物质锅炉热效率低的问题。半焦燃烧室设置于生物质气化室和锅炉主体之间，且半焦燃烧室与炉膛连通，合成气引出管的一端通过合成气引出口与生物质气化室的内腔连通，合成气引出管的另一端与炉膛连通，料仓设置于生物质气化室、半焦燃烧室二者的上方，所述料仓内的生物质燃料通过一次给料器进入生物质气化室内，所述料仓内的生物质燃料通过二次给料器进入半焦燃烧室内。本发明适用于燃烧各种粒径生物质燃料，极大提高了燃烧效率。
文档编号F23B40/00GK101893234SQ20101023997
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月29日 优先权日2010年7月29日
发明者张亚宁, 李洪涛, 李炳熙 申请人:哈尔滨工业大学