专利名称：一种液态排渣生物质燃烧装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种液态排渣生物质燃烧装置及方法，属于生物质燃烧技术领域。
背景技术：
随着世界范围内化石能源不断减少及国内油价、煤价的不断攀升，我国现阶段大力号召开发新能源，同时面临着巨大的CO2减排任务。生物质能源在这些方面有着巨大的优势，我国生物质资源丰富，年产量约为10亿吨左右，总折合标准煤可达5亿吨，且生物质燃烧(X)2为近零排放，所产生的SOx和NOx也很少，因而有着广泛的应用前景。然而生物质中因富含K、Na、Cl等元素，生物质燃烧后所形成的灰渣灰熔点较低， 一般在950-1100°C之间，燃烧过程中极易熔化并在受热面上粘结或流化床布风板上结焦， 严重影响锅炉设备的正常运行，显著降低锅炉的传热效果，且氯腐蚀现象严重，这些问题一直长期以来制约着生物质燃烧的发展。针对以上问题，业界一直在探讨，不少人试图从提高生物质灰熔点的方向出发寻求解决的方案和技术，如中国专利CN101550374A所公开的一种生物质固体成型燃料添加剂，寻求了几种提高生物质灰熔点添加剂的不同配方，该添加剂由A1203、Fe2O3和高龄土所组成，但是该专利所揭示的方案大大增加了生物质成型燃料的制作困难和使用成本，大规模应用还有待技术突破。
发明内容
本发明针对现阶段生物质富含氯及碱金属元素而导致的灰熔点低、腐蚀和结焦问题，提出一种液态排渣生物质燃烧装置及方法，燃烧过程中生物质灰渣熔化、实现液态排渣，进入外部炉膛的烟气含尘率低，有效解决了受热面腐蚀及结渣等问题。本发明的技术方案是一种液态排渣生物质燃烧装置，含有生物质燃烧炉和给料装置，其特征在于所述生物质燃烧炉包括进料口、燃烧室、汇渣室、燃烧室烟气出口、炉墙和二次风口 ；所述燃烧室下端的收缩段为汇渣室，汇渣室下部设有粒化水箱；所述进料口位于燃烧室的顶部；所述二次风口位于燃烧室上部的炉墙上；所述燃烧室烟气出口位于燃烧室下部与汇渣室的连接处；燃烧室烟气出口处设有一排捕渣管，捕渣管的顶部设有挡渣檐；该生物质燃烧装置还包括余热锅炉和尾部烟道，所述余热锅炉通过水平烟道与燃烧室烟气出口相连接，在余热锅炉内布置有炉膛水冷壁，余热锅炉的炉膛内悬挂有过热器，余热锅炉的底部设有密封水箱；所述尾部烟道内的空气预热器出口与二次风口通过管道相连接，尾部烟道外设置引风机。本发明的另一技术特征是所述捕渣管是由余热锅炉的炉膛水冷壁的管排弯折延伸拉稀而成。若燃烧室的内壁设有燃烧室水冷壁，捕渣管则由燃烧室水冷壁拉稀而成。本发明的又一技术特征是所述二次风口为四个环形分布的风口，且呈水平倾斜布置，倾斜角度α为30-60°。所述挡渣檐是由对称布置且向下倾斜的两檐构成，两檐与水平面的夹角β为5-15°，镶焊于燃烧室的内壁上；挡渣檐跨度H大于燃烧室烟气出口的宽度L°所述过热器由汽冷屏或蛇形管所形成，屏间布置有吹灰装置。所述给料装置为活塞推料器。本发明的技术方案还提供了一种采用所述装置的液态排渣生物质燃烧方法，该方法包括如下步骤1)生物质燃料通过进料口送入生物质燃烧炉的燃烧室内，二次风空气经余热锅炉尾部烟道内的空气预热器预热到150-400°C，通过燃烧室上部的二次风口旋流送入燃烧室内；2)生物质燃料在旋流二次风的带动下在燃烧室内形成旋流燃烧，燃烧温度为 1200 1400°C，生物质灰渣即熔化，形成液态熔渣；3)液态熔渣被旋流流动甩向燃烧室内壁，流入粒化水箱；4)烟气经燃烧室烟气出口进入余热锅炉内与炉膛受热面进行热交换，进入尾部烟道的烟气降至480-520°C，余热锅炉炉膛内的熔渣落入密封水箱；5)烟气在尾部烟道内与对流受热面换热后降至120-150°C经引风机排出。上述方法中，所述生物质燃烧炉的燃烧室内过量空气系数为1. 0 1. 2。本发明的优点是①燃烧温度高，能顺利生物质燃烧实现液态排渣，从而避免了从提高生物质灰熔点的方向出发去思考问题，大部分液态渣被捕集到粒化水箱和密封水箱， 降低了烟气含渣率，且捕集的灰渣便于二次利用；②生物质燃烧炉的燃烧室烟气出口上端布置的挡渣檐有效将下淌的液渣分流，避免了燃烧室出口烟气的过多携带，加上烟气出口的一排捕渣管的捕集作用，使进入余热锅炉内的烟气含尘率低、烟气较洁净，从而很大程度地解决了余热锅炉及尾部烟道内受热面上的积灰、结渣和腐蚀等问题；③整个烟气流动为尾部烟气引风机所驱动，生物质燃烧炉和余热锅炉内呈负压状态，运行现场干净，运行安全，随进料漏入的空气即为一次风；④所用燃料为生物质散料包，燃料预处理简单，打包及运输成本较低，给料装置为活塞式推料装置，给料简单。
图1是本发明提供的液态排渣生物质燃烧装置的结构示意原理图。图2是图1的A-A剖视图，表示出了液态排渣生物质燃烧装置二次风口布置的结构。图3是燃烧室烟气出口和挡渣檐的局部剖视图。图中1-生物质燃烧炉；2-燃烧室；3-汇渣室；4-燃烧室烟气出口 ；5-粒化水箱； 6-炉墙；7-挡渣檐；8- 二次风口 ；9-活塞推料器；10-捕渣管；11-进料口 ； 12-余热锅炉； 13-水平烟道；14-炉膛水冷壁；15-密封水箱；16-过热器；17-尾部烟道；18-引风机。
具体实施例方式下面结合附图进一步说明本发明的原理、具体结构和最佳实施方式。图1是本发明提供的液态排渣生物质燃烧装置的结构示意原理图，该装置含有生物质燃烧炉1和给料装置，生物质燃烧炉1包括进料口 11、燃烧室2、汇渣室3、燃烧室烟气出口 4、炉墙6和二次风口 8 ；燃烧室2下端的收缩段为汇渣室3，汇渣室3下部设有粒化水箱5，用于收集从汇渣室3淌下的液态渣；进料口 11位于燃烧室2的顶部；二次风口 8位于燃烧室2上部的炉墙上；燃烧室烟气出口 4位于燃烧室2下部与汇渣室3的连接处；燃烧室烟气出口 4处设有一排捕渣管10，用于捕集出口烟气携带的熔渣，净化出口烟气，燃烧室 2可设计为绝热空间，内不布置水冷壁等受热面，在这种实施方式下，捕渣管10是的余热锅炉12的炉膛水冷壁14的管排弯折延伸拉稀而成；燃烧室2内也可布置有水冷壁受热面，在这种实施方式下，捕渣管10则由生物质燃烧炉1的燃烧室水冷壁拉稀而成；捕渣管10的顶部设有挡渣檐7 ；给料装置为活塞推料器9，用于将生物质散料包经进料口 1送入燃烧室2 内；该生物质燃烧装置还包括余热锅炉12和尾部烟道17，余热锅炉12通过水平烟道13与燃烧室烟气出口 4相连接，在余热锅炉12内布置有炉膛水冷壁14，余热锅炉12的炉膛内悬挂有过热器16，过热器16由汽冷屏或蛇形管所形成，两屏间距离较宽且布置有吹灰装置， 用于间歇对过热器16进行吹灰和清洗，烟气经过炉膛水冷壁14和过热器16的换热，进入尾部烟道17的烟气温度只有500°C左右，有效避免了尾部烟道17内受热面的结渣和腐蚀； 余热锅炉12的底部设有密封水箱15，用于收集炉膛12内烟气经物理分离和吹灰落下的灰渣；尾部烟道17内的空气预热器出口与二次风口 8通过管道相连接，二次风经空气预热器预热后通过二次风口 8送入燃烧室2内，尾部烟道17外设置引风机18，整个锅炉设备的烟气流动由引风机18的抽吸作用提供动力，形成了炉内的负压运行。图2表示出了液态排渣生物质燃烧装置二次风口布置的结构，二次风口 8可布置多个，一般采用四个环形分布的风口，且呈水平倾斜布置，倾斜角度α为30-60°，能够在燃烧室内形成切向旋流燃烧，使燃烧充分，燃烧室内温度迅速升高并维持在1300°C左右。如图3所示，述挡渣檐7是由对称布置且向下倾斜的两檐构成，倾斜角度β为 5-15°，镶焊于燃烧室2的内壁上；挡渣檐7跨度H大于燃烧室烟气出口 4的宽度L，用以将沿内壁流淌下来的液态熔渣分流，绕过燃烧室烟气出口 4而进入汇渣室3，避免熔渣流经燃烧室烟气出口 4而被排烟携带，挡渣檐11的两檐倾斜角度β为5-15°，保证分流的熔渣能够顺利从两侧淌下，挡渣檐11跨度H大于燃烧室烟气出口 4的宽度L，主要是保证分流的熔渣完全绕开燃烧室烟气出口 4。本发明的工作原理使用时，生物质燃料包不断地由活塞推料器9通过进料口 11 送入生物质燃烧炉1的燃烧室2内，尾部烟气引风机18的抽吸作用使生物质燃烧炉1和余热锅炉12内呈负压状态，进料口 1不断有空气漏入，用于燃烧。二次风空气由余热锅炉12 的尾部烟道17内空气预热器预热到150-400°C，通过燃烧室2上部的二次风口 8旋流送入燃烧室2内，燃烧室内2过量空气系数达到1. 0 1. 2，生物质燃料在旋流二次风的带动下在燃烧室2内形成旋流燃烧，燃烧温度为1200 1400°C，生物质灰渣即熔化，形成液态熔渣。液态熔渣被旋流流动甩向燃烧室2内壁，流入粒化水箱5而被捕集下来。所产生的烟气经燃烧室烟气出口 4排出燃烧室2，挡渣檐7将沿燃烧室2内壁流下的熔渣分流绕过燃烧室烟气出口 4，避免出口烟气的过多携带，而捕渣管10将出口烟气中携带的熔渣不断捕集下来。烟气进入余热锅炉12内与炉膛水冷壁及屏式过热器16进行热交换，进入尾部烟道 17的烟气降至480-520°C。过热器16装有定期吹灰装置，余热锅炉12炉膛内被物理分离和吹灰落下的灰渣落入密封水箱15内。温度较低且含渣率很低的烟气进入尾部烟道17，有效避免了尾部烟道17内对流受热面的积灰、结焦和腐蚀等。烟气在尾部烟道17内与对流受热面换热后降至120-150°C经引风机18排出。
本发明结构简单，操作方便，燃烧效率高，针对灰熔点较低的生物质燃料燃烧，合理地解决了其结焦和腐蚀等难题。
权利要求
1.一种液态排渣生物质燃烧装置，含有生物质燃烧炉(1)和给料装置，其特征在于所述生物质燃烧炉(1)包括进料口(11)、燃烧室O)、汇渣室(3)、燃烧室烟气出口 、炉墙 (6)和二次风口⑶；燃烧室(2)下端的收缩段为汇渣室(3)，汇渣室(3)下部设有粒化水箱 (5)；进料口(11)位于燃烧室(2)的顶部；所述二次风口⑶位于燃烧室(2)上部的炉墙上；燃烧室烟气出口(4)位于燃烧室( 下部与汇渣室C3)的连接处；燃烧室烟气出口(4) 处设有一排捕渣管(10)，捕渣管(10)的顶部设有挡渣檐(7)；该生物质燃烧装置还包括余热锅炉(12)和尾部烟道(17)，所述余热锅炉(12)通过水平烟道(13)与燃烧室烟气出口 (4)相连接，在余热锅炉(12)内布置有炉膛水冷壁(14)，余热锅炉(12)的炉膛内悬挂有过热器(16)，余热锅炉(1 的底部设有密封水箱(1 ；所述尾部烟道(17)内的空气预热器出口与二次风口(8)通过管道相连接，尾部烟道(17)外设置引风机(18)。
2.根据权利要求1所述的一种液态排渣生物质燃烧装置，其特征在于所述捕渣管 (10)是由余热锅炉(12)的炉膛水冷壁(14)的管排弯折延伸拉稀而成。
3.根据权利要求1所述的一种液态排渣生物质燃烧装置，其特征在于所述燃烧室(2) 的内壁设有燃烧室水冷壁，所述捕渣管(10)由生物质燃烧炉(1)的燃烧室水冷壁拉稀而成。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种液态排渣生物质燃烧装置，其特征在于所述二次风口(8)为四个环形分布的风口，且呈水平倾斜布置，倾斜角度α为30-60°。
5.根据权利要求4所述的一种液态排渣生物质燃烧装置，其特征在于所述挡渣檐(7) 是由对称布置且向下倾斜的两檐构成，倾斜角度β为5-15°，镶焊于燃烧室(2)的内壁上； 挡渣檐(7)跨度H大于燃烧室烟气出口(4)的宽度L。
6.根据权利要求1所述的一种液态排渣生物质燃烧装置，其特征在于所述过热器 (16)由汽冷屏或蛇形管所形成，屏间布置有吹灰装置。
7.根据权利要求1所述的一种液态排渣生物质燃烧装置，其特征在于所述给料装置为活塞推料器(9)。
8.一种采用如权利要求1所述装置的液态排渣生物质燃烧方法，其特征在于该方法包括如下步骤1)生物质燃料通过进料口送入生物质燃烧炉的燃烧室内，空气经余热锅炉尾部烟道内的空气预热器预热到150-400°C，通过燃烧室上部的二次风口旋流送入燃烧室内；2)生物质燃料在旋流二次风的带动下在燃烧室内形成旋流燃烧，燃烧温度为1200 1400°C，生物质灰渣即熔化，形成液态熔渣；3)液态熔渣被旋流流动甩向燃烧室内壁，流入粒化水箱；4)烟气经燃烧室烟气出口进入余热锅炉内与炉膛受热面进行热交换，进入尾部烟道的烟气降至480-520°C，余热锅炉炉膛内的熔渣落入密封水箱；5)烟气在尾部烟道内与对流受热面换热后降至120-150°C经引风机排出。
9.根据权利要求8所述的液态排渣生物质燃烧方法，其特征在于所述生物质燃烧炉的燃烧室内过量空气系数为1. 0 1. 2。
全文摘要
一种液态排渣生物质燃烧装置及方法，属于生物质燃烧技术领域。其装置包括生物质燃烧炉、余热锅炉及其尾部烟道。生物质燃烧炉的燃烧室上部水平倾斜布置有二次风口，燃烧室底部的烟气出口设有一排捕渣管，排渣管顶部设有挡渣檐，实现有效捕渣。本发明方法是将空气预热到150-400℃后通过二次风口旋流送入燃烧室，燃烧室温度迅速升至1300℃，生物质灰渣熔化，实现液态排渣，烟气与余热锅炉炉膛内受热面充分热交换，降至500℃左右进入尾部烟道，排烟降至120-150℃经引风机抽出。本发明的装置简单、结构合理，实施方法能够充分实现生物质燃烧液态排渣，烟气洁净，解决了因生物质灰熔点低造成的锅炉内积灰、结焦和腐蚀等问题。
文档编号F23L9/00GK102425787SQ20111039476
公开日2012年4月25日 申请日期2011年12月2日 优先权日2011年12月2日
发明者吕俊复, 王庆功, 蒋文斌, 郎威 申请人:沈阳汇丰生物能源发展有限公司, 清华大学