一种采用两相流高效净化的生物质燃烧炉的制作方法

本发明涉及一种采用两相流高效净化的生物质燃烧炉，属于能源与环境技术领域。

背景技术：

全球气温变暖受到政府以及相关部门的关注，减少二氧化碳等温室气体的排放迫在眉睫。生物质能源由于其二氧化碳零排放以及可再生等优点，成为能源领域关注的热点。《可再生能源产业发展指导目录》中指出，用于直接发电的生物质主要是农作物秸秆、林木质等农林业的废弃物。生物质用于燃烧发电不仅可以减少火力发电行业二氧化碳排放，而且能够缓解传统燃料紧缺的危机。

我国也已经将生物质利用技术的研究与应用作为重点研究课题。我国生物质发电已有20年以上的研发和利用经验，这种生物质利用方式在未来10-20年仍大有可为。生物质发电的新增装机容量在从2006年到2010年的4年间累计新增330万千瓦，《可再生能源发展“十二五”规划2015年，生物质发电装机将达330万千瓦，到2020年将达3000万千瓦。目前生物质发电已经成为技术最成熟、发展规模最大的生物质能利用领域。

生物质中碱性物质及氯含量高，在燃烧时易在锅炉受热面表面形成积灰，增大炉内传热热阻，降低锅炉热效率，引发严重恶性事件。且积灰中的碱金属及氯还会造成受热面的腐蚀。积灰及腐蚀问题已经成为阻碍生物质发电技术发展的主要障碍。

目前，使用生物质燃料的燃烧炉，炉内受热面积灰和结渣问题较严重，生物质燃烧炉热效率为70-75％之间，例如cn201721572480.4公开了一种热管换热双炉膛生物质锅炉驱动有机朗肯循环分布式热电联供系统，该专利中热管换热双炉膛生物质锅炉的热效率为73％左右，cn201721574131.6公开的一种双炉膛生物质锅炉驱动有机朗肯循环的双炉膛生物质锅炉热效率为70％左右，cn201610606102.7公开的一种生物质燃烧热能驱动吸收式有机朗肯循环分布式冷热电联供系统的生物质锅炉，其热效率为75％左右，炉内换热效果差，热能利用低，浪费资源，未充分利用的热能排放于空气中，造成周围环境的热污染。

技术实现要素：

为了克服现有技术不足，本发明提供一种采用两相流高效净化的生物质燃烧炉，生物质燃烧炉将两相流喷淋装置集成至该炉膛内的上部，两相流喷头的喷淋方向与燃烧产物烟气流向相反，其两相流为不溶于水的打渣剂和水，在炉膛上部将两相流打渣剂喷淋至炉内与上升的高温生物质烟气逆向直接接触，实现上、中、下三层梯级高效捕捉由于生物质燃烧而产生的挥发性灰、小颗粒灰、大颗粒灰和碱金属物质，减少受热面积灰结渣及腐蚀问题，降低烟气排放温度，增加炉内扰动提高换热效率，延长燃料燃烧行程，实现高效、洁净、环保、稳定的生物质能转化利用。

解决本发明的技术问题所采用的方案是：

一种采用两相流高效净化的生物质燃烧炉，主要包括炉膛、炉排、灰仓、水冷壁、送料机、风机和排渣斗，所述炉排设置于炉膛下部，炉排下方依次设置排渣斗和灰仓，所述水冷壁位于炉膛顶部，其特征在于，所述生物质燃烧炉还包括两相流喷淋装置和打渣剂池，所述两相流喷淋装置包括一个环形管，所述环形管上均匀布置若干两相流喷头，所述环形管位于水冷壁和炉排之间，所述打渣剂池的侧面和上端分别与两段进水管一端连通，该两段进水管的另一端分别贯穿炉膛并分别与环形管相连通。

本发明中的两段进水管上均设置一个液力输送泵。

优选地，所述两段进水管与环形管的连接点沿环形管径向对称。

所述打渣剂池位于炉膛外部，所述液力输送泵设置于炉膛外部的进水管上。

本发明中所述的打渣剂池中装有打渣剂与水的混合物，该混合是由的30％-35％打渣剂和65％-70％的水组成打渣剂/水混合物。

所述打渣剂不溶于水，所述打渣剂选自mgo、灰渣或河砂中的一种或多种，优选为mgo。

所述打渣剂的粒径为60～100目，优选为80目。

优选地，所述打渣剂池中设置搅拌装置，所述搅拌装置优选设置在打渣剂池底部，通过搅拌装置搅拌使打渣剂与水混合均匀。

本发明中，所述炉膛的上端一侧设置出烟口，所述出烟口通过烟气管道与一烟囱相连通。

本发明中，所述风机的送风管穿过炉排与排渣斗之间的炉膛壁伸进炉膛中。

所述送料机穿过炉膛壁与炉排连接，将燃料输送至炉排上进行燃烧。

本发明中，所述的两相流喷头为液-固两相流喷头，所述两相流喷头的喷嘴孔径大于打渣剂粒径，以便保证打渣剂能够从喷嘴喷出。

本发明中，所述的环形管形成的环形截面的直径为炉膛内径的1/3～4/5，优选为1/2～3/4。

所述环形管上两相流喷头的数量根据炉膛横截面大小而确定，确定的原则是从两相流喷头喷出的打渣剂和水的混合物能够尽可能地覆盖炉排燃烧产生的烟气，从而达到减少炉排等受热面结渣和积灰的目的。

所述水冷壁的作用是水冷壁中的工质与燃料燃烧产生的热能进行交换，水冷壁中的工质可以采用水，也可以采用有机介质，如甲苯、戊烷、四氟乙烷、丁烷、异丁烷、戊烷、异戊烷、环戊烷、8-甲基，3-硅氧烷，10-甲基，4-硅氧烷中任一种或几种的混合物。

本发明所述的送料机可以为槽型皮带或者隔板皮带等其他形式的送料机，优选为槽型皮带。

本发明所述的生物质燃烧炉用于水生植物等生物质废弃物的燃烧，所述的生物质废弃物选自水葫芦、水白菜和蓝藻等水生植物生物质燃料。

本发明的生物质燃烧炉的工作原理是：

燃料通过送料机送至炉膛内部的炉排上，风机的送风管将空气从炉排底部供入炉膛内，燃料与空气在炉内剧烈燃烧产生高温的生物质烟气，上升的高温生物质烟气与水冷壁内的水进行热交换。

将打渣剂/水混合物储存于打渣剂池中，不溶于水的打渣剂和水在除渣池中充分混合，在液力输送泵的作用下打渣剂/水混合物通过进水管进入环形管，并通过环形管上的两相流喷头进行喷淋，其喷淋方向与燃烧产物烟气流向相反，打渣剂/水混合物在炉膛上部被喷淋至炉膛内，与上升的高温生物质烟气逆向直接接触。

其中，打渣剂/水混合物被喷入炉膛后，分为上、中、下三层进行吸附除渣，上层为液相除渣，中层为液固两相除渣，下层为固相除渣；上层液相水携带固相不溶于水的打渣剂以雾化形式从炉膛上部喷入，与高温生物质燃烧产生的烟气逆向接触，一方面黏附了炉膛上部的飞灰达到除尘效果，另一方面降低了炉膛上部的烟气温度，因此在炉膛上部采用液相除渣可以防止烟气携带大量飞灰进入外界环境中，并且降低了烟气的温度。

同时，从喷头喷出的液固两相流在向下喷淋的过程中，液相水与高温生物质燃气接触，液相水部分气化而析出打渣剂，该过程通过水和打渣剂共同吸附由于下层生物质燃烧产生而没有吸附完全的挥发性灰、小颗粒灰、大颗粒灰和碱金属物质，实现了二次吸附。

当从喷头喷出的液固两相流到达炉膛下层时，液相水全部气化，固相打渣剂完全析出与生物质燃烧灰渣和腐蚀物进行逆向接触，打渣剂对炉膛下层因生物质燃烧而产生的挥发性灰、小颗粒灰、大颗粒灰和碱金属物质进行第一次吸附。该生物质燃烧炉采用液固两相对生物质燃料燃烧产生的灰渣和腐蚀物进行从炉膛上部到炉膛下部三次吸附除渣，达到高效洁净的生物质燃烧效果。完成了在整个燃烧过程中吸附的打渣剂顺着炉膛两侧落下排入排渣斗，然后进入灰仓中运走。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的生物质燃烧炉将两相流喷淋装置集成至该炉膛内的上部，两相流打渣剂喷淋至炉内与上升的高温生物质烟气逆向直接接触式吸附，打渣剂/水混合物在向下喷淋过程中固液分离，使得炉膛上部主要介质为水，中部主要为打渣剂和水，下部为打渣剂固体颗粒，实现上、中、下三层梯级高效捕捉和吸附，减少整个炉膛受热面的积灰和结渣、积灰及腐蚀的问题，达到高效、洁净、环保、稳定的生物质能转化利用的目的。

(2)在燃烧方面，采用固液两相流喷淋方式可以防止燃烧飞灰覆盖于燃料表面阻碍燃料与空气接触充分燃烧，提高燃烧效率。

(3)在热转换和利用方面，采用固液两相流喷淋方式可以防止燃烧灰渣和腐蚀物覆盖于换热面表面，提高换热效率。

(4)在烟气处理方面，采用固液两相流喷淋方式可以防止烟气携带大量的灰渣和腐蚀物进入外界环境中，并且降低了烟气的温度，采用该种方式对环境保护是非常有利的。

(5)在炉膛内设备使用寿命方面，采用固液两相流喷淋方式降低对设备的腐蚀和积灰，保证生物质炉安全平稳的运行，减少了对其检修的次数，提高了生物质炉的使用寿命。

附图说明

图1为本发明生物质燃烧炉的结构示意图。

图2为图1中a-a截面示意图。

图中：1-炉膛；2-炉排；3-灰仓；4-两相流喷头；5-打渣剂池；6-水冷壁；7-液力输送泵；8-送料机；9-风机；10-排渣斗；11-烟囱；12-进水管；13-环形管、14-搅拌装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构进行进一步的说明，这些附图只是本发明的优选的具体实施例，并不是对本发明的限制。

如图1和2所示，所述的采用两相流高效净化的生物质燃烧炉主要包括炉膛1、炉排2、灰仓3、水冷壁6、送料机8、风机9和排渣斗10，所述炉排2设置于炉膛1下部，炉排2下方依次设置排渣斗10和灰仓3，所述水冷壁6位于炉膛1顶部，其特征在于，所述生物质燃烧炉还包括两相流喷淋装置和打渣剂池5，所述两相流喷淋装置包括一个环形管13，所述环形管13上均匀布置若干两相流喷头4，所述环形管13位于水冷壁6和炉排2之间，所述打渣剂池5位于炉膛1外部，打渣剂池5的侧面和上端分别与两段进水管12一端连通，该两段进水管12的另一端分别贯穿炉膛1并分别与环形管13相连通，两段进水管12与环形管13的连接点沿环形管径向对称，两段进水管12位于炉膛1外部的部分上均设置一个液力输送泵7。

在打渣剂池5底部设置一搅拌装置14，在炉膛1的上端一侧设置出烟口，出烟口通过烟气管道与一烟囱11相连通。风机9的送风管穿过炉排2与排渣斗10之间的炉膛壁伸进炉膛1中。送料机8穿过炉膛壁与炉排2连接，将燃料输送至炉排2上进行燃烧。

该具体实施方式中所述环形管13形成的环形截面的直径为炉膛1直径的3/4，环形管上两相流喷头的数量为8个。

本发明生物质燃烧炉的工作过程为：送料机8将料仓中的燃料送入炉膛1，风机9的送风管将空气从炉排2下方供入，燃料与空气在炉膛1内剧烈燃烧产生高温的生物质烟气，上升的高温生物质烟气与水冷壁内的水进行热交换。挥发性灰等结渣和腐蚀受热面物质的热灰顺着炉膛1两侧落下排入排渣斗10，然后进入灰仓3中储存等待运走，打渣剂/水混合物储存于打渣剂池5中并充分混合，在液力输送泵7的作用下打渣剂/水混合物通过进水管12进入环形管13，并通过环形管13上的两相流喷头4进行喷淋，喷淋方向与燃烧产物烟气流向相反，打渣剂/水混合物在炉膛1上部被喷淋至炉膛1内，与上升的高温生物质烟气逆向直接接触，捕捉由于生物质燃烧而产生的挥发性灰、小颗粒灰、大颗粒灰和碱金属物质，同时降低出口烟气温度，从而完成一次高效洁净的燃烧循环。

实施例1：

采用如图1所示的高效净化生物质燃烧炉进行如下实验，该高效生物质燃烧炉每小时可以产生2吨蒸汽。该实施例采用的打渣剂为mgo，打渣剂的质量百分比为35％，水占65％。

生物质燃料为水葫芦生物质颗粒，水冷壁中的换热工质为水，该生物质燃烧炉的工况条件如下：额定蒸发量2t/h,额定工作压力为0.7mpa,额定蒸汽温度为171℃，额定给水温度为20℃，受热面积为44.9m²,外形尺寸为长*宽*高＝5370mm*2500mm*3525mm，锅炉最大件重量为19t，在生物质燃烧炉上部加入了两相流喷淋装置向炉膛1内喷淋打渣剂和水的混合物。

实验结果表明，本发明的高效净化生物质燃烧炉的热效率可以提高5-10％左右，可以达到大约90％的热效率。

对比例1：采用每小时可以产生2吨蒸汽的生物质燃烧炉进行以上实验，生物质燃料为水葫芦生物质颗粒，该生物质燃烧炉的工况条件如下：额定蒸发量2t/h,额定工作压力为0.7mpa,额定蒸汽温度为171℃，额定给水温度为20℃，受热面积为44.9m²,外形尺寸为长*宽*高＝5370mm*2500mm*3525mm，锅炉最大件重量为19t，没有采用两相流喷淋装置。其热效率只有70％左右。参考申请公开号为cn201610606102.7的中国专利公开的双炉膛生物质锅炉和热管双炉膛生物质锅炉，改进以上没有采用两相流喷淋装置的生物质锅炉，其热效率也才能达到75％左右。

通过以上对比分析，生物质燃烧过程中高碱性物质和氯含量而形成受热面积灰和结渣，增大炉内传热热阻，是降低生物质锅炉热效率的主要原因，积灰及腐蚀问题是阻碍生物质热效率提高的主要障碍，然而只在生物质燃烧炉结构上改进，不能从根本上提高生物质锅炉热效率的问题，因此本发明从根本上解决生物质锅炉积灰及腐蚀的问题。

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。