本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種蓄熱式生物質(zhì)氣化燃燒裝置及其生產(chǎn)工藝，其裝置部分包括上吸式氣化爐和蓄熱式鍋爐系統(tǒng)，其還包括有燃?xì)庠鰤貉b置；所述燃?xì)庠鰤貉b置包括成對(duì)設(shè)置的引射器；所述引射器以所述蓄熱式鍋爐系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽或者煙氣為介質(zhì)，對(duì)所述上吸式氣化爐產(chǎn)生的燃?xì)膺M(jìn)行引射，以形成高壓/高速燃?xì)馍淞鳎瑖娙氲剿鲂顭崾藉仩t系統(tǒng)進(jìn)行燃燒。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)滿(mǎn)足了高溫低氧蓄熱式燃燒方法對(duì)于燃燒流場(chǎng)的工藝要求，并避免了在蓄熱體內(nèi)產(chǎn)生積灰，從而保證了蓄熱式燃燒的穩(wěn)定運(yùn)行。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)在高溫低氧環(huán)境下可以充分、順利燃燒，且NOx產(chǎn)生量小、燃燒過(guò)程積灰量小、腐蝕性小、煙氣排放量小，其熱效率高、節(jié)能、環(huán)保。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
蓄熱式生物質(zhì)氣化燃燒裝置及其生產(chǎn)工藝
本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種生物質(zhì)原料燃燒裝置及其生產(chǎn)工藝，尤其涉及一種蓄熱式生物質(zhì)氣化燃燒裝置及其生產(chǎn)工藝。
技術(shù)介紹
生物質(zhì)能是通過(guò)綠色植物的光合作用把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能后固定和貯藏在生物體內(nèi)的能量，是唯一可再生的CO2零排放中性燃料。而且，生物質(zhì)中的硫含量極低，僅相當(dāng)于特低硫煤中硫含量的1/2?1/5。因此，如果能合理地利用這一清潔的可再生能源，將極大地緩解全球變暖、能源短缺以及大氣污染的現(xiàn)狀。不過(guò)，由于生物質(zhì)的分布非常分散，而且密度較低，運(yùn)輸半徑?jīng)Q定了其更適合于作為中小型分布式能源加以利用，而不適合于大規(guī)模集中利用。生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)換技術(shù)主要包括直接燃燒、氣化、液化等多種。就目前而言，由于原料供應(yīng)易于解決以及使用場(chǎng)合靈活等特點(diǎn)，小型生物質(zhì)利用設(shè)備的使用日趨廣泛。特別是小型生物質(zhì)直燃鍋爐，其低硫、CO2零排放、以及運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較低的特點(diǎn)，尤其適合用于某些居住小區(qū)的供暖或工業(yè)企業(yè)的供熱干燥等場(chǎng)合。在當(dāng)前中國(guó)大氣霧霾污染日趨嚴(yán)重、各大城市先后禁止小型燃煤鍋爐在城區(qū)使用的形勢(shì)下，中小型特別是小型的生物質(zhì)直燃鍋爐逐漸呈現(xiàn)出替代燃煤鍋爐的趨勢(shì)，在小型鍋爐市場(chǎng)受到了越來(lái)越多的歡迎。不過(guò)，當(dāng)前使用的中小型生物質(zhì)直燃鍋爐仍存在一些明顯的缺陷，集中體現(xiàn)在:(I)鍋爐在實(shí)際運(yùn)行中的過(guò)量空氣系數(shù)α值往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其設(shè)計(jì)值1.2?1.75，排煙處的過(guò)量空氣系數(shù)多在2?3.5之間，有的甚至超過(guò)4，而過(guò)量空氣系數(shù)每提高0.1，鍋爐的熱效率將下降0.5?0.7% ;(2)因?yàn)殄仩t自動(dòng)化程度低，或一二次風(fēng)分配不合理，甚至根本未設(shè)二次風(fēng)等問(wèn)題，導(dǎo)致了含高揮發(fā)份生物質(zhì)燃料發(fā)生化學(xué)不完全燃燒；(3)生物質(zhì)中富含鉀、鈉等堿金屬和鈣、鎂等堿土金屬，其在燃燒過(guò)程中容易揮發(fā)進(jìn)入煙氣，并在換熱管壁上形成不易清除的硬質(zhì)灰沉積，嚴(yán)重時(shí)會(huì)明顯降低換熱管的換熱效率，造成鍋爐排煙溫度過(guò)高。一般小型工業(yè)鍋爐排煙溫度在180?240°C之間，有的甚至高達(dá)300°C以上。如果同時(shí)過(guò)量空氣系數(shù)也偏高，則會(huì)造成更為嚴(yán)重的排煙損失。粗略估計(jì)，此時(shí)鍋爐排煙溫度每提高10°C，排煙損失增加0.5?0.8%，鍋爐效率下降1% ；(4)生物質(zhì)中富含Cl元素，燃燒后會(huì)以HCl及氯化物鹽的形式揮發(fā)到煙氣中，造成換熱管管壁上嚴(yán)重的高溫腐蝕，增加了爆管的風(fēng)險(xiǎn)；(5)生物質(zhì)燃料的高含水量使得排煙中蘊(yùn)含的水蒸汽潛熱很高，但是，為了避免發(fā)生低溫腐蝕(氯化氫溶于水形成鹽酸，三氧化硫溶于水形成硫酸)，這部分蒸汽潛熱不易通過(guò)冷凝的方法得到回收；(6)容量相同時(shí)，生物質(zhì)鍋爐及其燃料儲(chǔ)倉(cāng)間的占地面積相比燃煤鍋爐更大，高度也更高，在將燃煤鍋爐更換或改造為生物質(zhì)鍋爐時(shí)容易造成安裝空間不足；(7)生物質(zhì)中的氮含量與生物質(zhì)種類(lèi)、植物部位等有關(guān)。例如，軟木和硬木氮量較低，僅0.1 %,軟木和硬木的葉子、伐木殘料以及稻麥稻桿氮含量較聞，在0.3-0.8 %。研究表明，當(dāng)?shù)看笥?.6%時(shí)，就需要考慮脫氮問(wèn)題。然而，小型生物質(zhì)鍋爐增設(shè)脫氮裝置后，其單位容量投資、運(yùn)行和管理成本相對(duì)大容量鍋爐而言將會(huì)大大增加，這將會(huì)嚴(yán)重威脅其競(jìng)爭(zhēng)力。而且，煙氣中富含的堿金屬類(lèi)飛灰容易造成選擇性催化還原脫硝系統(tǒng)中催化劑的中毒失效，妨礙脫硝系統(tǒng)的正常運(yùn)行。(8)生物質(zhì)雖然硫含量很低，但是高過(guò)量空氣系數(shù)條件下，也易出現(xiàn)硫被氧化進(jìn)而生成硫酸鹽，而硫酸鹽的生成是導(dǎo)致鍋爐換熱面上硬質(zhì)灰沉積形成的主要原因。綜上所述，現(xiàn)有小型生物質(zhì)鍋爐在當(dāng)前應(yīng)用中仍存在較多問(wèn)題，無(wú)論是其系統(tǒng)組成還是工藝路線(xiàn)選擇，都存在著較大的改進(jìn)空間。主要原因在于，富含堿金屬的生物質(zhì)燃料在燃燒過(guò)程中所引起的灰堵塞所致有效換熱面積減小，以及燃燒過(guò)程所致的高溫腐蝕，一直是生物質(zhì)直燃設(shè)備中需要著力克服的難題。將生物質(zhì)原料先氣化再燃燒是解決上述難題的有效途徑之一。蓄熱式燃燒技術(shù)被國(guó)際上公認(rèn)為是二十一世紀(jì)的核心工業(yè)技術(shù)之一，對(duì)以燃燒為基礎(chǔ)的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)帶來(lái)了變革性的發(fā)展。采用了該種燃燒技術(shù)的熱設(shè)備，依靠其能獲得高溫預(yù)熱空氣的能力和燃?xì)饬鞯母咚倬砦闪骰旌献饔茫蓪?shí)現(xiàn)在超低過(guò)量空氣系數(shù)下低熱值燃?xì)獾姆€(wěn)定燃燒，以及超低NOx排放、低CO2排放和余熱的極限回收。而且，相應(yīng)熱設(shè)備的體積也能大大降低。因此，蓄熱式燃燒方式以其能夠獲得高溫預(yù)熱空氣的能力，有望成為解決這類(lèi)低熱值燃?xì)馊紵毕莸淖罴讶紵绞健２贿^(guò)，生物質(zhì)氣化燃?xì)獠捎眯顭崛紵绞綍r(shí)，一些其他的難題也隨之而來(lái)，這些難題主要如下:(I)蓄熱式燃燒要求燃?xì)饩哂休^高的壓力。雖然加壓氣化爐所產(chǎn)燃?xì)饪梢灾苯訚M(mǎn)足這一要求，但是加壓氣化爐的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，對(duì)關(guān)鍵制造技術(shù)以及運(yùn)行的要求都很高，小型氣化爐中一般很難采用，因此，在大多場(chǎng)合下都只采用常壓氣化爐。不過(guò)，常壓氣化爐所產(chǎn)燃?xì)獾膲毫Χ己艿?有時(shí)甚至是負(fù)壓)，必須經(jīng)過(guò)大幅升壓后才能依靠高壓燃?xì)馍淞鞯木砦饔脤?shí)現(xiàn)與已燃盡煙氣的紊流混合，從而形成局部低氧的流場(chǎng)分布，最終達(dá)到高溫低氧低NOx燃燒的目的。否則，高的預(yù)熱空氣溫度將導(dǎo)致NOx排放的大幅度增加。不過(guò)，對(duì)燃?xì)獾脑鰤汉茈y利用風(fēng)機(jī)來(lái)進(jìn)行，因?yàn)槿細(xì)庵胁坏缓褂?各種氣化爐均有，上吸式氣化爐中最多)，氯化氫(各種氣化爐均有，加壓氣化爐中最多)、飛灰(上吸式氣化爐中極少，流化床中極多)，甚至具有較高的溫度(流化床與下吸式氣化爐中700?900°C，上吸式氣化爐中200?300°C )。因工作條件惡劣，一般風(fēng)機(jī)難以勝任。(2)蓄熱式燃燒的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行要求盡最大可能避免在蓄熱體中發(fā)生積灰。通常，由于堿金屬類(lèi)飛灰冷凝物本身也具有類(lèi)似蓄熱體的蓄熱能力。因此，少量積灰對(duì)于蓄熱片的工作性能影響較小。但是，當(dāng)煙氣中含有飛灰量較大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致蓄熱體中發(fā)生嚴(yán)重的積灰，不但會(huì)導(dǎo)致蓄熱體材料的堵塞，逼迫其頻繁停機(jī)清洗，而且有可能誘發(fā)蓄熱體材料發(fā)生侵蝕，嚴(yán)重降低其使用壽命。蓄熱體堵灰的可能來(lái)源有兩個(gè)，一是氣化燃?xì)庵苯訑y帶的堿金屬/堿土金屬類(lèi)飛灰，二是燃?xì)庵懈缓慕褂驮诟邷氐脱跞紵^(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生的炭黑粒子，因?yàn)榻褂偷摩?C比很低，易發(fā)生燃燒不完全而形成炭黑粒子。炭黑粒子雖數(shù)量較少且不會(huì)侵蝕蓄熱體，但是長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)也會(huì)增加蓄熱體材料的清洗負(fù)擔(dān)，而且，也會(huì)增大燃料的物理不完全燃燒損失。相比而言，流化床氣化爐的一個(gè)最顯著的特點(diǎn)即是燃?xì)庵袝?huì)攜帶大量的堿金屬/堿土金屬等各類(lèi)飛灰，顯然，這會(huì)給蓄熱體的正常工作帶來(lái)巨大的麻煩，將導(dǎo)致整套裝置很難實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。而對(duì)于上吸式氣化爐而言，燃?xì)庵械膲A金屬/堿土金屬飛灰雖然已經(jīng)被高效脫除，但是炭黑粒子生成的問(wèn)題卻變得相對(duì)突出，因?yàn)樯衔綒饣癄t所產(chǎn)燃?xì)庵邢啾绕渌麣饣问蕉院懈嗟慕褂汀２贿^(guò)，有研究表明，當(dāng)燃?xì)饬髦泻幸欢康乃羝麜r(shí)，可以將高溫低氧燃燒過(guò)程中炭黑粒子的生成控制在一個(gè)極低的水平。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)201010528864.2公開(kāi)了一種蓄熱式燃燒裝置以及生物質(zhì)氣加熱系統(tǒng)，其技術(shù)思想主要是，利用流化床進(jìn)行生物質(zhì)原料氣化，后再進(jìn)行蓄熱燃燒，以利用生物質(zhì)能。其采用的技術(shù)手段主要是，利用高溫燃燒產(chǎn)物與低溫助燃介質(zhì)輪流的通過(guò)蓄熱體進(jìn)行間接熱交換，以提高燃?xì)鉄崂眯剩⒈ＷC燃?xì)馊紵姆€(wěn)定性；其對(duì)于流化床氣化爐的反應(yīng)產(chǎn)物，采用的是兩級(jí)分離的方法。不過(guò)，由于流化床氣化爐存在燃?xì)庵泻伊糠浅８叩谋锥耍M管其對(duì)于燃燒產(chǎn)物也提供了一本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種蓄熱式生物質(zhì)氣化燃燒裝置，包括上吸式氣化爐和蓄熱式鍋爐系統(tǒng)，其中，上吸式氣化爐用于將生物質(zhì)原料氣化成燃?xì)猓黄涮卣髟谟冢€包括有燃?xì)庠鰤貉b置；所述燃?xì)庠鰤貉b置包括成對(duì)設(shè)置的引射器；所述引射器以所述蓄熱式鍋爐系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽或者再循環(huán)煙氣為介質(zhì)，對(duì)所述上吸式氣化爐產(chǎn)生的燃?xì)膺M(jìn)行引射，以形成高壓/高速燃?xì)馍淞鳎?jīng)燃燒噴嘴噴入到所述蓄熱式鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行燃燒；所述蓄熱式鍋爐系統(tǒng)除提供所述引射器所需蒸汽外，還對(duì)外供送熱水或者蒸汽。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種蓄熱式生物質(zhì)氣化燃燒裝置，包括上吸式氣化爐和蓄熱式鍋爐系統(tǒng)，其中，上吸式氣化爐用于將生物質(zhì)原料氣化成燃?xì)猓黄涮卣髟谟冢€包括有燃?xì)庠鰤貉b置； 所述燃?xì)庠鰤貉b置包括成對(duì)設(shè)置的引射器； 所述引射器以所述蓄熱式鍋爐系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽或者再循環(huán)煙氣為介質(zhì)，對(duì)所述上吸式氣化爐產(chǎn)生的燃?xì)膺M(jìn)行引射，以形成高壓/高速燃?xì)馍淞鳎?jīng)燃燒噴嘴噴入到所述蓄熱式鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行燃燒； 所述蓄熱式鍋爐系統(tǒng)除提供所述引射器所需蒸汽外，還對(duì)外供送熱水或者蒸汽。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄熱式生物質(zhì)氣化燃燒裝置，其特征在于，所述上吸式氣化爐自下而上依次包括有灰室、殼體、爐篦、氧化層、還原層、干餾層、干燥層、燃?xì)庾詣?dòng)開(kāi)關(guān)閥以及設(shè)置在氣化爐上方的料斗； 所述引射器以并聯(lián)方式成對(duì)設(shè)置，每個(gè)引射器均包括有進(jìn)口端、接受室、噴嘴、混合室、擴(kuò)壓室和出口端； 所述蓄熱式鍋爐系統(tǒng)包括再循環(huán)煙氣增壓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、四通換向閥、鼓風(fēng)機(jī)、爐膛、第一蓄熱體、第二蓄熱體、第一燃燒嘴、第二燃燒嘴、第一引射器、第二引射器、上吸式生物質(zhì)氣化爐、第一蒸汽開(kāi)關(guān)閥、第二蒸汽開(kāi)關(guān)閥、第一燃?xì)庾詣?dòng)開(kāi)關(guān)閥、第二燃?xì)庾詣?dòng)開(kāi)關(guān)閥、煙氣三通閥； 所述連接管路分為若干管段，共同將所述引射器、蓄熱式鍋爐與所述上吸式氣化爐連接成一循環(huán)系統(tǒng)； 所述循環(huán)系統(tǒng)按工藝劃分為左右并聯(lián)且輪流開(kāi)啟關(guān)/閉工作的兩條支路，所述左、右支路均分別分成上下兩段，其中，左支路上段從所述煙氣三通閥的左出口端引出，依次連接第一引射器的第二進(jìn)口、第一引射器的出口端、第一燃燒嘴的進(jìn)口端，所述左支路上段的末端為所述第一燃燒嘴的出口端； 所述左支路的下段從所述鼓風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口引出，依次連接四通換向閥、第一蓄熱體的進(jìn)口端；所述左支路下段的末端為所述第一蓄熱體的出口端； 所述左支路下段的末端與所述左支路的上段的末端匯集，從所述爐膛的入口端進(jìn)入爐膛內(nèi)； 所述爐膛的出口端依次連接有第二蓄熱體、四通換向閥、引風(fēng)機(jī)和煙囪； 所述右支路分成上下兩段，其中，右支路上段從所述煙氣三通閥的右出口端引出，依次連接第二引射器的第二進(jìn)口、第二引射器的出口端、第二燃燒嘴的進(jìn)口端；所述右支路上段的末端為所述第二燃燒嘴的出口端； 所述右支路的下段的起始端與所述右支路的上段的末端匯集，并從所述爐膛的出口端引出，依次連接第二蓄熱體、四通換向閥、引風(fēng)機(jī)和煙囪； 所述四通換向閥與引風(fēng)機(jī)的連接管路上還有一條支管引出，該支管與所述再循環(huán)煙氣增壓風(fēng)機(jī)的進(jìn)口端連接，所述再循環(huán)煙氣增壓風(fēng)機(jī)的出口端通過(guò)管路與所述煙氣三通閥進(jìn)口端連接； 所述煙氣三通閥的左出口端與所述第一引射器的第二進(jìn)口端連接； 所述煙氣三通閥的右出口端與所述第二引射器的第二進(jìn)口端連接； 所述生物質(zhì)氣化爐設(shè)置有左右兩個(gè)燃...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王建偉，楊文磊，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：山東科技大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：山東;37
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