CN106123010A - 一种生物质燃料的燃烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物质燃料的燃烧方法，包括以下步骤：将生物质燃料放置于一次燃烧区，在一次风的作用下进行一次燃烧用于产生水蒸汽，同时监测所述一次燃烧区的温度；当所述一次燃烧区的温度高于预设阈值时，将所述水蒸汽和外界空气混合后输送至所述一次燃烧区中，以使得所述一次燃烧区的温度低于该预设阈值。本发明能够克服传统的燃烧工艺方法存在的不足，给生物质固体成型燃料能源的利用开创崭新的未来，市场空间巨大。

Description

一种生物质燃料的燃烧方法

技术领域

本申请涉及一种燃料的燃烧方法，尤其涉及一种生物质燃料的燃烧方法。

背景技术

生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。煤、石油和天然气等化石能源也是由生物质能转变而来的。生物质能是可再生能源，通常包括以下几个方面：一是木材及森林工业废弃物；二是农业废弃物；三是水生植物；四是油料植物；五是城市和工业有机废弃物；六是动物粪便。生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，它是仅次于煤炭、石油和天然气而居于世界能源消费总量第四位的能源，在整个能源系统中占有重要地位。有关专家估计，生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分，到21世纪中叶，采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40％以上。

在世界能耗中，生物质能约占14％，在不发达地区占60％以上。全世界约25亿人的生活能源的90％以上是生物质能。生物质能的优点是燃烧容易，污染少，灰分较低；缺点是热值及热效率低，体积大而不易运输。直接燃烧生物质的热效率仅为10％-30％。目前世界各国正逐步采用如下方法利用生物质能：

1、热化学转换法，获得木炭、焦油和可燃气体等品位高的能源产品，该方法又按其热加工的方法不同，分为高温干馏、热解、生物质液化等方法；

2、生物化学转换法，主要指生物质在微生物的发酵作用下，生成沼气、酒精等能源产品；

3、利用油料植物所产生的生物油；

4、把生物质压制成型燃料(如块型、棒型燃料)，以便集中利用和提高热效率。

然而，传统燃烧机的风机进口全部为空气，在炉篦上的燃料层发生的化学反应如下：

C+O₂＝CO₂

2C+O₂＝2CO

传统燃烧机温度超过碱金属氧化物的熔点，导致碱金属氧化物融化，形成熔融状的粘稠玻璃体，简称结焦(生物质燃料的组成包括炭，有机挥发分，水，金属氧化物；其中炭和有机挥发分在燃烧过程中被氧化，产生二氧化碳和水，并释放出热能，剩余的金属氧化物即为灰分)。传统的燃烧工艺方法存在如下不足：

1、燃料适应性差：仅能适应灰分低，且灰熔点高的木质生物质燃料；

2、炉篦子结焦容易变形和烧毁，炉膛容易结焦使其容易烧毁，由于结焦的存在，一次风严重受阻且流道分布不均匀，严重影响燃烧效果。

发明内容

本发明的目的是在于克服上述生物质燃烧工艺方法不足，提供一种生物质燃料的燃烧方法。

本发明能够克服传统的燃烧工艺方法存在的不足，给生物质固体成型燃料能源的利用开创崭新的未来，市场空间巨大。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种生物质燃料的燃烧方法，其特征在于，包括以下步骤：

将生物质燃料放置于一次燃烧区，在一次风的作用下进行一次燃烧用于产生水蒸汽，同时监测所述一次燃烧区的温度；

当所述一次燃烧区的温度高于预设阈值时，将所述水蒸汽和外界空气混合后输送至所述一次燃烧区中，以使得所述一次燃烧区的温度低于该预设阈值。

进一步，所述预设阈值为900℃。

进一步，所述水蒸汽和所述外界空气的比例为1:2至1:10，优选地，所述水蒸汽和所述外界空气的比例为1:6。

进一步，在生物质燃料在一次燃烧区进行一次燃烧的过程中，当一次燃烧区的温度低于预设阈值时，通过增加一次燃烧区内空气的含量和降低一次燃烧区内水蒸汽的含量，使得所述一次燃烧区的温度回到预设阈值；当一次燃烧区的温度高于预设阈值时，通过减少一次燃烧区内空气的含量和增加一次燃烧区内水蒸汽的含量，使得所述一次燃烧区的温度回到预设阈值。

进一步，所述一次燃烧区的反应如下：

2C+O₂＝2CO

C+H₂O＝CO+H₂。

进一步，在生物质燃料于一次燃烧区进行一次燃烧产生生物质燃气CO和H₂后，将所产生的生物质燃气CO和H₂输送至二次燃烧区，在二次风的作用下进行二次燃烧，从而产生一次生成物。

进一步，所述二次燃烧区的反应如下：

2CO+O₂＝2CO₂

2H₂+O₂＝2H₂O。

进一步，将二次燃烧区未燃烧的生物质燃气CO和H₂和一次生成物CO₂和H₂O输送至三次燃烧区，在三次风的作用下使生物质燃气完全燃烧后从喷火口喷出，从而提供所需的热量。

所述热量可用于以下应用，比如，用于生物质锅炉的热交换介质，作为熔铝炉的坩埚加热，作为蔬菜大棚冬季的加热保温，作为冬季取暖的热源。

进一步，所述三次燃烧区的反应如下：

2CO+O₂＝2CO₂

2H₂+O₂＝2H₂O。

进一步，所述生物质燃料包括秸秆、锯末、甘蔗渣、稻糠、生物质颗粒、棕榈壳和/或杏核。

本发明生物质燃料的燃烧方法可适应所有的生物质燃料，解决了传统燃烧机仅能适应灰分低，且灰熔点高的木质生物质燃料的难题。本发明对草本生物质燃料具有很好的适应能力，为生物质清洁燃料的应用推广打开了广阔的空间。本发明生物质燃料的燃烧方法充分利用了燃烧过程中产生的热量，避免了浪费，提高了利用率且节能环保。

附图说明

图1为本发明生物质燃料的燃烧方法的流程图。

图2为本发明生物质燃料的燃烧机的结构图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种生物质燃料的燃烧方法，如图1所示，该方法包括：

步骤1、将生物质燃料放置于一次燃烧区，在一次风的作用下进行一次燃烧用于产生水蒸汽，同时监测所述一次燃烧区的温度；

步骤2、当所述一次燃烧区的温度高于预设阈值时，将所述水蒸汽和外界空气混合后输送至所述一次燃烧区中，以使得所述一次燃烧区的温度低于该预设阈值。

具体地，所述步骤1包括以下步骤：

步骤11、将生物质燃料置于所述燃烧炉中的所述箅子上；

步骤12、将水注入所述蒸汽锅型炉盖内；

步骤13、在一次风机产生的一次风的作用下，进行一次燃烧所述生物质燃料，同时监测所述一次燃烧区的温度。

上述步骤中，步骤11和步骤12的执行顺序可交换，即也可以先进行步骤12再进行步骤11。

为了更清楚地理解本发明，本发明实施例还提供了一种生物质燃料的燃烧机的结构图，如图2所示，本发明的生物质燃烧机实施例包括燃烧炉1、蒸汽锅型炉盖2、气体混合输送组件3、温度传感器4和控制装置(图中未示出)。其中，所述燃烧炉中装有箅子11，生物质燃料放置于所述箅子11上燃烧。所述蒸汽锅型炉盖2置于所述燃烧炉1上，且内盛水，在所述生物质燃料燃烧时产生水蒸汽。所述气体混合输送组件3连通所述蒸汽锅型炉盖2、外界空气和燃烧炉1中箅子11的下部，以将蒸汽锅型炉盖2中的水蒸汽和外界空气混合后输送至所述燃烧炉1中。所述温度传感器4位于所述箅子上的生物质燃料放置区。所述控制装置(图中未示出)电连接于所述温度传感器4和气体混合输送组件3，以根据所述温度传感器4所采集的温度，控制所述气体混合输送组件3对水蒸汽和外界空气的混合比例以及输送风力。

具体地，所述气体混合输送组件3包括蒸汽连通管31、气体混合管32、燃烧炉连通管33、蒸汽调节阀34、空气调节阀35和第一风机36。其中，所述第一风机36的出气端通过所述燃烧炉连通管33连通至所述燃烧炉1中箅子11的下部。所述气体混合管32连通于所述第一风机36的进气端和空气调节阀35之间，并通过所述空气调节阀35连通于外界空气。所述蒸汽连通管31的一端连通于所述蒸汽锅型炉盖2，所述蒸汽连通管31的另一端通过所述蒸汽调节阀34连通于所述气体混合管32靠近所述空气调节阀35的一端。进而，可通过调节蒸汽调节阀34和空气调节阀35的大小而控制气体混合管32中空气和水蒸汽的混合比例，进而通过第一风机36将混合后的带有水蒸汽的空气吹进燃烧炉1中箅子11的下部，从而携带有水蒸汽的混合气体可对燃烧中的生物质燃料进行降温，防止生物质燃料的结焦。所述第一风机36用于产生一次风即引入氧气。

在本发明的实施例中，还进一步包括进水管21、溢流水管22、浮球阀23和蒸气溢出口24。其中，进水管21和溢流水管22连通于蒸汽锅型炉盖2内，进水管21的作用是向蒸汽锅型炉盖2内注水，而溢流水管22的作用是将蒸汽锅型炉盖2内多余的水排除，浮球阀23安装于在蒸汽锅型炉盖2内的进水管21处，以根据蒸汽锅型炉盖2内的水位控制进水管21的开闭。蒸气溢出口24开设于蒸汽锅型炉盖2的顶端，用以释放蒸汽锅型炉盖2中的水蒸汽，防止蒸汽锅型炉盖2内气压的升高。

在本发明实施例的更优化方案中，所述生物质燃烧机还包括料仓51、闭风器52、第二风机53和喂料管54。其中，所述料仓51用于临时存放生物质燃料。所述闭风器52位于所述料仓51的底部，并通过所述喂料管54连通至所述燃烧炉1中生物质燃料放置区的上方。所述第二风机53的出气端连接于所述喂料管54靠近所述闭风器52的一端，所述第二风机53的进气端连通于外界空气。所述控制装置可进一步电连接于闭风器52和第二风机53，以控制所述生物质燃料的下料，并通过控制第二风机53进而通过喂料管54向燃烧炉1中生物质燃料放置区的上方送风。所述第二风机53用于产生二次风即引入氧气。所述第二风机53除了用于引入氧气供二次燃烧区进行二次燃烧以外，还可以防止供生物质燃料燃烧的火焰进入料仓51。

另外，本发明实施例的生物质燃烧机还包括旋风格栅12，所述旋风格栅12位于所述燃烧炉1中箅子11的下部，所述气体混合输送组件连通至所述旋风格栅11。从而，带有水蒸汽的混合气体在所述燃烧炉1中，是从旋风格栅11向上输送至箅子11上的生物质燃料放置区，这样可使得带有水蒸汽的混合气体能够均匀地进入所述生物质燃料放置区。

另外，为了能够使得生物质燃料充分燃烧以获得更多热能，本发明实施例中，所述生物质燃烧机还包括燃烧器13，所述燃烧器13安装于所述燃烧炉1的侧壁，并靠近所述蒸汽锅型炉盖2，所述燃烧炉1在安装所述燃烧器13的侧壁处开口，使得所述燃烧炉1中的火焰通过所述开口进入所述燃烧器13并从所述燃烧器中喷出。

伴随所述燃烧器13，所述生物质燃烧机还包括第三风机14和燃烧器连通管15。其中，所述第三风机14的出气端通过所述燃烧器连通管15连通于所述燃烧器13，所述第三风机14的进气端连通外界空气。这样，当通过第三风机14向燃烧器13鼓风时，可对燃烧器13部分的火焰起到助燃作用。同时，所述控制装置可进一步电连接于第三风机14，以控制第三风机14进而通过所述燃烧器连通管15向所述燃烧器13送风。所述第三风机14用于产生三次风即引入氧气。

本发明实施例中，所述燃烧炉1的炉壁16为耐火保温层。另外，所述燃烧炉1的炉壁16还设有炉门17(如图2中虚线框)，以便于倾倒残渣和清洗炉膛。

上述步骤11的执行过程，是先将生物质燃料倒入料仓51，之后通过控制装置对闭风器52的控制，使得生物质燃料经过喂料管54进入燃烧炉1，进而落入箅子11上的一次燃烧区。

上述步骤13和步骤2是通过控制装置实时采集温度传感器4的温度，进而综合地控制蒸汽调节阀34、空气调节阀35、第一风机36、第二风机53和第三风机14的动作，使得位于燃烧炉1中的生物质燃料能够充分地燃烧并避免结焦。

以下是对本发明实施例的进一步地说明。

先将生物质燃料放入料仓51待用。将蒸汽锅型炉盖2注水到规定的水位(略低于溢流水管22的高度)。通过控制装置，将蒸汽调节阀34和空气调节阀35调整到最大开度。在燃烧机启动前向蒸汽锅型炉盖加入适量自来水，在燃烧机工作过程中保持自动加水和液位控制系统正常工作使水位稳定在设定范围内，故障时报警装置启动。

通过控制装置启动闭风器52，使生物质燃料经喂料管54，进入到燃烧炉1腔体内的箅子11上。

打开炉门17，用引燃材料进行一次燃烧生物质燃料，并关闭炉门17。

通过控制装置启动对温度传感器4的信号的采集并和对第一风机36、第二风机53、第三风机14、料仓51及闭风器、蒸汽调节阀34和空气调节阀35进行相应的控制调节。在燃烧炉1中的一次燃烧区形成一次燃烧区，在燃烧炉1中的一次燃烧区的上方形成二次燃烧区(喂料管54开口附近)，在燃烧器13出口形成三次燃烧区。

随着燃烧的不断进行，一次燃烧区、二次燃烧区、三次燃烧区的温度迅速升高。蒸汽锅型炉盖2内的水蒸发速度加快，进而，混合了一定量的水蒸气的空气通过第一风机36，经燃烧炉连通管33、旋风格栅12、箅子11进入一次燃烧区。当一次燃烧区的温度低于预设阈值时，通过控制装置将空气调节阀35开度增大、将蒸汽调节阀34开度减小，同时增加第一风机36的频率，使得一次燃烧区的温度上升。当一次燃烧区的温度高于预设阈值时，通过控制装置将空气调节阀35开度减小、将蒸汽调节阀34开度增大，同时减少第一风机36的频率，使得一次燃烧区的温度下降。

当蒸气溢出口24的水蒸气溢出量太大时，通过控制装置将第二风机53的频率适当减小，同时将第三风机14的频率适当增大，进而可降低传送至蒸汽锅型炉盖2的热量，减少水蒸汽的产生。优选地，所述预设阈值为900℃。第二风机和第三风机都是由变频器分别控制来调节各自的风量以适应燃烧机工作状态的改变，第二风机和第三风机主要提供燃烧所需要的氧气。

本发明实施例中，第一风机36进口为空气和水蒸气的混合气体，一次燃烧区的反应如下：

2C+O₂＝2CO

C+H₂O＝CO+H₂

在箅子11上方生物质燃料区域形成燃烧气化(热解)区域，即一次燃烧区，一次燃烧区以生物质热解产生生物质燃气为目的，燃烧主要是提供热解的条件，温度控制在900℃以下某一范围，进而确保一次燃烧区的温度低于所使用生物质材料的灰熔点，避免灰分熔融形成结焦。第一风机可以为功率是750瓦的高压风机，由变频器控制，根据燃料的多少调节合适的风量，水蒸气全部输送到一次燃烧区，根据实际需要可以调节空气和水蒸气的比例，例如调节外界空气和水蒸气的比例为10:1。

本发明实施例增设了温度传感器和控制装置，进而可确保一次燃烧区的温度控制在900℃以下某一范围，例如800℃-850℃的范围内，确保生物质燃料中的灰分不熔融，避免结焦。

本发明实施例中，在二次燃烧区燃烧的物质为CO和H₂，二次燃烧区的反应如下：

2CO+O₂＝2CO₂

2H₂+O₂＝2H₂O

而传统燃烧炉在二次燃烧区燃烧的主要是CO：

2CO+O₂＝2CO₂

本发明实施例中二次燃烧区温度低于900℃，主要原因有两个：

其一：2H₂+O₂＝2H₂O

其二：蒸汽锅型炉盖2中的水不断蒸发吸热，起到了降低和稳定二次燃烧区温度的功能。二次燃烧区中有氢气的加入是由于水蒸气的加入反应得来，二次燃烧只是燃烧炉内连续稳定燃烧的一部分，第二风机进风主要是防止进料层在进料仓内燃烧。

本发明实施例中，蒸汽锅型炉盖2产生蒸汽，供一次燃烧区使用，温度基本接近水的沸点；且炉盖不易变形和开裂。而传统炉盖多为耐火材料，导热性差，热强度差，温度基本在1200℃左右，容易损坏。

本发明实施例中，由于一次燃烧区中箅子上的燃料存放区不结焦，因此一次风(第一风机吹送)能够均匀持续的穿越燃料层，使炉子燃烧非常稳定。

为了更好地理解本发明，本发明还提供一种生物质燃料的燃烧方法的实施例如下：

作为外热式(干馏式)生物质炭化炉的加热设备，加热到400至650度合适的温度，保证生物质的热解反应在稳定的温度范围内。

每小时生物质燃料的用量约200千克/小时。水蒸汽和外界空气的比例为1:6。第一风机、第二风机和第三风机的具体频率分别为20Hz、30Hz和35Hz，一次燃烧区、二次燃烧区和三次燃烧区的具体温度分别为800±50℃、950±50℃和1050±50℃，最后产生的热量约为60万大卡/小时，而且并未发现结焦现象。

本发明实施例的生物质燃烧机和生物质燃料的燃烧方法的优点在于：

提供了新型的蒸汽锅型炉盖，该蒸汽锅型炉盖由于水的不断补给与蒸发，即使温度最高的底部也在100℃左右获得动态平衡，用普通的碳钢也能经得起下部火焰的高温作用，比起传统的耐火炉盖，制作简单，使用可靠，不会发生崩裂、垮塌，并且，产生的蒸气正好用于一次燃烧区的温度调节；一次燃烧区的温度测控与调节，确保了生物质燃料燃烧时一次燃烧区的温度低于燃料的灰熔点，因此，不会造成燃烧灰烬的软化和熔融，所以，不会结焦；由于不会结焦，所以一次燃烧区的供风始终保持畅通，燃烧机燃烧会非常平稳，效果也非常好，并且清除灰烬也变得非常容易；由于水蒸气的引入和控温措施的实施，使得箅子的故障率降低，寿命大大提高，并且，炉壁耐火保温层的寿命也会大大提高；通过控制装置启动对温度传感器信号的采集并对第一风机、第二风机、第三风机、闭风器、空气调节阀、蒸气调节阀进行相应的控制调节，可以达到理想的燃烧效果；由于解决了结焦问题，使得本发明实施例可适应所有的生物质燃料，解决了传统燃烧机仅能适应灰分低，且灰熔点高的木质生物质燃料的难题。本发明对草本生物质燃料具有很好的适应能力，为生物质清洁燃料的应用推广打开了广阔的空间。本发明实施例，燃烧分区合理，燃烧过程清洁环保，设备安装调试简单，工艺方法简单可靠，制造成本低。

Claims (10)

1.一种生物质燃料的燃烧方法，其特征在于，包括以下步骤：

将生物质燃料放置于一次燃烧区，在一次风的作用下进行一次燃烧用于产生水蒸汽，同时监测所述一次燃烧区的温度；

当所述一次燃烧区的温度高于预设阈值时，将所述水蒸汽和外界空气混合后输送至所述一次燃烧区中，以使得所述一次燃烧区的温度低于该预设阈值。

2.如权利要求1所述的生物质燃料的燃烧方法，其特征在于，所述预设阈值为900℃。

3.如权利要求1所述的生物质燃料的燃烧方法，其特征在于，所述水蒸汽和所述外界空气的比例为1:2至1:10。

4.如权利要求1所述的生物质燃料的燃烧方法，其特征在于，在生物质燃料在一次燃烧区进行一次燃烧的过程中，当一次燃烧区的温度低于预设阈值时，通过增加一次燃烧区内空气的含量和降低一次燃烧区内水蒸汽的含量，使得所述一次燃烧区的温度回到预设阈值；当一次燃烧区的温度高于预设阈值时，通过减少一次燃烧区内空气的含量和增加一次燃烧区内水蒸汽的含量，使得所述一次燃烧区的温度回到预设阈值。

5.如权利要求1所述的生物质燃料的燃烧方法，其特征在于，所述一次燃烧区的反应如下：

2C+O₂＝2CO

C+H₂O＝CO+H₂。

6.如权利要求5所述的生物质燃料的燃烧方法，其特征在于，在生物质燃料于一次燃烧区进行一次燃烧产生生物质燃气CO和H₂后，将所产生的生物质燃气CO和H₂输送至二次燃烧区，在二次风的作用下进行二次燃烧，从而产生一次生成物。

7.如权利要求6所述的生物质燃料的燃烧方法，其特征在于，所述二次燃烧区的反应如下：

2CO+O₂＝2CO₂

2H₂+O₂＝2H₂O。

8.如权利要求7所述的生物质燃料的燃烧方法，其特征在于，将二次燃烧区未燃烧的生物质燃气CO和H₂和一次生成物CO₂和H₂O输送至三次燃烧区，在三次风的作用下使生物质燃气完全燃烧后从喷火口喷出，从而提供所需的热量。

9.如权利要求8所述的生物质燃料的燃烧方法，其特征在于，所述三次燃烧区的反应如下：

2CO+O₂＝2CO₂

2H₂+O₂＝2H₂O。

10.如权利要求1所述的生物质燃料的燃烧方法，其特征在于，所述生物质燃料包括秸秆、锯末、甘蔗渣、稻糠、生物质颗粒、棕榈壳和/或杏核。