CN102705813B - 生物质燃料的锅炉燃烧方法及其锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种简单、易于实施及其燃料利用效率高、运行效率高的生物质燃料的锅炉燃烧方法及其锅炉。该方法利用生物质在燃烧时产生大量气体、以气体形式进行二次燃烧而产生高温火焰的特性，在锅炉炉膛内设置储存装置，由储存装置对该气体进行二次再分布燃烧。该锅炉包括炉膛和相应的前拱、后拱、炉排，所述后拱上设有一具有进气口的储气仓，所述储气仓的顶壁上布设有若干过火孔。

Description

生物质燃料的锅炉燃烧方法及其锅炉

技术领域

本发明涉及一种锅炉，尤其涉及一种生物质燃料的锅炉燃烧方法及其锅炉。

背景技术

随着石油和天然气等矿物燃料的日渐紧张，可再生能源和其他替代能源的研究发展更为迫切。生物质能源与石化能源相比，不仅来源广，而且成本低，特别是生物质能源 CO2净排放量为零，可以有效的缓解温室效应，它的硫、氮含量都很低，灰分也很少，因此生物质能源的开发利用是缓解能源和环境压力，建立可持续发展能源系统的有效途径。然而，由于生物质料直接在现有的燃煤锅炉或其他现有锅炉使用不能充分发挥生物质能源节能、改善环境、提高效率、节约成本的诸多优势。

对于现有的燃煤锅炉，链条炉排的燃烧特点是链条炉排的着火条件较差；煤的着火主要依靠炉膛火焰和拱的辐射热 , 因而上面的煤先着火 , 然后逐步向下燃烧。这样的燃烧过程 , 在炉排上就出现了明显的区域分层，煤进入炉膛后 , 随炉排逐渐由前向后缓慢移动。在炉排的前部，是新煤燃烧准备区，主要进行煤的预热和干燥。

但对于植物燃料而言，由于其着火点相对比较低，易于点燃，因而其炉膛结构以及链条炉排都不适应于植物燃料，特别是其前拱或前后拱的炉膛结构，如果继续沿用现有的用于煤等作为燃料的炉膛结构，其燃烧状况将变得很差，这不仅直接影响锅炉的生产效率，并且由于其热值低，两者的共同作用可能使锅炉无法正常产汽工作。因而，直接使用现有的包括链条锅炉燃烧生物质燃料由于结构等原因，造成锅炉出力不足、热效率低下，燃烧不够理想，结果是能源消耗量过大，甚至不能满足生产要求。

而对于一些在现有锅炉基础上对炉膛前拱进行加高等尺寸改进的作法能够收到一定的成效，但其效果还不够理想。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供生物质燃料的锅炉燃烧方法及其锅炉。该方法简单、易于实施，该锅炉适用于生物质燃料，燃料利用效率高，产汽稳定、出力足、运行效率高。

本发明燃烧方法是利用生物质在燃烧时产生大量气体、以气体形式进行二次燃烧而产生高温火焰的特性，在锅炉炉膛内设置储存装置，对在前炉膛加热燃烧的生物质燃料产生的气体通过设于炉膛内的储存装置进行收储，再由储存装置于炉膛内对该气体进行二次再分布燃烧，实现生物质燃料的锅炉适应性燃烧利用。

所述燃烧方法还包括于前拱、炉排、和/或储存装置上设置补风装置，以对炉膛的相应部分进行补风，通过调整相应的补风风量来控制炉膛的相应部分的燃烧状态和/或燃烧温度，以调整锅炉对生物质燃料的燃烧状态。

所述燃烧方法还包括以一定的锅炉配风系数时前炉膛的风量确定炉膛的喉口截面积，以锅炉额定负荷和生物质燃料的热值确定炉膛的进料口的有效截面积，以生物质燃料的初始火焰的挥发份确定前拱的高度；用喉口截面积来控制前炉膛燃烧时喉口处的流速小于4m/s，设计流量为10-50%的锅炉总配风量，压力控制为20-80pa。

本发明锅炉的技术方案包括炉膛和相应的前拱、后拱、炉排，所述后拱上设有一具有进气口的储气仓，所述储气仓的顶部上布设有若干过火孔，其底部设有二次点火孔。

所述储气仓底部设有返烧孔。

所述前拱、储气仓、和/或炉排上设有相应的补风装置。

所述前拱、储气仓、和炉排上的相应的补风装置分别包括设于前拱、储气仓、和炉排上的相应的一根或若干根补风管，以及分别设于相应的所述补风管上的一个或若干个补风嘴。

所述储气仓上的补风嘴相互错位或对位相向设于储气仓的进气口的相对两侧，所述炉排上的补风嘴的供风方向为向上、且与炉排水平面形成10-170度的夹角。

所述储气仓其补风嘴内设有过气槽；所述炉排其补风嘴为设于相应的补风管的上半部分管壁上的补风槽孔；储气仓与炉膛顶部之间设有隔离体。

所述储气仓与炉膛顶部之间设有一具有进气口的集气室，所述集气室的出气口为储气仓的进气口。

本发明生物质燃料的锅炉燃烧方法及其锅炉是基于常用的工业蒸汽锅炉及常压生活热水锅炉改进而来，使用高挥发分生物质取代现有煤等作为燃料，较燃煤锅炉节能15%以上；烟气排放达到燃气锅炉的标准，根据生物质燃料的低燃点、易燃烧、低热值的特点，通过改变炉膛燃烧部分的结构以适应相应的生物质燃料的燃烧性质，燃料燃烧完全，燃尽率达98%，热利用效率高；且炉排不易烧损、腐蚀，锅炉产汽稳定、工作效率高，热效率93%，对燃料的适应性强，燃料消耗低；环保，污染物综合排放值为：林格曼黑度＜1級，烟尘浓度＜50mg/Nm3,SO2＜30mg/Nm3，NOx＜400mg/Nm3,烟尘透光率＜10。

附图说明

图1为本发明锅炉结构示意图； 图2、图3和图4分别为图1中的炉排与炉排补风长槽孔、前拱与相应的前拱补风嘴、及其储气仓与相应的储气仓补风嘴的俯视结构示意图；图5为图1中相应部位侧视结构示意图；图6为本发明另一实施例结构示意图；图7为本发明再一实施例中储气仓补风嘴结构示意图。

具体实施方式

现通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。

本生物质燃料的锅炉燃烧方法是利用生物质在加热（或燃烧）时析出大量气体（主要包括可燃气体），以气体形式进行二次燃烧而产生高温火焰的特性，在锅炉炉膛内设置储气仓和/或集气室，对于前炉膛加热的生物质燃料产生的气体通过集气室和/或储气仓进行收集，再将收集的气体(包括可燃气体)由储气仓于炉膛内进行二次再分配燃烧，实现生物质燃料的锅炉适应性燃烧利用。

在炉膛内设置储气仓和/或集气室的同时，可以依据一定（如0.6-1.0）的锅炉设计配风系数于前拱、炉排、和储存装置上分别设置补风装置，以对前炉膛、下炉膛、和储存装置部分进行补充供风，通过调整相应的补充供风风量( 可以通过调节其风速、流量、或压力实现)来控制炉膛的相应部分的燃烧状态和/或燃烧温度，以调整锅炉对生物质燃料的燃烧状态达到最佳。

其中，对于前炉拱上的补风装置的补充风量可以根据锅炉的前炉膛部分的受热面积确定该部分所需热量，再由其所需的热量来确定炉膛前拱上的补风嘴的设置数量和大小。

另外，对于炉膛前拱的高度，可根据生物质燃料的初始火焰的挥发份（包括可燃气体）确定，且可以根据一定（如0.6-1.2）的锅炉配风系数下的前炉膛的风量来确定炉膛的喉口截面积，还可以根据锅炉额定负荷和生物质燃料的热值来确定炉膛的进料口的有效截面积。

本发明的锅炉如图1-5所示，在炉膛26的中后部、炉膛后拱25上面设有一储气仓6，储气仓6的底壁由炉膛后拱25的相应部位形成；储气仓6的前上部与炉膛顶壁之间设有一集气室5，集气室5的顶壁和底壁分别由炉膛顶壁和储气仓6的顶壁6a形成，集气室5可以对进入储气仓6的气体起到一定的缓冲输导作用，集气室5还可将炉膛前、后拱24、25对应的炉膛部分相分隔，使气体在储气仓6内形成高温；储气仓6的顶壁6a上设有依炉膛需要分布的若干过火孔8，储气仓6的进气口为一沿储气仓6宽度方向（炉排宽度方向）开设的进气槽口9，进气槽口9由集气室5的相应部位的底壁形成；储气仓6的底壁上、前后部位分别对应设有二次点火孔7和返烧孔12，二次点火孔7可以为一个或多个；储气仓6的进气槽口9的两侧呈横向（对应于储气仓宽度方向）设有两根补风管22，若干储气仓补风嘴10相向相互错位开设于两补风管22的相向侧；集气室5的进气口4设于靠前炉膛26a一侧侧壁的顶部。

炉排20内侧、对应于前炉膛26a的部分设有沿炉排20输送方向分布的多根呈横向（对应于炉排宽度方向）的相应的补风管22，作为炉排补风嘴的补风长槽孔13开设于相应部位的补风管22的上半圆弧壁上、其供风方向线相对于炉排20的表面的垂直方向线往锅炉的进料口1方向倾斜15-75度角。

炉膛前拱24上设有一根或多根补风管22，若干前拱补风嘴3设于该相应的补风管22上，通过前拱补风嘴3实施前炉膛26a的按需供热（通过前拱补风嘴3来调节前炉膛26a的压力及喉口温度）；同时，前拱补风嘴3可以压迫相应部分的飞灰在前炉膛26a内沿炉排20落下；另外前拱补风嘴3还将使炉膛前拱24下方产生高速旋转，使前炉膛26a的温度在950-1050度之间可控。

生物质燃料通过锅炉的进料口1加入前炉膛26a内进行加热，加热析出的挥发份经炉膛前拱24喉口2快速通过集气室5的进气口4后，由集气室5通过储气仓6的进气槽口9进入储气仓6内，再由储气仓6的二次点火孔7点燃，实施生物质燃料的二次燃烧；气体在储气仓6 的燃烧可以通过位于进气槽口9两侧的储气仓补风嘴10进行氧量补充，以使储气仓6内的气体达到高温富氧燃烧，燃烧温度可达到1350-1450度，超过高温烟气着火点的1230度，使得高温烟气同时得到燃烧，燃烧的高温火焰通过储气仓6的顶壁上的过火孔8释放至炉膛上空，使炉膛内两侧对流管及其锅筒充分吸热。

同时，储气仓6内的气体高温富氧燃烧的火焰通过其返烧孔12对炉排20上（下炉膛部分）未烯尽的碳粒等进行返烧，以获得更高的燃料燃烧利用率；返烧时由炉排补风长槽孔13进行相应的氧量补充。

储气仓补风嘴10和炉排补风长槽孔13由二次供风机15分别通过相应的调节阍17和16调节供给；同时二次点火孔7还可以便于富氧充分燃烧，达到高温烟气的着火点后燃烧更环保。

锅炉的燃烧状况可通过相应的前、中、和后炉门等进行观察；燃料燃尽状况可通过出渣机18进行观察。

通过实验，现有的包括燃煤的锅炉使用生物质作为燃料，除SO2能达到要求外，其他指标都难以达到相应的要求，由于燃煤锅炉在燃烧生物质燃料时，其炉膛燃烧环境为适应煤等燃料，且配风系数不同，通常燃煤锅炉的配风系数为1.8左右，本发明的配风系数通常为1.3以下；使用燃煤锅炉时，生物质燃料燃烧的大量的烷烃、烯烃、等可燃物会被排放掉，将有大量的CO2排放，形成温室效应；且将出现Q3、Q4,、和Q6的热量损失，使其炉膛内的燃烧温度徘徊在850℃-1000℃之間，高温烟气得不到有效燃烧利用，造成燃料浪费、锅炉热效率低。

本发明的另一实施例如图6所示，本实施例是在上述实施例基础上，去除集气室，可以在储气仓6的顶壁前部与相应部位的炉膛顶壁之间连接有隔离体（墙）11，将储气仓上部空间进行前后隔离；储气仓6的进气槽口9设于其靠前炉膛26a一侧的侧壁上（也可设于储气仓6的前上部）；本例中，前炉膛内气体滞留的时间相对短些，炉膛温度提升的幅度相对低些。

本发明的再一实施例如图7所示，储气仓补风嘴10内腔设有过气槽21，过气槽21为栅栏式结构，以便均匀补风。

本发明的锅炉：本发明的锅炉：对于喉口部位，可以用喉口截面积来控制前炉膛燃烧时喉口处的流速；对于8吨左右的锅炉，其流速可≤2-4m/s，设计流量可为≤20-45%的锅炉总配风量，压力可以控制为≤20-65pa，使低温烟气在前炉膛内充分燃烧。

由于前炉膛空间大，空气含量高，以及前、后、下拱的辐射热作用，使燃料（除已析出的挥发分外）能均匀且有规则的沿炉排燃烧；

当气体进入储气仓6的进气槽口9时，由储气仓补风嘴10自其两侧对喷，使足量的氧气与气体充分混合后由过火孔7点燃进行富氧燃烧，并于储气仓6内形成1500度高温；

对于集气室5，其进气口4是将燃料所析出的挥发份（包括烷烃、烯烃、等可燃气体）作为储存的过度处，其截面要求大，且应当使气体尽可能快的通过该处。

本发明可以于前拱、炉排、和储存装置三个部位其中的任一部位或任意两部位设置补风装置，以对炉膛的相应部分进行补充供风。

基于本生物质燃料的锅炉燃烧方法及其锅炉的技术方案的其他变形产品均属于本发明的保护范围；上述实施例并非本发明的具体实施方式的穷举。

Claims (4)

1.一种锅炉，包括炉膛和相应的前拱、后拱、炉排，其特征是所述后拱上面设有一具有进气口的储气仓，所述储气仓的顶部上布设有若干过火孔，其底部设有二次点火孔，所述储气仓底部设有返烧孔，所述炉膛前拱和储气仓、亦或前拱、储气仓和炉排上分别设有相应的补风装置，通过所述前拱补风装置来调节前炉膛的压力及喉口温度；所述储气仓与炉膛顶部之间设有一具有进气口的集气室，所述集气室的出气口为储气仓的进气口。

2.根据权利要求1所述锅炉，其特征是所述前拱、储气仓和炉排上的相应的补风装置分别包括设于前拱、储气仓和炉排上的相应的一根或若干根补风管，以及分别设于相应的所述补风管上的一个或若干个补风嘴。

3.根据权利要求2所述锅炉，其特征是所述储气仓上的补风嘴相互错位或对位相向设于储气仓的进气口的相对两侧，所述炉排上的补风嘴的供风方向为向上、且与炉排水平面形成10-170度的夹角。

4.根据权利要求1或3所述锅炉，其特征是所述储气仓其补风嘴内设有过气槽；所述炉排其补风嘴为设于相应的补风管的上半部分管壁上的补风槽孔；储气仓与炉膛顶部之间设有隔离体。