專利名稱：生物質(zhì)高溫燃燒鍋爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于鍋爐技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種生物質(zhì)成型燃料鍋爐。
技術(shù)背景
生物質(zhì)能一直是人類賴以生存的重要能源，在整個(gè)能源系統(tǒng)中占有重要地位，它是 僅次于煤炭、石油和天然氣而居于世界能源消費(fèi)總量的第四位。生物質(zhì)燃料主要包括如 下幾個(gè)方面①農(nóng)作物秸稈和農(nóng)業(yè)加工殘余物；②林木和林業(yè)加工剩余物；③人畜糞便、 工業(yè)有機(jī)廢物和水生植物;④城市生活污水和垃圾。目前生物質(zhì)能的利用有生物質(zhì)氣化、 液化、直接燃燒等三種技術(shù)，它們均存在著一定的問題。氣化、液化技術(shù)是將生物質(zhì)經(jīng) 過多次轉(zhuǎn)換和凈化之后再進(jìn)行燃燒，中間環(huán)節(jié)不但提高了投資運(yùn)行成本，也降低了生物 質(zhì)能的總利用效率。而且氣化、液化燃料熱值低，在穩(wěn)定運(yùn)行、焦油清除、氣體凈化等 技術(shù)上還需提高；而直燃技術(shù)效率較高，且沒有焦油帶來的二次污染問題，所以相對而 言，直燃的優(yōu)勢是明顯的?！吨袊茉础?2004， 26(9):第39頁 第42頁)指出，由
于目前的直燃方式燃燒溫度低，低熔點(diǎn)飛灰造成的積灰和結(jié)渣，以及燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生 對人體的健康有影響的顆粒排放物等一系列的問題，限制了這種粗放的應(yīng)用方式。另外， 由于生物質(zhì)含水量大，燃燒產(chǎn)生的熱量很多浪費(fèi)在水分的蒸發(fā)上，使得生物質(zhì)在目前的 固定床和流化床鍋爐的燃燒熱量利用率較低。根據(jù)生物質(zhì)的燃燒特性，本實(shí)用新型生物 質(zhì)高溫燃燒鍋爐綜合吸收了高溫空氣燃燒、分級(jí)燃燒、旋風(fēng)燃燒、旋風(fēng)除塵、液態(tài)排渣 技術(shù)和煙氣再循環(huán)等技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，解決目前生物質(zhì)直燃存在的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)高 熱效率、低污染、安全、大規(guī)模的低成本熱利用
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型將高溫燃燒技術(shù)應(yīng)用于生物質(zhì)的直接燃燒，并采用液態(tài)排渣技術(shù)、分 級(jí)燃燒技術(shù)和煙氣再循環(huán)等技術(shù)，以期提高生物質(zhì)的燃燒效率，使?fàn)t內(nèi)溫度場均勻， 提高容積熱負(fù)荷，提高鍋爐熱效率，解決飛灰的積灰與結(jié)渣問題，減少污染物的排放， 實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)高效穩(wěn)定燃燒清潔排放。
本實(shí)用新型一種高效低污染生物質(zhì)高溫燃燒鍋爐，共有特征包括爐壁和內(nèi)部的爐 膽，其特征在于鍋爐上方設(shè)置生物質(zhì)顆粒進(jìn)料器的倒錐形料斗，料斗上面封閉留有一進(jìn) 料口，料斗下方與爐膽包圍的燃燒室相連通，安裝有螺旋葉片的旋轉(zhuǎn)軸沿料斗的軸線布置，旋轉(zhuǎn)軸頂端伸出料斗通過連軸器與電機(jī)相連，旋轉(zhuǎn)軸底端伸入爐膽并連接燃料均布 板，爐膽內(nèi)部壁面鑲嵌有錯(cuò)落有致的輻射導(dǎo)流塊，爐體中下方安裝分段風(fēng)噴嘴，爐膽底 部通過多個(gè)切向通孔通向氣液固三相高溫旋風(fēng)分離器，高溫旋風(fēng)分離器向上與中心煙管 相連通，向下開口通向液態(tài)排渣池，中心煙管沿爐膽軸線向上延伸并與爐膽上部水平方 向的十字煙管連通，十字煙管通向爐膽與爐壁之間的煙道，煙道下部設(shè)有煙氣出口向外 連接蒸汽發(fā)生室，蒸汽發(fā)生室的煙氣出口連接空氣預(yù)熱器，最后通至煙囪。
本實(shí)用新型中的生物質(zhì)顆粒進(jìn)料器的料斗設(shè)置在鍋爐上方，可與煙氣對流換熱，生 物質(zhì)顆粒的水分受熱蒸發(fā)，水蒸氣由排放口排出，實(shí)現(xiàn)對生物質(zhì)顆粒的初步干燥。料斗 的喉部及其堆積在料斗中的生物質(zhì)顆粒堵截?zé)煔猓率勾罅康臒煔獠荒軓纳戏脚懦?，?shí) 現(xiàn)煙氣的再循環(huán)，從生物質(zhì)顆粒間隙的排出的少量煙氣，能起到預(yù)熱和干燥生物質(zhì)顆粒 的正向作用，因此此種非完全密封方式具有雙重優(yōu)點(diǎn)。
生物質(zhì)顆粒由電機(jī)通過連軸器帶動(dòng)安裝有螺旋結(jié)構(gòu)的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)軸 底端的燃料均布板，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)顆粒在爐膛中的進(jìn)料分布均勻。并且由于燃料均布板獨(dú) 特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使生物質(zhì)不會(huì)在煙管上沉積，造成供料失敗，發(fā)生熄火現(xiàn)象。
爐膽壁面上鑲嵌有錯(cuò)落有致的輻射導(dǎo)流塊，用于增加生物質(zhì)在爐膛上方的滯留時(shí) 間，增大生物質(zhì)顆粒與高溫?zé)煔獾膶α鱾鳠?，同時(shí)輻射導(dǎo)流塊的設(shè)置和中心煙管可增加 爐內(nèi)的輻射換熱，可使生物質(zhì)在燃燒前預(yù)熱較高的溫度，有利于實(shí)現(xiàn)髙溫燃燒；生物質(zhì) 顆粒得到充分預(yù)熱后，與噴嘴分段切向仰射噴入的上旋預(yù)熱后的高溫空氣相遇，實(shí)現(xiàn)高 溫、分級(jí)、旋流燃燒。
燃燒后的液態(tài)殘?jiān)秃瑝m煙氣向下切向進(jìn)入設(shè)置在爐膛底部的氣液固三相高溫旋 風(fēng)分離器，液態(tài)殘?jiān)蜔焿m向下進(jìn)入液態(tài)排渣，有效凈化后的高溫?zé)煔鈴闹行臒煿芰鹘?jīng) 十字煙管，高溫?zé)煔馔ㄟ^煙管以對流——輻射的傳熱方式與煙管外的生物質(zhì)顆粒換熱， 在爐膽上部排出，進(jìn)入爐膽與爐壁的隔層與爐膽對流換熱后，由爐膛下部的出口進(jìn)入蒸 汽發(fā)生室，與水進(jìn)行熱量交換，產(chǎn)生蒸汽。


圖1為本實(shí)用新型生物質(zhì)高溫燃燒鍋爐的剖視圖。
l為電機(jī)，2為聯(lián)軸器，3為進(jìn)料口， 4為料斗，5為旋轉(zhuǎn)軸，6為蠊旋葉片，7為 爐膽，8為燃料均布板，9為十字煙管，10為輻射導(dǎo)流塊，11為分段風(fēng)噴嘴，12為中心煙管，13為旋風(fēng)分離器，14為排渣口， 15為液態(tài)排渣池，16為切向進(jìn)口， 17為爐 壁，18為煙氣二次出口， 19為隔板，20為煙氣三次出口， 21為水進(jìn)口， 22為煙管， 23為折流室，24為蒸汽出口， 25為料斗水蒸汽出口。 圖2是燃料均布板8的俯視圖。
圖3是為十字煙管9，輻射導(dǎo)流塊10的安裝位置俯視圖。
具體實(shí)施方式
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以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)用新型生物質(zhì)高溫燃燒鍋爐的具體實(shí)施方式
。
本實(shí)用新型的生物質(zhì)高溫燃燒鍋爐的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括電機(jī)1、聯(lián)軸器2、 進(jìn)料口 3、料斗4、旋轉(zhuǎn)軸5、螺旋葉片6、燃料均布板8組合構(gòu)成的生物質(zhì)顆粒進(jìn)料裝 置，爐膽7，輻射導(dǎo)流塊IO、分段風(fēng)噴嘴11組成的預(yù)熱室和燃燒室，旋風(fēng)分離器13、 中心煙管12、十字煙管9、液態(tài)排渣池15組成的煙氣灰渣排出裝置，隔板19，煙管22， 折流室23組成的蒸汽發(fā)生室。
生物質(zhì)顆粒進(jìn)料裝置的料斗4由導(dǎo)熱性能優(yōu)良和耐熱的材料制備而成，安裝在爐膽 7的上方，與十字煙管9排出的高溫?zé)煔膺M(jìn)行換熱，對生物質(zhì)顆粒進(jìn)行預(yù)干燥；料斗4 中的螺旋葉片6除具備螺旋送料作用外，還起到攪拌生物質(zhì)顆粒的作用，使得生物質(zhì)顆 ?？梢猿浞诸A(yù)熱干燥；料斗4下方的喉部結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)高溫?zé)煔獾姆峭耆矫芊猓瑥纳?物質(zhì)顆粒間隙滲透上來的高溫?zé)煔夂洼椛錈?，對生物質(zhì)顆粒也起到干燥作用，干燥產(chǎn)生 的水蒸氣由料斗水蒸汽出口25排出。料斗4的錐面角度與水平線成斜向上3045°，下 端有25 35mm的喉部。
燃料均布板8的結(jié)構(gòu)如圖2，與旋轉(zhuǎn)軸5焊接成一體，下面與十字煙管9的間隙不 要超過100mm。燃料均布板8的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使生物質(zhì)顆粒在爐膛內(nèi)分布均勻，而且不 會(huì)沉積在中心煙管12和十字煙管9上。中心煙管12和十字煙管9上的設(shè)置，使煙氣在 爐內(nèi)實(shí)現(xiàn)再循環(huán)，具有三個(gè)回程，而且各回程均在爐內(nèi)的呈軸對稱分布，使?fàn)t內(nèi)的溫度 場分布均勻。
輻射導(dǎo)流塊10采用耐火材料制造，與工作十字煙管9的相對安裝位置如圖3所示， 鑲嵌在爐膽7上，該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是為增加生物質(zhì)顆粒的預(yù)熱駐留時(shí)間，增大爐膛的 輻射換熱。
得到充分預(yù)熱的生物質(zhì)顆粒與爐膽7中下方布置的分段風(fēng)噴嘴11分段切向仰射(仰 角為5~80°)送入由空氣預(yù)熱器預(yù)熱后的空氣相遇，實(shí)現(xiàn)高溫、旋流、分級(jí)、高溫燃燒。噴嘴的數(shù)量可以根據(jù)生物質(zhì)顆粒的進(jìn)料量加以調(diào)整，嚴(yán)格控制過量空氣系數(shù)，提高鍋爐 熱效率。
旋風(fēng)分離器13由耐溫陶瓷材料制備成型，上端面和豎直方向成斜下150~160°,防 止液態(tài)灰燼沉積，切向進(jìn)口設(shè)置兩個(gè)，成軸對稱分布，液態(tài)灰燼、粉塵、煙氣切向進(jìn)入， 在旋風(fēng)分離器13內(nèi)實(shí)現(xiàn)分離，高溫?zé)煔庥芍行臒煿?2和十字煙管9從爐膽7上方排出， 液態(tài)灰燼和粉塵經(jīng)由排渣口 14至液態(tài)排渣池15。
由中心煙管12和十字煙管9從爐膽7上方排出高溫?zé)煔饬鹘?jīng)爐膽7與爐壁17圍成 的環(huán)隙，再次與爐膛發(fā)生熱量交換，預(yù)熱生物質(zhì)顆粒，并對爐膽7內(nèi)的燃燒室起保溫作 用，提高生物質(zhì)燃燒溫度。隨后由爐壁17下方的煙氣二次出口 18進(jìn)蒸汽發(fā)生室的煙管 22與由水進(jìn)口 21進(jìn)入蒸汽發(fā)生室的水發(fā)生熱量交換，隔板19與折流室23使煙氣在煙 管22中流經(jīng)2個(gè)回程后，從煙氣三次出口 20排出至常規(guī)的空氣預(yù)熱器與助燃空氣換熱， 最后經(jīng)由煙道和引風(fēng)機(jī)從煙囪中排出。
本實(shí)用新型根據(jù)生物質(zhì)成型燃料特性，采用獨(dú)特的結(jié)構(gòu)對生物質(zhì)顆粒的預(yù)干燥，進(jìn) 料、高溫?zé)煔夥植季鶆颍瑢?shí)現(xiàn)了生物質(zhì)顆粒的高溫燃燒，并且將旋風(fēng)分離器移植到爐內(nèi) 底部實(shí)現(xiàn)高溫除塵。應(yīng)用該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的生物質(zhì)高溫鍋爐不但具備燃燒效率高，爐內(nèi)溫度 場分布均勻的優(yōu)點(diǎn)，而且排煙中的煙塵含量、氮氧化物及二氧化硫含量低，符合國家鍋 爐的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)要求，解決了目前生物質(zhì)直燃的技術(shù)難題。.
權(quán)利要求1、一種生物質(zhì)高溫燃燒鍋爐，鍋爐主體包括爐膽(7)、爐壁(17)、煙管(22)，其特征是電機(jī)(1)、聯(lián)軸器(2)、進(jìn)料口(3)、料斗(4)、旋轉(zhuǎn)軸(5)、螺旋葉片(6)、燃料均布板(8)組合構(gòu)成的生物質(zhì)顆粒進(jìn)料裝置，安裝在爐體上方；爐膽(7)與爐壁(17)形成預(yù)熱室，在料斗(4)外部對生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱；爐膽(7)、輻射導(dǎo)流塊(10)、分段風(fēng)噴嘴(11)組成燃燒室，與生物質(zhì)顆粒進(jìn)料裝置相連；旋風(fēng)分離器(13)、中心煙管(12)、十字煙管(9)、液態(tài)排渣池(15)組成的煙氣灰渣排出裝置，在下方與燃燒室相連；隔板(19)，煙管(22)，折流室(23)組成的蒸汽發(fā)生室，與燃燒室間由爐壁(17)隔離開；爐體內(nèi)有爐膽(7)，內(nèi)壁上鑲嵌有輻射導(dǎo)流塊(10)和分段風(fēng)噴嘴(11)，下方連接旋風(fēng)分離器(13)的外筒；中心煙管(12)在爐膽(7)中心，下部連接旋風(fēng)分離器(13)的上部出口，上方連接十字煙管(9)，組成排煙通道。
2、 如權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)高溫燃燒鍋爐，特征在于料斗(4)固定在爐膽(7)的 上方，料斗(4)的錐面角度與水平線成斜向上30~45°，下端有25 35ram的喉部。
3、 如權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)高溫燃燒鍋爐，特征在于燃料均布板(8)安裝在旋轉(zhuǎn) 軸(5)尾段，與十字煙管(9)的間隙不超過100mm。
4、 如權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)高溫燃燒鍋爐，特征在于分段風(fēng)噴嘴(11)仰射切向分 段布置在爐膽(7)中下方，仰角為5~80°。
5、 如權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)高溫燃燒鍋爐，特征在于排煙通道由中心煙管(12)和 十字煙管(9)組成，高溫?zé)煔鈴氖譄煿?9)排出至爐膽(7)與爐壁(17)之間。
6、 如權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)高溫燃燒鍋爐，特征在于輻射導(dǎo)流塊(10)嵌在爐膽(7) 上，在豎直方向上相對于十字煙管(9)交叉放置。
7、 如權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)高溫燃燒鍋爐，特征在于旋風(fēng)分離器(13)安裝在爐膽 (7)的下方，旋風(fēng)分離器(13)的上端面和豎直方向成斜下150~160°。
專利摘要本實(shí)用新型生物質(zhì)高溫燃燒鍋爐，屬于鍋爐技術(shù)領(lǐng)域，包括生物質(zhì)顆粒進(jìn)料器、燃料均布板、十字煙管、輻射導(dǎo)流塊、分段風(fēng)噴嘴、旋風(fēng)除塵器、液態(tài)排渣池，爐膽、蒸汽發(fā)生室。特征是生物質(zhì)顆粒進(jìn)料器的料斗設(shè)置在鍋爐上方，可實(shí)現(xiàn)預(yù)干燥；爐內(nèi)置有錯(cuò)落有致的輻射導(dǎo)流塊；預(yù)熱后的高溫空氣由噴嘴分段切向仰射進(jìn)入爐膛，實(shí)現(xiàn)分級(jí)、旋流燃燒；底部設(shè)置氣液固三相高溫旋風(fēng)分離器，中心的高溫?zé)煔饬鹘?jīng)中心煙管至上部十字煙管進(jìn)入爐膽與爐壁的環(huán)隙，從爐壁下方入蒸汽發(fā)生室。本實(shí)用新型結(jié)合生物質(zhì)燃料特性，綜合吸收了高溫空氣燃燒、分級(jí)燃燒、旋風(fēng)燃燒、旋風(fēng)除塵、液態(tài)排渣和煙氣再循環(huán)等技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)可再生能源生物質(zhì)的清潔高效利用。
文檔編號(hào)F23M5/00GK201149245SQ200720046998
公開日2008年11月12日 申請日期2007年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月6日
發(fā)明者瑜 俞, 林其釗, 段緒強(qiáng), 馬培勇 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)