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煤塊層燃與生物質氣化噴燃相結合的鏈條爐復合燃燒系統.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510490689.5

申請日:

2015.08.11

公開號:

CN105066110A

公開日:

2015.11.18

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F23B 90/06申請日:20150811|||公開
IPC分類號: F23B90/06(2011.01)I; F23L15/00 主分類號: F23B90/06
申請人: 中山市迦南節能環保科技有限公司
發明人: 劉效洲; 劉敬堯; 董龍標
地址: 528400廣東省中山市石岐區第一城藍寶樓3幢69號
優先權:
專利代理機構: 北京獻智知識產權代理事務所(特殊普通合伙)11434 代理人: 楊獻智
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510490689.5

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.10.16|||2016.08.31|||2015.11.18

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開一種煤塊層燃與生物質氣化噴燃相結合的鏈條爐復合燃燒系統,包括鏈條爐、熱交換器、混合器以及低碳氣化爐,低碳氣化爐連接在混合器與鏈條爐之間,其包括位于其一側上的生物質氣出口管,低碳氣化爐內生成的生物質氣通過生物質氣出口管進入鏈條爐內完成燃燒,從鏈條爐排出的煙氣一部分進入熱交換器與空氣實現熱交換,另一部分進入混合器而與空氣混合形成混合氣,混合氣一部分用于生物質料的氣化,另一部分經由低碳氣化爐的生物質氣出口管進入鏈條爐。本發明可以充分提高能源利用率、適應不同功率設備的需求并且適于對現有的鏈條鍋爐進行改造升級。

權利要求書

1.一種煤塊層燃與生物質氣化噴燃相結合的鏈條爐復合燃燒系統,
包括:
鏈條爐、在煙氣流動方向上位于所述鏈條爐下游的熱交換器、混合
器、以及低碳氣化爐,所述鏈條爐的爐膛下部設置用于承載煤塊的爐排,
所述鏈條爐的一側端壁上設置煙氣出口;
其特征在于:
所述低碳氣化爐設置在所述混合器與所述鏈條爐之間,所述低碳氣
化爐包括氣化爐本體以及位于所述氣化爐本體的側壁上的生物質氣出
口管,所述低碳氣化爐通過所述生物質氣出口管與所述鏈條爐的爐膛連
通,使得所述低碳氣化爐內的生物質料經氣化反應后生成的生物質氣通
過所述生物質氣出口管進入所述鏈條爐內作為燃料;
所述熱交換器包括高溫煙氣進口、低溫煙氣出口、冷空氣入口以及
熱空氣出口,所述混合器包括熱空氣入口、煙氣入口以及混合氣出口,
所述鏈條爐的所述煙氣出口通過煙氣管道與所述熱交換器的高溫煙氣
進口連通,所述熱交換器的所述低溫煙氣出口與外界連通,所述熱交換
器的所述冷空氣入口與外部空氣連通,所述熱交換器的所述熱空氣出口
通過管道與所述混合器的所述熱空氣入口連通,使得冷空氣在所述熱交
換器中由高溫煙氣預熱后進入所述混合器;以及
所述混合器的所述煙氣入口通過煙氣支管與所述鏈條爐和所述熱
交換器之間的所述煙氣管道連通,所述混合器的所述混合氣出口通過管
道分別與所述低碳氣化爐的所述氣化爐本體和所述生物質氣出口管連
通,使得從所述鏈條爐排出的高溫煙氣的一部分通過所述煙氣入口進入
所述混合器并在所述混合器內與來自所述熱交換器的預熱空氣相混合
而形成混合氣,并且所述混合氣的一部分進入所述生物質氣出口管用作
二次助燃空氣,所述混合氣的另一部分進入所述氣化爐本體用作生物質
料的氣化劑。
2.如權利要求1所述的煤塊層燃與生物質氣化噴燃相結合的鏈條
爐復合燃燒系統,其特征在于,所述生物質氣出口包括同軸設置的內套
筒和外套筒,并且所述內套筒和所述外套筒鄰近所述鏈條爐的一端呈漸
縮狀。
3.如權利要求2所述的煤塊層燃與生物質氣化噴燃相結合的鏈條
爐復合燃燒系統,其特征在于,所述低碳氣化爐還包括圍繞所述氣化爐
本體周側布置的風套,所述氣化爐本體的頂部向上延伸設置生物質料進
料筒,圍繞所述生物質料進料筒于所述氣化爐本體的頂部設置空氣預熱
腔,所述空氣預熱腔的頂部設置有空氣入口,所述空氣預熱腔的一次預
熱風出口經由管道與所述風套的二次預熱風入口連通,所述風套的二次
預熱風出口經由管道與所述生物質氣出口管的所述內套筒連通,使得來
自所述風套的二次預熱風進入所述生物質氣出口管的所述內套筒內用
作一次助燃空氣。
4.如權利要求3所述的煤塊層燃與生物質氣化噴燃相結合的鏈條
爐復合燃燒系統,其特征在于,所述混合器的所述混合氣出口通過第一
分支管道與所述低碳氣化爐的所述生物質氣出口管的所述內套筒與所
述外套筒之間的區域連通,所述混合器的所述混合氣出口通過第二分支
管道與所述氣化爐本體的底壁上的混合氣入口連通。
5.如權利要求4所述的煤塊層燃與生物質氣化噴燃相結合的鏈條
爐復合燃燒系統,其特征在于,所述第一分支管道沿切線方向連接于所
述生物質氣出口管的所述內套筒與所述外套筒之間的區域。
6.如權利要求5所述的煤塊層燃與生物質氣化噴燃相結合的鏈條
爐復合燃燒系統,其特征在于,所述氣化爐本體內包括設置于下部的水
冷爐排、位于所述水冷爐排上方的氣化反應區以及位于所述水冷爐排下
方的除灰室,所述低碳氣化爐還包括圍繞所述氣化爐本體周側布置且位
于所述風套下方的水套。
7.如權利要求6所述的煤塊層燃與生物質氣化噴燃相結合的鏈條
爐復合燃燒系統,其特征在于,所述水冷爐排包括共用供水管以及從所
述共用供水管兩側間隔向外延伸的至少十個爐排管,所述至少十個爐排
管的外端分別貫穿所述氣化爐本體的爐壁以與所述水套的內部連通,其
中,所述水套的水蒸汽出口經由管道與所述氣化爐本體的底壁上的水蒸
汽入口連通。
8.如權利要求1~7中任一項所述的煤塊層燃與生物質氣化噴燃相
結合的鏈條爐復合燃燒系統,其特征在于,所述鏈條爐的兩側各設置一
個低碳氣化爐,兩個相對的所述低碳氣化爐的所述生物質氣出口管分別
與所述鏈條爐的爐膛連通。
9.如權利要求8所述的煤塊層燃與生物質氣化噴燃相結合的鏈條
爐復合燃燒系統,其特征在于,所述二次助燃空氣的溫度設定為150~
250℃,所述二次助燃空氣的氧含量設定成以體積比計為15~20%,分
別進入兩個所述低碳氣化爐的所述氣化爐本體的用作氣化劑的混合氣
設定成以體積流量比計各為所述混合器所排出的混合氣的15~25%,分
別進入兩個所述低碳氣化爐的所述生物質氣出口管的用作二次助燃空
氣的混合氣設定成以體積流量比計各為所述混合器所排出的混合氣的
25~35%。
10.如權利要求9所述的煤塊層燃與生物質氣化噴燃相結合的鏈條
爐復合燃燒系統,其特征在于,從所述鏈條爐進入所述熱交換器的煙氣
設定成以體積流量比計為所述鏈條爐所排出煙氣的30~50%,從所述鏈
條爐進入所述混合器的煙氣設定成以體積流量比計為所述鏈條爐所排
出煙氣的50~70%。

說明書

煤塊層燃與生物質氣化噴燃相結合的鏈條爐復合燃燒系統

技術領域

本發明涉及一種鍋爐燃燒系統,特別涉及一種復合式鍋爐燃燒系
統。

背景技術

鏈條爐是目前廣泛應用的一種高機械化程度層燃爐,是多用于工業
生產的小容量或者中等容量爐型。鏈條爐的爐排以鏈條式履帶狀排布,
煤塊在移動過程中完成燃燒,燃燒工況相對穩定,煙塵排放濃度可控度
較高。然而,由于其鏈條式排布方式,沿著爐排排布的長度方向上燃料
層有明顯的燃燒分區,并且鏈條爐多采用煤塊為燃料,然而煤、石油、
天然氣等化石能源都是不可再生資源,在人類大規模的開采下已逐漸枯
竭。另外,這些燃料在燃燒時會向空氣中排放大量的有毒有害氣體,造
成大氣嚴重污染。并且,僅采用煤塊作為燃燒原料的鏈條爐熱效率較低,
熱量損失大。為此,能源領域專家正努力尋找可再生的清潔燃料來代替
化石能源。

生物質燃料(簡稱BMF,比如農林廢棄物,如秸稈、鋸末、甘蔗
渣、稻糠等)具有以下幾個特點:1、BMF的能量來自于其生長時對自
然界CO2的吸收,因此BMF具有CO2生態“零”排放的特點;2、BMF
的燃燒以揮發份為主,其固定碳的含量為15%左右,是典型的低碳燃料;
3、BMF的含硫量比柴油還低,僅為0.05%,不需設置脫硫裝置就可實
現SO2的排放;4、BMF的灰份僅為1.8%,是煤基燃料的1/10左右,
設置簡單的除塵裝置就能實現粉塵排放達標;5、BMF含氮量低,氧含
量高,燃燒時生成較少的NOX;6、BMF來源于農林廢棄物,原料分布
廣泛多樣,成本低,循環生長,取之不盡用之不竭,是典型的循環經濟
項目。

生物質燃料技術的研究與開發己成為世界重大熱門課題之一,受到
世界各國政府與科學家的關注。生物質能的利用主要有直接燃燒、熱化
學轉換和生物化學轉換等3種途徑。生物質的直接燃燒在相當長的歷史
時期是我國生物質能利用的主要方式。生物質的熱化學轉換是指在一定
的溫度和條件下,使生物質氣化、炭化、熱解和液化,以生產氣態燃料、
液態燃料和化學物質的技術。生物質的生物化學轉換包括有生物質—沼
氣轉換和生物質—乙醇轉換等。

生物質氣化是以生物質為原料,在氣化劑作用下,通常以氧氣(空
氣、富氧或純氧)、水蒸氣或氫氣等作為氣化劑(也稱為氣化質),在高
溫條件下通過熱化學反應,將生物質中可燃的部分轉化為可燃氣的過
程。生物質氣化時產生的氣體成分主要包括H2、CH4和CO等,通常將
這種可燃氣體稱為生物質燃氣。

相對于其它的生物質利用技術而言,生物質氣化技術是一種廣泛使
用的生物質能量轉化方式。其特點主要包括能量轉化效率高,設備簡單,
投資少,運行操作容易,不受地區、燃料種類和氣候的限制。生物質的
氣化過程主要在氣化爐中進行,由于氣化爐的類型、氣化反應條件、工
藝流程、氣化劑的種類、原料的性質和粉碎粒度等條件的不同,其氣化
反應過程也不盡相同。但生物質氣化過程在不同條件下的基本包括:
C+O2=CO2;CO2+C=2CO;H2O+C=CO+H2等。

由于生物質燃料相對于傳統的煤、石油等燃料而言具備多種優勢,
因此近年來也被嘗試用于鏈條爐中,例如中國專利申請公開第
1916490A號所揭示的一種爐內設置火囪的無煙燃燒工藝及設備,主要
涉及以煤、生物質為燃料的民用開水爐、熱水爐、有機熱載體鍋爐、蒸
汽鍋爐、窯爐設備,其采用的燃料廣泛,包括煙煤和無煙煤煤種的原煤、
散煤、型煤和薪柴、谷殼、農林廢棄物之類的生物質,其包括燃料的干
餾及氣化燃燒技術,采取在爐內設置火囪的措施來改善著火條件,消除
煤煙,設備主要由干餾氣化燃燒室、第二燃燒室、上爐排、下爐排、爐
內火囪、爐膛、受熱面、圍護體組成,燃料和空氣進入到干餾氣化燃燒
室,在干餾氣化燃燒室內完成預熱、烘干、揮發物逸出、氣化、燃燒,
燃燒產生的煙氣穿過上爐排的灼熱燃料層進入到第二燃燒室,上爐排的
灼熱燃料也漏落到第二燃燒室的下爐排上繼續燃燒,干餾氣化燃燒室和
第二燃燒室產生的熾熱火焰氣流匯合后,通過爐內火囪的吸引作用進入
到爐膛內,進入到爐膛內的熾熱火焰氣流把熱能傳遞給爐膛內的受熱
面,交換出熱能后因密度增大而下降,廢氣由出口排出;干餾氣化燃燒
室由側墻、烘頂、上爐排、上爐門組成,上爐排構成干餾氣化燃燒室的
底,干餾氣化燃燒室與爐膛隔離,干餾氣化燃燒室內燃燒產生的熱能同
時以輻射傳熱的方式向爐膛內傳遞;第二燃燒室在干餾氣化燃燒室的下
方,由側墻、火囪吸火口、下爐排、中爐門組成,第二燃燒室接受從干
餾氣化燃燒室落下的燃料繼續燃燒;火囪吸火口在第二燃燒室,火氣出
口在爐膛內;上爐排包括水冷式爐排、風冷式爐排、搖動爐排、振動爐
排其中的一種;下爐排包括固定爐排、手動爐排、機械鏈條爐排、機械
往復爐排其中的一種。該無煙燃燒工藝及設備采用生物質燃料在鏈條鍋
爐中氣化燃燒,然而依然存在以下缺點或不足:(1)、僅僅采用單一的
煤或者生物質燃料,燃燒效果不佳,不能根據需要調節燃燒模式;(2)、
燃燒產生的煙氣直接排放,未對排放的煙氣進行回收再利用,熱量損失
大且對環境的污染程度相對較大;(3)、其采用的爐排既可采用煤作為
燃料,又可采用生物質作為燃料,爐排的結構專業化程度有限,因此對
于生物質燃料而言,氣化利用率低,無法獲得最佳的氣化狀態,因此燃
燒效率相對較低。

又如中國專利申請公開第101893234A號所揭示的一種可實現合成
氣與半焦聯合燃燒的生物質鍋爐,該生物質鍋爐包括鍋爐主體、鏈條爐
排、多個風室、料倉、生物質氣化室、氣化風室和蒸汽進入管,鍋爐主
體的內腔為爐膛;該生物質鍋爐還包括一次給料器、二次給料器、半焦
燃燒室和合成氣引出管;生物質氣化室設置于鍋爐主體入口端處,半焦
燃燒室設置于生物質氣化室和鍋爐主體之間,且半焦燃燒室與爐膛連
通,鏈條爐排設置在生物質氣化室、半焦燃燒室以及鍋爐主體三者的下
方,氣化風室設置在生物質氣化室的下方用于提供物質氣化室內生物質
燃料燃燒所需空氣,蒸汽進入管設置在生物質氣化室的下方用于將霧化
蒸汽引入生物質氣化室內,生物質氣化室用于產生氫氣、甲烷和一氧化
碳三者混合的合成氣;生物質氣化室的側壁上設有合成氣引出口,合成
氣引出管的一端通過合成氣引出口與生物質氣化室的內腔連通,合成氣
引出管的另一端與爐膛連通,料倉設置于生物質氣化室、半焦燃燒室二
者的上方,所述料倉內的生物質燃料通過一次給料器進入生物質氣化室
內,所述料倉內的生物質燃料通過二次給料器進入半焦燃燒室內;所述
多個風室布置于與爐膛對應的鏈條爐排的下方用于提供爐膛內合成氣
及半焦燃燒所需空氣。該生物質鍋爐采用合成氣與半焦聯合燃燒,能夠
提高燃燒效率,但是該發明依然存在以下缺點或不足:(1)、由于采用
單一的生物質作為燃料供給,其燃燒能夠獲得的熱量有限,無法滿足大
功率設備的需求;(2)、燃燒產生的煙氣直接排放,未對排放的煙氣進
行回收再利用,熱量損失大且對環境的污染程度相對較大;(3)、鍋爐
爐壁未采取余熱回收構造,浪費了一部分熱能,燃燒使用的空氣通過多
個風室進入爐膛,但均未利用鍋爐余熱對空氣進行預熱;(4)、生物質
氣化后獲得的合成氣經過合成氣引出管進入爐膛,但是合成氣進入爐膛
時未采用必要的手段將其與助燃空氣充分混合擾動,因此燃料混合狀態
不佳,燃燒不充分,熱效率相對較低。

因此,提供一種能夠充分提高能源利用率且適用于不同功率設備的
鏈條爐復合燃燒系統成為業內急需解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種煤塊層燃與生物質氣化噴燃相結合的鏈
條爐復合燃燒系統,其能夠充分提高能源利用率、適應不同功率設備的
需求并且適于對現有的鏈條鍋爐進行改造升級。

根據本發明的一個方面,提供一種煤塊層燃與生物質氣化噴燃相結
合的鏈條爐復合燃燒系統,包括:鏈條爐、在煙氣流動方向上位于鏈條
爐下游的熱交換器、混合器、以及低碳氣化爐,鏈條爐的爐膛下部設置
用于承載煤塊的爐排,鏈條爐的一側端壁上設置煙氣出口;其中:低碳
氣化爐設置在混合器與鏈條爐之間,低碳氣化爐包括氣化爐本體以及位
于氣化爐本體的側壁上的生物質氣出口管,低碳氣化爐通過生物質氣出
口管與鏈條爐的爐膛連通,使得低碳氣化爐內的生物質料經氣化反應后
生成的生物質氣通過生物質氣出口管進入鏈條爐內作為燃料;熱交換器
包括高溫煙氣進口、低溫煙氣出口、冷空氣入口以及熱空氣出口,混合
器包括熱空氣入口、煙氣入口以及混合氣出口,鏈條爐的煙氣出口通過
煙氣管道與熱交換器的高溫煙氣進口連通,熱交換器的低溫煙氣出口與
外界連通,熱交換器的冷空氣入口與外部空氣連通,熱交換器的熱空氣
出口通過管道與混合器的熱空氣入口連通,使得冷空氣在熱交換器中由
高溫煙氣預熱后進入混合器;以及混合器的煙氣入口通過煙氣支管與鏈
條爐和熱交換器之間的煙氣管道連通,混合器的混合氣出口通過管道分
別與低碳氣化爐的氣化爐本體和生物質氣出口管連通,使得從鏈條爐排
出的高溫煙氣的一部分通過煙氣入口進入混合器并在混合器內與來自
熱交換器的預熱空氣相混合而形成混合氣,并且混合氣的一部分進入生
物質氣出口管用作二次助燃空氣,混合氣的另一部分進入氣化爐本體用
作生物質料的氣化劑。

可選擇地,生物質氣出口可以包括同軸設置的內套筒和外套筒,并
且內套筒和外套筒鄰近鏈條爐的一端呈漸縮狀。

可選擇地,低碳氣化爐還可包括圍繞氣化爐本體周側布置的風套,
氣化爐本體的頂部向上延伸設置生物質料進料筒,圍繞生物質料進料筒
于氣化爐本體的頂部設置空氣預熱腔,空氣預熱腔的頂部設置有空氣入
口,空氣預熱腔的一次預熱風出口經由管道與風套的二次預熱風入口連
通,風套的二次預熱風出口經由管道與生物質氣出口管的內套筒連通,
使得來自風套的二次預熱風進入生物質氣出口管的內套筒內用作一次
助燃空氣。

可選擇地,混合器的混合氣出口可以通過第一分支管道與低碳氣化
爐的生物質氣出口管的內套筒與外套筒之間的區域連通,混合器的混合
氣出口可以通過第二分支管道與氣化爐本體的底壁上的混合氣入口連
通。

優選地,第一分支管道可以沿切線方向連接于生物質氣出口管的內
套筒與外套筒之間的區域。

可選擇地,氣化爐本體內可以包括設置于下部的水冷爐排、位于水
冷爐排上方的氣化反應區以及位于水冷爐排下方的除灰室,低碳氣化爐
還包括圍繞氣化爐本體周側布置且位于風套下方的水套。

進一步地,水冷爐排可以包括共用供水管以及從共用供水管兩側間
隔向外延伸的至少十個爐排管,至少十個爐排管的外端分別貫穿氣化爐
本體的爐壁以與水套的內部連通,其中,水套的水蒸汽出口經由管道與
氣化爐本體的底壁上的水蒸汽入口連通。

可選擇地,鏈條爐的兩側可以各設置一個低碳氣化爐,兩個相對的
低碳氣化爐的生物質氣出口管分別與鏈條爐的爐膛連通。

可選擇地,二次助燃空氣的溫度可設定為150~250℃,二次助燃空
氣的氧含量可設定成以體積比計為15~20%,分別進入兩個低碳氣化爐
的氣化爐本體的用作氣化劑的混合氣可設定成以體積流量比計各為混
合器所排出的混合氣的15~25%,分別進入兩個低碳氣化爐的生物質氣
出口管的用作二次助燃空氣的混合氣可設定成以體積流量比計各為混
合器所排出的混合氣的25~35%。

可選擇地,從鏈條爐進入熱交換器的煙氣可設定成以體積流量比計
為鏈條爐所排出煙氣的30~50%,從鏈條爐進入混合器的煙氣可設定成
以體積流量比計為鏈條爐所排出煙氣的50~70%。

可選擇地,從鏈條爐排出的煙氣溫度為大約240~280℃,而經過熱
交換器后經由低溫煙氣出口排出的煙氣溫度為大約100~140℃,從鼓風
機進入熱交換器的空氣溫度為大約20℃,而經過熱交換器后經由熱空氣
出口240輸出的預熱空氣溫度為大約80~120℃。

可選擇地,從混合器的煙氣入口進入的煙氣與從混合器的熱空氣入
口進入的預熱空氣二者的體積流量比大約為4:2~8:6,也就是說最終
從混合器的混合器出口排出的混合氣中大約有40~80%為來自于鏈條
爐的煙氣,此部分煙氣的溫度為大約240~280℃,而混合氣中大約有
20~60%為來自于熱交換器的預熱空氣,此部分預熱空氣的溫度為大約
80~120℃。

可選擇地,從風套出來的空氣溫度大約80~120℃,氧含量以體積
比計為大約19~23%。

可選擇地,空氣預熱腔于氣化爐本體的頂部沿著氣化爐本體的周緣
向上延伸而成且其頂壁位于生物質料進料筒的入口下方。

可選擇地,至少十個爐排管兩兩對稱設置于共用供水管的兩側且位
于同一水平面。

可替代的,可以采用多根平行間隔設置的爐排管,每根爐排管的兩
端分別與水套內部連通,并且分別通過不同的連接管從下方與各個爐排
管的中段(比如中間點)連接以將來自水源的冷水供給至各個爐排管的
內部。

可選擇的,水冷爐排的每個爐排管在水套內的出口位于水套的水蒸
汽出口的下方。

可選擇的,生物質料進料筒設置于氣化爐本體的頂部的中央,空氣
預熱腔呈環形圍繞生物質料進料筒。

可選擇的,于熱交換器的冷空氣入口處安裝鼓風機。

其中,本發明中的熱交換器可以包括外殼、將外殼內部空間分隔為
逆向平行的煙氣流路和流體流路的中隔板、以及穿設在中隔板中的若干
熱管,其中,熱管的蒸發端延伸于煙氣流路中,熱管的冷凝端延伸于流
體流路中。可選擇地,熱交換器的熱管內的工質可以為適用于200~500
攝氏度左右工況的萘或氨等工質。

可選擇地,本發明中的熱交換器也可以為表面式換熱器,即,溫度
不同的兩種流體在被壁面分開的空間里流動,通過壁面的導熱和流體在
壁表面對流,兩種流體之間進行換熱。

其中,本發明中的混合器中可以設置風機以使煙氣與空氣混合更加
均勻。

本發明的有益效果是:(1)、在鏈條爐上附加設置低碳氣化爐,當
負荷較小時可僅利用低碳氣化爐所產生的生物質氣作為燃料,在鏈條爐
內僅燃燒生物質氣,當負荷增加而僅依靠生物質氣不能滿足負荷需求
時,則啟動鏈條爐內的煤塊燃燒,因此本發明可以根據負荷需求在兩種
燃燒模式中進行擇一選擇或同時啟動,可調節性高,并且所設置的兩個
或多個低碳氣化爐可以根據負荷需求選擇部分啟動,組合方式靈活;
(2)、便于對現有的鏈條爐進行結構改造,在其上增設低碳氣化爐構造,
在傳統燃料鏈條爐中加入對生物質燃料的利用,減少對環境的污染,降
低對傳統燃料的依賴程度,并且廣泛適用于多種鏈條爐的改造,有利于
舊設備的更新利用;(3)、從風套進入生物質氣出口管的一次助燃空氣
經過了氣化爐本體的預熱,而從熱交換器進入混合器的空氣也經過了熱
交換器預熱并在混合器內與高溫煙氣混合預熱,因此來自混合器的二次
助燃空氣也經過了充分預熱,有利于鏈條爐內的生物質氣和燃煤的燃
燒,可有效提高生物質氣和燃煤的利用率;(4)、來自混合器的混合氣
一部分進入低碳氣化爐用于生物質料的氣化,該氣化用混合氣同樣經過
了充分的預熱混合,其溫度有利于提高生物質料的氣化效率;(5)、鏈
條爐排出的煙氣得到了充分利用,一部分在熱交換器中用于預熱空氣,
一部分進入混合器中直接與空氣混合而用于氣化生物質料或直接從低
碳氣化爐的生物質氣出口管進入鏈條爐作為二次助燃空氣重新燃燒,因
此鏈條爐的煙氣利用率高,直接排放進入大氣的煙氣量減少,且排放煙
氣的溫度大大降低,減少了對環境的污染;(6)、生物質氣出口管采用
內套筒、外套筒的雙套管設計,生物質氣、一次助燃空氣、二次助燃空
氣分別經由不同路徑進入鏈條爐,且二次助燃空氣以切線方向進入內套
筒、外套筒之間的區域并旋轉著向生物質氣出口管的端部流動,在端部
均勻混合,有利于在鏈條爐內的充分燃燒,提高了燃燒效率。

附圖說明

圖1示出了本發明煤塊層燃與生物質氣化噴燃相結合的鏈條爐復合
燃燒系統的示意圖。

圖2示出了圖1中沿A向的側視示意圖。

圖3示出了本發明的低碳氣化爐的示意圖。

圖4示出了本發明的低碳氣化爐的水冷爐排及水套構造的示意圖。

圖5示出了本發明的低碳氣化爐的生物質氣出口管構造的示意圖。

具體實施方式

請參照圖1,根據本發明的一種實施方式,煤塊層燃與生物質氣化
噴燃相結合的鏈條爐復合燃燒系統包括:鏈條爐100、熱交換器200、
鼓風機300、混合器400以及低碳氣化爐500。

鏈條爐100包括爐體110,爐體110下部的爐排111以鏈條式履帶
狀布置,其上承載煤塊。鏈條爐100上設置供燃燒后的煙氣排出的煙氣
出口112。

熱交換器200在煙氣流動方向上位于鏈條爐100的下游。熱交換器
200包括高溫煙氣進口210、低溫煙氣出口220、冷空氣入口230以及熱
空氣出口240。鏈條爐100的煙氣出口112與熱交換器200的高溫煙氣
進口210通過煙氣管道150連接,從鏈條爐100經由煙氣出口112排出
的煙氣的一部分進入熱交換器200的高溫煙氣進口210,而外部空氣通
過鼓風機300經由熱交換器200的冷空氣入口230進入熱交換器200,
并在熱交換器200中完成預熱后從熱空氣出口240排出。來自鏈條爐100
的煙氣與空氣在熱交換器200處進行熱交換,空氣吸收了來自煙氣的余
熱。從鏈條爐100排出的煙氣溫度為大約260℃,而經過熱交換器200
后經由低溫煙氣出口220排出的煙氣溫度為大約120℃。從鼓風機300
進入熱交換器200的空氣溫度為大約20℃,而經過熱交換器200后經由
熱空氣出口240輸出的預熱空氣溫度為大約100℃。因此,鏈條爐100
所排出的煙氣余熱得以充分利用,并且預熱后的空氣用于助燃可提高燃
燒效率。

混合器400包括熱空氣入口410、煙氣入口420以及混合氣出口430。
從鏈條爐100的煙氣出口112排出的煙氣的一部分通過煙氣管道150進
入熱交換器200,另一部分在進入熱交換器200之前直接經由煙氣支管
160從混合器400的煙氣入口420處進入混合器400。進入熱交換器200
的一部分煙氣占煙氣總量的大約40%,此部分煙氣在通過熱交換器200
完成與空氣的熱交換后被排放,不再參與燃燒,而進入混合器400的另
一部分煙氣占煙氣總量的大約60%,這部分煙氣在經過混合器400與低
碳氣化爐500后,最終進入鏈條爐100中重新參與燃燒。來自熱交換器
200的預熱空氣經由管道從混合器400的熱空氣入口410處進入混合器
400,并與來自于鏈條爐100的煙氣進行混合,從混合器400的煙氣入
口420進入的煙氣與從混合器400的熱空氣入口410進入的預熱空氣二
者的體積流量比大約為6:4,也就是說最終從混合器400的混合器出口
430排出的混合氣中來自于鏈條爐100的煙氣以體積比計大約占60%,
此部分煙氣的溫度為大約260℃,來自于熱交換器200的預熱空氣以體
積比計大約占40%,此部分預熱空氣的溫度為大約100℃。從混合器400
排出的混合氣溫度大約為200℃,其氧含量以體積比計大約為18%。

低碳氣化爐500連接在混合器400與鏈條爐100之間,來自混合器
400的混合氣作為一種氣化劑進入低碳氣化爐500,低碳氣化爐500中
的生物質料氣化產生的生物質氣輸送至鏈條爐100內作為燃料。如圖2
所示,在鏈條爐100的兩側各設置一個相對的低碳氣化爐500,兩個相
對的低碳氣化爐500產生的生物質氣均進入到鏈條爐100內。另外,可
以根據負荷需要設置多個低碳氣化爐500以產生所需要量的生物質氣。

在圖2所示的非限制性實施方式中,具有相對設置的兩個低碳氣化
爐500,因此來自于混合器400的氣化用混合氣以及二次助燃空氣均通
過管道分為兩個部分(根據兩個低碳氣化爐500的容量,可以分為等量
或不等量的兩部分),分別輸送給兩個低碳氣化爐500,以實現對應低碳
氣化爐500內的氣化反應以及助燃。在兩個低碳氣化爐500的容量相等
的情形下,進入兩個氣化爐本體510的氣化用混合氣以體積流量比計各
占混合器400所排出混合氣的20%,進入兩個生物質氣出口管540的二
次助燃空氣以體積流量比計分別占混合器400所排出混合氣的30%,上
述比例能夠保證較佳的生物質料氣化效果,并能保證在生物質氣出口管
540的端部具有較佳的氣體混合效果,從而保證燃燒效率。

圖3是本發明的低碳氣化爐500的示意圖。低碳氣化爐500包括氣
化爐本體510、圍繞氣化爐本體510周側布置的風套520、以及圍繞氣
化爐本體510周側布置且位于風套520下方的水套530。

氣化爐本體510包括于頂部向上延伸設置的生物質料進料筒512、
以及圍繞生物質料進料筒512于氣化爐本體510的頂部設置的空氣預熱
腔555。具體的,生物質料進料筒512設置于氣化爐本體510的頂部的
中央,空氣預熱腔555呈環形圍繞生物質料進料筒512,其中,空氣預
熱腔555的頂壁位于生物質料進料筒512的入口下方。空氣預熱腔555
的頂部設置有空氣入口5551,于空氣入口5551上方設置冷空氣鼓風機
550。

氣化爐本體510內包括設置于下部的水冷爐排532、位于水冷爐排
532上方的氣化反應區(未標號)以及位于水冷爐排532下方的除灰室
518。

風套520位于氣化爐本體510的中上部。空氣預熱腔555的設置于
其側壁的一次預熱風出口5552經由管道與風套520的設置于其側壁上
部的二次預熱風入口5201連通,風套520的設置于其側壁下部的二次
預熱風出口5202經由管道與生物質氣出口管540的內套筒541的內部
連通。空氣在空氣預熱腔555內與氣化爐本體510的頂壁進行熱交換而
獲得一次預熱,一次預熱后的空氣經由管道輸送到風套520內。進入風
套520內的空氣進一步二次預熱,溫度進一步提高,從風套520出來的
空氣為一次助燃空氣,其溫度為大約100℃,氧含量按體積比計大約為
21%。隨后,一次助燃空氣經由管道被輸送到生物質氣出口管540中,
并由此進入鏈條爐100。

請參照圖3及圖4,水套530位于低碳氣化爐500的下部,來自外
部水源的冷水輸送至共用供水管533,水在共用供水管533以及爐排管
531中流動,吸收低碳氣化爐500中氣化反應區中產生的熱量變成高溫
水汽混合物,高溫水汽混合物進入水套530后進一步與爐壁進行熱交換
生成高溫水蒸汽,高溫水蒸汽從設置于水套530的側壁上部的水蒸汽出
口5301經由管道通過氣化爐本體510的底壁上的水蒸汽入口5102輸送
至低碳氣化爐500的氣化反應區中,以作為一種氣化劑參與生物質氣化
反應。

如圖4所示,水冷爐排532包括共用供水管533以及從共用供水管
533兩側間隔向外延伸的十四個爐排管531,十四個爐排管531的外端
分別貫穿氣化爐本體510的爐壁以與水套530的內部連通。具體的,十
四個爐排管531等間隔地兩兩對稱設置于共用供水管533的兩側且位于
同一水平面,水冷爐排532的每個爐排管531在水套530內的出口位于
水套530的水蒸汽出口5301的下方。

位于氣化爐本體510內部的多個爐排管531用于堆積生物質料,在
爐排管531的上部形成氣化反應區,從生物質料進料筒512進入氣化爐
本體510的生物質料堆積在爐排管531上,生物質料在該氣化反應區與
空氣、煙氣、水蒸汽發生氣化反應,以產生生物質氣,所產生的生物質
氣經由生物質氣出口管540進入到鏈條爐100的爐體110內進行燃燒。

如圖3所示,生物質氣出口管540設置在氣化爐本體510的側壁上
部,生物質料經氣化反應后通過生物質氣出口管540進入鏈條爐100。
生物質氣出口管540為內外兩層套筒構造,內套筒541與外套筒542同
軸設置并且其鄰近鏈條爐100的一端呈漸縮狀。來自氣化爐本體510的
生物質氣通過內套筒541進入鏈條爐100,并且來自低碳氣化爐500的
風套520的一次助燃空氣也經由內套筒541進入鏈條爐100。另外,來
自于混合器400的混合氣首先分成兩路輸送至兩個低碳氣化爐500,這
里以其中一個低碳氣化爐500為例進行說明。輸送至其中一個低碳氣化
爐500的混合氣分成兩部分,一部分經由第一分支管道450進入低碳氣
化爐500的生物質氣出口管540的內套筒541與外套筒542之間的區域,
該部分混合氣作為二次助燃空氣為生物質氣助燃。另一部分經由第二分
支管道460通過氣化爐本體510的底壁上的混合氣入口5103進入氣化
反應區作為生物質料的一種氣化劑。

請參照圖5,第一分支管道450沿切線方向連接于生物質氣出口管
540的內套筒541與外套筒542之間的區域,從而二次助燃空氣沿生物
質氣出口管540的切向進入到內套筒541與外套筒542之間的區域,并
在該區域內一邊旋轉一邊朝著遠離氣化爐本體510的方向移動,即呈旋
轉狀從內套筒541與外套筒542之間的區域朝著鏈條爐100內噴射燃燒。
一次助燃空氣通過管道進入生物質氣出口管540的內套筒541內部,在
內套筒541內生物質氣和一次助燃空氣經預混合后被輸送給鏈條爐
100。在生物質氣出口管540的末端,生物質氣、一次助燃空氣和二次
助燃空氣均進入到鏈條爐100內,在此處二次助燃空氣與之前在內套筒
541內預混合后的生物質氣和一次助燃空氣再次混合,由于二次助燃空
氣呈切向旋轉進入鏈條爐100,因此生物質氣、一次助燃空氣和二次助
燃空氣的混合更為均勻,對燃燒更為有利。此外,由于二次助燃空氣在
外側旋轉包圍生物質氣和一次助燃空氣,使得火焰穩定不發散。

運行中,當生物質氣、一次助燃空氣和二次助燃空氣進入鏈條爐100
后,在鏈條爐100的爐體110內著火燃燒,此時鏈條爐100內的煤塊可
以同時燃燒,從而實現煤塊層燃與生物質氣化噴燃相結合的復合燃燒方
式,一次助燃空氣與二次助燃空氣的旋轉混合噴入也有助于煤塊的燃
燒,可同時提高煤塊與生物質氣的燃燒效率。

在使用過程中,根據負荷需求,可以同時采用煤塊層燃與生物質氣
化噴燃相結合的復合燃燒方式以滿足大負荷需求,也可以僅僅采用單一
的生物質氣燃燒方式或單一的煤塊燃燒方式以滿足相對較小的負荷需
求。

盡管在此已詳細描述本發明的優選實施方式,但要理解的是本發明
并不局限于這里詳細描述和示出的具體結構,在不偏離本發明的實質和
范圍的情況下可由本領域的技術人員實現其它的變型和變體。例如,熱
交換器、混合器等裝置的具體構造可以根據需要進行選擇。此外,低碳
氣化爐的數量也可以根據具體負荷需求以及使用條件在本發明所公開
的范圍內適當選取。

關 鍵 詞:
煤塊層燃 生物 氣化 相結合 鏈條 復合 燃燒 系統
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