一种燃用高氮生物质的低NOx排放循环流化床锅炉，包括炉膛、物料分离与回送装置、尾部烟道和给料与燃料预处理装置。给料与燃料预处理装置包括至少一个给料装置和至少一个燃料预处理装置，给料装置布置在燃料预处理装置侧面，而燃料预处理装置则设置在炉膛与物料分离与回送装置之间，并与炉膛通过返料管连通，且其顶部设置热解气态产物通道与物料分离与回送装置入口相连。物料分离与回送装置的料腿横截面积是炉膛横截面积的1/60～1/40。本实用新型专利技术通过在回料管之间设置燃料预处理装置利用热灰做载体对高氮生物质燃料预热解，实现高氮生物质燃料的清洁燃烧。
【技术实现步骤摘要】
一种燃用高氮生物质的低NOx排放循环流化床锅炉
本技术介绍了一种燃用高氮生物质的低NOx排放循环流化床锅炉，属于燃烧设备领域，尤其涉及循环流化床锅炉领域。
技术介绍
在我国经济飞速发展、一次能源消耗量持续增加和环境保护压力日益加大的背景下，近年来，可再生能源已成为我国能源结构调整的主要推手。作为可再生能源中的重要一环，据统计，我国可开发的生物质能资源总量约为7亿吨标准煤。而在各种生物质能利用技术中，生物质发电技术目前又是技术成熟度最高、发展规模最大的一种。国家发展改革委2016年发布的《可再生能源发展“十三五”规划》中明确指出，到2020年我国生物质发电总装机要达到1500万kW，年发电量需超过900亿千瓦时。因而稳步发展生物质发电对实现2020年和2030年非化石能源分别占一次能源消费比重15％和20％的目标，加快建立清洁低碳的现代能源体系，促进可再生能源产业持续健康发展具有重大的现实意义和应用价值。目前，生物质直燃发电技术主要包括层燃和流态化燃烧两种方式，其中层燃发电方式以水冷振动炉排炉为主，具有操作简单、运行费用低等优点，但也存在燃烧效率低、受热面积灰和腐蚀严重等问题；而流态化燃烧发电方式中的循环流化床锅炉方案，由于其技术的日趋成熟，其在燃料适应性、负荷调节性能、污染物排放水平等方面的优势正逐步凸显，成为了当前我国生物质直燃发电锅炉的首选。对于N元素含量较高的生物质燃料，如酒糟等，其有机氮的质量分数高达3％以上，尽管循环流化床锅炉具有氮氧化物原始排放低的特点，但仍然无法满足目前污染物超低排放的要求(NOx≤50mg/m3)，为此仍需为该类型的循环流化床锅炉配备复杂的烟气脱硝处理系统(SNCR脱硝设备甚至SCR脱硝设备)，使得机组的初始投资和运行成本大大增加，严重地削弱了循环流化床机组的经济优势和竞争力。正是在这样的背景下，我们需要着眼于生物质燃料特别是高氮燃料的燃烧特性，并结合循环流化床锅炉自身的结构和运行特点，对原有设备进行改进，在不大幅增加成本的前提下，有效地降低锅炉原始排放中NOx的浓度，真正实现可再生能源利用的经济效益、社会效益和环境效益的统一。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种成本和排放均较低的燃用高氮生物质的循环流化床锅炉，来实现高氮含量生物质燃料的清洁燃烧，以满足可再生能源利用的经济效益、社会效益和环境效益的统一。本技术通过如下技术方案实现：一种燃用高氮生物质的低NOx排放循环流化床锅炉，所述锅炉包括炉膛、物料分离与回送装置、尾部烟道和给料与燃料预处理装置，所述炉膛上部与所述物料分离与回送装置的入口相连，所述物料分离与回送装置的烟气出口与所述尾部烟道相连，尾部烟道内部布置有换热面，其特征在于：所述给料与燃料预处理装置包括至少一个给料装置和至少一个燃料预处理装置，所述给料装置布置在所述燃料预处理装置侧面；所述燃料预处理装置设置在所述炉膛与所述物料分离与回送装置之间；所述燃料预处理装置与所述炉膛下部通过返料管连通；所述燃料预处理装置顶部设置有热解气态产物通道与所述物料分离与回送装置入口相连；所述物料分离与回送装置通过料腿与所述燃料预处理装置相连。上述技术方案中，所述物料分离与回送装置的料腿横截面积是所述炉膛横截面积的1/60～1/40。上述技术方案中，以装置在炉膛与料腿间的延展距离为宽度，而在炉膛纵深方向延展距离为深度，所述燃料预处理装置的深度B为所述物料分离与回送装置的料腿直径D的1～1.5倍，即B＝(1～1.5)D；所述燃料预处理装置的宽度L为所述物料分离与回送装置的料腿直径D的4～6倍，即L＝(4～6)D；所述燃料预处理装置的高度H为所述物料分离与回送装置的料腿直径D的3.8～4.2倍，即H＝(3.8～4.2)D。上述技术方案中，根据锅炉容量，所述物料分离与回送装置设置两个以上。上述技术方案中，根据锅炉容量，所述燃料预处理装置并列设置两个以上，且每个燃料预处理装置至少对应设置一个物料分离与回送装置并通过物料分离与回送装置的料腿连接。作为进一步改进的技术方案，所述返料管设置两个以上，所述两个以上的返料管均匀且对称地布置在所述燃料预处理装置上，且与所述燃料预处理装置连接处的中心高度h为所述物料分离与回送装置的料腿直径D的2.3～2.7倍，即h＝(2.3～2.7)D。所述给料装置设置若干个，所述若干个给料装置对称地布置在所述燃料预处理装置两侧。所述燃料预处理装置上部设置有气化剂入口，且所述气化剂入口设置在所述热解气态产物通道下方，并通入水蒸气作为气化剂。所述炉膛底部设置第一布风装置，用于通入氧化剂；所述燃料预处理装置底部设置第二布风装置，用于通入氧化剂和/或气化剂；所述料腿底部设置第三布风装置，用于通入松动风。所述炉膛选用水冷壁结构，优选膜式水冷壁结构。本技术具有以下优点及有益效果：1)将高氮生物质燃料的化学反应过程分为了燃料预处理和炉膛内补燃两个阶段，通过营造两个氧含量不同的反应区，使得高氮生物质燃料先后经历热解和燃烧两个化学反应过程，从而有效地减少其NOx的生成，实现超低排放；2)通过料腿、燃料预处理装置和返料管等部件合理的布置，实现了燃料和循环灰在宏观上的对冲式流动，促进了两者间的混合和传热，并延长了燃料的停留时间，进一步强化了高氮生物质燃料在燃料预处理装置中的热解作用，客观上营造出了更强的还原性气氛，极大地抑制燃料在热解阶段的NOx生成；3)将高氮生物质燃料热解后生成的气态产物，其主要是CO、H2和CH4等还原性气体，通入物料分离与回送装置，以还原已生成的NOx，进一步降低NOx的原始排放。附图说明图1是本技术所涉及的一种燃用高氮生物质的低NOx排放循环流化床锅炉示意图。图2是本技术所涉及的其中一种实施方式的给料与燃料预处理装置的布置示意图。图中：1―炉膛；2―物料分离与回送装置；3―尾部烟道；4―给料与燃料预处理装置；5―给料装置；6―燃料预处理装置；7―返料管；8―热解气态产物通道；9―第三布风装置；10―第二布风装置；11―第一布风装置；12―料腿。具体实施方式下面将结合附图对本技术的具体实施方式及其工作流程作进一步的说明。本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。如图1所示，一种燃用高氮生物质的低NOx排放循环流化床锅炉，包括炉膛1、物料分离与回送装置2、尾部烟道3和给料与燃料预处理装置4等部分。炉膛1上部与物料分离与回送装置2的入口相连，物料分离与回送装置2的烟气出口与尾部烟道3相连，尾部烟道3内部布置有换热面，如过热器、省煤器、空气预热器等。给料与燃料预处理装置4包括至少一个给料装置5和至少一个燃料预处理装置6，给料装置5对称布置在燃料预处理处理装置6两侧，燃料预处理装置6设置在炉膛1与物料分离与回送装置2之间。燃料预处理装置6中部与炉膛1下部通过返料管7连通，其顶部通过热解气态产物通道8与物料分离与回送装置2入口相连，其下部与物料分离与回送装置2下部的料腿12相连。锅炉运行时，经给料装置4，如螺旋给料机，将高氮生物质燃料送入燃料预处理装置6，燃料预处理装置6底部装设有第二布风装置10，空气等氧化剂或本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种燃用高氮生物质的低NOx排放循环流化床锅炉，所述锅炉包括炉膛(1)、物料分离与回送装置(2)、尾部烟道(3)和给料与燃料预处理装置(4)，所述炉膛(1)上部与所述物料分离与回送装置(2)的入口相连，所述物料分离与回送装置(2)的烟气出口与所述尾部烟道(3)相连，尾部烟道(3)内部布置有换热面，其特征在于：所述给料与燃料预处理装置(4)包括至少一个给料装置(5)和至少一个燃料预处理装置(6)，所述给料装置(5)布置在所述燃料预处理装置(6)侧面；所述燃料预处理装置(6)设置在所述炉膛(1)与所述物料分离与回送装置(2)之间；所述燃料预处理装置(6)与所述炉膛(1)下部通过返料管(7)连通；所述燃料预处理装置(6)顶部设置有热解气态产物通道(8)与所述物料分离与回送装置(2)入口相连；所述物料分离与回送装置(2)通过料腿(12)与所述燃料预处理装置(6)相连。
【技术特征摘要】
1.一种燃用高氮生物质的低NOx排放循环流化床锅炉，所述锅炉包括炉膛(1)、物料分离与回送装置(2)、尾部烟道(3)和给料与燃料预处理装置(4)，所述炉膛(1)上部与所述物料分离与回送装置(2)的入口相连，所述物料分离与回送装置(2)的烟气出口与所述尾部烟道(3)相连，尾部烟道(3)内部布置有换热面，其特征在于：所述给料与燃料预处理装置(4)包括至少一个给料装置(5)和至少一个燃料预处理装置(6)，所述给料装置(5)布置在所述燃料预处理装置(6)侧面；所述燃料预处理装置(6)设置在所述炉膛(1)与所述物料分离与回送装置(2)之间；所述燃料预处理装置(6)与所述炉膛(1)下部通过返料管(7)连通；所述燃料预处理装置(6)顶部设置有热解气态产物通道(8)与所述物料分离与回送装置(2)入口相连；所述物料分离与回送装置(2)通过料腿(12)与所述燃料预处理装置(6)相连。2.根据权利要求1所述的一种燃用高氮生物质的低NOx排放循环流化床锅炉，其特征在于：所述物料分离与回送装置(2)设置两个以上。3.根据权利要求1或2所述的一种燃用高氮生物质的低NOx排放循环流化床锅炉，其特征在于：所述物料分离与回送装置(2)的料腿(12)截面积是所述炉膛(1)截面积的1/60～1/40。4.根据权利要求3所述的一种燃用高氮生物质的低NOx排放循环流化床锅炉，其特征在于：所述燃料预处理装置(6)的深度B为所述物料分离与回送装置(2)的料腿(12)直径D的1～1.5倍；所述燃料预处理装置(6)的宽度L为所述物料分离与回送装置(2)的料腿(12)直径D的4～...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓博宇，张缦，单露，杨海瑞，吕俊复，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：新型
国别省市：北京,11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。