本发明专利技术公开了一种蓄热式生物质气化燃烧装置及其生产工艺，其装置部分包括上吸式气化炉和蓄热式锅炉系统，其还包括有燃气增压装置；所述燃气增压装置包括成对设置的引射器；所述引射器以所述蓄热式锅炉系统产生的蒸汽或者烟气为介质，对所述上吸式气化炉产生的燃气进行引射，以形成高压/高速燃气射流，喷入到所述蓄热式锅炉系统进行燃烧。本发明专利技术满足了高温低氧蓄热式燃烧方法对于燃烧流场的工艺要求，并避免了在蓄热体内产生积灰，从而保证了蓄热式燃烧的稳定运行。本发明专利技术在高温低氧环境下可以充分、顺利燃烧，且NOx产生量小、燃烧过程积灰量小、腐蚀性小、烟气排放量小，其热效率高、节能、环保。
【技术实现步骤摘要】
蓄热式生物质气化燃烧装置及其生产工艺
本专利技术涉及一种生物质原料燃烧装置及其生产工艺，尤其涉及一种蓄热式生物质气化燃烧装置及其生产工艺。
技术介绍
生物质能是通过绿色植物的光合作用把太阳能转化为化学能后固定和贮藏在生物体内的能量，是唯一可再生的CO2零排放中性燃料。而且，生物质中的硫含量极低，仅相当于特低硫煤中硫含量的1/2?1/5。因此，如果能合理地利用这一清洁的可再生能源，将极大地缓解全球变暖、能源短缺以及大气污染的现状。不过，由于生物质的分布非常分散，而且密度较低，运输半径决定了其更适合于作为中小型分布式能源加以利用，而不适合于大规模集中利用。生物质能源转换技术主要包括直接燃烧、气化、液化等多种。就目前而言，由于原料供应易于解决以及使用场合灵活等特点，小型生物质利用设备的使用日趋广泛。特别是小型生物质直燃锅炉，其低硫、CO2零排放、以及运行费用相对较低的特点，尤其适合用于某些居住小区的供暖或工业企业的供热干燥等场合。在当前中国大气雾霾污染日趋严重、各大城市先后禁止小型燃煤锅炉在城区使用的形势下，中小型特别是小型的生物质直燃锅炉逐渐呈现出替代燃煤锅炉的趋势，在小型锅炉市场受到了越来越多的欢迎。不过，当前使用的中小型生物质直燃锅炉仍存在一些明显的缺陷，集中体现在:(I)锅炉在实际运行中的过量空气系数α值往往远远高于其设计值1.2?1.75，排烟处的过量空气系数多在2?3.5之间，有的甚至超过4，而过量空气系数每提高0.1，锅炉的热效率将下降0.5?0.7% ;(2)因为锅炉自动化程度低，或一二次风分配不合理，甚至根本未设二次风等问题，导致了含高挥发份生物质燃料发生化学不完全燃烧；(3)生物质中富含钾、钠等碱金属和钙、镁等碱土金属，其在燃烧过程中容易挥发进入烟气，并在换热管壁上形成不易清除的硬质灰沉积，严重时会明显降低换热管的换热效率，造成锅炉排烟温度过高。一般小型工业锅炉排烟温度在180?240°C之间，有的甚至高达300°C以上。如果同时过量空气系数也偏高，则会造成更为严重的排烟损失。粗略估计，此时锅炉排烟温度每提高10°C，排烟损失增加0.5?0.8%，锅炉效率下降1% ；(4)生物质中富含Cl元素，燃烧后会以HCl及氯化物盐的形式挥发到烟气中，造成换热管管壁上严重的高温腐蚀，增加了爆管的风险；(5)生物质燃料的高含水量使得排烟中蕴含的水蒸汽潜热很高，但是，为了避免发生低温腐蚀(氯化氢溶于水形成盐酸，三氧化硫溶于水形成硫酸)，这部分蒸汽潜热不易通过冷凝的方法得到回收；(6)容量相同时，生物质锅炉及其燃料储仓间的占地面积相比燃煤锅炉更大，高度也更高，在将燃煤锅炉更换或改造为生物质锅炉时容易造成安装空间不足；(7)生物质中的氮含量与生物质种类、植物部位等有关。例如，软木和硬木氮量较低，仅0.1 %,软木和硬木的叶子、伐木残料以及稻麦稻杆氮含量较闻，在0.3-0.8 %。研究表明，当氮含量大于0.6%时，就需要考虑脱氮问题。然而，小型生物质锅炉增设脱氮装置后，其单位容量投资、运行和管理成本相对大容量锅炉而言将会大大增加，这将会严重威胁其竞争力。而且，烟气中富含的碱金属类飞灰容易造成选择性催化还原脱硝系统中催化剂的中毒失效，妨碍脱硝系统的正常运行。(8)生物质虽然硫含量很低，但是高过量空气系数条件下，也易出现硫被氧化进而生成硫酸盐，而硫酸盐的生成是导致锅炉换热面上硬质灰沉积形成的主要原因。综上所述，现有小型生物质锅炉在当前应用中仍存在较多问题，无论是其系统组成还是工艺路线选择，都存在着较大的改进空间。主要原因在于，富含碱金属的生物质燃料在燃烧过程中所引起的灰堵塞所致有效换热面积减小，以及燃烧过程所致的高温腐蚀，一直是生物质直燃设备中需要着力克服的难题。将生物质原料先气化再燃烧是解决上述难题的有效途径之一。蓄热式燃烧技术被国际上公认为是二十一世纪的核心工业技术之一，对以燃烧为基础的能源转换技术带来了变革性的发展。采用了该种燃烧技术的热设备，依靠其能获得高温预热空气的能力和燃气流的高速卷吸紊流混合作用，可实现在超低过量空气系数下低热值燃气的稳定燃烧，以及超低NOx排放、低CO2排放和余热的极限回收。而且，相应热设备的体积也能大大降低。因此，蓄热式燃烧方式以其能够获得高温预热空气的能力，有望成为解决这类低热值燃气燃烧缺陷的最佳燃烧方式。不过，生物质气化燃气采用蓄热燃烧方式时，一些其他的难题也随之而来，这些难题主要如下:(I)蓄热式燃烧要求燃气具有较高的压力。虽然加压气化炉所产燃气可以直接满足这一要求，但是加压气化炉的结构非常复杂，对关键制造技术以及运行的要求都很高，小型气化炉中一般很难采用，因此，在大多场合下都只采用常压气化炉。不过，常压气化炉所产燃气的压力都很低(有时甚至是负压)，必须经过大幅升压后才能依靠高压燃气射流的卷吸作用实现与已燃尽烟气的紊流混合，从而形成局部低氧的流场分布，最终达到高温低氧低NOx燃烧的目的。否则，高的预热空气温度将导致NOx排放的大幅度增加。不过，对燃气的增压很难利用风机来进行，因为燃气中不但富含焦油(各种气化炉均有，上吸式气化炉中最多)，氯化氢(各种气化炉均有，加压气化炉中最多)、飞灰(上吸式气化炉中极少，流化床中极多)，甚至具有较高的温度(流化床与下吸式气化炉中700?900°C，上吸式气化炉中200?300°C )。因工作条件恶劣，一般风机难以胜任。(2)蓄热式燃烧的长期稳定运行要求尽最大可能避免在蓄热体中发生积灰。通常，由于碱金属类飞灰冷凝物本身也具有类似蓄热体的蓄热能力。因此，少量积灰对于蓄热片的工作性能影响较小。但是，当烟气中含有飞灰量较大时，会导致蓄热体中发生严重的积灰，不但会导致蓄热体材料的堵塞，逼迫其频繁停机清洗，而且有可能诱发蓄热体材料发生侵蚀，严重降低其使用寿命。蓄热体堵灰的可能来源有两个，一是气化燃气直接携带的碱金属/碱土金属类飞灰，二是燃气中富含的焦油在高温低氧燃烧过程中可能会产生的炭黑粒子，因为焦油的Η/C比很低，易发生燃烧不完全而形成炭黑粒子。炭黑粒子虽数量较少且不会侵蚀蓄热体，但是长期运行时也会增加蓄热体材料的清洗负担，而且，也会增大燃料的物理不完全燃烧损失。相比而言，流化床气化炉的一个最显著的特点即是燃气中会携带大量的碱金属/碱土金属等各类飞灰，显然，这会给蓄热体的正常工作带来巨大的麻烦，将导致整套装置很难实现稳定运行。而对于上吸式气化炉而言，燃气中的碱金属/碱土金属飞灰虽然已经被高效脱除，但是炭黑粒子生成的问题却变得相对突出，因为上吸式气化炉所产燃气中相比其他气化形式而言含有更多的焦油。不过，有研究表明，当燃气流中含有一定量的水蒸汽时，可以将高温低氧燃烧过程中炭黑粒子的生成控制在一个极低的水平。中国专利申请201010528864.2公开了一种蓄热式燃烧装置以及生物质气加热系统，其技术思想主要是，利用流化床进行生物质原料气化，后再进行蓄热燃烧，以利用生物质能。其采用的技术手段主要是，利用高温燃烧产物与低温助燃介质轮流的通过蓄热体进行间接热交换，以提高燃气热利用效率，并保证燃气燃烧的稳定性；其对于流化床气化炉的反应产物，采用的是两级分离的方法。不过，由于流化床气化炉存在燃气中含灰量非常高的弊端，尽管其对于燃烧产物也提供了一本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种蓄热式生物质气化燃烧装置，包括上吸式气化炉和蓄热式锅炉系统，其中，上吸式气化炉用于将生物质原料气化成燃气；其特征在于，还包括有燃气增压装置；所述燃气增压装置包括成对设置的引射器；所述引射器以所述蓄热式锅炉系统产生的蒸汽或者再循环烟气为介质，对所述上吸式气化炉产生的燃气进行引射，以形成高压/高速燃气射流，经燃烧喷嘴喷入到所述蓄热式锅炉系统进行燃烧；所述蓄热式锅炉系统除提供所述引射器所需蒸汽外，还对外供送热水或者蒸汽。
【技术特征摘要】
1.一种蓄热式生物质气化燃烧装置，包括上吸式气化炉和蓄热式锅炉系统，其中，上吸式气化炉用于将生物质原料气化成燃气；其特征在于，还包括有燃气增压装置； 所述燃气增压装置包括成对设置的引射器； 所述引射器以所述蓄热式锅炉系统产生的蒸汽或者再循环烟气为介质，对所述上吸式气化炉产生的燃气进行引射，以形成高压/高速燃气射流，经燃烧喷嘴喷入到所述蓄热式锅炉系统进行燃烧； 所述蓄热式锅炉系统除提供所述引射器所需蒸汽外，还对外供送热水或者蒸汽。2.根据权利要求1所述的蓄热式生物质气化燃烧装置，其特征在于，所述上吸式气化炉自下而上依次包括有灰室、壳体、炉篦、氧化层、还原层、干馏层、干燥层、燃气自动开关阀以及设置在气化炉上方的料斗； 所述引射器以并联方式成对设置，每个引射器均包括有进口端、接受室、喷嘴、混合室、扩压室和出口端； 所述蓄热式锅炉系统包括再循环烟气增压风机、引风机、四通换向阀、鼓风机、炉膛、第一蓄热体、第二蓄热体、第一燃烧嘴、第二燃烧嘴、第一引射器、第二引射器、上吸式生物质气化炉、第一蒸汽开关阀、第二蒸汽开关阀、第一燃气自动开关阀、第二燃气自动开关阀、烟气三通阀； 所述连接管路分为若干管段，共同将所述引射器、蓄热式锅炉与所述上吸式气化炉连接成一循环系统； 所述循环系统按工艺划分为左右并联且轮流开启关/闭工作的两条支路，所述左、右支路均分别分成上下两段，其中，左支路上段从所述烟气三通阀的左出口端引出，依次连接第一引射器的第二进口、第一引射器的出口端、第一燃烧嘴的进口端，所述左支路上段的末端为所述第一燃烧嘴的出口端； 所述左支路的下段从所述鼓风机的出风口引出，依次连接四通换向阀、第一蓄热体的进口端；所述左支路下段的末端为所述第一蓄热体的出口端； 所述左支路下段的末端与所述左支路的上段的末端汇集，从所述炉膛的入口端进入炉膛内； 所述炉膛的出口端依次连接有第二蓄热体、四通换向阀、引风机和烟囱； 所述右支路分成上下两段，其中，右支路上段从所述烟气三通阀的右出口端引出，依次连接第二引射器的第二进口、第二引射器的出口端、第二燃烧嘴的进口端；所述右支路上段的末端为所述第二燃烧嘴的出口端； 所述右支路的下段的起始端与所述右支路的上段的末端汇集，并从所述炉膛的出口端引出，依次连接第二蓄热体、四通换向阀、引风机和烟囱； 所述四通换向阀与引风机的连接管路上还有一条支管引出，该支管与所述再循环烟气增压风机的进口端连接，所述再循环烟气增压风机的出口端通过管路与所述烟气三通阀进口端连接； 所述烟气三通阀的左出口端与所述第一引射器的第二进口端连接； 所述烟气三通阀的右出口端与所述第二引射器的第二进口端连接； 所述生物质气化炉设置有左右两个燃...
【专利技术属性】
技术研发人员：王建伟，杨文磊，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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