CN106765242A - 一种复合式生物质清洁高效燃烧*** - Google Patents

一种复合式生物质清洁高效燃烧*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种复合式生物质清洁高效燃烧***，包括炉膛和设置在炉膛底部的炉排，炉膛内设有炉拱，炉拱包括交错设置形成之字形烟道的前拱、后拱和折焰拱，该***还包括烟气再循环单元、二次风单元以及SNCR单元，烟气再循环单元包括设置在炉膛下部侧墙上的位于炉排中间段上方的烟气再循环风管，二次风单元包括按不同高度位置分级设置在炉膛侧墙上的二次风管，SNCR单元包括设置在炉膛上部侧墙上的SNCR喷口，烟气再循环风管、二次风管和SNCR喷口均穿过炉膛侧墙伸入炉膛内部。与现有技术相比，本发明有效解决了生物质层燃锅炉空气过量系数高、燃烧不完全、燃烧效率低、NOx排放浓度高等问题。

Description

一种复合式生物质清洁高效燃烧***
技术领域
本发明涉及一种生物质燃烧***，尤其是涉及一种复合式生物质清洁高效燃烧***。
背景技术
伴随着我国化石能源的消耗、能源结构的调整和环境治理的需要，生物质能因其可再生性、低污染性以及农林废物自身的妥善处置需求，得到了快速的发展，燃烧作为能源转化的最普遍形式，利用范围最为广泛，出现了多种生物质能利用的炉型、结构和辅助设备。
层燃锅炉是我国在用和生产的用途最广、数量最大的锅炉产品，在较为成熟的燃煤设计方法基础之上逐渐应用于生物质的燃烧，但其现有水平限制了生物质能的广泛和有效的利用，主要表现在：市场和法规提出了对锅炉更高的各项指标要求，但现有设计力量对生物质燃料燃烧与排放特性缺乏足够的认识与应对。生物质燃料挥发份高，大多超过70％，炉内可燃气体比重高，对炉内的混合条件要求高，大多数生物质燃烧速率较煤高，对炉膛结构和炉排需要有新的设计方法；落后的炉排制造水平又造成炉排燃尽所需的空气过量系数高，广泛采用的敞开式炉膛又需要大量的二次风实现气体的燃尽，燃烧过程较高的空气过量系数造成了氮氧化物(NOx)生成量增加。生物质层燃锅炉设计的标准化并未完成，已有的设计方法对生物质燃料的适应性差，难以满足社会与法规的要求；我国生物质燃料市场尚未有效规范，燃料多样，锅炉对变化燃料的适应性也差，在用的多数层燃生物质锅炉表现为空气过量系数高、燃烧不完全、燃烧效率低、NOx排放浓度高等问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种复合式生物质清洁高效燃烧***。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种复合式生物质清洁高效燃烧***，包括炉膛和设置在炉膛底部的炉排，所述的炉膛内设有形成之字形烟道的炉拱，所述的炉拱包括交错设置形成之字形烟道的前拱、后拱和折焰拱，该***还包括烟气再循环单元、二次风单元以及SNCR单元，所述的烟气再循环单元包括设置在炉膛下部侧墙上的位于炉排中间段上方的烟气再循环风管，所述的二次风单元包括按不同高度位置分级设置在炉膛侧墙上的二次风管，所述的SNCR单元包括设置在炉膛上部侧墙上的SNCR喷口，所述的烟气再循环风管、二次风管和SNCR喷口均穿过炉膛侧墙伸入炉膛内部。
所述的前拱设置在炉排前部上方的炉膛前墙处，所述的后拱设置在炉排后部上方的炉膛后墙处，所述的前拱拱出点高度高于后拱拱出点，所述的折焰拱设置在后拱上方且与后拱拱出方向一致，同时折焰拱拱出点高度高于前拱拱出点，所述的前拱、后拱和折焰拱形成之字形烟道。
所述的前拱包括竖直段和水平前拱段，所述的竖直段设置在炉膛前墙下方，所述的水平前拱段连接竖直段上方并向炉膛中间位置拱出形成前拱拱出点。
所述的后拱为倒V字型结构，所述的后拱覆盖炉排后部0.7～0.8区域。
所述的折焰拱为向炉膛中间位置拱出的一字型拱段。
所述的前拱拱出点高度为后拱拱出点高度的1.8～2.2倍。
所述的折焰拱拱出点高度为后拱拱出点高度的2.8～3.2倍。
所述的烟气再循环风管设置在后拱和炉排之间位置的炉膛两侧侧墙上，每侧侧墙上并排设置多个烟气再循环风管。
所述的二次风单元包括3级二次风管，第一级位于前拱竖直段侧面，第二级位于前拱和折焰拱之间的炉膛两侧侧墙上，第三级位于折焰拱上方的炉膛两侧侧墙上。
所述的SNCR喷口设置在炉膛前墙上，SNCR喷口高度高于折焰拱拱出点。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明复合烟气再循环、之字形炉拱结构、二次风和非选择性催化还原技术(SNCR)等燃烧技术，达到降低燃烧所需过量空气系数、实现主燃区烟气混合与空气分级的目的，以实现提高燃烧效率、促使自生SNCR进行以减少氮氧化物生成、使用SNCR控制最终的NOx排放浓度的效果，具体地：烟气再循环单元促进了炉排上燃料的燃烧，降低炉排所需空气过量系数，炉膛内设置的形成之字形烟道的炉拱可提高炉内的烟气混合能力，同时降低空气过量系数，促进自生SNCR的进行以控制NOx生成，分级设置的二次风管二次风可适时补入燃烧及混合所需的氧气，在避免局部高氧浓度的同时，保证烟气的燃尽、控制部分烟气温度，SNCR单元有效控制NIOx的排放，达到提高燃烧效率、保证燃尽及控制NOx的效果；
(2)本发明的炉拱的前拱、后拱和折焰拱的位置分布合理，在炉排上方形成之字形的多个烟气转角结构，使烟气能够充分的混合燃烧；
(3)本发明前拱拱出点高于后拱拱出点，两拱交错形成烟气向后流动的空间，折焰拱在后拱上方，防止烟气未经混合直接流入低温区，前拱与折焰拱间又形成一烟气转角结构，使烟气向前向上流动，烟气的转向为烟气又一次提供了强烈混合，使烟气在较低的二次风混合作用下也能完成较高的燃尽效果；
(4)烟气再循环风管设置在后拱和炉排之间位置的炉膛两侧侧墙上，更加利于混合炉排上不均的烟气，促进可燃气体的燃烧，提高床层温度，降低炉排供给的空气量；
(5)在前拱上、前拱与折焰拱之间、折焰拱上方分别布置二次风管，二次风的动能进一步提高烟气的混合效果，并提供燃烧时所需的空气量，同时避免一次性补入二次风产生的高氧浓度区域，以控制NOx的生成；
(6)在炉排床料的中前段析出大量的挥发分，氧气不足，NH3和可燃性气体的浓度高，在炉排的中后段为焦炭的燃尽区，料层上方的氧气和NO浓度较高，利用后拱前端的反向压低端、前拱和后拱形成的交错空间，并通过第一级二次风管及时补入适量的二次风，使烟气及时充分的混合燃烧，减少黑烟的生成，烟气中的NH3等对生成的NO进行还原；前拱与折焰拱形成的反向流动空间、由第二级二次风管补入的二次风，进一步促进烟气的混合与燃尽，并在较低的氧浓度下控制NOx的生成，二次风的补入也将SNCR8处烟气的温度调整到900℃左右，使烟气中的NOx得到充分的还原；在CO排放浓度较高时，可通过折焰拱上方的第三级二次风管补入二次风，使可燃气体燃尽；
(7)SNCR喷口设置在炉膛前墙上且SNCR喷口高度高于折焰拱拱出点，利用折焰拱产生的喉口位置使还原剂同烟气均匀混合，更加利用降低NOx浓度至排放规定值。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图中，1为炉排，2为烟气再循环风管，3为后拱，4为前拱，5为一级二次风管，6为折焰拱，7为二级二次风管，8为SNCR喷口，9为三级二次风管，10为前拱拱出点，11为后拱拱出点，12为折焰拱拱出点。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1所示，一种复合式生物质清洁高效燃烧***，包括炉膛和设置在炉膛底部的炉排1，炉膛内设有形成之字形烟道的炉拱，炉拱包括交错设置形成之字形烟道的前拱4、后拱3和折焰拱6，该***还包括烟气再循环单元、二次风单元以及SNCR单元，烟气再循环单元包括设置在炉膛下部侧墙上的位于炉排1中间段上方的烟气再循环风管2，二次风单元包括按不同高度位置分级设置在炉膛侧墙上的二次风管，SNCR单元包括设置在炉膛上部侧墙上的SNCR喷口8，烟气再循环风管2、二次风管和SNCR喷口8均穿过炉膛侧墙伸入炉膛内部。
其中，前拱4设置在炉排1前部上方的炉膛前墙处，后拱3设置在炉排1后部上方的炉膛后墙处，前拱拱出点10高度高于后拱拱出点11，折焰拱6设置在后拱3上方且与后拱3拱出方向一致，同时折焰拱拱出点12高度高于前拱拱出点10，前拱4、后拱3和折焰拱6形成之字形烟道。前拱4、后拱3和折焰拱6交错布置，在炉排1上方形成类似“之”字形的多个烟气转角结构，使烟气能够充分的混合燃烧。
前拱4包括竖直段和水平前拱段，竖直段设置在炉膛前墙下方，水平前拱段连接竖直段上方并向炉膛中间位置拱出形成前拱拱出点10。前拱4靠近炉排1前端处高度较低，减少进料端燃料吸收的热量，防止过早着火，前拱4竖直段坡度高，覆盖率低，适应生物质的易燃特性；在竖直段上方为前拱4的水平拱段，与后拱3交错形成烟气转向的狭小空间，炉排1产生的烟气在此汇聚混合。后拱3为倒V字型结构，后拱3覆盖炉排1后部0.7～0.8区域，本实施例中后拱3覆盖炉排1后部0.75区域，后拱3的前端向下倾斜，后拱3下的烟气向前流动，在后拱3出口处流速与动能增加，增强与前部烟气的混合。折焰拱6为向炉膛中间位置拱出的一字型拱段。前拱拱出点10高度为后拱拱出点11高度的1.8～2.2倍，折焰拱拱出点12高度为后拱拱出点11高度的2.8～3.2倍，折焰拱6前端与后拱3前端基本平齐。本实施例中前拱拱出点10高度为后拱拱出点11高度的2倍，折焰拱拱出点12高度为后拱拱出点11高度的3倍。前拱拱出点10高于后拱拱出点11，两拱交错形成烟气向后流动的空间，折焰拱6位于烟气转入水平烟道前，在后拱3上方，防止烟气未经混合直接流入低温区，前拱4与折焰拱6间又形成一烟气转角结构，使烟气向前向上流动，烟气的转向为烟气又一次提供了强烈混合，使烟气在较低的二次风混合作用下也能完成较高的燃尽效果。
烟气再循环风管2设置在后拱3和炉排1之间位置的炉膛两侧侧墙上，每侧侧墙上并排设置多个烟气再循环风管2，烟气再循环风管2在炉排1床料的上方两边侧墙水平喷入，位于炉排11/4至3/4间上方，促进主要燃烧区域烟气的燃烧与混合。二次风单元包括3级二次风管，第一级位于前拱4竖直段侧面，第二级位于前拱4和折焰拱6之间的炉膛两侧侧墙上，第三级位于折焰拱6上方的炉膛两侧侧墙上，第三级二次风管9为备用风管，以保证燃尽。SNCR喷口8设置在炉膛前墙上，SNCR喷口8高度高于折焰拱拱出点12。二次风的动能进一步提高烟气的混合效果，并提供燃烧时所需的空气量，同时避免一次性补入二次风产生的高氧浓度区域，以控制NOx的生成；在烟气平均温度约900℃的炉膛区域，布置SNCR喷口8，利用SNCR技术降低NOx浓度至排放规定值。
本发明的复合式生物质燃烧***工作原理：生物质燃料在炉排1上燃烧，为防止燃料的着火过早，前拱4靠近炉排1前端进料部分设置一段压低段，生物质燃料经过此段压低段后开始燃烧，燃烧主要集中在炉排1中部，在此上方布置的再循环烟气风管促进该区域燃烧的混合作用，弥补炉排1配风的横向不均，以提高混合燃烧强度，减少所需空气量；在焦炭燃尽段上方覆盖的后拱3为床层进行保温，可使床料在较低的空气量下实现较好的燃尽。在炉排1床料的中前段析出大量的挥发分，氧气不足，NH3和可燃性气体的浓度高，在炉排1的中后段为焦炭的燃尽区，料层上方的氧气和NO浓度较高，利用后拱3前端的反向压低端、前拱4和后拱3形成的交错空间，并通过第一级二次风管5及时补入适量的二次风，使烟气及时充分的混合燃烧，减少黑烟的生成，烟气中的NH3等对生成的NO进行还原。前拱4与折焰拱6形成的反向流动空间、由第二级二次风管7补入的二次风，进一步促进烟气的混合与燃尽，并在较低的氧浓度下控制NOx的生成，二次风的补入也将SNCR8处烟气的温度调整到900℃左右，使烟气中的NOx得到充分的还原。在CO排放浓度较高时，通过折焰拱6上方的第三级二次风管9补入二次风，使可燃气体燃尽。复合式生物质燃烧***保证了炉排1的燃烧温度，减少了炉排1所需空气过量系数和炉内的平均氧气浓度，提供的混合强度避免了高浓度的黑烟和一氧化碳生成，减少的空气过量系数、自生SNCR以及SNCR技术，实现了NOx的有效控制。
实施例2
本实施例后拱3覆盖炉排1后部0.7区域，前拱拱出点10高度为后拱拱出点11高度的1.8倍，折焰拱拱出点12高度为后拱拱出点11高度的2.8倍，其余与实施例1相同。
实施例3
本实施例后拱3覆盖炉排1后部0.8区域，前拱拱出点10高度为后拱拱出点11高度的2.2倍，折焰拱拱出点12高度为后拱拱出点11高度的3.2倍，其余与实施例1相同。

Claims (10)

1.一种复合式生物质清洁高效燃烧***，包括炉膛和设置在炉膛底部的炉排(1)，所述的炉膛内设有形成之字形烟道的炉拱，其特征在于，所述的炉拱包括交错设置形成之字形烟道的前拱(4)、后拱(3)和折焰拱(6)，该***还包括烟气再循环单元、二次风单元以及SNCR单元，所述的烟气再循环单元包括设置在炉膛下部侧墙上的位于炉排(1)中间段上方的烟气再循环风管(2)，所述的二次风单元包括按不同高度位置分级设置在炉膛侧墙上的二次风管，所述的SNCR单元包括设置在炉膛上部侧墙上的SNCR喷口(8)，所述的烟气再循环风管(2)、二次风管和SNCR喷口(8)均穿过炉膛侧墙伸入炉膛内部。
2.根据权利要求1所述的一种复合式生物质清洁高效燃烧***，其特征在于，所述的前拱(4)设置在炉排(1)前部上方的炉膛前墙处，所述的后拱(3)设置在炉排(1)后部上方的炉膛后墙处，所述的前拱拱出点(10)高度高于后拱拱出点(11)，所述的折焰拱(6)设置在后拱(3)上方且与后拱(3)拱出方向一致，同时折焰拱拱出点(12)高度高于前拱拱出点(10)，所述的前拱(4)、后拱(3)和折焰拱(6)形成之字形烟道。
3.根据权利要求1所述的一种复合式生物质清洁高效燃烧***，其特征在于，所述的前拱(4)包括竖直段和水平前拱段，所述的竖直段设置在炉膛前墙下方，所述的水平前拱段连接竖直段上方并向炉膛中间位置拱出形成前拱拱出点(10)。
4.根据权利要求1所述的一种复合式生物质清洁高效燃烧***，其特征在于，所述的后拱(3)为倒V字型结构，所述的后拱(3)覆盖炉排(1)后部0.7～0.8区域。
5.根据权利要求1所述的一种复合式生物质清洁高效燃烧***，其特征在于，所述的折焰拱(6)为向炉膛中间位置拱出的一字型拱段。
6.根据权利要求2所述的一种复合式生物质清洁高效燃烧***，其特征在于，所述的前拱拱出点(10)高度为后拱拱出点(11)高度的1.8～2.2倍。
7.根据权利要求2所述的一种复合式生物质清洁高效燃烧***，其特征在于，所述的折焰拱拱出点(12)高度为后拱拱出点(11)高度的2.8～3.2倍。
8.根据权利要求2所述的一种复合式生物质清洁高效燃烧***，其特征在于，所述的烟气再循环风管(2)设置在后拱(3)和炉排(1)之间位置的炉膛两侧侧墙上，每侧侧墙上并排设置多个烟气再循环风管(2)。
9.根据权利要求2所述的一种复合式生物质清洁高效燃烧***，其特征在于，所述的二次风单元包括3级二次风管，第一级位于前拱(4)竖直段侧面，第二级位于前拱(4)和折焰拱(6)之间的炉膛两侧侧墙上，第三级位于折焰拱(6)上方的炉膛两侧侧墙上。
10.根据权利要求2所述的一种复合式生物质清洁高效燃烧***，其特征在于，所述的SNCR喷口(8)设置在炉膛前墙上，SNCR喷口(8)高度高于折焰拱拱出点(12)。
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