[實用新型]蓄熱式生物質氣化燃燒裝置

有效

• 申請號: 201420276354.4
• 申請日: 2014-05-28
• 公開（公告）號: CN203980259U
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 王建偉;楊文磊
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: F23C7/00
• 分類號: F23C7/00;C10J3/20
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 毛勝昔

技術領域

本實用新型涉及一種生物質原料燃燒裝置，尤其涉及一種蓄熱式生物質氣化燃燒裝置。

背景技術

生物質能是通過綠色植物的光合作用把太陽能轉化為化學能后固定和貯藏在生物體內的能量，是唯一可再生的CO₂零排放中性燃料。而且，生物質中的硫含量極低，僅相當于特低硫煤中硫含量的1/2～1/5。因此，如果能合理地利用這一清潔的可再生能源，將極大地緩解全球變暖、能源短缺以及大氣污染的現狀。不過，由于生物質的分布非常分散，而且密度較低，運輸半徑決定了其更適合于作為中小型分布式能源加以利用，而不適合于大規模集中利用。

生物質能源轉換技術主要包括直接燃燒、氣化、液化等多種。就目前而言，由于原料供應易于解決以及使用場合靈活等特點，小型生物質利用設備的使用日趨廣泛。特別是小型生物質直燃鍋爐，其低硫、CO₂零排放、以及運行費用相對較低的特點，尤其適合用于某些居住小區的供暖或工業企業的供熱干燥等場合。在當前中國大氣霧霾污染日趨嚴重、各大城市先后禁止小型燃煤鍋爐在城區使用的形勢下，中小型特別是小型的生物質直燃鍋爐逐漸呈現出替代燃煤鍋爐的趨勢，在小型鍋爐市場受到了越來越多的歡迎。

不過，當前使用的中小型生物質直燃鍋爐仍存在一些明顯的缺陷，集中體現在：

(1)鍋爐在實際運行中的過量空氣系數α值往往遠遠高于其設計值1.2～1.75，排煙處的過量空氣系數多在2～3.5之間，有的甚至超過4，而過量空氣系數每提高0.1，鍋爐的熱效率將下降0.5～0.7％；

(2)因為鍋爐自動化程度低，或一二次風分配不合理，甚至根本未設二次風等問題，導致了含高揮發份生物質燃料發生化學不完全燃燒；

(3)生物質中富含鉀、鈉等堿金屬和鈣、鎂等堿土金屬，其在燃燒過程中容易揮發進入煙氣，并在換熱管壁上形成不易清除的硬質灰沉積，嚴重時會明顯降低換熱管的換熱效率，造成鍋爐排煙溫度過高。一般小型工業鍋爐排煙溫度在180～240℃之間，有的甚至高達300℃以上。如果同時過量空氣系數也偏高，則會造成更為嚴重的排煙損失。粗略估計，此時鍋爐排煙溫度每提高10℃，排煙損失增加0.5～0.8％，鍋爐效率下降1％；

(4)生物質中富含Cl元素，燃燒后會以HCl及氯化物鹽的形式揮發到煙氣中，造成換熱管管壁上嚴重的高溫腐蝕，增加了爆管的風險；

(5)生物質燃料的高含水量使得排煙中蘊含的水蒸汽潛熱很高，但是，為了避免發生低溫腐蝕(氯化氫溶于水形成鹽酸，三氧化硫溶于水形成硫酸)，這部分蒸汽潛熱不易通過冷凝的方法得到回收；

(6)容量相同時，生物質鍋爐及其燃料儲倉間的占地面積相比燃煤鍋爐更大，高度也更高，在將燃煤鍋爐更換或改造為生物質鍋爐時容易造成安裝空間不足；

(7)生物質中的氮含量與生物質種類、植物部位等有關。例如，軟木和硬木氮量較低,僅0.1％，軟木和硬木的葉子、伐木殘料以及稻麥秸稈氮含量較高,在0.3-0.8％。研究表明，當氮含量大于0.6％時，就需要考慮脫氮問題。然而，小型生物質鍋爐增設脫氮裝置后，其單位容量投資、運行和管理成本相對大容量鍋爐而言將會大大增加，這將會嚴重威脅其競爭力。而且，煙氣中富含的堿金屬類飛灰容易造成選擇性催化還原脫硝系統中催化劑的中毒失效，妨礙脫硝系統的正常運行。

(8)生物質雖然硫含量很低，但是高過量空氣系數條件下，也易出現硫被氧化進而生成硫酸鹽，而硫酸鹽的生成是導致鍋爐換熱面上硬質灰沉積形成的主要原因。

綜上所述，現有小型生物質鍋爐在當前應用中仍存在較多問題，無論是其系統組成還是工藝路線選擇，都存在著較大的改進空間。主要原因在于，富含堿金屬的生物質燃料在燃燒過程中所引起的灰堵塞所致有效換熱面積減小，以及燃燒過程所致的高溫腐蝕，一直是生物質直燃設備中需要著力克服的難題。

將生物質原料先氣化再燃燒是解決上述難題的有效途徑之一。蓄熱式燃燒技術被國際上公認為是二十一世紀的核心工業技術之一，對以燃燒為基礎的能源轉換技術帶來了變革性的發展。采用了該種燃燒技術的熱設備，依靠其能獲得高溫預熱空氣的能力和燃氣流的高速卷吸紊流混合作用，可實現在超低過量空氣系數下低熱值燃氣的穩定燃燒，以及超低NO_x排放、低CO₂排放和余熱的極限回收。而且，相應熱設備的體積也能大大降低。因此，蓄熱式燃燒方式以其能夠獲得高溫預熱空氣的能力，有望成為解決這類低熱值燃氣燃燒缺陷的最佳燃燒方式。不過，生物質氣化燃氣采用蓄熱燃燒方式時，一些其他的難題也隨之而來，這些難題主要如下：