[實用新型]一種生物質半氣化燃燒設備

有效

• 申請號: 201520377469.7
• 申請日: 2015-06-03
• 公開（公告）號: CN204756903U
• 公開（公告）日: 2015-11-11
• 發明（設計）人: 廖衛兵;胡洪;吳小東
• 申請（專利權）人: 江西前程新能源科技有限公司
• 主分類號: F23B90/06
• 分類號: F23B90/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型屬于熱能動力設備領域，特別涉及一種以生物質粉碎料或生物質成型顆粒料為燃料，及應用半氣化燃燒工藝的生物質半氣化燃燒設備。

背景技術

生物質能源具有可再生性、廣泛分布性、低污染性(二氧化碳零排放)和資源總量巨大等特點。地球上每年由植物光合作用固定的生物質碳達1.8×10¹¹t，所含熱能量達3×10²¹J，相當于全世界每年總耗能量的10倍。同樣，我國每年也還有相當于7億噸標煤的各種農林廢棄物未被得到利用，占國內生物質顆粒料的消耗量近50％的廣東省，2014年度的用量也僅為50萬噸。一旦生物質能源得到更大規模應用，對于減排CO₂、SO₂、NOx和減少霧霾、酸雨、粉塵微粒是極大的利好。生物質能源成為未來替代能源的組成部分是大勢所趨，是改善和修復生態環境的必充條件。

大量的農林廢棄物、秸稈未能充分利用的主要原因，除受到銷售流通渠道的因素影響外，燃燒技術尚需完善改進和生物質燃料烘干、成型工序產生的高成本，是生物質能源市場發展的主要影響因素。

在植物生長過程中會產生痕量的堿土金屬元素沉積(鉀、鈉、鈣、鎂、鋁、硅、鐵等)，主要是沉積在草本植物的全株和木本植物的果殼、枝葉、樹皮等部位。目前業內對直燃生物質燃料產生問題和原因已有共識；生物質內痕量沉積的堿土金屬對燃料灰渣特性有顯著影響，直燃生物質將引起爐膛結焦、受熱面積灰、加劇受熱面磨損、對金屬壁面形成腐蝕等問題，對鍋爐運行安全性和經濟性造成影響。目前常規的操作工藝是；采用降低爐內燃燒負荷、合理布置二次風位置、加大爐內過量空氣系數等方法，能夠起到降低燃燒室煙氣溫度、緩解爐膛結焦和受熱面積灰的作用，但隨之會影響到鍋爐負荷和燃燒效率。顯然這對鍋爐運行經濟性是明顯不利的，而且并未徹底解決直燃生物質燃料帶來的鍋爐運行安全性問題。

通過在生物質能源利用方面不斷開辟新的途徑，將越來越彰顯出本實用新型的商業應用價值。

經過檢索后，目前查詢到相關的專利技術如下：

1、在中國申請和公布的實用新型專利:多灰分生物質顆粒燃料燃燒器，申請號:200910147181.X，公開號：CN101566339A。該實用新型公開了一種多灰分生物質顆粒燃料燃燒器。該實用新型主要結構是燃燒室呈平底長形腔體，腔體后上方為對著送料裝置的進料口，腔體前端為敞口，推灰電機通過連桿、曲柄、鉸鏈在燃燒室內驅動活塞往復運動。提出疑問:①現有結構無法調節總風量及一、二、三次風率的分配，該專利提出提出的多級旋轉配風的半氣化燃燒工藝能否實現？②如何做到對返火板、平底物料床底板的冷卻保護？③定時推出平底物料床灰渣，每次完成出渣操作的前、后，將使一次風量和布風均勻性會受到干擾，腔體內生物質半氣化燃燒的穩定性如何保證？2、在中國申請和公布的實用新型專利:生物質成型燃料氣化直燃燃燒器，申請號:200910018247.5，公開號：CN101660750A。該實用新型摘要提出“采用獨特燃燒方式使生物質燃料得到了充分氣化燃燒，實現了生物質的高能效轉換...”，但在說明書和實用新型內容中并未闡述如何實現氣化燃燒的設計思路，只是提到“旋轉爐排結構使燃料在分布均勻、不停翻動的情況下進行充分的氣化燃燒”。提出的疑問是該實用新型內容和附圖上都未顯示出該氣化直燃燃燒器的出渣結構，如果不具備在運行中清理灰渣的功能，燃料燃燒時產生的小顆粒灰渣只能從燃燒器噴口排出。因此需要選用較大的旋轉爐排風速，使燃燒生產的煙氣具備足夠動量以攜帶灰渣顆粒。要達到這種效果，燃燒就需要處在半沸騰燃燒或高溫直燃的工況下運行。據此作出推斷是；該燃燒器內部沒有一個氧量及溫度均適合生物質燃料氣化的區域，用“直燃”表述該燃燒器工作特性應更準確。3、在中國申請和公布的實用新型專利:一種生物質燃燒器，申請號:200910064444.0，公開號：CN1015104812A。實用新型內容和實施方式提出”一種生物質燃燒器，包括氣化室和燃燒室，在氣化室下部...”，“燃料在氣化室經氣化燃燒后逐步被炭化，炭化后的燃料在進料葉片的推動下逐步進入燃燒室，進入燃燒室的炭化燃料和氣化室氣化后形成的可燃氣體，經看火孔、爐門、配風孔等多處配風后形成二次燃燒”。對此提出的疑問是①、實用新型內容和附圖上沒有顯示出向氣化室內的送風管道和噴嘴，氣化室內的燃料沒有獲取氧氣進行生物質熱解氣化的基本條件(氣化需要的水蒸汽利用燃料攜帶的水份)。②、氣化室內部沒有體現出具有進料和出炭功能的結構，如果僅是依靠氣化室外側的螺旋葉片在水平方向推動，氣化室內只能是會在充滿物料之后再繼續加料擠壓，才可能有碳化燃料流出、進入燃燒室。結論是氣化室內的燃料缺少足夠的氧氣、熱量和空間進行生物質氣化的過程，二次燃燒貢獻的份額不會很大。4、在中國申請和公布的實用新型專利:生物質半氣化燃燒常壓熱水鍋爐，申請號:201310691773.4公開號：CN103644649A。實用新型內容和實施方式提出:“一種生物質半氣化燃燒常壓熱水鍋爐，包括燃燒室、進風腔和水套，其特征在于還包括半氣化室，半氣化室位于燃燒室上方，半氣化室與燃燒室通過噴嘴連通，半氣化室開有進料門...”。在實用新型內容和附圖上沒有顯示出半氣化室的清理灰渣門孔及一次風率調整控制方法，未涉及半氣化燃燒方面技術的數據。提出疑問①、“本實用新型的一種生物質半氣化燃燒常壓熱水鍋爐，整個使用過程可分為三個狀態：點火狀態、運行狀態、清理狀態”。說明該爐在三個狀態下交替運行，燃料量添加受到半氣化室容量所限、半氣化室內清灰只能在停爐時進行，將影響鍋爐連續燃燒和穩定供熱。②、氣化室底部為耐火磚結構，堆積在底部的紅炭層為燃料層提供熱量，同時有一次風從噴口進入，處在高溫有氧環境下的生物質燃料必然產生熱解，燃氣在氣化室內或向下穿越紅炭層過程中就會燃燒(在通過噴嘴之前)。當一次風率過高，氣化室內燃燒反應就強烈，熱解氣在穿過紅碳層過程中就已經消耗殆盡。當一次風率過低，參與熱解反應的氧當量就不夠，造成生物質熱解速率低，氣化室內積炭和結焦。在實際工況中，保持下吸式半氣化設備的穩定運行，需要跟隨氣化室內存料量的變化精確地調控一次風率。按以上分析，該實用新型給出的設備結構較難達到這樣的技術要求。5、在中國申請和公布的實用新型專利:實用新型涉及一種生物質半氣化供暖系統，申請號:201410097813.7公開號：CN103836711A。僅在實用新型摘要和有益效果中簡要提到；“新型生物質半氣化供暖系統把生物質半氣化爐、節能水箱、煙囪、空氣預熱管和室內換熱器有機結合在一起，在生物質半氣化爐設計中充分利用燃燒和反燒技術...”,“2.采用生物質半氣化燃燒方式。由于沒有氣化爐中生物質氣體的輸送、儲存等環節，可以有效地避免全氣化燃燒產生的大量焦油及一些有害氣體...”這里要指出的是；①、實用新型沒有說明在供暖系統和熱水鍋爐的設計中應用了哪些生物質半氣化燃燒技術和燃燒工藝，僅在熱水鍋爐設計中使用了燃燒和反燒技術并不能說明這就是生物質半氣化爐。②、關于生物質熱解氣化；慢速熱解或快速熱解工藝生產的生物質燃氣就會產生焦油和木醋液，繼續重整反應之后才能夠分解。如果直接制成冷煤氣使用，就需要具備冷卻凈化、輸送儲存等環節，熱解燃氣內的焦油和木醋液在凈化過程中冷凝和分離出來。如果制成400℃、含有粉塵的熱解燃氣(業內稱為熱臟煤氣)，當焦油和木醋液還處于氣態時，直接燃燒這些氣體就避免了焦油和木醋液的難題。因此全氣化燃燒工藝不會帶來焦油的問題，而是燃燒未去除焦油和木醋液的冷煤氣造成的。③、半氣化燃燒的定義是，在生物質燃料未達到完全熱解氣化階段之前，就將產生的燃氣和剩余的燃料一同送入爐內燃燒。而全氣化燃燒是指，將生物質熱解氣化之后的燃氣送入爐內燃燒，可以燃用凈化的冷煤氣或未凈化熱煤氣(焦油和木醋液則以氣態形式留在燃氣內)。