CN104791807A - 一种固体燃料气化焚烧锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锅炉设备技术领域，具体为一种固体燃料气化焚烧锅炉，其结构简单、受热面布置少能节约投资成本和运营成本，使锅炉环保高效，给料斗连接炉膛，炉膛包括顺次倾斜布置的前拱、第一后拱、第二后拱，第一后拱高度低于前拱、第二后拱高度，前拱、第一后拱围成核心燃烧区，第一后拱、第二后拱围成烟气内循环回路，第一后拱下端与第二后拱之间留有间隙，第一后拱下部倾斜面下方的炉膛底部安装有布风床，布风床下端连接有风室，第一后拱上端的前拱、第二后拱围成主燃烧区，炉膛出口连接旋风分离器，旋风分离器的颗粒物出口端连接回路烟道一端、烟气出口端连接尾部烟道，回路烟道另一端连通烟气内循环回路。

Description

一种固体燃料气化焚烧锅炉

技术领域

本发明涉及锅炉设备技术领域，具体为一种固体燃料气化焚烧锅炉。

背景技术

垃圾、污泥等低热值固体燃料锅炉作为垃圾、污泥等低热值固体燃料无害化利用、回收处理装置，目前有两种锅炉，一种是炉排垃圾、污泥等低热值固体燃料锅炉、一种是掺烧高可燃性物质（如煤）的循环床垃圾锅炉。炉排垃圾、污泥等低热值固体燃料锅炉，采用炉排燃烧方式，炉排及液压机构等结构复杂，前期投资高，而且燃烧采用富氧高温的燃烧方式，产生的有害气体量大，烟气处理成本高，因为垃圾燃烧产生的灰量大，采用重力分离的方式效果有限，采用大量的灰斗及灰渣处理输送设备，增加投资，增加运行成本，另外由于垃圾、污泥等低热值固体燃料的低热值特性使烟气量有限炉内烟气流速低，受热面传热效果差，锅炉内需要布置很多受热面，增加投资成本。尾部受热面采用振打除灰方式，增加运行成本，同时也经常造成尾部包墙管损伤影响锅炉运行。采用旋风分离器的循环床锅炉因为垃圾、污泥等低热值固体燃料的热值低，热值变化大，现阶段全部都是采用掺烧方式，使垃圾处理能力有限，而且需要耗费大量的煤炭资源，垃圾处理每一个城市都需要，但是，不是每个城市都有煤炭资源，煤炭的运输成本也是掺烧方式的循环流化床的不能普及的重要原因，同时此种锅炉也采用富氧燃烧方式，使有害物质产生量大，提高烟气处理的成本。煤矸石、褐煤等一般采用循环流化床燃烧技术，一次风中的高含氧量燃烧，产生的有害物质多，没有明显的气化过程。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种固体燃料气化焚烧锅炉，其结构简单、受热面布置少能节约投资成本和运营成本，使锅炉环保高效。

其技术方案是这样的：一种固体燃料气化焚烧锅炉，其包括给料斗，所述给料斗连接炉膛，其特征在于，所述炉膛包括顺次倾斜布置的前拱、第一后拱、第二后拱，所述第一后拱高度低于所述前拱、第二后拱高度，所述前拱、第一后拱围成核心燃烧区，所述第一后拱、第二后拱围成烟气内循环回路，所述第一后拱下端与所述第二后拱之间留有间隙，所述第一后拱下部倾斜面下方的所述炉膛底部安装有布风床，所述布风床下端连接有风室，所述第一后拱上端的所述前拱、第二后拱围成主燃烧区，所述炉膛出口连接旋风分离器，所述旋风分离器的颗粒物出口端连接回路烟道一端、烟气出口端连接尾部烟道，所述回路烟道另一端连通所述烟气内循环回路，所述尾部烟道内安装有尾部过热器、蒸发受热面、空气预热器，所述空气预热器上安装空气分配箱，所述空气分配箱包括一次风通道、二次风通道，所述一次风通道连通所述风室，所述二次风通道连通二次风装置，所述二次风装置安装于所述前拱，所述二次风装置的进口向下倾斜朝向所述烟气内循环回路。

其进一步特征在于，所述尾部过热器上端的所述尾部烟道连通烟气再循环装置，所述烟气再循环装置包括再循环烟道、安装于再循环烟道内的第一烟气风机、连接再循环烟道末端的烟风混合室，所述蒸发受热面下端的所述尾部烟道开有抽气口，所述抽气口通过抽气管连通所述第一烟气风机后端的所述再循环烟道，所述抽气管内安装有第二烟气风机；

所述一次风通道包括第一风通道、第二风通道，所述第一风通道直接连通所述空气分配箱和所述风室，所述第二风通道连通所述空气分配箱和所述烟风混合室，所述烟风混合室的出口端连通所述风室；

所述蒸发受热面上端的所述尾部烟道内安装有多个尾部过热器，每个所述尾部过热器上端、蒸发受热面上端分别开有旁路烟气出口，所述旁路烟气出口通过旁路烟气管连通旁路烟道；

所述再循环烟道、抽气管、旁路烟道内均安装有自动阀门；

所述给料斗下端连通螺旋给料机，所述螺旋给料机通过倾斜向下布置的预热通道连接炉膛；

所述前拱上开有通气孔；

所述第一后拱内由冷空气管道支撑。

采用本发明的结构后，通过前拱和两个后拱设置，核心燃烧区和烟气内循环回路，保持较高的温度和热稳定性，同时二次风装置和回路烟道的设计，实现了可控燃烧，达到最优的环保燃烧效果，而且能够将燃料燃尽提高锅炉的热效率，由于本锅炉燃烧和吸热双可控，可有效减少点火油气耗量，大大降低点火启动成本，整体结构简单、受热面布置少能节约投资成本和运营成本，使锅炉环保高效。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

见图1所示，一种固体燃料气化焚烧锅炉，其包括给料斗1，给料斗1连接炉膛2，炉膛2包括顺次倾斜布置的前拱3、第一后拱4、第二后拱5，前拱3、第一后拱4、第二后拱5的内壁均浇筑厚的耐磨浇筑料，浇注料内部设置缝隙和钢筋网利于对浇注料加热，前拱3上开有通气孔6，第一后拱4内由冷空气管道支撑，通过偏心支撑，提高向火面温度促进燃烧，内部通入可调流量的冷空气，通过控制流速保持温度，第一后拱4高度低于前拱3和第二后拱5的高度，前拱3、第一后拱4围成核心燃烧区，垃圾预热产生的水蒸气可以从通气孔6排出到核心燃烧区外，避免降低燃烧核心温度，垃圾更容易着火燃烧，第一后拱4、第二后拱5围成烟气内循环回路，第一后拱4下端与第二后拱5之间留有间隙，确保从烟气内循环回路进入核心燃烧区，第一后拱4下部倾斜面下方的炉膛2底部安装有布风床7，布风床7正上方完全被倾斜第一后拱4阻挡，布风床7下端连接有风室8，第一后拱4上端的前拱3、第二后拱5围成主燃烧区，炉膛2出口连接旋风分离器9，旋风分离器9的颗粒物出口端连接回路烟道10一端、烟气出口端连接尾部烟道11，回路烟道10另一端连通烟气内循环回路，颗粒物可以进入烟气内循环回路后再重新进入核心燃烧区进行再次燃烧，尾部烟道11内安装有尾部过热器12、蒸发受热面13、空气预热器14，空气预热器14上安装有空气分配箱15，空气分配箱15包括一次风通道、二次风通道，一次风通道包括第一风通道、第二风通道，还有通到其他需要吹风的管道，第一风通道直接连通空气分配箱15和风室8，第二风通道连通空气分配箱15和烟风混合室16，烟风混合室16的出口端连通风室8，二次风通道连通二次风装置17，二次风装置17安装于前拱3，二次风装置17的进口向下倾斜朝向烟气内循环回路，与烟气内循环方向同向。

尾部过热器12上端的尾部烟道11连通烟气再循环装置，烟气再循环装置包括再循环烟道18、安装于再循环烟道18内的第一烟气风机19、连接再循环烟道18末端的烟风混合室16，第一烟气风机19其烟气量等于流化需要总风量减去燃烧所需风量，可提高烟气炉内流速，强化传热，减少受热面，蒸发受热面13下端的尾部烟道11四周开有抽气口，抽气口通过抽气管20连通第一烟气风机19后端的再循环烟道18，抽气管20内安装有第二烟气风机21，从四面抽气优化炉内流场，第二烟气风机21抽出的烟气进入烟风混合室16可以降低烟风混合室16内的烟气的温度。蒸发受热面13上端的尾部烟道11内安装有多个尾部过热器12，每个尾部过热器12上端、蒸发受热面13上端分别开有旁路烟气出口，旁路烟气出口通过旁路烟气管22连通旁路烟道23；再循环烟道18、抽气管20、旁路烟道23内均安装有自动阀门24，实现自动调节，再循环烟道18、抽气管20内的自动阀门24分别与第一烟气风机19、第二烟气风机21同步。

本发明具体工作过程如下所述：锅炉启动时，点火装置产生的热烟气通过布风床7吹入核心燃烧区，加热核心燃烧区，热烟气一部分通过烟气内循环回路再次回到核心燃烧区进行燃烧，另一部分向上经过主燃烧区后通过炉膛2出口进入旋风分离器9，从旋风分离器9分离出来的颗粒物通过回路烟道10进入烟气内循环回路后再重新进入核心燃烧区进行再次燃烧，从旋风分离器9分离出来的烟气进入尾部烟道11，进入尾部烟道11的烟气的一部分加热尾部过热器12、蒸发受热面13、空气预热器14最后排出锅炉进入烟气处理装置，空气预热器14上的空气分配箱15吹出一次风和二次风，一次风可以直接进入风室8，也可以先进入到烟风混合室16，烟气另一部分经过再循环烟道18进入烟风混合室16，与一次风混合后再进入风室8，这些烟气不流经受热面，再入炉膛2内的核心燃烧区以加热核心燃烧区从而减少点火油耗。

核心燃烧区加热到一定温度后开始给料，垃圾、污泥、煤等固体燃料进入给料斗1，进入到给料斗1下端连通的螺旋给料机25内，螺旋给料机25开始送料，固体燃料先经过倾斜向下布置的预热通道26进行预热，入口倾斜后增加受热面积同时有助于固体燃料向下滑动，预热后的固体燃料进入核心燃烧区燃烧，干燥和较高温度的垃圾、污泥、煤等固体燃料在高温烟气的对流传热、前后拱的辐射传热、和炉料的热传导作用下不断升温达到着火点，此时可以通入一次风，一次风和烟风混合室16内烟气的混合物经过风室8和布风床7进入核心燃烧区与热垃圾、污泥、煤等固体燃料反应燃烧，此时就可关闭点火装置，用垃圾、污泥、煤等固体燃料燃烧产生的热量，继续加热核心燃烧区和主燃烧区，当主燃烧区的温度达到要求，可以吹入二次风并减少一次风在混合物中的比例，当核心燃烧区和主燃烧区正常工作，并且温度不断升高时，就可以调整热烟气的温度，通过打开旁路烟气管22内的自动阀门24来调整尾部过热器12和蒸发受热面13的吸热比例，调整蒸汽品质，适应锅炉的负荷变化。不断调节一次风和烟风混合室16内烟气的混合物温度和氧气含量控制核心燃烧区的温度，不断调节旁路烟道23中的烟气流量控制出口蒸汽品质，直到锅炉达到稳定理想的燃烧状态，锅炉出口蒸汽达到理想的品质。

本锅炉有广泛的燃料适用性以及宽广的变负荷范围。循环床流化所需风量为定值，根据燃料所需风量，确定一次风和烟风混合室16内烟气的混合物的量，流化效果不依赖燃料投入量，在宽广的范围内都能达到最佳的流化效果。通过前、双后拱的较高的热容量、以及核心燃烧区的烟气内循环使核心燃烧区保持较高的温度和热稳定性，为实现可控燃烧创造了条件，通过不同位置的烟气量抽取，控制一次风和烟风混合室16内烟气的混合物温度，控制核心燃烧区内的温度；通过控制第一后拱4内部支撑管道内通过的冷空气流量，控制第一后拱4的温度，来控制核心燃烧区内的温度；另外可通过控制流化风中的氧气含量控制核心燃烧区的燃烧发热量，达到控制核心燃烧区内的温度的目的。这样使锅炉不论是变负荷还是对不同的燃料都能稳定燃烧。锅炉中设置了烟气旁路烟道23，控制受热面的吸热量，同时调整蒸发受热面和尾部过热器的吸热比，控制产生的蒸汽量，使锅炉在变负荷情况下能保持锅炉出口蒸汽品质。所以本锅炉有广泛的燃料适用性以及宽广的变负荷范围。

本锅炉能够达到最优化环保燃烧效果。通过前、双后拱的较高的热容量、以及核心燃烧区的烟气内循环使核心区保持较高的温度和热稳定性，为实现可控燃烧创造了条件，让核心燃烧区能达到无氧裂解、干馏、气化（对高热值高可燃的燃料）缺氧燃烧（对低热值、不易燃的燃料）的环保燃烧方式，同时在此区域可象一般循环床一样进行脱硫、脱硝等无害化处理，无氧或低氧的核心燃烧区能有效的控制有害物质的生成。经过环保处理的烟气和燃料以及可燃的反应生成物，在核心燃烧区的出口处的主燃烧区，在二次风创造的富氧燃烧环境下，高效燃烧，二次风产生的动能，加速核心燃烧区的烟气内循环，烟气内循环使中等物料颗粒随烟气再进入核心燃烧区，完成下一次的燃烧过程；大块物料在核心燃烧区里上下运动，不断变小直到完成燃烧过程，小颗粒随烟气向上，经过成熟、高效的旋风分离器分离后再入烟气内循环回路，进行下一次的燃烧过程。所以此种燃烧过程为可控燃烧，能达到最优的环保燃烧效果，而且能够将燃料燃尽提高锅炉的热效率。

本发明的锅炉控制简单、直接、高效、连续，能通过调整控制对各种燃料都能达到最好的燃烧效果。核心燃烧区由于采用前一后二的前后拱以及烟气内循环技术使锅炉有很高的热稳定性，通过控制再循环烟气的温度、控制冷空气流量控制拱内温度、控制流化风内含氧量控制燃料发热量，这些方法，使燃烧温度精确可调。控制方法简单、易行投资成本低。

本发明的锅炉由于采用烟气再循环技术，使烟气流速加快，提高传热效率，有效的减少炉内受热面，大大降低锅炉投资成本，对低热值燃料效果尤其明显。此烟气再循环技术不额外增加入炉空气量和出炉烟气量，因而不增加排烟热损失。同时由于采用流化的燃烧方式，反应燃烧剧烈，比炉排垃圾、污泥等低热值固体燃料锅炉的燃料处理效率高。

相对炉排垃圾、污泥等低热值固体燃料锅炉，由于采取循环床燃烧方式，使本锅炉的灰渣质量好粒径均匀可用性好，从放灰管集中放灰，结构简单投资小，灰渣处理成本低。由于采用旋风分离技术，锅炉出口烟气中飞灰含量小，处理成本低。相对于一般循环床锅炉，由于本锅炉采用无氧、缺氧与富氧的两阶段的环保可控燃烧方式，采用炉膛核心燃烧区脱硫脱硝的无害化处理方式。从而有效的减少有害物质的排放，减少烟气处理投资成本和运行成本。

由于本发明的锅炉燃烧和吸热双可控，可有效减少点火油气耗量，大大降低点火启动成本。点火时，热烟气可通过燃烧核心区的烟气内和烟气再循环回路，不流经受热面，再入燃烧室加热燃烧室从而减少点火油耗量。燃烧室内的前后拱上的储热耐磨浇筑料，吸收热量用于稳定燃烧而不像其他锅炉点火时大量的点火油气产生的热量用于加热受热面。

Claims (8)

1.一种固体燃料气化焚烧锅炉，其包括给料斗，所述给料斗连接炉膛，其特征在于，所述炉膛包括顺次倾斜布置的前拱、第一后拱、第二后拱，所述第一后拱高度低于所述前拱、第二后拱高度，所述前拱、第一后拱围成核心燃烧区，所述第一后拱、第二后拱围成烟气内循环回路，所述第一后拱下端与所述第二后拱之间留有间隙，所述第一后拱下部倾斜面下方的所述炉膛底部安装有布风床，所述布风床下端连接有风室，所述第一后拱上端的所述前拱、第二后拱围成主燃烧区，所述炉膛出口连接旋风分离器，所述旋风分离器的颗粒物出口端连接回路烟道一端、烟气出口端连接尾部烟道，所述回路烟道另一端连通所述烟气内循环回路，所述尾部烟道内安装有尾部过热器、蒸发受热面、空气预热器，所述空气预热器上安装空气分配箱，所述空气分配箱包括一次风通道、二次风通道，所述一次风通道连通所述风室，所述二次风通道连通二次风装置，所述二次风装置安装于所述前拱，所述二次风装置的进口向下倾斜朝向所述烟气内循环回路。

2.根据权利要求1所述的一种固体燃料气化焚烧锅炉，其特征在于，所述尾部过热器上端的所述尾部烟道连通烟气再循环装置，所述烟气再循环装置包括再循环烟道、安装于再循环烟道内的第一烟气风机、连接再循环烟道末端的烟风混合室，所述蒸发受热面下端的所述尾部烟道开有抽气口，所述抽气口通过抽气管连通所述第一烟气风机后端的所述再循环烟道，所述抽气管内安装有第二烟气风机。

3.根据权利要求2所述的一种固体燃料气化焚烧锅炉，其特征在于，所述一次风通道包括第一风通道、第二风通道，所述第一风通道直接连通所述空气分配箱和所述风室，所述第二风通道连通所述空气分配箱和所述烟风混合室，所述烟风混合室的出口端连通所述风室。

4.根据权利要求3所述的一种固体燃料气化焚烧锅炉，其特征在于，所述蒸发受热面上端的所述尾部烟道内安装有多个尾部过热器，每个所述尾部过热器上端、蒸发受热面上端分别开有旁路烟气出口，所述旁路烟气出口通过旁路烟气管连通旁路烟道。

5.根据权利要求4所述的一种固体燃料气化焚烧锅炉，其特征在于，所述再循环烟道、抽气管、旁路烟道内均安装有自动阀门。

6.根据权利要求1所述的一种固体燃料气化焚烧锅炉，其特征在于，所述给料斗下端连通螺旋给料机，所述螺旋给料机通过倾斜向下布置的预热通道连接炉膛。

7.根据权利要求1所述的一种固体燃料气化焚烧锅炉，其特征在于，所述前拱上开有通气孔。

8.根据权利要求1所述的一种固体燃料气化焚烧锅炉，其特征在于，所述第一后拱内由冷空气管道支撑。