[实用新型]蓄热式生物质气化燃烧装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种生物质原料燃烧装置，尤其涉及一种蓄热式生物质气化燃烧装置。

背景技术

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：

(1)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℃之间，有的甚至高达300℃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℃，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、伐木残料以及稻麦秸秆氮含量较高,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NO_x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：