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您当前的位置： 一种燃用木业废弃物的流化床工业锅炉及其燃烧换热方法与流程
2021-03-05 12:03:54|
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本发明涉及锅炉技术领域，具体涉及一种燃用木业废弃物的流化床工业锅炉及其燃烧换热方法。
背景技术：
在木业生产加工过程中，会产生大量的碎木块、树皮、木粉等多种生物质固废。这类生物质固废均可作为工业锅炉燃料，用来生产热水或蒸汽。
然而一般流化床工业锅炉在处理这类木业加工废弃生物质燃料时，遇到了困难。主要原因在于：这类生物质往往粒径分布较宽，既有毫米级及以上的大粒径生物质，如碎木块、树皮等，也有微米级的小粒径生物质，如木粉等。不同粒径的生物质难以在同一流化风速下进行稳定流化，当大粒径生物质达到鼓泡流化状态时，此时的流化风速往往足够使小粒径生物质颗粒形成气力输送，直接被带出炉膛，使得小粒径生物质在炉膛内的停留时间过短，难以燃烧充分，同时易导致烟道内换热面的磨损。而使小粒径生物质稳定流化的风速又难以流化大粒径的碎木块类生物质，使得生物质燃烧过程中的床料粘结风险增加，同时流化风速过小，也增加了烟道内飞灰沉积的趋势。
专利cn210921362u提供了一种链条炉排生物质锅炉，其采用多个挡板以及多个进风口实现生物质燃料从上向下成s形移动并燃烧，但是该套系统对燃料粒径有较高要求，需要使用生物质成型燃料，对于粒径宽筛分的木业加工废弃物，难以适用，易造成燃烧不充分，降低锅炉的效率。
专利cn108302526a提供了一种生物质气化与燃烧复合的工业锅炉，该工业锅炉先将粒径较小的生物质粉气化，而后燃烧气化气，进行热利用。这一过程要求生物质粒径较小，而一般木业加工废弃物难以满足该锅炉对生物质粒径的要求，如果专门进行破碎预处理，能耗较高。
综上所述，尚需开发出一种以木业加工废弃物为燃料，并能够使不同粒径的生物质均可稳定充分燃烧的流化床工业锅炉。
技术实现要素：
本申请实施例通过提供一种燃用木业废弃物的流化床工业锅炉及其燃烧换热方法，解决了现有技术中的流化床工业锅炉在燃用粒径分布宽的木业加工废弃物时，难以保证不同粒径的生物质均能稳定充分燃烧的问题。本申请实施例提供了一种燃用木业废弃物的流化床工业锅炉，依次连通的炉膛、拱部以及上升烟道；上升烟道截面积小于炉膛截面积；
所述炉膛连通有第一输料机构，第一输料机构为所述炉膛的下部区域输送第一类生物质颗粒；
所述拱部，具有大尺寸端与小尺寸端，大尺寸端连接于炉膛，小尺寸端连接于上升烟道；拱部连通有第二输料机构，第二输料机构为所述炉膛的上部区域输送第二类生物质颗粒；
第一类生物质颗粒在炉膛的下部区域燃烧，所述炉膛的下部区域定义为鼓泡流化燃烧区；
第二类生物质颗粒在炉膛的上部区域燃烧，所述炉膛的上部区域定义为粉体悬浮燃烧区；
所述第一类生物质颗粒的粒径为毫米级及以上，所述第二类生物质颗粒的粒径为微米级。
作为本申请改进的技术方案，所述锅炉还包括水平烟道，水平烟道连通于上升烟道。
作为本申请改进的技术方案，所述炉膛内壁为绝热面，所述绝热面砌筑耐火砖；所述拱部和上升烟道内壁为辐射换热面，所述辐射换热面敷设水冷壁；所述水冷壁上端连通于外部锅筒，所述水冷壁下端连通于下联箱，所述下联箱通过下降管连通于锅筒，水冷壁、下联箱、下降管与外部锅筒组成辐射热回路。
作为本申请改进的技术方案，所述上升烟道截面积是炉膛截面积的2/5～4/5；所述拱部为左右对称结构；所述拱部两侧的平面与炉膛墙壁呈115°～140°的夹角。
作为本申请改进的技术方案，所述炉膛，下方设有流化风风室；流化风风室上方、鼓泡流化燃烧区下方设有布风板；所述布风板的中心位置有一排渣口，所述排渣口与排渣管相连接；所述排渣管贯穿所述流化风风室后连通于外部机构；所述排渣管上设有排渣阀门。
作为本申请改进的技术方案，所述流化风风室采用第一供风装置供风；所述第一供风装置包括第一风管、为第一风管提供流化风的第一风机和用于调节流化风速的第一风机阀门；所述第一风管连通于流化风风室，所述第一风机阀门布设于第一风管上。
作为本申请改进的技术方案，所述第一输料机构包括第一料斗、第一电动机和螺旋给料器；
所述第一料斗连接于所述螺旋给料器上方；所述第一电动机为所述螺旋给料器提供动力；所述螺旋给料器的出料口连通于炉膛进料口，并通向鼓泡流化燃烧区，并且所述螺旋给料器向鼓泡流化燃烧区输送生物质的方向垂直于炉膛墙壁。
作为本申请改进的技术方案，所述第二输料机构通过拱部进料口向粉体悬浮燃烧区提供第二类生物质颗粒；所述拱部进料口对称布设于所述拱部左右两侧，数量为偶数个，单侧的进料口间隔均匀；
所述拱部进料口为生物质粉体燃烧器，所述生物质粉体燃烧器连接于拱部平面，方向可调，生物质粉体燃烧器喷口轴向中心线与拱部平面相交角度范围为75°～90°。
作为本申请改进的技术方案，所述第二输料机构包括第二料斗、第二电动机、给料器、第二供风装置、第二输料管道和防回火装置；
所述第二料斗连接于给料器上方，所述第二电动机为所述给料器提供动力；所述给料器的出料口连接于第二输料管道进料口；所述第二输料管道进料口还与第二供风装置出风口相连接；所述第二输料管道出料口连通于拱部进料口，并通向粉体悬浮燃烧区；
所述第二供风装置包括第二风管、为第二风管提供风源的第二风机、和用于调节第二风管中风速的第二风机阀门；
所述防回火装置设于所述第二输料管道上，并与所述拱部进料口之间具有3-5倍第二输料管道管径的距离；所述防回火装置数量与拱部进料口数量一致。
本申请的另一目的是提供一种燃用木业废弃物的流化床工业锅炉的燃烧换热方法，
判断生物质粒径，根据生物质粒径将生物质分类为第一类生物质颗粒与第二类生物质颗粒；所述第一类生物质颗粒的粒径为毫米级及以上，所述第二类生物质颗粒的粒径为微米级；
根据生物质的分类选择单独开启第一输料机构，或同时开启第一输料机构与第二输料机构；其中，第一类生物质颗粒采用第一输料机构输送；第二类生物质颗粒采用第二输料机构输送。
进一步地，单独开启第一输料机构时，第一类生物质颗粒被输送至鼓泡流化燃烧区，流化风经由第一供风装置输送至流化风风室，通过布风板后到达鼓泡流化燃烧区，调节第一风机阀门，控制在布风板上方流化风的截面风速
进一步地，同时开启第一输料机构与第二输料机构时，第一类生物质颗粒通过第一输料机构被输送至鼓泡流化燃烧区，流化风经由第一供风装置输送至流化风风室，通过布风板后到达鼓泡流化燃烧区，调节第一风机阀门，控制在布风板上方流化风的截面风速
与此同时，第二类生物质颗粒通过第二输料机构被输送至粉体悬浮燃烧区，调节第二风机阀门，控制第二输料管道内流速为第二类生物质颗粒悬浮速度
进一步地，控制第一电动机和第二电动机转速，使得所述第二类生物质进炉质量流量是第一类生物质进炉质量流量的1/10～1/8，以保证在第二类生物质颗粒稳定充分燃烧的情况下，避免过多的冷空气经拱部进料口进入炉膛从而造成炉温下降。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1.本申请采用鼓泡流化燃烧区和粉体悬浮燃烧区，实现对大颗粒生物质与小颗粒生物质进行分区域投放，大颗粒生物质与小颗粒生物质又通过不同的输料管道进入不同的燃烧区，便于分别调节不同燃烧区的给料速率和风量，使得不同粒径的生物质都可在炉膛内停留足够长的时间，实现不同粒径的生物质都能够稳定充分燃烧，克服了现有的流化床工业锅炉在燃用粒径分布宽的木业加工废弃物时，难以兼顾不同粒径燃料流化速度的问题。
2.本申请通过在炉膛中增设拱部，将原本的单一炉膛划分为炉膛、拱部和上升烟道，炉膛截面相对较大，截面风速较小，有利于颗粒停留燃烬；上升烟道截面相对较小，截面风速较大，可以有效防止积灰；拱部布置辐射换热面，在充分利用燃烧热量的同时，有利于控制炉膛温度，避免燃烧温度过高导致炉内灰熔融，降低流化床料聚团结块的风险。
3.本申请在拱部进料口上布置生物质粉体燃烧器，并通过控制第二供风装置风速以及生物质粉体燃烧器的喷射角度，实现行程为w形的燃烧火焰来增加第二类生物质颗粒在炉膛内的停留时间，便于第二类生物质颗粒的稳定充分燃烧。
附图说明
图1绘示本申请锅炉平面示意图。
图2绘示本申请锅炉炉膛示意图。
图3绘示本申请锅炉立体示意图。
图中，1、热用户输送管道；2、热用户控制阀；3、锅炉给水管；4、锅筒；5、第二料斗；6、第二电动机；7、给料器；8、第二风机；9、第二风机阀门；10、第二风管；11、第二输料管道；12、下降管；13、上升烟道；14、拱部；15、防回火装置；16、拱部进料口；17、下联箱；18、水冷壁；19、第一料斗；20、第一电动机；21、螺旋给料器；22、炉膛进料口；23、风帽；24、排渣口；25、布风板；26、流化风风室；27、排渣管；28、排渣阀门；29、流化风进风口；30、第一风管；31、第一风机阀门；32、第一风机；33、炉膛；34、水泵阀门；35、水泵；36、粉体悬浮燃烧区；37、鼓泡流化燃烧区；38、水平烟道。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图,对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。除非另作定义,此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
本发明通过提供一种燃用木业废弃物的流化床工业锅炉及其燃烧换热方法，通过分类生物质颗粒并以不同方式投入炉膛燃烧，保证混合燃烧的不同粒径的生物质燃料都能够稳定充分燃烧。
为了更好的展示本设计发明的技术内容，现结合具体实施例以及附图来进行详细阐述。
如图1、图3所示，本发明的锅炉包括炉膛33、拱部14和上升烟道13，所述炉膛33、拱部14和上升烟道13依次相通。其中上升烟道13的截面尺寸小于炉膛33的截面尺寸，拱部14具有一大尺寸端与一小尺寸端，大尺寸端连通于炉膛33；小尺寸端连通于上升烟道13。
为了方便保证炉膛33内的温度，所述锅炉还包括水平烟道38，水平烟道38连通于上升烟道13。由于燃烧后烟气先上升后水平流动，有效避免热量的快速流失；同时水平烟道38的设计使得烟灰能被水平烟道38阻挡从排渣口24落出。
具体实施时，如图2所示，为了保证混合燃烧的不同粒径的燃料都能够稳定充分燃烧，将炉膛33划分为鼓泡流化燃烧区37和粉体悬浮燃烧区36，如图1、图3所示，将输料机构划分为第一输料机构和第二输料机构。
所述炉膛33连通有第一输料机构，第一类生物质颗粒（本文中将粒径≥1mm的生物质颗粒分类为第一类生物质颗粒）通过螺旋给料器21经炉膛进料口22进入炉膛33下半部分；所述拱部14连通有第二输料机构，第二类生物质颗粒（本文中将微米级生物质颗粒分类为第二类生物质颗粒）通过第二输料管道11经拱部进料口16（设于拱部14）喷入炉膛33上半部分。
所述炉膛33下半部分为鼓泡流化燃烧区37，实现来自第一输料机构的第一类生物质颗粒的鼓泡流化燃烧；所述炉膛33上半部分为粉体悬浮燃烧区36，实现来自第二输料机构的第二类生物质颗粒的射流悬浮燃烧。
为了保证生物质颗粒燃烧产热进而促进后续生物质颗粒燃烧，所述炉膛33内壁为绝热面，所述绝热面砌筑耐火砖，为了控制炉温，避免炉内温度过高导致鼓泡流化燃烧区颗粒37聚团结块，并充分利用锅炉热能，所述拱部14和上升烟道13内壁为辐射换热面，所述辐射换热面敷设水冷壁18吸收炉膛33内的燃烧热量。所述水冷壁18上端连通于外部锅筒4，所述水冷壁18下端连通于下联箱17，所述下联箱17通过下降管12连通于锅筒4（水冷壁18、下联箱17、下降管12以及锅筒4形成闭合的辐射换热回路），所述锅筒4位于锅炉上方位置。
所述拱部14为左右对称结构，具有一大尺寸端与一小尺寸端，大尺寸端连通于炉膛33，小尺寸端连通于上升烟道13；所述上升烟道13截面积是炉膛33截面积的2/5～4/5以增加上升烟道13内部烟气流速，避免积灰；所述拱部14两侧平面与炉膛33墙壁呈115°～140°的夹角以避免火焰直接喷射到炉膛33内壁上。
具体实施时，第一输料机构包括第一料斗19、第一电动机20、螺旋给料器21，用于为鼓泡流化燃烧区37提供第一类生物质颗粒。
所述第一料斗19连接于螺旋给料器21上方；所述螺旋给料器21与第一电动机20相连接，所述第一电动机20为所述螺旋给料器21提供驱动力。所述螺旋给料器的出料口连通于炉膛进料口22；所述炉膛进料口22位于炉膛33墙壁一侧的中部且位于布风板25的上方位置；所述螺旋给料器21向鼓泡流化燃烧区37输送生物质的方向垂直于炉膛33墙壁；较佳地，所述螺旋给料器21选用双螺旋给料器，所述双螺旋给料器给料均匀稳定，适用于水平输送大颗粒物料。
具体实施时，所述第二输料机构包括第二料斗5、第二电动机6、给料器7、第二供风装置、第二输料管道11、防回火装置15和生物质粉体燃烧器，用于为粉体悬浮燃烧区36提供第二类生物质颗粒。
所述第二供风装置包括第二风管10、为第二风管10供风的第二风机8、和设于第二风管10上的第二风机阀门9。所述第二风机阀门9可以调节第二风管10流速，控制第二输料管道11内流速为第二类生物质颗粒悬浮速度
所述第二料斗5连接于给料器7上方，所述第二电动机6为所述给料器7提供驱动力；所述给料器7连接于第二输料管道11上方；所述第二输料管道11进料口与第二供风装置出风口相连接；所述第二输料管道11出料口与拱部进料口16相连接；较佳地，所述给料器7选用星形给料器，所述星形给料器给料均匀稳定，适用于垂直输送粉状物料。
具体实施时，所述拱部进料口16对称布设于所述拱部14左右两侧，数量为偶数个，较佳地，取2或4个，单侧的进料口间隔均匀；
所述拱部进料口16为生物质粉体燃烧器，所述生物质粉体燃烧器连接于拱部14平面，方向可调（生物质粉体燃烧器不是本申请的重点内鹅绒，本申请未对现有技术的方向可调的生物质粉体燃烧器进行改进，仅是对其进行应用），生物质粉体燃烧器喷口轴向中心线与拱部14平面相交角度范围为75°～90°，在该角度下，便于形成w形燃烧火焰，并且可以避免火焰直接喷射到炉膛33内壁上。
其次，保证每个生物质粉体燃烧器通过的燃料质量流量相同，并且控制第二供风装置风速以及生物质粉体燃烧器的喷射角度，以使得喷入的第二类生物质颗粒在鼓泡流化燃烧区37上升气流的作用下，形成对称的v形燃烧火焰，两个v形火焰相互支持，相汇合成w形火焰，所述w形火焰行程长，炉膛33内充满度好，增加了第二类生物质燃料在炉膛33内的停留时间，便于第二类生物质颗粒的充分稳定燃烧。
考虑到第二输料管道11中输送的第二类生物质颗粒具有易燃、易爆的特性，较佳地，在所述第二输料管道11上设置防回火装置15以避免管道着火，预防燃料爆炸，增强安全性。所述防回火装置15与所述拱部进料口16之间具有3-5倍第二输料管道11管径的距离；所述防回火装置15数量与拱部进料口16数量一致。
具体实施时，为了保证炉膛33内生物质颗粒能够充分燃烧，炉膛33的下方设有流化风风室26。所述流化风风室26一侧设有流化风进风口29；所述流化风进风口29与第一供风装置出风口相连接；
所述第一供风装置包括第一风管30、为第一风管30提供风源的第一风机32、和设于第一风管30上的第一风机阀门31。所述第一供风装置向流化风风室26提供流化风，所述第一风机阀门31可以调节流化风风速，控制在布风板25上方流化风的截面风速
所述流化风风室26上设有布风板25；所述流化风风室26通过布风板25向鼓泡流化燃烧区37内的第一类生物质颗粒提供流化风以使第一类生物质颗粒进行流态化燃烧。所述布风板25按照开孔率2%-3%布置风帽23，以保证风匀速进入炉膛33。所述布风板25的中心位置有一排渣口24，所述排渣口24与排渣管27相连接；所述排渣管27贯穿所述流化风风室26后连通于外部机构；所述排渣管27上设有排渣阀门28。
具体实施时，本申请设计一种燃用木业废弃物的流化床工业锅炉的燃烧换热方法，包括：
判断生物质粒径，根据生物质粒径选择单独开启第一输料机构，或同时开启第一输料机构与第二输料机构；较佳地，粒径≥1mm的生物质颗粒（即为本申请的第一类生物质颗粒）采用第一输料机构输送；第二类生物质颗粒采用第二输料机构输送。
具体是根据提供的生物质粒径，决定是否需要同时运行第一输料机构和第二输料机构。一般情况下，常用的生物质如碎木块、树皮等毫米级及以上的生物质颗粒，较优地，只需运行第一输料机构；但是，当木粉等微米级的生物质颗粒也被提供时，则需要同时运行第一输料机构和第二输料机构。
当单独开启第一输料机构时，第一类生物质颗粒被输送至鼓泡流化燃烧区37，流化风经由第一供风装置输送至流化风风室26，通过布风板25后到达鼓泡流化燃烧区37。调节第一风机阀门31，控制在布风板25上方流化风的截面风速
具体操作可陈述为：在单独运行第一输料机构时，开启第一风机阀门31、第一风机32和第一电动机20，关闭第二风机阀门9、第二风机8和第二电动机6；碎木块、树皮等第一类生物质颗粒燃料从第一料斗19中落入螺旋给料器21，第一电动机20带动螺旋给料器21旋转工作，碎木块、树皮等第一类生物质颗粒燃料沿着螺旋给料器21并通过炉膛进料口22被输送至鼓泡流化燃烧区37。
与此同时，流化风经由第一供风装置输送至流化风风室26，然后通过调节第一风机阀门31的开启度，使得在布风板25上方的流化风的截面风速
鼓泡流化燃烧区37中的碎木块、树皮等第一类生物质颗粒充分燃烧，水冷壁18吸收炉膛33中的高温火焰或烟气的辐射热量。管内的水温度迅速升高，一部分水气化，在管内形成汽水混合物。下降管12中的水，由于不受热，其密度大于汽水混合物的密度，从而产生流动压头，在流动压头的作用下，水从锅筒4经下降管12和水冷壁18后再返回锅筒4。该辐射热回路可以充分利用燃烧热量，并且可以控制炉温，避免炉内温度过高导致鼓泡流化燃烧区37颗粒聚团结块，低温烟气则从水平烟道38排向外部机构。同时，水泵35将锅炉给水沿着锅炉给水管3输送至锅筒4，锅筒4则又通过热用户输送管道1向热用户输送蒸汽。水泵35采用水泵阀门34控制。热用户输送管道1采用热用户控制阀2控制。
同时开启第一输料机构与第二输料机构时，第一类生物质颗粒通过第一输料机构被输送至鼓泡流化燃烧区37。流化风经由第一供风装置输送至流化风风室26，通过布风板25后到达鼓泡流化燃烧区37。调节第一风机阀门31，控制在布风板25上方流化风的截面风速
与此同时，第二类生物质颗粒通过第二输料机构被输送至粉体悬浮燃烧区36，调节第二风机阀门9，控制第二输料管道11内流速为第二类生物质颗粒悬浮速度
具体实施时，控制第一电动机20和第二电动机6转速，使得所述第二类生物质进炉质量流量是第一类生物质进炉质量流量的1/10～1/8，以保证在第二类生物质颗粒稳定充分燃烧的情况下，避免过多的冷空气经拱部进料口16进入炉膛33从而造成炉温下降。
具体操作可陈述为：在同时运行第一输料机构、第二输料机构时，开启第一风机阀门31、第二风机阀门9、第一风机32、第二风机8、第一电动机20和第二电动机6。
碎木块、树皮等第一类生物质颗粒从第一料斗19中落入螺旋给料器21，第一电动机20带动螺旋给料器21旋转工作，碎木块、树皮等第一类生物质颗粒沿着螺旋给料器21并通过炉膛进料口22被输送至鼓泡流化燃烧区37。流化风经由第一供风装置输送至流化风风室26，然后调节第一风机阀门31的开启度，使得在布风板25上方的流化风的截面风速
木粉等第二类生物质颗粒从第二料斗5中落入给料器7，第二电动机6带动给料器7旋转工作；木粉等第二类生物质颗粒落入第二输料管道11进料口，然后在第二风机8提供的风的作用下，通过拱部进料口16进入粉体悬浮燃烧区36；调节第二风机阀门9，控制第二输料管道11内流速为第二类生物质颗粒悬浮速度
具体实施时，控制第一电动机20和第二电动机6转速，所述第二类生物质进炉质量流量是第一类生物质进炉质量流量的1/10～1/8，以保证在第二类生物质颗粒稳定充分燃烧的情况下，避免过多的冷空气经拱部进料口16进入炉膛33从而造成炉温下降。
炉膛33中的生物质稳定充分燃烧，水冷壁18吸收炉膛33中的高温火焰或烟气的辐射热量。管内的水温度迅速升高，一部分水气化，在管内形成汽水混合物。下降管12中的水，由于不受热，其密度大于汽水混合物的密度，从而产生流动压头，在流动压头的作用下，水从锅筒4经下降管12和水冷壁18后再返回锅筒4。该辐射热回路可以控制炉温，避免炉内温度过高导致鼓泡流化燃烧区37颗粒聚团结块，低温烟气则从水平烟道38排向外部机构。同时，水泵35将锅炉给水沿着锅炉给水管3输送至锅筒4，锅筒4则又通过热用户输送管道1向热用户输送蒸汽。水泵35采用水泵阀门35控制。热用户输送管道1采用热用户控制阀2控制。
具体实施时，炉膛33内的灰渣通过布风板25中心处的排渣口24落入排渣管27，然后排到锅炉外。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
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