一种角管式多通道多循环流化床生物质直燃锅炉

技术领域

本发明涉及一种生物质锅炉，具体是一种角管式多通道多循环流化床生物质直燃锅炉。

背景技术

生物质能源作为可再生能源，在我国有着丰富储量，且每形成1吨生物质(其中含40％碳元素)需要从环境中吸收1.47吨CO2(光合作用)，在“双碳”目标、碳经济的当下，生物质能源当之无愧的成为了CO2减排的有利资源。

生物质直燃作为生物质能的一种重要利用方式，为“双碳”目标的实现提供了有力支持。

生物质能源存在种类繁多，地域性、季节性差异大等特点，生物质燃料具有高挥发份、高碱金属、高氯，低灰分、低灰熔点、低热值的特点，与燃煤锅炉相比，燃生物质锅炉存在燃烧不充分，易积灰、结渣，腐蚀严重等问题。

目前市面上的生物质直燃锅炉多数存在燃烧不充分、积灰严重、排烟温度高、出力不足等问题，而为保证生物质直燃锅炉能够达到设计参数，且长期正常连续运行，锅炉结构设计的非常庞大，同类型锅炉钢耗相当于传统燃煤锅炉的1.5-2倍，投资成本高。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种角管式多通道多循环流化床生物质直燃锅炉，可以实现生物质锅炉高效、低氮，降低积灰、腐蚀，降低锅炉整体钢耗，可以有效地提高燃烧效率并降低投资成本。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种角管式多通道多循环流化床生物质直燃锅炉，包括锅炉自支撑管架、高温炉膛、炉膛内屏式受热面、燃尽室、燃尽室灰斗及一级返料器、沉降室、沉降室内对流受热面、沉降室灰斗及放灰阀、水冷分离器、分离器灰斗及二级返料器、对流受热面、省煤器、空气预热器、尾部灰斗及出口烟道、二次风、三次风和返料母管；

由锅筒及四周大直径管道组成的锅炉自支撑管架，锅炉自支撑管架内部固定安装高温炉膛、燃尽室和沉降室，由四周膜式壁包围形成的高温炉膛，高温炉膛的炉膛内侧上部固定安装屏式受热面，高温炉膛侧面固定安装由膜式壁包围形成的燃尽室，所述的燃尽室是由膜式壁包围形成中空结构，可作为高温炉膛的扩展空间，飞出炉膛的可燃物可在此区域继续燃烧；

燃尽室下部设有燃尽室灰斗及一级返料器，可以将燃尽室内部收集的飞灰返送至炉膛，燃尽室灰斗及一级返料器下端连接返料母管较低位的连接口，燃尽室侧面固定安装由膜式壁包围形成的沉降室，沉降室内逐层设置对流受热面，所述的对流受热面可以用于加热炉水，沉降室下部设有沉降室灰斗及放灰阀，用于定期排除沉降室内沉积、脱落的飞灰及灰块，亦可以用于加热蒸汽，沉降室内部设置有对流受热面，对流受热面有针对性地采用大节距布置，在增加换热面积的同时可有效降低烟气温度，拦截、过滤生物质灰中高温粘结性结渣，保护尾部对流受热面；针对生物质灰不同的积灰特性：高温粘结性结渣和低温松散的吸附性积灰，实现了两种积灰分区段、有针对性治理，互不干扰，可有效克服生物质直燃锅炉积灰清理难，腐蚀严重的问题；

沉降室侧面固定安装由膜式壁卷制而成的水冷分离器，所述的水冷分离器由膜式壁卷制成圆弧形筒体，卧式水平布置，与所述的沉降室后墙组合形成烟气气固分离系统，所述的沉降室通过弯制后墙膜式壁上部，与沉降室的顶棚膜式壁形成一定的夹角，作为所述的水冷分离器的入口烟道加速段，在所述的水冷分离器下部设有分离器灰斗及二级返料器，将所述的水冷分离器分离收集下的飞灰通过返料母管返送至炉膛，水冷分离器下部设有分离器灰斗及二级返料器，分离器灰斗及二级返料器连接返料母管较高位的连接口，返料母管下管口连接高温炉膛下部，水冷分离器后侧沿烟气方向通过管路依次连接对流受热面，省煤器，空气预热器和尾部灰斗及出口烟道，在高温炉膛中下部四周设有二次风，在高温炉膛顶部设有三次风。

所述的高温炉膛、燃尽室、沉降室、水冷分离器全采用膜式壁结构，通过焊接组成一个相对封闭的整体，炉膛内屏式受热面、燃尽室灰斗及一级返料器、沉降室内对流受热面、沉降室灰斗及放灰阀、分离器灰斗及二级返料器、二次风、三次风、返料母管等固定于相应的膜式壁上，最终由锅筒及四周大直径管道焊接组成的管道框架进行支撑。

所述的高温炉膛由膜式壁焊接而成，其内部设有所述的屏式受热面，可以是光管、膜式壁、L形或者是U形，其目的是为了扩展炉膛区域换热面积，所述的屏式受热面可以用于加热炉水，亦可以用于加热蒸汽。

所述的燃尽室灰斗及一级返料器和分离器灰斗及二级返料器中的一级返料器和二级返料器均采用U形阀结构。

所述的高温炉膛出口设置由膜式壁弯制而成的导向烟道，此结构可以提供相对较高的烟气温度和烟气流速，为实现炉内高效脱硝提供了有利的环境条件，在导向烟道的顶部或侧墙设置所述的三次风用于补燃，可实现深度分级、低氧、低氮燃烧。

所述的膜式壁均采用管子与扁钢焊接而成。

所述的燃尽室灰斗及一级返料器下端与返料母管较低位的连接口之间，通过法兰或焊接连接。

所述的分离器灰斗及二级返料器与返料母管较高位的连接口之间，通过法兰或焊接连接。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：与常规锅炉相比，通过增设燃尽室和沉降室及其附属部件，可以实现高效、深度分级、低氧、低氮燃烧，有利于锅炉宽负荷范围下的高效脱硝，有效提升燃烧效率；并且通过多通道结构针对生物质燃料不同的积灰、腐蚀机理，实现了高、低温积灰，高、低温腐蚀，分区段、有针对性治理，互不干扰，可有效克服生物质直燃锅炉普遍存在的积灰清理难，腐蚀严重的问题；通过锅筒及四周大直径管道支撑，省去了庞大的钢构架结构，降低钢耗；采用多通道、多级循环返料，可保证高效，降低锅炉整体高度，锅炉布置更紧凑，具有显著的环保效益和经济效益。

附图说明

图1是一种角管式多通道多循环流化床生物质直燃锅炉的结构示意图；

图2是锅炉自支撑管架结构示意图；

图3是一种角管式多通道多循环流化床生物质直燃锅炉的返料母管示意图

图中：1、锅炉自支撑管架，2、高温炉膛,3、炉膛内屏式受热面，4、燃尽室，5、燃尽室灰斗及一级返料器，6、沉降室，7、沉降室内对流受热面，8、沉降室灰斗及放灰阀，9、水冷分离器，10、分离器灰斗及二级返料器，11、对流受热面，12、省煤器，13、空气预热器，14、尾部灰斗及出口烟道，15、二次风，16、三次风，17、返料母管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本一种角管式多通道多循环流化床生物质直燃锅炉，包括锅炉自支撑管架1、高温炉膛2、炉膛内屏式受热面3、燃尽室4、燃尽室灰斗及一级返料器5、沉降室6、沉降室内对流受热面7、沉降室灰斗及放灰阀8、水冷分离器9、分离器灰斗及二级返料器10、对流受热面11、省煤器12、空气预热器13、尾部灰斗及出口烟道14、二次风15、三次风16和返料母管17；由锅筒及四周大直径管道组成的锅炉自支撑管架1，锅炉自支撑管架1内部固定安装高温炉膛2、燃尽室4和沉降室6，由四周膜式壁包围形成的高温炉膛2，高温炉膛2的炉膛内侧上部固定安装屏式受热面3，高温炉膛2侧面固定安装由膜式壁包围形成的燃尽室4，所述的燃尽室4是由膜式壁包围形成中空结构，可作为高温炉膛的扩展空间，飞出炉膛的可燃物可在此区域继续燃烧；

燃尽室4下部设有燃尽室灰斗及一级返料器5，可以将燃尽室4内部收集的飞灰返送至炉膛，燃尽室灰斗及一级返料器5下端连接返料母管17较低位的连接口，燃尽室4侧面固定安装由膜式壁包围形成的沉降室6，沉降室6内逐层设置对流受热面7，所述的对流受热面7可以用于加热炉水，沉降室6下部设有沉降室灰斗及放灰阀8，用于定期排除沉降室6内沉积、脱落的飞灰及灰块，亦可以用于加热蒸汽，沉降室内部设置有对流受热面，对流受热面有针对性的采用大节距布置，在增加换热面积的同时可有效降低烟气温度，拦截、过滤生物质灰中高温粘结性结渣，保护尾部对流受热面。针对生物质灰不同的积灰特性：高温粘结性结渣和低温松散的吸附性积灰，实现了两种积灰分区段、有针对性治理，互不干扰，可有效克服生物质直燃锅炉积灰清理难，腐蚀严重的问题；

沉降室6侧面固定安装由膜式壁卷制而成的水冷分离器9，所述的水冷分离器9由膜式壁卷制成圆弧形筒体，卧式水平布置，与所述的沉降室6后墙组合形成烟气气固分离系统，所述的沉降室6通过弯制后墙膜式壁上部，与沉降室6的顶棚膜式壁形成一定的夹角，作为所述的水冷分离器9的入口烟道加速段，在所述的水冷分离器9下部设有分离器灰斗及二级返料器10，将所述的水冷分离器9分离收集下的飞灰通过返料母管17返送至炉膛，水冷分离器9下部设有分离器灰斗及二级返料器10，分离器灰斗及二级返料器10连接返料母管17较高位的连接口，返料母管17下管口连接高温炉膛2下部，水冷分离器9后侧沿烟气方向通过管路依次连接对流受热面11，省煤器12，空气预热器13和尾部灰斗及出口烟道14，在高温炉膛2中下部四周设有二次风15，在高温炉膛2顶部设有三次风16。

所述的高温炉膛2、燃尽室4、沉降室6、水冷分离器9全采用膜式壁结构，通过焊接组成一个相对封闭的整体，炉膛内屏式受热面3、燃尽室灰斗及一级返料器5、沉降室内对流受热面7、沉降室灰斗及放灰阀8、分离器灰斗及二级返料器10、二次风15、三次风16、返料母管17等固定于相应的膜式壁上，最终由锅筒及四周大直径管道1焊接组成的管道框架进行支撑。

所述的高温炉膛2由膜式壁焊接而成，其内部设有所述的屏式受热面3，可以是光管、膜式壁、L形或者是U形，其目的是为了扩展炉膛区域换热面积，所述的屏式受热面3可以用于加热炉水，亦可以用于加热蒸汽。

所述的燃尽室灰斗及一级返料器5和分离器灰斗及二级返料器10中的一级返料器和二级返料器均采用U形阀结构。

所述的高温炉膛2出口设置由膜式壁弯制而成的导向烟道，此结构可以提供相对较高的烟气温度和烟气流速，为实现炉内高效脱硝提供了有利的环境条件，在导向烟道的顶部或侧墙设置所述的三次风16用于补燃，可实现深度分级、低氧、低氮燃烧。

所述的膜式壁均采用管子与扁钢焊接而成。

所述的燃尽室灰斗及一级返料器5下端与返料母管17较低位的连接口之间，通过法兰或焊接连接。

所述的分离器灰斗及二级返料器10与返料母管17较高位的连接口之间，通过法兰或焊接连接。

使用时将一种角管式多通道多循环流化床生物质直燃锅炉安装，设备即可投入使用。

有益效果：通过增设燃尽室4和沉降室6及其附属部件，可以实现高效、深度分级、低氧、低氮燃烧，有利于锅炉宽负荷范围下的高效脱硝，有效提升燃烧效率；并且通过多通道结构针对生物质燃料不同的积灰、腐蚀机理，实现了高、低温积灰，高、低温腐蚀，分区段、有针对性治理，互不干扰，可有效克服生物质直燃锅炉普遍存在的积灰清理难，腐蚀严重的问题；通过锅筒及四周大直径管道支撑，省去了庞大的钢构架结构，降低钢耗；采用多通道、多级循环返料，可保证高效，降低锅炉整体高度，锅炉布置更紧凑，具有显著的环保效益和经济效益。

本发明在使用时，具体工作如下：

进风：

本锅炉采用分级送风方式，助燃风分为三次风，其中一次风为主燃风，从炉膛底部送入炉膛，起到吹动床料流化燃烧的作用，二次风从炉膛中下部的二次风口送入，起到扰动及强化燃烧的效果，三次风从炉膛出口导向烟道处送入，起到补燃作用，一、二、三次风相互配合实现锅炉深度分级燃烧，提高空气与燃料的混合度，提高燃烧强度，从而实现高效、低氧、低氮燃烧的目低。

燃烧：

1、生物质燃料进入高温炉膛2后与高温床料混合燃烧并产生高温烟气对炉膛内受热面进行放热，高温烟气携带大量床料自下向上流动，经炉膛出口导向烟道进入燃尽室4，导向烟道内相对较高的烟气温度和流速为三次风与烟气中可燃物的充分混合、助燃提供了有利条件，同时该区域即使在低负荷时仍能保证足够高的温度，为生物质锅炉宽负荷波动的条件下仍能够实现炉内高效脱硝。

2、飞入燃尽室的高温烟气及固体颗粒在燃尽室内自上而下流动，继续燃烧与传热，并完成一次气固分离，分离下的固体颗粒通过一级返料器5经返料母管17送入炉膛继续燃烧，其余烟气经燃尽室下部烟窗自下而上进入沉降室6。

3、进入沉降室的高温烟气冲刷沉降室内对流受热面7进行传热，烟气中的被高温升华为气态的灰被冷却后呈粘结性熔融状态吸附在对流管束上，呈粘结性熔融状态的灰继续吸附烟气中的飞灰，从而实现了气固的二次分离，吸附在管壁上的灰呈坚硬块状，极难清理，无法继续参与循环、传热，被清理后落入沉降室灰斗8被及时排出，剩下的高温烟气被冷却后温度在600℃左右，此时烟气中的灰呈松散性状态，易于清理。

4、烟气经沉降室出口处的加速段进入水冷分离器9进行第三次气固分离与传热，分离下的固体颗粒被二级返料器10经返料母管17送至炉膛继续循环燃烧。

5、被分离出的烟气经分离器出口烟道送至锅炉尾部竖井烟道，自上而下依次冲刷对流受热面11、省煤器12、空气预热器13，直至烟气温度降至设计温度后经尾部灰斗及出口烟道14排出锅炉。