採用還原法脫硝的多種燃料高溫氣化鍋爐的製作方法

2023-09-18 06:20:45 1

本發明涉及一種採用還原法脫硝的多種燃料高溫氣化鍋爐，屬於高效環保鍋爐技術領域。

背景技術：

目前國內市場上的環保鍋爐大多為生物質鍋爐，生物質鍋爐又大致分為二類。

一類是鏈條（往復）爐排生物質鍋爐：它是由鏈條（往復）爐排鍋爐延伸改造而來，只是把鍋爐的爐拱改變，且加吹二次風，改造燃料鬥，防止回燃。由於採用直燃方式，非常浪費燃料，燃燒溫度低，燃燒成本高，因此不會節能。

一類是生物質氣化鍋爐：利用生物質燃料氣化，把生物質燃料轉化成可燃氣體，這種鍋爐生物質燃料氣化速度較低，生物質燃料氣化速度跟不上燃燒速度，對燃料要求苛刻，有結焦、結油等缺點。生成的可燃氣體質量難以保證，火焰溫度不會恆定高溫，燃燒溫度難以控制。

由於燃料燃燒溫度達到華氏900K（482℃）時開始生成氮氧化物，溫度越高，生成的氮氧化物濃度越高，並且氮氧化物中95%以上為一氧化氮，上述生物質鍋爐都需要配備脫硝裝置，並且脫硝量不容易控制，容易出現超標排放的情況，脫硝成本高，熱效率低，只適應生物質顆粒燃料。

技術實現要素：

本發明需要解決的技術問題是提供一種自帶脫硝機構、脫硝成本低、熱效率高適應多種燃料的高溫氣化鍋爐。

為解決上述問題，本發明所採取的技術方案是：

一種採用還原法脫硝的多種燃料高溫氣化鍋爐，包括固定於鍋爐基礎上的鍋爐底座，固定於鍋爐底座上的鍋爐本體，與鍋爐本體連通的上縱集箱，連通縱集箱的爐壁水冷管組、前牆水冷管組，與爐壁水冷管組、爐壁前牆水冷管組相連通的水冷爐排，由耐火材料砌築成的爐殼、前牆、隔牆、屋頂式隔牆，其中鍋爐底座上方、水冷爐排下方的空間為配風室，爐排上方、屋頂式隔牆下方為氣化燃燒室，氣化燃燒室一側的前牆下方設置燃料加注口，屋頂式隔牆、爐殼、前牆、隔牆圍成的空間是還原脫硝室，屋頂式隔牆上設有高溫煙氣進口和落灰口，高溫煙氣進口靠近前牆一側，落灰口靠近鍋爐本體一側，落灰口和鍋爐本體之間設有擋灰牆，擋灰牆和鍋爐本體之間是還原燃料區，對應還原燃料區的正上方爐殼上設有還原燃料加注口。

進一步的，所述燃料加注口處設置液壓給料機構，該液壓給料機構包括燃料鬥以及液壓推進器，其中燃料鬥的下端出料口連通氣化燃燒室的燃料加注口，液壓推進器固定在燃料鬥下部外側，液壓推進器的推桿前端安裝控制燃料鬥進料的插板。

進一步的，所述水冷爐排為均勻分布的多根通有冷卻水的管道，並且該水冷爐排自燃料加注口至鍋爐本體側向下傾斜。

進一步的，所述配風室內還設有液壓推進器，液壓推進器位於靠近鍋爐本體的一側，液壓推進器的推桿穿過配風室靠近鍋爐本體一側的隔牆連接推板，推板用於清除灰臺上的灰渣。

更進一步的，所述前牆上還設有還原物質噴槍，該噴槍一端位於還原脫硝室內，另一端連接還原物質噴吹裝置。

優選的，所述噴槍設置兩根，對稱設置於前牆上部兩側，兩根噴槍的噴吹方向均朝向還原脫硝室的中間，即兩根噴槍的噴吹延伸線相交。

進一步的，所述還原燃料為潮溼或者加水的生物質燃料，所述還原物質為尿素、氨水、煤氣、甲烷、氫氣中的一種。

採用上述技術方案所產生的有益效果在於：

本發明通過氣化燃燒室位於配風室上方，配風直接均勻分配給水冷爐排上方的燃料，水冷爐排採用水冷，不易變形，可以保證配風均勻，水冷爐排上的燃料燃燒產生800℃以上高溫後，液壓給料機構送料，送入的燃料在高溫下氣化燃燒，燃燒熱效率高，燃盡的灰渣在燃料推送下進入灰臺，降溫後由液壓推進器將灰渣推入渣坑，灰渣溫度低，可減少熱量損失，高溫煙氣由屋頂式隔牆的高溫煙氣進口進入還原脫硝室，在還原脫硝室採用還原燃料或者還原物料進行脫硝，脫硝成本低，容易控制，不會出現超標情況，節能環保。

附圖說明

圖1是本發明主視（局部剖視）結構示意圖；

圖2是本發明俯視（局部剖視）結構示意圖；

圖3是本發明圖1A-A剖視結構示意圖；

圖4是本發明圖1B-B剖視結構示意圖；

圖5是本發明鍋爐本體主視（局部剖視）結構示意圖；

其中：1、鍋爐基礎，2、鍋爐底座，3、落灰口，4、渣坑，5、灰臺，6、屋頂式隔牆，7、風機接口，8、配風室，9、水冷爐排，10、高溫煙氣進口，11、液壓推進器，12、燃料鬥，13、前牆，14、上縱集箱，15、爐壁水冷管組，16、爐殼，17、隔牆，18、鍋爐本體，19、前牆水冷管組，20、常壓換熱器，21、噴槍，22、還原燃料區，23、擋灰牆，24、高溫煙氣入口。

具體實施方式

下面結合附圖對發明做進一步詳細描述：

如圖1～4所示，本發明主體結構包括固定於鍋爐基礎1上的鍋爐底座2，固定於鍋爐底座1上的鍋爐本體18，鍋爐本體固定於鍋爐底座上，便於鍋爐的運輸和吊裝，不至於在運輸和安裝過程中造成鍋爐的換熱管組損壞。鍋爐本體18一端連通上縱集箱14，上縱集箱14連通爐壁水冷管組15，並通過橫集箱連通前牆水冷管組19，爐壁水冷管組15、前牆水冷管組19通過位於不同位置的橫集箱與水冷爐排9相連通（參見圖1和圖5），使水冷爐排9、前牆水冷管組19、爐壁水冷管組均與上縱集箱14、鍋爐本體18連通，形成水的循環通路。鍋爐本體進來的冷水用於冷卻水冷爐排，前牆以及爐壁，並將熱量帶入鍋爐本體，減少熱損耗，提高熱效率。

為了使鍋爐的各部分空間按照燃燒加熱流程進行工作，整體鍋爐外側需要設置爐殼，並對內部空間進行分割，以形成各功能腔室；本發明的爐殼16，以及用於分割各功能腔室的前牆13、隔牆17、屋頂式隔牆6等均由耐火材料砌築而成，其中鍋爐底座2上方、水冷爐排9下方的空間為配風室8，爐排上方、屋頂式隔牆下方為氣化燃燒室，氣化燃燒室一側的前牆下方設置燃料加注口，屋頂式隔牆6、爐殼16、前牆13、隔牆17圍成的空間是還原脫硝室，屋頂式隔牆6上設有高溫煙氣進口10和落灰口3，高溫煙氣進口10靠近前牆13一側，落灰口3靠近鍋爐本體18一側，落灰口3和鍋爐本體18之間設有擋灰牆23，擋灰牆23和鍋爐本體18之間是還原燃料區22，對應還原燃料區22的正上方爐殼上設有還原燃料加注口。

為了方便加注燃料，所述燃料加注口處設置液壓給料機構，該液壓給料機構包括燃料鬥12以及液壓推進器11，其中燃料鬥12的下端出料口連通氣化燃燒室的燃料加注口，液壓推進器11固定在燃料鬥12下部外側，液壓推進器11的推桿前端安裝控制燃料鬥進料的插板。

為了保證燃料均勻燃燒，需要均勻的配風，配風室8的側面設置風機接口7，風機採用變頻控制的鼓風機，並採用對稱設置的方式在配風室兩側均設置多個鼓風機。配風室整體上採用密封形式，即四周和邊角不會漏風，鼓風機的風均通過水冷爐排送入上方的氣化燃燒室。因此水冷爐排必須是均勻布置的。水冷爐排需要冷卻水冷卻，為此所述水冷爐排9採用均勻分布的多根通有冷卻水的管道，並且該水冷爐排9自燃料加注口至鍋爐本體側向下傾斜，便於燃料的推送。

為了使經水冷爐排推送下來的灰渣有一個冷卻時間，可以在渣坑4上方、水冷爐排一端靠近鍋爐本體側設置灰臺5，當然，也可以不設置此灰臺。設置灰臺後，就要有推灰的製作，因此在配風室8內還設有液壓推進器，液壓推進器位於靠近鍋爐本體的一側，液壓推進器的推桿穿過配風室靠近鍋爐本體一側的隔牆連接推板，保證配風室的密封性，推板用於清除灰臺5上的灰渣。

本發明雖然設置了還原燃料區22並通過加注還原燃料來進行脫硝，但為了保證還原的穩定和可控性，在前牆13上還設有還原物質噴槍21，該噴槍21一端位於還原脫硝室內，另一端連接還原物質噴吹裝置。並且所述噴槍21設置兩根，對稱設置於前牆上部兩側，兩根噴槍的噴吹方向均朝向還原脫硝室的中間，即兩根噴槍的噴吹延伸線相交。本發明所述的還原燃料為潮溼或者加水的生物質燃料，所述還原物質為一氧化碳、活性炭、氫氣、甲烷、煤氣、氨水、尿素等還原物質中的一種。

本發明工作原理：

本發明高溫氣化分級燃燒原理是：高溫氣化燃燒是利用氣化室產生的高溫將燃料氣化成高溫可燃氣體，可燃氣體在高溫富氧條件下充分燃燒，氣化和燃燒在微秒級的時間內，幾乎同時進行；在有氧條件下，在燃料表面外加800℃以上的高溫熱源，使燃料由外至內進行快速熱解氣化燃燒。燃燒產生的高溫一部分再對其接觸的燃料進行高溫氣化，一部分排出用於作功，如此形成連續高溫氣化燃燒反應。分級燃燒是在氣化燃燒室出火口外的高溫區設置還原室，利用生物質在高溫下產生的還原氣體，將煙氣中的氮氧化物還原成氮氣的技術。

燃料燃燒溫度達到華氏900K（482℃）時開始生成氮氧化物，溫度越高，生成的氮氧化物濃度越高。氮氧化物中95%以上為一氧化氮，一氧化氮在沒有催化劑的情況下，最佳還原溫度為950～1100℃之間，可以與之反應的還原物質有一氧化碳、活性炭、氫氣、甲烷、煤氣、氨水、尿素等。燃料分級燃燒技術是用還原性氣體在高溫下將一氧化氮還原成無害氣體氮氣。

本發明不降低氣化燃燒室的溫度，在氣化燃燒室的上方設置還原脫硝室，氣化燃燒室的高溫煙氣經高溫煙氣進口進入還原脫硝室，脫硝原料採用木炭及木材等生物質或者氨水、尿素等還原物質。向木炭等還原劑上噴水(讓其不充分燃燒)，產生的還原性氣體在高溫下與NO反應將其還原成無害氣體。氨水、尿素等還原物質在高溫下與NO反應將其還原成無害氣體。

C+H2O=CO+H2（550℃高溫）

2CO+2NO=2CO2+N2（高溫）

C+2NO =CO2+N2（高溫）

2H2+2NO=N2+2H2O（高溫）

6NO+4NH3=5N2+6H2O（高溫）

4CO(NH2)2+6NO2=4CO2+7N2+8H2O，2CO(NH2)2+6NO=2CO2+5N2+4H2O（高溫）

本發明啟爐時，利用外加熱源（如木材、報紙等）將氣化燃燒室出料口（渣坑上部水冷爐排）部分燃料點燃，待加熱到800℃以上較高溫度後，再利用送料機構將物料慢慢送入燃燒室，這樣表面的燃料在高溫下快速氣化燃燒，燃燒室溫度較高，燃燒室的溫度可根據需要調整，燃燒產生的高溫一部分用來維持燃燒室的高溫以保證高溫熱解氣化燃燒反應的連續進行，另一部分經出火口送到換熱器作功。燃燼的灰渣在物料的推動下進入下部的灰臺或者直接進入渣坑，然後除到外面。

經還原的高溫煙氣由高溫煙氣入口24進入鍋爐本體18內進行換熱，然後進入常規換熱器20進行進一步換熱，最後排出。整個煙氣路徑為S形曲線（參見圖2），有利於充分換熱。

本發明具有以下優點：

1、本發明可直接燃煤、成型生物質和非成型生物質，比如：塑料、顆粒、木塊、鋸末、煙梗、木糖渣、樹皮、稻殼、棉梗、玉米秸稈、碎木塊、木糠、煙梗、糠醛渣、木糖渣、生產蘑菇木耳的廢棄菌棒等。

2、本發明把生物質燃料轉換成燃氣的同時，進行高溫燃燒，燃燒熱效率高，比其它類型鍋爐平均高20%以上；實測本發明燃3500大卡褐煤及低熱值生物質壓塊時，平均熱效率不低於75%，煤的熱值高時熱效率增加，熱值低時熱效率相應降低。燃燒4000大卡的生物質燃料時，實測平均熱效率高於80%。

3、本發明採用密閉式氣化燃燒室和密封式配風室，配風均勻，採用智能變頻鼓引風，出力負荷範圍廣，可以根據需要調整，調整範圍可在40～110%之間，負荷調整時，熱效率基本不變。

4、本發明佔地面積小，系統簡便利於維修，主機送料部分採用液壓直推系統，燃燒部分採用水冷爐排，維修率很低。

5、本發明燃燒充分，無煙，粉塵含量低，自帶脫硝裝置，氮氧化合物排放量小，排放優於國家標準，無需另外安裝脫硝設備，脫硝成本極低。

6、本發明結構簡單，製造成本低，故障率幾乎為零。