本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)燃燒系統(tǒng)，尤其是涉及一種復(fù)合式生物質(zhì)清潔高效燃燒系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
伴隨著我國化石能源的消耗、能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整和環(huán)境治理的需要，生物質(zhì)能因其可再生性、低污染性以及農(nóng)林廢物自身的妥善處置需求，得到了快速的發(fā)展，燃燒作為能源轉(zhuǎn)化的最普遍形式，利用范圍最為廣泛，出現(xiàn)了多種生物質(zhì)能利用的爐型、結(jié)構(gòu)和輔助設(shè)備。
層燃鍋爐是我國在用和生產(chǎn)的用途最廣、數(shù)量最大的鍋爐產(chǎn)品，在較為成熟的燃煤設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)之上逐漸應(yīng)用于生物質(zhì)的燃燒，但其現(xiàn)有水平限制了生物質(zhì)能的廣泛和有效的利用，主要表現(xiàn)在：市場和法規(guī)提出了對(duì)鍋爐更高的各項(xiàng)指標(biāo)要求，但現(xiàn)有設(shè)計(jì)力量對(duì)生物質(zhì)燃料燃燒與排放特性缺乏足夠的認(rèn)識(shí)與應(yīng)對(duì)。生物質(zhì)燃料揮發(fā)份高，大多超過70％，爐內(nèi)可燃?xì)怏w比重高，對(duì)爐內(nèi)的混合條件要求高，大多數(shù)生物質(zhì)燃燒速率較煤高，對(duì)爐膛結(jié)構(gòu)和爐排需要有新的設(shè)計(jì)方法；落后的爐排制造水平又造成爐排燃盡所需的空氣過量系數(shù)高，廣泛采用的敞開式爐膛又需要大量的二次風(fēng)實(shí)現(xiàn)氣體的燃盡，燃燒過程較高的空氣過量系數(shù)造成了氮氧化物(NOx)生成量增加。生物質(zhì)層燃鍋爐設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化并未完成，已有的設(shè)計(jì)方法對(duì)生物質(zhì)燃料的適應(yīng)性差，難以滿足社會(huì)與法規(guī)的要求；我國生物質(zhì)燃料市場尚未有效規(guī)范，燃料多樣，鍋爐對(duì)變化燃料的適應(yīng)性也差，在用的多數(shù)層燃生物質(zhì)鍋爐表現(xiàn)為空氣過量系數(shù)高、燃燒不完全、燃燒效率低、NOx排放濃度高等問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種復(fù)合式生物質(zhì)清潔高效燃燒系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
一種復(fù)合式生物質(zhì)清潔高效燃燒系統(tǒng)，包括爐膛和設(shè)置在爐膛底部的爐排，所述的爐膛內(nèi)設(shè)有形成之字形煙道的爐拱，所述的爐拱包括交錯(cuò)設(shè)置形成之字形煙道的前拱、后拱和折焰拱，該系統(tǒng)還包括煙氣再循環(huán)單元、二次風(fēng)單元以及SNCR單元，所述的煙氣再循環(huán)單元包括設(shè)置在爐膛下部側(cè)墻上的位于爐排中間段上方的煙氣再循環(huán)風(fēng)管，所述的二次風(fēng)單元包括按不同高度位置分級(jí)設(shè)置在爐膛側(cè)墻上的二次風(fēng)管，所述的SNCR單元包括設(shè)置在爐膛上部側(cè)墻上的SNCR噴口，所述的煙氣再循環(huán)風(fēng)管、二次風(fēng)管和SNCR噴口均穿過爐膛側(cè)墻伸入爐膛內(nèi)部。
所述的前拱設(shè)置在爐排前部上方的爐膛前墻處，所述的后拱設(shè)置在爐排后部上方的爐膛后墻處，所述的前拱拱出點(diǎn)高度高于后拱拱出點(diǎn)，所述的折焰拱設(shè)置在后拱上方且與后拱拱出方向一致，同時(shí)折焰拱拱出點(diǎn)高度高于前拱拱出點(diǎn)，所述的前拱、后拱和折焰拱形成之字形煙道。
所述的前拱包括豎直段和水平前拱段，所述的豎直段設(shè)置在爐膛前墻下方，所述的水平前拱段連接豎直段上方并向爐膛中間位置拱出形成前拱拱出點(diǎn)。
所述的后拱為倒V字型結(jié)構(gòu)，所述的后拱覆蓋爐排后部0.7～0.8區(qū)域。
所述的折焰拱為向爐膛中間位置拱出的一字型拱段。
所述的前拱拱出點(diǎn)高度為后拱拱出點(diǎn)高度的1.8～2.2倍。
所述的折焰拱拱出點(diǎn)高度為后拱拱出點(diǎn)高度的2.8～3.2倍。
所述的煙氣再循環(huán)風(fēng)管設(shè)置在后拱和爐排之間位置的爐膛兩側(cè)側(cè)墻上，每側(cè)側(cè)墻上并排設(shè)置多個(gè)煙氣再循環(huán)風(fēng)管。
所述的二次風(fēng)單元包括3級(jí)二次風(fēng)管，第一級(jí)位于前拱豎直段側(cè)面，第二級(jí)位于前拱和折焰拱之間的爐膛兩側(cè)側(cè)墻上，第三級(jí)位于折焰拱上方的爐膛兩側(cè)側(cè)墻上。
所述的SNCR噴口設(shè)置在爐膛前墻上，SNCR噴口高度高于折焰拱拱出點(diǎn)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
(1)本發(fā)明復(fù)合煙氣再循環(huán)、之字形爐拱結(jié)構(gòu)、二次風(fēng)和非選擇性催化還原技術(shù)(SNCR)等燃燒技術(shù)，達(dá)到降低燃燒所需過量空氣系數(shù)、實(shí)現(xiàn)主燃區(qū)煙氣混合與空氣分級(jí)的目的，以實(shí)現(xiàn)提高燃燒效率、促使自生SNCR進(jìn)行以減少氮氧化物生成、使用SNCR控制最終的NOx排放濃度的效果，具體地：煙氣再循環(huán)單元促進(jìn)了爐排上燃料的燃燒，降低爐排所需空氣過量系數(shù)，爐膛內(nèi)設(shè)置的形成之字形煙道的爐拱可提高爐內(nèi)的煙氣混合能力，同時(shí)降低空氣過量系數(shù)，促進(jìn)自生SNCR的進(jìn)行以控制NOx生成，分級(jí)設(shè)置的二次風(fēng)管二次風(fēng)可適時(shí)補(bǔ)入燃燒及混合所需的氧氣，在避免局部高氧濃度的同時(shí)，保證煙氣的燃盡、控制部分煙氣溫度，SNCR單元有效控制NIOx的排放，達(dá)到提高燃燒效率、保證燃盡及控制NOx的效果；
(2)本發(fā)明的爐拱的前拱、后拱和折焰拱的位置分布合理，在爐排上方形成之字形的多個(gè)煙氣轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)，使煙氣能夠充分的混合燃燒；
(3)本發(fā)明前拱拱出點(diǎn)高于后拱拱出點(diǎn)，兩拱交錯(cuò)形成煙氣向后流動(dòng)的空間，折焰拱在后拱上方，防止煙氣未經(jīng)混合直接流入低溫區(qū)，前拱與折焰拱間又形成一煙氣轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)，使煙氣向前向上流動(dòng)，煙氣的轉(zhuǎn)向?yàn)闊煔庥忠淮翁峁┝藦?qiáng)烈混合，使煙氣在較低的二次風(fēng)混合作用下也能完成較高的燃盡效果；
(4)煙氣再循環(huán)風(fēng)管設(shè)置在后拱和爐排之間位置的爐膛兩側(cè)側(cè)墻上，更加利于混合爐排上不均的煙氣，促進(jìn)可燃?xì)怏w的燃燒，提高床層溫度，降低爐排供給的空氣量；
(5)在前拱上、前拱與折焰拱之間、折焰拱上方分別布置二次風(fēng)管，二次風(fēng)的動(dòng)能進(jìn)一步提高煙氣的混合效果，并提供燃燒時(shí)所需的空氣量，同時(shí)避免一次性補(bǔ)入二次風(fēng)產(chǎn)生的高氧濃度區(qū)域，以控制NOx的生成；
(6)在爐排床料的中前段析出大量的揮發(fā)分，氧氣不足，NH3和可燃性氣體的濃度高，在爐排的中后段為焦炭的燃盡區(qū)，料層上方的氧氣和NO濃度較高，利用后拱前端的反向壓低端、前拱和后拱形成的交錯(cuò)空間，并通過第一級(jí)二次風(fēng)管及時(shí)補(bǔ)入適量的二次風(fēng)，使煙氣及時(shí)充分的混合燃燒，減少黑煙的生成，煙氣中的NH3等對(duì)生成的NO進(jìn)行還原；前拱與折焰拱形成的反向流動(dòng)空間、由第二級(jí)二次風(fēng)管補(bǔ)入的二次風(fēng)，進(jìn)一步促進(jìn)煙氣的混合與燃盡，并在較低的氧濃度下控制NOx的生成，二次風(fēng)的補(bǔ)入也將SNCR8處煙氣的溫度調(diào)整到900℃左右，使煙氣中的NOx得到充分的還原；在CO排放濃度較高時(shí)，可通過折焰拱上方的第三級(jí)二次風(fēng)管補(bǔ)入二次風(fēng)，使可燃?xì)怏w燃盡；
(7)SNCR噴口設(shè)置在爐膛前墻上且SNCR噴口高度高于折焰拱拱出點(diǎn)，利用折焰拱產(chǎn)生的喉口位置使還原劑同煙氣均勻混合，更加利用降低NOx濃度至排放規(guī)定值。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中，1為爐排，2為煙氣再循環(huán)風(fēng)管，3為后拱，4為前拱，5為一級(jí)二次風(fēng)管，6為折焰拱，7為二級(jí)二次風(fēng)管，8為SNCR噴口，9為三級(jí)二次風(fēng)管，10為前拱拱出點(diǎn)，11為后拱拱出點(diǎn)，12為折焰拱拱出點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
實(shí)施例1
如圖1所示，一種復(fù)合式生物質(zhì)清潔高效燃燒系統(tǒng)，包括爐膛和設(shè)置在爐膛底部的爐排1，爐膛內(nèi)設(shè)有形成之字形煙道的爐拱，爐拱包括交錯(cuò)設(shè)置形成之字形煙道的前拱4、后拱3和折焰拱6，該系統(tǒng)還包括煙氣再循環(huán)單元、二次風(fēng)單元以及SNCR單元，煙氣再循環(huán)單元包括設(shè)置在爐膛下部側(cè)墻上的位于爐排1中間段上方的煙氣再循環(huán)風(fēng)管2，二次風(fēng)單元包括按不同高度位置分級(jí)設(shè)置在爐膛側(cè)墻上的二次風(fēng)管，SNCR單元包括設(shè)置在爐膛上部側(cè)墻上的SNCR噴口8，煙氣再循環(huán)風(fēng)管2、二次風(fēng)管和SNCR噴口8均穿過爐膛側(cè)墻伸入爐膛內(nèi)部。
其中，前拱4設(shè)置在爐排1前部上方的爐膛前墻處，后拱3設(shè)置在爐排1后部上方的爐膛后墻處，前拱拱出點(diǎn)10高度高于后拱拱出點(diǎn)11，折焰拱6設(shè)置在后拱3上方且與后拱3拱出方向一致，同時(shí)折焰拱拱出點(diǎn)12高度高于前拱拱出點(diǎn)10，前拱4、后拱3和折焰拱6形成之字形煙道。前拱4、后拱3和折焰拱6交錯(cuò)布置，在爐排1上方形成類似“之”字形的多個(gè)煙氣轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)，使煙氣能夠充分的混合燃燒。
前拱4包括豎直段和水平前拱段，豎直段設(shè)置在爐膛前墻下方，水平前拱段連接豎直段上方并向爐膛中間位置拱出形成前拱拱出點(diǎn)10。前拱4靠近爐排1前端處高度較低，減少進(jìn)料端燃料吸收的熱量，防止過早著火，前拱4豎直段坡度高，覆蓋率低，適應(yīng)生物質(zhì)的易燃特性；在豎直段上方為前拱4的水平拱段，與后拱3交錯(cuò)形成煙氣轉(zhuǎn)向的狹小空間，爐排1產(chǎn)生的煙氣在此匯聚混合。后拱3為倒V字型結(jié)構(gòu)，后拱3覆蓋爐排1后部0.7～0.8區(qū)域，本實(shí)施例中后拱3覆蓋爐排1后部0.75區(qū)域，后拱3的前端向下傾斜，后拱3下的煙氣向前流動(dòng)，在后拱3出口處流速與動(dòng)能增加，增強(qiáng)與前部煙氣的混合。折焰拱6為向爐膛中間位置拱出的一字型拱段。前拱拱出點(diǎn)10高度為后拱拱出點(diǎn)11高度的1.8～2.2倍，折焰拱拱出點(diǎn)12高度為后拱拱出點(diǎn)11高度的2.8～3.2倍，折焰拱6前端與后拱3前端基本平齊。本實(shí)施例中前拱拱出點(diǎn)10高度為后拱拱出點(diǎn)11高度的2倍，折焰拱拱出點(diǎn)12高度為后拱拱出點(diǎn)11高度的3倍。前拱拱出點(diǎn)10高于后拱拱出點(diǎn)11，兩拱交錯(cuò)形成煙氣向后流動(dòng)的空間，折焰拱6位于煙氣轉(zhuǎn)入水平煙道前，在后拱3上方，防止煙氣未經(jīng)混合直接流入低溫區(qū)，前拱4與折焰拱6間又形成一煙氣轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)，使煙氣向前向上流動(dòng)，煙氣的轉(zhuǎn)向?yàn)闊煔庥忠淮翁峁┝藦?qiáng)烈混合，使煙氣在較低的二次風(fēng)混合作用下也能完成較高的燃盡效果。
煙氣再循環(huán)風(fēng)管2設(shè)置在后拱3和爐排1之間位置的爐膛兩側(cè)側(cè)墻上，每側(cè)側(cè)墻上并排設(shè)置多個(gè)煙氣再循環(huán)風(fēng)管2，煙氣再循環(huán)風(fēng)管2在爐排1床料的上方兩邊側(cè)墻水平噴入，位于爐排11/4至3/4間上方，促進(jìn)主要燃燒區(qū)域煙氣的燃燒與混合。二次風(fēng)單元包括3級(jí)二次風(fēng)管，第一級(jí)位于前拱4豎直段側(cè)面，第二級(jí)位于前拱4和折焰拱6之間的爐膛兩側(cè)側(cè)墻上，第三級(jí)位于折焰拱6上方的爐膛兩側(cè)側(cè)墻上，第三級(jí)二次風(fēng)管9為備用風(fēng)管，以保證燃盡。SNCR噴口8設(shè)置在爐膛前墻上，SNCR噴口8高度高于折焰拱拱出點(diǎn)12。二次風(fēng)的動(dòng)能進(jìn)一步提高煙氣的混合效果，并提供燃燒時(shí)所需的空氣量，同時(shí)避免一次性補(bǔ)入二次風(fēng)產(chǎn)生的高氧濃度區(qū)域，以控制NOx的生成；在煙氣平均溫度約900℃的爐膛區(qū)域，布置SNCR噴口8，利用SNCR技術(shù)降低NOx濃度至排放規(guī)定值。
本發(fā)明的復(fù)合式生物質(zhì)燃燒系統(tǒng)工作原理：生物質(zhì)燃料在爐排1上燃燒，為防止燃料的著火過早，前拱4靠近爐排1前端進(jìn)料部分設(shè)置一段壓低段，生物質(zhì)燃料經(jīng)過此段壓低段后開始燃燒，燃燒主要集中在爐排1中部，在此上方布置的再循環(huán)煙氣風(fēng)管促進(jìn)該區(qū)域燃燒的混合作用，彌補(bǔ)爐排1配風(fēng)的橫向不均，以提高混合燃燒強(qiáng)度，減少所需空氣量；在焦炭燃盡段上方覆蓋的后拱3為床層進(jìn)行保溫，可使床料在較低的空氣量下實(shí)現(xiàn)較好的燃盡。在爐排1床料的中前段析出大量的揮發(fā)分，氧氣不足，NH3和可燃性氣體的濃度高，在爐排1的中后段為焦炭的燃盡區(qū)，料層上方的氧氣和NO濃度較高，利用后拱3前端的反向壓低端、前拱4和后拱3形成的交錯(cuò)空間，并通過第一級(jí)二次風(fēng)管5及時(shí)補(bǔ)入適量的二次風(fēng)，使煙氣及時(shí)充分的混合燃燒，減少黑煙的生成，煙氣中的NH3等對(duì)生成的NO進(jìn)行還原。前拱4與折焰拱6形成的反向流動(dòng)空間、由第二級(jí)二次風(fēng)管7補(bǔ)入的二次風(fēng)，進(jìn)一步促進(jìn)煙氣的混合與燃盡，并在較低的氧濃度下控制NOx的生成，二次風(fēng)的補(bǔ)入也將SNCR8處煙氣的溫度調(diào)整到900℃左右，使煙氣中的NOx得到充分的還原。在CO排放濃度較高時(shí)，通過折焰拱6上方的第三級(jí)二次風(fēng)管9補(bǔ)入二次風(fēng)，使可燃?xì)怏w燃盡。復(fù)合式生物質(zhì)燃燒系統(tǒng)保證了爐排1的燃燒溫度，減少了爐排1所需空氣過量系數(shù)和爐內(nèi)的平均氧氣濃度，提供的混合強(qiáng)度避免了高濃度的黑煙和一氧化碳生成，減少的空氣過量系數(shù)、自生SNCR以及SNCR技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了NOx的有效控制。
實(shí)施例2
本實(shí)施例后拱3覆蓋爐排1后部0.7區(qū)域，前拱拱出點(diǎn)10高度為后拱拱出點(diǎn)11高度的1.8倍，折焰拱拱出點(diǎn)12高度為后拱拱出點(diǎn)11高度的2.8倍，其余與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例3
本實(shí)施例后拱3覆蓋爐排1后部0.8區(qū)域，前拱拱出點(diǎn)10高度為后拱拱出點(diǎn)11高度的2.2倍，折焰拱拱出點(diǎn)12高度為后拱拱出點(diǎn)11高度的3.2倍，其余與實(shí)施例1相同。