生物质颗粒气化燃烧炉

450 编辑：中冶有色技术网来源：江苏中烁热能科技有限公司

2024-01-09 13:32:52

权利要求书： 1.一种生物质颗粒气化燃烧炉，其特征在于，包括：进料系统、燃烧系统、气化系统、鼓风机、引风机和换热器，其中：进料系统与燃烧系统相连，燃烧系统设置于气化系统上并与换热器相连，气化系统与燃烧系统相连并分别与鼓风机和引风机相连，引风机与换热器相连；

所述的燃烧系统包括：一体化燃烧室、燃烧器、第一进风口、烟气出口和安全门，其中：一体化燃烧室侧面与进料绞龙及电机装置相连，底部与气化系统相连，燃烧器设置于一体化燃烧室侧面，烟气出口设置于一体化燃烧室侧面上并与换热器相连，安全门设置于一体化燃烧室顶部，第一进风口设置于一体化燃烧室侧面上并与引风机和气化系统相连。

2.根据权利要求1所述的生物质颗粒气化燃烧炉，其特征是，所述的第一进风口为下层旋流上层径向对流的双层进风结构。

3.根据权利要求1或2所述的生物质颗粒气化燃烧炉，其特征是，所述的第一进风口中设有旋流喷嘴，该旋流喷嘴采用缩口式喷嘴或螺旋扁平椭圆孔形式喷嘴。

4.根据权利要求3所述的生物质颗粒气化燃烧炉，其特征是，所述的旋流喷嘴与气化燃烧炉轴线的夹角α为70°～80°；偏离径向角度β为20～40°。

5.根据权利要求1所述的生物质颗粒气化燃烧炉，其特征是，所述的进料系统包括：进料锁气阀门、进料锁气装置、上料仓、进料绞龙及电机装置、物料提升装置和下料仓，其中：物料提升装置与上料仓相连，下料仓设置于物料提升装置底部，进料锁气阀门、进料锁气装置和进料绞龙及电机装置依次相连并设置于上料仓下，进料绞龙及电机装置与燃烧系统相连。

6.根据权利要求1所述的生物质颗粒气化燃烧炉，其特征是，所述的气化系统包括：气化燃烧炉、观察孔、炉排、炉门、灰仓、第二进风口和排灰门，其中：气化燃烧炉设置于一体化燃烧室下，观察孔设置于气化燃烧炉侧面上，炉排设置于气化燃烧炉内，炉门设置于气化燃烧炉侧面，灰仓设置于气化燃烧炉下并设置于炉排下，灰仓并分别与鼓风机和引风机相连，第二进风口设置于灰仓上，排灰门设置于灰仓底部。

7.根据权利要求6所述的生物质颗粒气化燃烧炉，其特征是，所述的炉排为转动式炉排结构。

8.根据权利要求5所述的生物质颗粒气化燃烧炉，其特征是，所述的下料仓为半开口式结构且开口朝上；所述的上料仓为密封结构。

9.根据权利要求6所述的生物质颗粒气化燃烧炉，其特征是，所述的气化燃烧炉的喉口部分为逐渐变化的缩口直段结构。

说明书：生物质颗粒气化燃烧炉技术领域[0001] 本实用新型涉及的是一种生物质热利用技术，具体是一种生物质颗粒气化燃烧炉，可以将生物质成型颗粒转化为热能，具有燃尽性好、效率高、污染物排放低的特点。

背景技术[0002] 随着燃煤排放要求越来越严，限煤和禁煤区域也越来越多，而敷设天然气管道经济性又很低，因此造成用能方面的较大需求缺口；另一方面，当地农作物产生的农业废弃物

如玉米秸秆、稻秆等生物质资源因得不到合理利用而废弃田间地头，现有的利用方式如食

用菌养殖、工艺品、堆肥及人造板等，均不足以充分合理利用这些秸秆资源，厌氧发酵沼气

则由于投资大、周期长、转化较慢而难以大规模推广，其它传统热化学转化如直燃方式则由

于会产生床层板结等问题而应用受限，直接粉碎还田则又会引起下一茬播种时种子难以生

根，还可能因黏附于秸秆上的虫卵得不到及时处理引起进一步病虫害等众多问题。

[0003] 当前生物质颗粒炉基本采用直燃形式，且存在如下几个问题：一是现有生物质颗粒炉存在燃尽性不足，在较高负荷下烟气中会有明显黑烟，产生不完全燃烧的炭黑；二是直

接燃烧使得原料中的氮均转化为氮氧化物，氮氧化物排放含量高是其另一个特点；三是生

物质直燃会产生较多飞灰，造成排烟含尘量偏高，污染环境。因此，在一些环保要求严格的

地区，已明确禁止生物质颗粒的直接燃烧应用。

实用新型内容

[0004] 本实用新型开发了一种生物质颗粒气化燃烧炉，包括气化、喉口、燃烧三部分，通过进料装置实现加料、储料、送料的功能，在燃烧系统中燃烧后进入气化系统气化，并通过

换热器对烟气热量进行回收，降低了设备制造成本，消除了气化焦油对设备管道的黏附结

垢问题，确保设备系统运行安全可靠，减少系统外部散热，提高能量利用效率。

[0005] 本实用新型是通过以下技术方案实现的：[0006] 本实用新型包括：进料系统、燃烧系统、气化系统、鼓风机、引风机和换热器，其中：进料系统与燃烧系统相连，燃烧系统设置于气化系统上并与换热器相连，气化系统与燃烧

系统相连并分别与鼓风机和引风机相连，引风机与换热器相连。

[0007] 所述的进料系统包括：进料锁气阀门、进料锁气装置、上料仓、进料绞龙及电机装置、物料提升装置和下料仓，其中：物料提升装置与上料仓相连，下料仓设置于物料提升装

置底部，进料锁气阀门、进料锁气装置和进料绞龙及电机装置依次相连并设置于上料仓下，

进料绞龙及电机装置与燃烧系统相连。

[0008] 所述的燃烧系统包括：一体化燃烧室、燃烧器、第一进风口、烟气出口和安全门，其中：一体化燃烧室侧面与进料绞龙及电机装置相连，底部与气化系统相连，燃烧器设置于一

体化燃烧室侧面，烟气出口设置于一体化燃烧室侧面上并与换热器相连，安全门设置于一

体化燃烧室顶部，第一进风口设置于一体化燃烧室侧面上并与引风机和气化系统相连。

[0009] 所述的第一进风口为下层旋流上层径向对流的双层进风结构。[0010] 所述的气化系统包括：气化燃烧炉、观察孔、炉排、炉门、灰仓、第二进风口和排灰门，其中：气化燃烧炉设置于一体化燃烧室下，观察孔设置于气化燃烧炉侧面上，炉排设置

于气化燃烧炉内，炉门设置于气化燃烧炉侧面，灰仓设置于气化燃烧炉下并设置于炉排下，

灰仓并分别与鼓风机和引风机相连，第二进风口设置于灰仓上，排灰门设置于灰仓底部。

[0011] 所述的气化燃烧炉的喉口部分为逐渐变化的缩口直段结构。[0012] 所述的炉排为转动式炉排结构。[0013] 所述的下料仓为半开口式结构，开口朝上。[0014] 所述的上料仓为密封结构。[0015] 技术效果[0016] 与现有技术相比，本实用新型具有以下技术效果：[0017] 1、通过利用气化、燃烧工艺以及秸秆类生物质自身特点，可较大程度上降低设备的制造成本，同时将原来不能很好利用的秸秆类生物质实现规模化利用，喉口燃烧产生的

高温可促进气化室热解过程的进行，气化室产生的高温气化气无需冷却直接进入燃烧炉进

行燃烧，减少了中间冷却带来的能量损失；

[0018] 2、消除了气化焦油对设备管道的黏附结垢问题，确保设备系统运行安全可靠，减少系统外部散热，提高能量利用效率；

[0019] 3、可应用于生物质秸秆类原料的资源化利用，通过被动技术优选和主动技术控制的工艺，可使炉排不会产生板结或结块问题，实现获取更易、分布更广、经济性更优的秸秆

类物料资源化利用，减少秸秆类生物质资源浪费，实现了对秸秆类生物质的清洁、高效利

用；

[0020] 4、在结合生态农业方面具有天然的竞争优势，秸秆产生的灰渣可供农田肥料使用，长期施用该肥，可改善土壤肥力、促进作物增产，实现农业可持续绿色发展目标。

附图说明[0021] 图1为本实用新型结构示意图；[0022] 图2为本实用新型旋流喷嘴的布置结构图；[0023] 图中：a为俯视图；b为水平侧视图；[0024] 图3为本实用新型旋流喷嘴的喷嘴出口结构图；[0025] 图中：a为椭圆出口，b为锥台缩口，进料系统1、燃烧系统2、气化系统3、鼓风机4、引风机5、换热器6、进料锁气阀门7、进料锁气装置8、上料仓9、进料绞龙及电机装置10、物料提

升装置11、下料仓12、一体化燃烧室13、燃烧器14、第一进风口15、烟气出口16、安全门17、气

化燃烧炉18、观察孔19、炉排20、炉门21、灰仓22、第二进风口23、排灰门24、烟气25、热用户

工质26、旋流喷嘴27。

具体实施方式[0026] 如图1所示，为本实施例涉及的一种生物质颗粒气化燃烧炉，其中包含：进料系统1、燃烧系统2、气化系统3、鼓风机4、引风机5和换热器6，其中：进料系统1与燃烧系统2相连，

燃烧系统2设置于气化系统3上并与换热器6相连，气化系统3与燃烧系统2相连并分别与鼓

风机4和引风机相5连，引风机5与换热器相连。

[0027] 所述的进料系统1包括：进料锁气阀门7、进料锁气装置8、上料仓9、进料绞龙及电机装置10、物料提升装置11和下料仓12，其中：物料提升装置11与上料仓9相连，下料仓12

设置于物料提升装置11底部，进料锁气阀门7、进料锁气装置8和进料绞龙及电机装置10依

次相连并设置于上料仓9下，进料绞龙及电机装置10与燃烧系统2相连。

[0028] 所述的下料仓12为半开口的结构，用以减轻工人劳动强度。[0029] 所述的物料提升装置11为绞龙垂直提升装置。[0030] 所述的上料仓9为密封式结构设计，可减少进料扬尘及空气漏入，再配合进料锁气阀门7及进料锁气装置8，降低了进料过程产生的空气泄漏，提高了气化系统3的气化效率。

[0031] 所述的进料绞龙及电机装置10与气化燃烧炉18斜向上30°设置。[0032] 所述的燃烧系统2包括：一体化燃烧室13、燃烧器14、第一进风口15、烟气出口16和安全门17，其中：一体化燃烧室13侧面与进料绞龙及电机装置10相连，底部与气化燃烧炉

18相连，燃烧器14设置于一体化燃烧室13侧面，烟气出口16设置于一体化燃烧室13侧面上

并与换热器6相连，安全门17设置于一体化燃烧室13顶部，第一进风口15设置于一体化燃烧

室13侧面上并与引风机5和气化系统3相连。

[0033] 所述的第一进风口15为下层旋流上层径向对流的双层进风结构，通过加强混合及分段式燃烧，确保气化气在喉口处充分氧化转化，提高系统能量利用效率。

[0034] 所述的第一进风口15设有如图2所示的旋流喷嘴27，该旋流喷嘴采用缩口式喷嘴或螺旋扁平椭圆孔形式喷嘴，从而将烟气再循环技术引入生物质燃烧转化过程中，用来控

制床层温度，同时也抑制NOx排放。

[0035] 所述的旋流喷嘴与气化燃烧炉18轴线的夹角α为70°～80°；偏离径向角度β为20～40°。

[0036] 本实施例中，所述的偏离径向角度β优选30°。[0037] 所述的一体化燃烧室13中，燃烧器14采用可伸缩的天然气燃烧器进行，以满足喉口部位温度场要求，确保点火顺利。

[0038] 所述的安全门17为密封紧密的平面钢板结构，单边采用合页链接，确保炉内爆燃情况下有泄压途径，同时不会飞出炉体以外。

[0039] 所述的气化系统3包括：气化燃烧炉18、观察孔19、炉排20、用于起炉点火的炉门21、灰仓22、第二进风口23和排灰门24，其中：气化燃烧炉18设置于一体化燃烧室13下，观察

孔19设置于气化燃烧炉18侧面上，炉排20设置于气化燃烧炉18内，炉门21设置于气化燃烧

炉18侧面，灰仓22设置于气化燃烧炉18下并设置于炉排20下，灰仓22并分别与鼓风机4和引

风机5相连，第二进风口23设置于灰仓22上，排灰门24设置于灰仓22底部。

[0040] 所述的气化燃烧炉18的喉口部分为逐渐变化的缩口直段结构，缩口直径需通过合理设计及燃烧混合效果来确定；气化燃烧炉18直接与一体化燃烧室13相连，可以减少设备

投资、同时可以避免上大量焦油成分黏附于管壁而形成管道堵塞和能量浪费问题。

[0041] 所述的观察孔19为玻璃材质，采用气流保护方式以避免高温碎裂和气化过程中产生的焦油成分受冷却后黏附于玻璃内壁面的问题。

[0042] 所述的炉排20为转动式或固定式炉排结构，具体需依燃料种类及燃料颗粒大小而定，木质类原料可采用固定式炉排，秸秆类原料可采用固定式或固定式与转动式相结合的

炉排，本系统优选转动炉排方式。

[0043] 所述的换热器6为间壁式换热设备，可依据目标用户的用热需求来进行配置，包括：加热新风的气气换热器、加热热水的气水换热器、加热工艺流体的其它用途换热器，用

以满足热用户的需求来进行配置，不限于某一种换热设备形式。

[0044] 所述的换热器6的入口设有旁路系统，用以在上吸式气化过程中的热解产物在未稳定引燃时产生的焦油等产物能通过旁路排放，不会影响到后续换热设备的换热面沾污；

同时，针对热用户的紧急甩负荷，也可通过该旁路系统排放热烟气，保证系统运行参数及状

态的平稳过度，提高系统动态响应能力。

[0045] 为了保证系统运行稳定，本装置优选的结构及技术包括：[0046] 1、采用成型燃料，可避免进料及运行过程中产生的堵塞、搭桥等问题，保证了系统进料均匀，为后续稳定运行打下了基础；

[0047] 2、针对秸秆类生物质灰熔点较低的特点，采用气化转化及分布给风相结合的技术来延长热转化过程，使各阶段气化强度下降，有效降低了床层高温区域的温度，极大的抑

制/避免了床层结焦及板结的关键问题；

[0048] 3、引入床层温度主动控制技术，即通过在床层底部氧化剂中添加水蒸气、烟气等方式，实现床温的主动控制，以避免炉膛超温结焦；

[0049] 为了实现系统运行可控，操作简便，需要匹配合理的系统控制流程，包括：起炉、正常运行、停炉等工艺过程。

[0050] 经具体实验，通过搭建20x104Kcal/h一体式气化炉系统，并采用玉米秸秆成型颗粒进行了热态调试，在进料频率30Hz条件下，输出热功率(以烟气冷却至90℃计)达到

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23x10Kcal/h，排烟NOx含量在35mg/Nm以下，试验对45～55kg/h的进料工况调节结果表明：

一体式燃烧炉气化部分在ER＝0.26～0.34范围内均具有较高的气化效率，整体气化转化率

可达85％以上，运行过程未出现明显结焦问题，系统运行稳定、可靠。

[0051] 上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本实用新型原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本实用新型的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体

实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本实用新型之约束。