1.本實用新型涉及的是一種生物質(zhì)熱利用技術(shù)，具體是一種生物質(zhì)顆粒氣化燃燒爐，可以將生物質(zhì)成型顆粒轉(zhuǎn)化為熱能，具有燃盡性好、效率高、污染物排放低的特點。

背景技術(shù)：

2.隨著燃煤排放要求越來越嚴(yán)，限煤和禁煤區(qū)域也越來越多，而敷設(shè)天然氣管道經(jīng)濟性又很低，因此造成用能方面的較大需求缺口；另一方面，當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)廢棄物如玉米秸稈、稻稈等生物質(zhì)資源因得不到合理利用而廢棄田間地頭，現(xiàn)有的利用方式如食用菌養(yǎng)殖、工藝品、堆肥及人造板等，均不足以充分合理利用這些秸稈資源，厭氧發(fā)酵沼氣則由于投資大、周期長、轉(zhuǎn)化較慢而難以大規(guī)模推廣，其它傳統(tǒng)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化如直燃方式則由于會產(chǎn)生床層板結(jié)等問題而應(yīng)用受限，直接粉碎還田則又會引起下一茬播種時種子難以生根，還可能因黏附于秸稈上的蟲卵得不到及時處理引起進(jìn)一步病蟲害等眾多問題。

3.當(dāng)前生物質(zhì)顆粒爐基本采用直燃形式，且存在如下幾個問題：一是現(xiàn)有生物質(zhì)顆粒爐存在燃盡性不足，在較高負(fù)荷下煙氣中會有明顯黑煙，產(chǎn)生不完全燃燒的炭黑；二是直接燃燒使得原料中的氮均轉(zhuǎn)化為氮氧化物，氮氧化物排放含量高是其另一個特點；三是生物質(zhì)直燃會產(chǎn)生較多飛灰，造成排煙含塵量偏高，污染環(huán)境。因此，在一些環(huán)保要求嚴(yán)格的地區(qū)，已明確禁止生物質(zhì)顆粒的直接燃燒應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

4.本實用新型開發(fā)了一種生物質(zhì)顆粒氣化燃燒爐，包括氣化、喉口、燃燒三部分，通過進(jìn)料裝置實現(xiàn)加料、儲料、送料的功能，在燃燒系統(tǒng)中燃燒后進(jìn)入氣化系統(tǒng)氣化，并通過換熱器對煙氣熱量進(jìn)行回收，降低了設(shè)備制造成本，消除了氣化焦油對設(shè)備管道的黏附結(jié)垢問題，確保設(shè)備系統(tǒng)運行安全可靠，減少系統(tǒng)外部散熱，提高能量利用效率。

5.本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

6.本實用新型包括：進(jìn)料系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、氣化系統(tǒng)、鼓風(fēng)機、引風(fēng)機和換熱器，其中：進(jìn)料系統(tǒng)與燃燒系統(tǒng)相連，燃燒系統(tǒng)設(shè)置于氣化系統(tǒng)上并與換熱器相連，氣化系統(tǒng)與燃燒系統(tǒng)相連并分別與鼓風(fēng)機和引風(fēng)機相連，引風(fēng)機與換熱器相連。

7.所述的進(jìn)料系統(tǒng)包括：進(jìn)料鎖氣閥門、進(jìn)料鎖氣裝置、上料倉、進(jìn)料絞龍及電機裝置、物料提升裝置和下料倉，其中：物料提升裝置與上料倉相連，下料倉設(shè)置于物料提升裝置底部，進(jìn)料鎖氣閥門、進(jìn)料鎖氣裝置和進(jìn)料絞龍及電機裝置依次相連并設(shè)置于上料倉下，進(jìn)料絞龍及電機裝置與燃燒系統(tǒng)相連。

8.所述的燃燒系統(tǒng)包括：一體化燃燒室、燃燒器、第一進(jìn)風(fēng)口、煙氣出口和安全門，其中：一體化燃燒室側(cè)面與進(jìn)料絞龍及電機裝置相連，底部與氣化系統(tǒng)相連，燃燒器設(shè)置于一體化燃燒室側(cè)面，煙氣出口設(shè)置于一體化燃燒室側(cè)面上并與換熱器相連，安全門設(shè)置于一體化燃燒室頂部，第一進(jìn)風(fēng)口設(shè)置于一體化燃燒室側(cè)面上并與引風(fēng)機和氣化系統(tǒng)相連。

9.所述的第一進(jìn)風(fēng)口為下層旋流上層徑向?qū)α鞯碾p層進(jìn)風(fēng)結(jié)構(gòu)。

10.所述的氣化系統(tǒng)包括：氣化燃燒爐、觀察孔、爐排、爐門、灰倉、第二進(jìn)風(fēng)口和排灰門，其中：氣化燃燒爐設(shè)置于一體化燃燒室下，觀察孔設(shè)置于氣化燃燒爐側(cè)面上，爐排設(shè)置于氣化燃燒爐內(nèi)，爐門設(shè)置于氣化燃燒爐側(cè)面，灰倉設(shè)置于氣化燃燒爐下并設(shè)置于爐排下，灰倉并分別與鼓風(fēng)機和引風(fēng)機相連，第二進(jìn)風(fēng)口設(shè)置于灰倉上，排灰門設(shè)置于灰倉底部。

11.所述的氣化燃燒爐的喉口部分為逐漸變化的縮口直段結(jié)構(gòu)。

12.所述的爐排為轉(zhuǎn)動式爐排結(jié)構(gòu)。

13.所述的下料倉為半開口式結(jié)構(gòu)，開口朝上。

14.所述的上料倉為密封結(jié)構(gòu)。

15.技術(shù)效果

16.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下技術(shù)效果：

17.1、通過利用氣化、燃燒工藝以及秸稈類生物質(zhì)自身特點，可較大程度上降低設(shè)備的制造成本，同時將原來不能很好利用的秸稈類生物質(zhì)實現(xiàn)規(guī)模化利用，喉口燃燒產(chǎn)生的高溫可促進(jìn)氣化室熱解過程的進(jìn)行，氣化室產(chǎn)生的高溫氣化氣無需冷卻直接進(jìn)入燃燒爐進(jìn)行燃燒，減少了中間冷卻帶來的能量損失；

18.2、消除了氣化焦油對設(shè)備管道的黏附結(jié)垢問題，確保設(shè)備系統(tǒng)運行安全可靠，減少系統(tǒng)外部散熱，提高能量利用效率；

19.3、可應(yīng)用于生物質(zhì)秸稈類原料的資源化利用，通過被動技術(shù)優(yōu)選和主動技術(shù)控制的工藝，可使?fàn)t排不會產(chǎn)生板結(jié)或結(jié)塊問題，實現(xiàn)獲取更易、分布更廣、經(jīng)濟性更優(yōu)的秸稈類物料資源化利用，減少秸稈類生物質(zhì)資源浪費，實現(xiàn)了對秸稈類生物質(zhì)的清潔、高效利用；

20.4、在結(jié)合生態(tài)農(nóng)業(yè)方面具有天然的競爭優(yōu)勢，秸稈產(chǎn)生的灰渣可供農(nóng)田肥料使用，長期施用該肥，可改善土壤肥力、促進(jìn)作物增產(chǎn)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)綠色發(fā)展目標(biāo)。

附圖說明

21.圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；

22.圖2為本實用新型旋流噴嘴的布置結(jié)構(gòu)圖；

23.圖中：a為俯視圖；b為水平側(cè)視圖；

24.圖3為本實用新型旋流噴嘴的噴嘴出口結(jié)構(gòu)圖；

25.圖中：a為橢圓出口，b為錐臺縮口，進(jìn)料系統(tǒng)1、燃燒系統(tǒng)2、氣化系統(tǒng)3、鼓風(fēng)機4、引風(fēng)機5、換熱器6、進(jìn)料鎖氣閥門7、進(jìn)料鎖氣裝置8、上料倉9、進(jìn)料絞龍及電機裝置10、物料提升裝置11、下料倉12、一體化燃燒室13、燃燒器14、第一進(jìn)風(fēng)口15、煙氣出口16、安全門17、氣化燃燒爐18、觀察孔19、爐排20、爐門21、灰倉22、第二進(jìn)風(fēng)口23、排灰門24、煙氣25、熱用戶工質(zhì)26、旋流噴嘴27。

具體實施方式

26.如圖1所示，為本實施例涉及的一種生物質(zhì)顆粒氣化燃燒爐，其中包含：進(jìn)料系統(tǒng)1、燃燒系統(tǒng)2、氣化系統(tǒng)3、鼓風(fēng)機4、引風(fēng)機5和換熱器6，其中：進(jìn)料系統(tǒng)1與燃燒系統(tǒng)2相連，燃燒系統(tǒng)2設(shè)置于氣化系統(tǒng)3上并與換熱器6相連，氣化系統(tǒng)3與燃燒系統(tǒng)2相連并分別與鼓風(fēng)機4和引風(fēng)機相5連，引風(fēng)機5與換熱器相連。

27.所述的進(jìn)料系統(tǒng)1包括：進(jìn)料鎖氣閥門7、進(jìn)料鎖氣裝置8、上料倉9、進(jìn)料絞龍及電機裝置10、物料提升裝置11和下料倉12，其中：物料提升裝置11與上料倉9相連，下料倉 12設(shè)置于物料提升裝置11底部，進(jìn)料鎖氣閥門7、進(jìn)料鎖氣裝置8和進(jìn)料絞龍及電機裝置10 依次相連并設(shè)置于上料倉9下，進(jìn)料絞龍及電機裝置10與燃燒系統(tǒng)2相連。

28.所述的下料倉12為半開口的結(jié)構(gòu)，用以減輕工人勞動強度。

29.所述的物料提升裝置11為絞龍垂直提升裝置。

30.所述的上料倉9為密封式結(jié)構(gòu)設(shè)計，可減少進(jìn)料揚塵及空氣漏入，再配合進(jìn)料鎖氣閥門 7及進(jìn)料鎖氣裝置8，降低了進(jìn)料過程產(chǎn)生的空氣泄漏，提高了氣化系統(tǒng)3的氣化效率。

31.所述的進(jìn)料絞龍及電機裝置10與氣化燃燒爐18斜向上30

°

設(shè)置。

32.所述的燃燒系統(tǒng)2包括：一體化燃燒室13、燃燒器14、第一進(jìn)風(fēng)口15、煙氣出口16 和安全門17，其中：一體化燃燒室13側(cè)面與進(jìn)料絞龍及電機裝置10相連，底部與氣化燃燒爐18相連，燃燒器14設(shè)置于一體化燃燒室13側(cè)面，煙氣出口16設(shè)置于一體化燃燒室13側(cè)面上并與換熱器6相連，安全門17設(shè)置于一體化燃燒室13頂部，第一進(jìn)風(fēng)口15設(shè)置于一體化燃燒室13側(cè)面上并與引風(fēng)機5和氣化系統(tǒng)3相連。

33.所述的第一進(jìn)風(fēng)口15為下層旋流上層徑向?qū)α鞯碾p層進(jìn)風(fēng)結(jié)構(gòu)，通過加強混合及分段式燃燒，確保氣化氣在喉口處充分氧化轉(zhuǎn)化，提高系統(tǒng)能量利用效率。

34.所述的第一進(jìn)風(fēng)口15設(shè)有如圖2所示的旋流噴嘴27，該旋流噴嘴采用縮口式噴嘴或螺旋扁平橢圓孔形式噴嘴，從而將煙氣再循環(huán)技術(shù)引入生物質(zhì)燃燒轉(zhuǎn)化過程中，用來控制床層溫度，同時也抑制nox排放。

35.所述的旋流噴嘴與氣化燃燒爐18軸線的夾角α為70

°

～80

°

；偏離徑向角度β為20～40

°

。

36.本實施例中，所述的偏離徑向角度β優(yōu)選30

°

。

37.所述的一體化燃燒室13中，燃燒器14采用可伸縮的天然氣燃燒器進(jìn)行，以滿足喉口部位溫度場要求，確保點火順利。

38.所述的安全門17為密封緊密的平面鋼板結(jié)構(gòu)，單邊采用合頁鏈接，確保爐內(nèi)爆燃情況下有泄壓途徑，同時不會飛出爐體以外。

39.所述的氣化系統(tǒng)3包括：氣化燃燒爐18、觀察孔19、爐排20、用于起爐點火的爐門 21、灰倉22、第二進(jìn)風(fēng)口23和排灰門24，其中：氣化燃燒爐18設(shè)置于一體化燃燒室13下，觀察孔19設(shè)置于氣化燃燒爐18側(cè)面上，爐排20設(shè)置于氣化燃燒爐18內(nèi)，爐門21設(shè)置于氣化燃燒爐18側(cè)面，灰倉22設(shè)置于氣化燃燒爐18下并設(shè)置于爐排20下，灰倉22并分別與鼓風(fēng)機4和引風(fēng)機5相連，第二進(jìn)風(fēng)口23設(shè)置于灰倉22上，排灰門24設(shè)置于灰倉22底部。

40.所述的氣化燃燒爐18的喉口部分為逐漸變化的縮口直段結(jié)構(gòu)，縮口直徑需通過合理設(shè)計及燃燒混合效果來確定；氣化燃燒爐18直接與一體化燃燒室13相連，可以減少設(shè)備投資、同時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費問題。

41.所述的觀察孔19為玻璃材質(zhì)，采用氣流保護方式以避免高溫碎裂和氣化過程中產(chǎn)生的焦油成分受冷卻后黏附于玻璃內(nèi)壁面的問題。

42.所述的爐排20為轉(zhuǎn)動式或固定式爐排結(jié)構(gòu)，具體需依燃料種類及燃料顆粒大小而定，木質(zhì)類原料可采用固定式爐排，秸稈類原料可采用固定式或固定式與轉(zhuǎn)動式相結(jié)合的爐排，本系統(tǒng)優(yōu)選轉(zhuǎn)動爐排方式。

43.所述的換熱器6為間壁式換熱設(shè)備，可依據(jù)目標(biāo)用戶的用熱需求來進(jìn)行配置，包括：加熱新風(fēng)的氣氣換熱器、加熱熱水的氣水換熱器、加熱工藝流體的其它用途換熱器，用以滿足熱用戶的需求來進(jìn)行配置，不限于某一種換熱設(shè)備形式。

44.所述的換熱器6的入口設(shè)有旁路系統(tǒng)，用以在上吸式氣化過程中的熱解產(chǎn)物在未穩(wěn)定引燃時產(chǎn)生的焦油等產(chǎn)物能通過旁路排放，不會影響到后續(xù)換熱設(shè)備的換熱面沾污；同時，針對熱用戶的緊急甩負(fù)荷，也可通過該旁路系統(tǒng)排放熱煙氣，保證系統(tǒng)運行參數(shù)及狀態(tài)的平穩(wěn)過度，提高系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)能力。

45.為了保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定，本裝置優(yōu)選的結(jié)構(gòu)及技術(shù)包括：

46.1、采用成型燃料，可避免進(jìn)料及運行過程中產(chǎn)生的堵塞、搭橋等問題，保證了系統(tǒng)進(jìn)料均勻，為后續(xù)穩(wěn)定運行打下了基礎(chǔ)；

47.2、針對秸稈類生物質(zhì)灰熔點較低的特點，采用氣化轉(zhuǎn)化及分布給風(fēng)相結(jié)合的技術(shù)來延長熱轉(zhuǎn)化過程，使各階段氣化強度下降，有效降低了床層高溫區(qū)域的溫度，極大的抑制/避免了床層結(jié)焦及板結(jié)的關(guān)鍵問題；

48.3、引入床層溫度主動控制技術(shù)，即通過在床層底部氧化劑中添加水蒸氣、煙氣等方式，實現(xiàn)床溫的主動控制，以避免爐膛超溫結(jié)焦；

49.為了實現(xiàn)系統(tǒng)運行可控，操作簡便，需要匹配合理的系統(tǒng)控制流程，包括：起爐、正常運行、停爐等工藝過程。

50.經(jīng)具體實驗，通過搭建20x104kcal/h一體式氣化爐系統(tǒng)，并采用玉米秸稈成型顆粒進(jìn)行了熱態(tài)調(diào)試，在進(jìn)料頻率30hz條件下，輸出熱功率(以煙氣冷卻至90℃計)達(dá)到23x104kcal/h，排煙no

x

含量在35mg/nm3以下，試驗對45～55kg/h的進(jìn)料工況調(diào)節(jié)結(jié)果表明：一體式燃燒爐氣化部分在er＝0.26～0.34范圍內(nèi)均具有較高的氣化效率，整體氣化轉(zhuǎn)化率可達(dá)85％以上，運行過程未出現(xiàn)明顯結(jié)焦問題，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠。

51.上述具體實施可由本領(lǐng)域技術(shù)人員在不背離本實用新型原理和宗旨的前提下以不同的方式對其進(jìn)行局部調(diào)整，本實用新型的保護范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)且不由上述具體實施所限，在其范圍內(nèi)的各個實現(xiàn)方案均受本實用新型之約束。技術(shù)特征：

1.一種生物質(zhì)顆粒氣化燃燒爐，其特征在于，包括：進(jìn)料系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、氣化系統(tǒng)、鼓風(fēng)機、引風(fēng)機和換熱器，其中：進(jìn)料系統(tǒng)與燃燒系統(tǒng)相連，燃燒系統(tǒng)設(shè)置于氣化系統(tǒng)上并與換熱器相連，氣化系統(tǒng)與燃燒系統(tǒng)相連并分別與鼓風(fēng)機和引風(fēng)機相連，引風(fēng)機與換熱器相連；所述的燃燒系統(tǒng)包括：一體化燃燒室、燃燒器、第一進(jìn)風(fēng)口、煙氣出口和安全門，其中：一體化燃燒室側(cè)面與進(jìn)料絞龍及電機裝置相連，底部與氣化系統(tǒng)相連，燃燒器設(shè)置于一體化燃燒室側(cè)面，煙氣出口設(shè)置于一體化燃燒室側(cè)面上并與換熱器相連，安全門設(shè)置于一體化燃燒室頂部，第一進(jìn)風(fēng)口設(shè)置于一體化燃燒室側(cè)面上并與引風(fēng)機和氣化系統(tǒng)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)顆粒氣化燃燒爐，其特征是，所述的第一進(jìn)風(fēng)口為下層旋流上層徑向?qū)α鞯碾p層進(jìn)風(fēng)結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物質(zhì)顆粒氣化燃燒爐，其特征是，所述的第一進(jìn)風(fēng)口中設(shè)有旋流噴嘴，該旋流噴嘴采用縮口式噴嘴或螺旋扁平橢圓孔形式噴嘴。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物質(zhì)顆粒氣化燃燒爐，其特征是，所述的旋流噴嘴與氣化燃燒爐軸線的夾角α為70

°

～80

°

；偏離徑向角度β為20～40

°

。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)顆粒氣化燃燒爐，其特征是，所述的進(jìn)料系統(tǒng)包括：進(jìn)料鎖氣閥門、進(jìn)料鎖氣裝置、上料倉、進(jìn)料絞龍及電機裝置、物料提升裝置和下料倉，其中：物料提升裝置與上料倉相連，下料倉設(shè)置于物料提升裝置底部，進(jìn)料鎖氣閥門、進(jìn)料鎖氣裝置和進(jìn)料絞龍及電機裝置依次相連并設(shè)置于上料倉下，進(jìn)料絞龍及電機裝置與燃燒系統(tǒng)相連。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)顆粒氣化燃燒爐，其特征是，所述的氣化系統(tǒng)包括：氣化燃燒爐、觀察孔、爐排、爐門、灰倉、第二進(jìn)風(fēng)口和排灰門，其中：氣化燃燒爐設(shè)置于一體化燃燒室下，觀察孔設(shè)置于氣化燃燒爐側(cè)面上，爐排設(shè)置于氣化燃燒爐內(nèi)，爐門設(shè)置于氣化燃燒爐側(cè)面，灰倉設(shè)置于氣化燃燒爐下并設(shè)置于爐排下，灰倉并分別與鼓風(fēng)機和引風(fēng)機相連，第二進(jìn)風(fēng)口設(shè)置于灰倉上，排灰門設(shè)置于灰倉底部。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生物質(zhì)顆粒氣化燃燒爐，其特征是，所述的爐排為轉(zhuǎn)動式爐排結(jié)構(gòu)。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物質(zhì)顆粒氣化燃燒爐，其特征是，所述的下料倉為半開口式結(jié)構(gòu)且開口朝上；所述的上料倉為密封結(jié)構(gòu)。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生物質(zhì)顆粒氣化燃燒爐，其特征是，所述的氣化燃燒爐的喉口部分為逐漸變化的縮口直段結(jié)構(gòu)。

技術(shù)總結(jié)

一種生物質(zhì)顆粒氣化燃燒爐，包括：進(jìn)料系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、氣化系統(tǒng)、鼓風(fēng)機、引風(fēng)機和換熱器；進(jìn)料系統(tǒng)包括：進(jìn)料鎖氣閥門、進(jìn)料鎖氣裝置、上料倉、進(jìn)料絞龍及電機裝置、物料提升裝置和下料倉；燃燒系統(tǒng)包括：一體化燃燒室、燃燒器、第一進(jìn)風(fēng)口、煙氣出口和安全門；氣化系統(tǒng)包括：氣化燃燒爐、觀察孔、爐排、爐門、灰倉、第二進(jìn)風(fēng)口和排灰門；本實用新型通過進(jìn)料裝置實現(xiàn)加料、儲料、送料的功能，在燃燒系統(tǒng)中燃燒后進(jìn)入氣化系統(tǒng)氣化，并通過換熱器對煙氣熱量進(jìn)行回收，降低了設(shè)備制造成本，消除了氣化焦油對設(shè)備管道的黏附結(jié)垢問題，確保設(shè)備系統(tǒng)運行安全可靠，減少系統(tǒng)外部散熱，提高能量利用效率。提高能量利用效率。提高能量利用效率。

技術(shù)研發(fā)人員：林鵬云 陸方 吳文廣

受保護的技術(shù)使用者：江蘇中爍熱能科技有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.07.23

技術(shù)公布日：2022/3/11