[发明专利]气固两相分离再耦合式生物质清洁燃烧装置及燃烧方法

说明书

技术领域

本发明涉及新能源洁净燃烧技术领域中的一种气固两相分离再耦合式生物质清洁燃烧装置及其燃烧方法。

背景技术

2007年《中国能源发展报告》指出，中国生物质能的开发利用程度仅为1%，而且绝大多数被直接燃烧利用。与此同时，大面积的秸秆露天焚烧常常导致烟雾产生，造成严重的大气污染和气候变化。目前生物质液化和气化技术还不能实现完全的市场化运行，而且限于复杂的技术条件，只适合在工厂内进行大规模的转化利用，无法适应目前中国生物质能源分散面广、收集成本高等现状。发展结构简单，易操作，且能清洁燃烧的小型装置和探索生物质清洁燃烧方法，是解决目前中国生物质能利用难推广现状的途径之一。

现有的生物质燃料锅炉大部分是由燃煤锅炉改造而来，生物质和煤炭的组成不同，如生物质挥发份是煤炭的5倍以上，而固定碳却只是煤炭的1/4左右，因此生物质和煤炭的燃烧过程存在较大的差异。目前大部分生物质锅炉的助燃空气从炉排底部进入炉膛，受炉排上的燃料、灰渣等影响，炉膛内空气分布不均，生物质燃料的挥发分往往没有完全燃烧就被排出。而且炉排下送风吹起的部分颗粒会随烟气排出，污染周围环境。另外传统机械炉排炉采用上点火下供风的方式，助燃空气从燃料内部通过，高温导致产生较高的NOx，上侧无还原性气体，NOx就直接排入大气，容易造成酸性气体污染。

中国专利申请号为201010242055的发明专利公布了一种双筒燃烧气化制合成气的方法与装置，该装置利用布置在中心位置的燃烧筒加热包在燃烧筒外围的气化筒，通过燃烧炉炉壁导热，热解气化筒中的物料。其特点包括（1）通过同一个转盘为燃烧炉和气化炉供料，并且可以通过调节转盘转速，调整分配在燃烧筒和气化筒内的供料量；（2）气化炉围在燃烧炉外围，燃烧炉可以直接通过炉壁为气化过程供热；（3）燃烧炉和气化炉都采用旋风分离器分离气相中的颗粒物，并回流至气化炉进行补充反应。但该设计也存在以下不足：（1）依然采用传统的燃烧一部分物料为另一部分物料供热，热解制气的技术方案，没有很好的利用挥发分可直接制成合成气，而固相相比经过复杂反应后制成合成气，更有利于稳定燃烧供热的特点；（2）没有对气相炉内的物料气化后的固体剩余物的处理方法进行论述，如果进行连续生产，需要进行进一步的设计；（3）整体布置分散，必然会造成热量散失量大，不利于节约能源；（4）组成装置的部件多，成本高，不利于小型化和在普通用户间推广。中国专利申请号为201310381626.7发明专利公布了一种燃煤解耦燃烧装置及燃烧方法，本装置增设了一个为热解区直接供风的第一炉排，采用分区供风和热解的方式实现了燃煤的解耦燃烧。提高了燃煤的燃烧效率，减少了有害漏风量，提高了燃烧温度，但与传统的层燃炉相比并没有实质上的改进，解耦燃烧的有益效果也没有有效体现，不能实现清洁燃烧。中国专利申请号201110175439.4的发明专利公布了一种煤粉解耦燃烧器及其解耦燃烧方法，其通过惯性分流的方式，实现了不同浓度配比的煤粉和空气混合物的分离，和不同空燃比的可控性，不同的空燃比的混配可以减少NOx的产生。并且该装置有效利用了回流烟气的热量，保证了燃烧区较高的温度水平，为解耦燃烧提供合适的环境。该发明专利可以实现低NOx，低CO排放，对不同的煤种也可进行针对性的调整，比较适宜工业化推广。但因其内部存在较强的气流和剧烈的燃烧过程，不适合民用推广。中国专利申请号为201110322136.0的发明专利公布了一种预燃式机械炉排解耦燃烧炉及其燃烧方法，该发明专利采用炉膛内加中隔墙和阶梯活动炉排的方式，在炉膛内隔出一个预燃室，燃料在预燃室内先进行热解气化，然后再部分燃烧，预燃室内由于低氧环境，抑制了NOx的产生。由于后端主炉排的相对面积较大，虽然采用了局部缺氧的方式对NOx进行控制，但很难保证前期的有益效果不被主炉排上的燃烧所抵消，而且也没有对产生的颗粒物进行抑制措施，并不是完全意义上的清洁燃烧。

发明内容

针对生物质洁净燃烧技术和小型化装置推广的需要，本发明提供一种气固两相分离再耦合式生物质清洁燃烧装置及其燃烧方法，将生物质热解分离为气固两相，固相直接进行层状燃烧，气相和固相燃烧后脱除大部分颗粒物的烟气进行还原反应，降低NOx含量后再经过一二次燃烧排出。本发明可有效控制NOx的产生和颗粒物的排出，并且气固两相燃烧可独立布风，互不干扰，使供风量和燃烧场布置更加合理，更容易实现清洁燃烧。同时避免了传统链条炉完全由链条底部供风进入燃烧室，造成部分颗粒物和NOx直接排出带来的大气污染。