[发明专利]一种基于局部气化技术的生物质低氮燃烧锅炉

说明书

本发明公开了一种基于局部气化技术的生物质低氮燃烧锅炉，该锅炉在前拱和后拱分别布置有前蒸汽喷淋系统和后蒸汽喷淋系统，蒸汽喷淋系统设置有阀门、导气管、布气管、喷头及热电偶。本发明通过在前拱及后拱布置水蒸气雾化喷头，向炉内高温氧化区域喷射雾化蒸汽，实现了生物质为燃烧的颗粒局部气化，产生还原性气体，从而实现了燃烧过程中对NOx的还原脱出，解决了小型生物质锅炉NOx等污染物排放的问题。

技术领域

本发明属于生物质锅炉技术领域，具体涉及一种基于局部气化技术的生物质低氮燃烧锅炉。

背景技术

我国华北及东北村镇地区供暖方式以散煤为主。生物质具有污染物排放小的优点，开发基于散煤替代的生物质多源物料是清洁供暖的重要方向。我国农村农林废弃物等生物质资源丰富、分布广泛、种类多样。由于燃料种类的多样性，使得生物质锅炉在推广过程中普遍存在燃料适应性差、排烟中NOx浓度高的现象。在日益趋严的环保政策下，现有的生物质能供暖技术已不能符合各地环保要求，亟需研制生物质低氮燃烧技术，为推动农村生物质能源低氮燃烧清洁供暖提供重要技术基础。

目前，我国关于生物质混合物料燃烧组织、低氮燃烧控制技术及相关燃烧设备的设计研发尚属空白。一些单位为燃用生物质燃料盲目地把原有的燃煤设备进行改造，改造后的燃烧设备普遍存在燃料燃烧不匹配的情况，致使燃烧效率及热效率较低，排烟中污染物含量高，尤其是氮氧化物排放长期处于超标状态。

此外，为适应冬季村镇供暖锅炉的负荷寻求，生物质供暖锅炉以小型层燃炉为主(5t/h)。生物质锅炉的小型化使得燃烧产生的烟气难以消化高额的烟气净化处理成本，难以达到目前的NOx排放标准(如，山东地区NOx排放低于150mg/m³)。如何通过锅炉燃烧过程中进行低氮燃烧组织，是小型生物质锅炉清洁燃烧的技术开发重点。当前，在直燃锅炉中，通过燃烧过程进行低氮控制的技术主要包括空气分级燃烧、燃料分级燃烧及烟气再循环技术等。上述技术均在燃煤锅炉中应用成熟，然而嫁接至小型生物质层燃锅炉时，存在燃烧效率低、氮氧化物排放高等问题。一种应用于小型生物质层燃锅炉的新型低氮燃烧技术亟待开发。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于局部气化技术的生物质低氮燃烧锅炉，可以实现清洁高效燃烧的目标，解决了小型生物质锅炉燃烧效率低、烟气氮氧化物排放高的技术问题。本发明的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种基于局部气化技术的生物质低氮燃烧锅炉，包括前蒸汽喷淋系统和后蒸汽喷淋系统：其中，前蒸汽喷淋系统位于锅炉前拱、后蒸汽喷淋系统位于锅炉后拱，且二者均与锅炉的换热管束/汽包连接；前蒸汽喷淋系统设置有前阀、前导气管、前布气管、前喷头及热电偶；后蒸汽喷淋系统设置有后阀、后导气管、后布气管、后喷头及热电偶。前喷头与后喷头的出口方向均向下倾斜。

另一方面，本发明提供一种生物质低氮燃烧的控制方法，包括如下步骤：

(1) 前拱及后拱的热电偶实时监测炉内烟气温度；

(2) 当炉内检测温度高于前拱设定温度或后拱设定温度时，前蒸汽喷淋系统的前阀或者后喷淋系统的后阀打开，水蒸气通过喷头向炉内的燃烧区喷淋雾化水蒸汽；

(3) 炉内未完全燃烧的碳粒与水蒸气发生气化反应（如式1所示），生成具有还原性的CO和H₂气体，CO和H₂，燃烧区内的NOx被还原为N₂（如式2、3所示）和其他含氮还原性基团(如HCN和NH₃)；

C+H₂O(g)=CO(g)+H₂(g) (1)

NOx(g)+xCO(g)=(1/2)N₂(g)+(x/2)CO₂(g) (2)

NOx(g)+H₂(g)= (1/2)N₂(g)+xH₂O+ (3)