阅读说明：本技术 利用锅炉排烟余热烘干生物质粗湿燃料的方法及烘干设备 (Method for drying biomass crude wet fuel by using waste heat of boiler exhaust gas and drying equipment ) 是由 杨潇 于 2019-10-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种利用锅炉排烟余热烘干生物质粗湿燃料的方法及烘干设备,所述方法将烘干粗湿生物质散体燃料的烘干设备置于燃烧毫米级生物质燃料的工业和采暖锅炉尾部受热器的后面；将烘干机出口的排烟温度降到70℃以下；将烘干设备的引风机与锅炉的引风机合并为一台引风机,将烘干设备的除尘器与锅炉的除尘器合并为一台除尘器；设置高温旁通烟道和低温旁通烟道。本发明实现了生物质燃料散体在工业和采暖锅炉上的直接燃烧；锅炉热效率由原来的65%提高到90%；锅炉排烟温度达到燃气分布式能源站的水平；二氧化硫排放总量降低近60%,达到燃气锅炉的排放水平；排烟灰尘浓度由原来的80mg/m3降低为30 mg/m3。(The invention discloses a method and drying equipment for drying biomass crude and wet fuel by using waste heat of boiler exhaust gas, wherein the method is characterized in that the drying equipment for drying crude and wet biomass bulk fuel is arranged behind a heat receiver at the tail part of an industrial and heating boiler burning millimeter-grade biomass fuel; reducing the temperature of the exhaust gas at the outlet of the dryer to below 70 ℃; combining an induced draft fan of the drying equipment and an induced draft fan of the boiler into one induced draft fan, and combining a dust remover of the drying equipment and a dust remover of the boiler into one dust remover; and a high-temperature bypass flue and a low-temperature bypass flue are arranged. The invention realizes the direct combustion of the biomass fuel dispersion on industrial and heating boilers; the heat efficiency of the boiler is improved to 90 percent from the original 65 percent; the exhaust gas temperature of the boiler reaches the level of the fuel gas distributed energy station; the total emission amount of sulfur dioxide is reduced by nearly 60 percent, and the emission level of a gas boiler is reached; the concentration of smoke discharging dust is reduced from the original 80mg/m through thin film tube fruit cultivation to 30mg/m through thin film fruit cultivation.)

利用锅炉排烟余热烘干生物质粗湿燃料的方法及烘干设备

技术领域

本发明涉及锅炉排烟余热的利用技术领域，涉及环保、节能、可再生绿色能源高效利用、工业和采暖锅炉的改造，具体为一种利用锅炉排烟余热烘干生物质粗湿燃料的方法及烘干设备。

背景技术

国家发展改革委、国家能源局《关于印发促进生物质能供热发展指导意见的通知》发改能源[2017]2123号：规定“生物质锅炉严禁掺烧煤炭等化石能源”，环保要“达到燃气锅炉排放水平”，并且要“推进以农林生物质散料为燃料的生物质锅炉示范建设”。根据权威机构《2018-2023年中国绿色能源（清洁能源）产业市场前瞻报告》测算，截止2018年，中国生物质能源每年约有4.4亿吨可以利用。

随着国家环保要求越来越高，以及化石能源的日益枯竭，生物质燃料的高效利用越来越受到人们的重视。除了原始、低效的直接燃烧之外，还相继发明了生物质成型颗粒燃烧技术和生物质粉尘云燃烧技术。

生物质成型颗粒燃烧技术，是在专门的独立工厂里将生物质燃料烘干粗磨之后，通过压制成型颗粒，再进行层燃式燃烧的一种方法，这既增加了燃料成本，也没有克服层燃式燃烧的低效率。

生物质粉尘云燃烧技术，是将生物质散料破碎烘干后再磨成超细粉体（细度达到微米级），然后在特制的绝热燃烧室内燃烧达到1400℃以上的高温，使化学不完全燃烧损失q3和机械不完全燃烧损失q4下降为零，极大地提高了燃料使用效率，但这种技术仍然存在下述缺点：

一是在独立的工厂里制备微米级超细粉需要消耗大量的电能，烘干粗湿燃料还需要消耗大量的热能，从而提高了燃料成本；

二是生物质微米级超细粉体在绝热的燃烧室里超高温燃烧会产生很高浓度的氮氧化物，为了达到国家规定的氮氧化物排放标准需要消耗大量的脱硝物质，从而降低了运行的经济性，而且还会对锅炉的钢铁构件产生严重的高温腐蚀；

三是这种燃烧方式的火焰只存在于绝热燃烧室内，喷到锅炉炉膛内的只是基本不发可见光的高温热风，因而降低了辐射换热能力，因此只能在特制的锅炉上使用而不能在现存的锅炉上使用，国内目前这项技术还仅限于生产热风用于烘干等行业，还没有用来生产蒸汽和热水的成熟实例；

四是现有的生物质燃料使用于锅炉时只关注了燃烧的问题，却普遍忽视了排烟余热的利用，使锅炉的排烟温度依然偏高，距离“达到燃气锅炉排放水平”的要求还有一定距离。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用锅炉排烟余热烘干生物质粗湿燃料的方法及烘干设备，这种方法和烘干设备能优化燃气锅炉的能效利用水平和排放水平。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种利用锅炉排烟余热烘干生物质粗湿燃料的方法，包括烘干粗湿生物质散体燃料的烘干设备，其包括烘干机、除尘器和引风机，将烘干粗湿生物质散体燃料的烘干设备置于燃烧毫米级生物质燃料的工业和采暖锅炉尾部受热面后面；

将烘干机出烟口的排烟温度降到70℃以下；

将烘干设备的引风机与锅炉的引风机合并为一台引风机，将烘干设备的除尘器与锅炉的除尘器合并为一台除尘器；

设置两条旁通烟道，其中一条为高温旁通烟道，另一条为低温旁通烟道，所述高温旁通烟道从锅炉炉膛抽取高温烟气进入烘干机，在烘干机烟道入口至除尘器入口之间设置低温旁通烟道，当烘干需热大于排烟余热时，开启高温旁通烟道增加热量，当烘干需热小于排烟余热时，开启低温旁通烟道分流一部分热量。

实现上述利用锅炉排烟余热烘干生物质粗湿燃料的方法的烘干设备，包括烘干机、除尘器和引风机，烘干机、除尘器和引风机通过管道顺序连通，其中烘干机的进气口通过管道与锅炉尾部受热面的出气口连通，烘干机的出气口通过管道与除尘器的进气口连通，除尘器的出气口通过管道与引风机的进气口连通；

所述烘干机进气口的管道通过高温旁通烟道与锅炉的炉膛连通，所述高温旁通烟道上设有高温旁通烟道闸门；

所述烘干机进气口的管道通过低温旁通烟道与除尘器进气口的管道连通，所述低温旁通烟道上设有低温旁通烟道闸门；

所述烘干机设有粗湿燃料进口。

进一步地，包括制粉系统，所述烘干机设有燃料出料口，所述燃料出料口与制粉系统进料口连通。

进一步地，所述烘干机为三回程滚筒烘干机。

优选地，所述的除尘器为干式布袋除尘器。

进一步地，包括烟囱，所述烟囱与引风机的排气口连通。

本发明将烘干粗湿生物质散体燃料的烘干设备，置于燃烧毫米级生物质燃料的工业和采暖锅炉尾部受热面的后面，与生物质燃料制粉、燃烧、产汽、除尘、排烟及安全智能控制系统组成一个联动、连续运行的系统。

利用生物质燃料基本不含硫的特点，将烘干机出口的排烟温度降到70℃以下，将锅炉的排烟余热利用到极致，达到燃气分布式能源站的排放水平。

将烘干设备的引风机与锅炉的引风机合并为一台引风机，将烘干设备的布袋除尘器与锅炉的除尘器合并为一台除尘器，减少系统设备装机，减少除尘阻力，从而节约电力。

针对排烟余热与烘干需热不匹配的问题，本发明设置了一条从锅炉炉膛抽取高温烟气的旁通烟道，在烘干机入口至除尘器入口之间设置另一条低温旁通烟道。当烘干需热大于排烟余热时，开启高温旁通烟道增加热量，当烘干需热小于排烟余热时，开启低温旁通烟道分流一部分热量以达到平衡。

高温旁通烟道在锅炉起炉时，可以直接烘干粗湿燃料。

当无粗湿燃料需要烘干时，开启低温旁通烟道可以保证锅炉正常运行。

本发明的优点或效果：

（1）项目实施后，锅炉热效率由原来的65%提高到90%，每年可节约标准煤1800吨, 直接经济效益提升25%以上；

（2）通过烘干机将锅炉排烟温度降低到70℃以下，达到燃气分布式能源站的水平；

（3）二氧化硫排放总量降低近60%，达到燃气锅炉的排放水平；

（4）排烟灰尘浓度由原来的80mg/m³降低为30 mg/m³。

综上所述，这种方法和烘干设备能优化燃气锅炉的能效利用水平和排放水平，本发明具有很高的经济效益、环保效益和社会效益。

附图说明

图1为实施例中利用锅炉排烟余热烘干生物质粗湿燃料的烘干设备示意图。

图中，1.锅炉 2.锅炉尾部受热面 3.烘干机 4.除尘器 5.引风机 6.烟囱 7.高温旁通烟道闸门 8.高温旁通烟道 9.低温旁通烟道闸门 10.低温旁通烟道 11.制粉系统12.粗湿燃料进口。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明内容作进一步的阐述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

如图1所示，一种利用锅炉排烟余热烘干生物质粗湿燃料的方法，包括烘干粗湿生物质散体燃料的烘干设备，其包括烘干机3、除尘器4和引风机5，将烘干粗湿生物质散体燃料的烘干设备置于燃烧毫米级生物质燃料的工业和采暖锅炉的锅炉尾部受热面2的后面；

将烘干机3出烟口的排烟温度降到70℃以下；

将烘干设备的引风机与锅炉的引风机合并为一台引风机5，将烘干设备的除尘器与锅炉的除尘器合并为一台除尘器4；

设置两条旁通烟道，其中一条为高温旁通烟道8，另一条为低温旁通烟道10，所述高温旁通烟道8从锅炉1炉膛抽取高温烟气进入烘干机3，在烘干机3烟道入口至除尘器4入口之间设置低温旁通烟道10，当烘干需热大于排烟余热时，开启高温旁通烟道8增加热量，当烘干需热小于排烟余热时，开启低温旁通烟道10分流一部分热量。

如图1所示，实现上述利用锅炉排烟余热烘干生物质粗湿燃料的方法的烘干设备，包括烘干机3、除尘器4和引风机5，烘干机3、除尘器4和引风机5通过管道顺序连通，其中烘干机3的进气口通过管道与锅炉尾部受热面2的出气口连通，烘干机3的出气口通过管道与除尘器4的进气口连通，除尘器4的出气口通过管道与引风机5的进气口连通；

所述烘干机3进气口的管道通过高温旁通烟道8与锅炉1的炉膛连通，所述高温旁通烟道8上设有高温旁通烟道闸门7；

所述烘干机3进气口的管道通过低温旁通烟道10与除尘器4进气口的管道连通，所述低温旁通烟道10上设有低温旁通烟道闸门9；

所述烘干机3设有粗湿燃料进口。

进一步地，包括制粉系统11，所述烘干机3设有燃料出料口，所述燃料出料口与制粉系统11进料口连通。

进一步地，所述烘干机3为三回程滚筒烘干机。

优选地，所述的除尘器为干式布袋除尘器。

进一步地，包括烟囱6，所述烟囱6与引风机5的排气口连通。

所述的锅炉1，可以是工业蒸汽锅炉，也可以是热水采暖锅炉，小于等于2mm的生物质粉体燃料在其炉膛内完全燃烧，其燃烧产物烟气的温度控制为700-900℃，通过辐射和对流受热面传热产生蒸汽或热水，在其出口处的温度尚有250-300℃的烟气在引风机5的抽吸下流动到锅炉尾部受热面2继续传热。

所述的锅炉尾部受热面2，即省煤器或空预器或两者都有，利用锅炉出口排出的烟气加热锅炉给水或/和锅炉进风，锅炉尾部受热面2其出口处的烟气温度尚有150-250℃。

所述的烘干机3，是利用排烟余热烘干生物质散体粗湿燃料的关键设备，通过的低温余热三回程滚筒烘干机，利用150-250℃的锅炉排烟，可以将满足锅炉运行需要的含水率为30-60%的生物质粗湿燃料烘干至含水率为15%以下的干燃料送到制粉系统11，将其粉碎到小于等于2mm的粉体供锅炉使用。烘干机3出口处的烟气温度控制在70℃以下，达到燃气分布式能源站的排放水平，然后进入除尘器4除尘。

所述的除尘器4，是保证锅炉排烟烟尘浓度符合当地排放标准的环保设备，一般为布袋式除尘器，可以将锅炉排烟烟尘浓度控制在30mg/m³以下排放。

所述的引风机5，为烟气流动提供动力。

所述的烟囱6，将锅炉烟气排入大气。

所述的高温旁通烟道闸门7，是调节烘干机3烘干需热与锅炉排烟余热不平衡不匹配的设施，当锅炉排烟余热小于烘干需热时，打开高温旁通烟道闸门7，锅炉炉膛的一部分高温烟气就会在引风机5的抽吸之下通过高温旁通烟道8直接进入烘干机3与来自锅炉尾部受热面2的低温排烟余热混合烘干，高温旁通烟道闸门7可以做成自动的，也可以做成手动的。

所述的低温旁通烟道闸门9，是调节烘干机3烘干需热与锅炉排烟余热不平衡不匹配的设施，当锅炉排烟余热大于烘干需热时，打开低温旁通烟道闸门9，锅炉尾部受热面2出口的一部分低温烟气就会在引风机5的抽吸之下通过低温温旁通烟道10直接进入除尘器4除尘合格后排放，低温旁通烟道闸门9可以做成自动的，也可以做成手动的。

所述的制粉系统11，由粉碎机、旋风分离器、储粉仓及输送机械组成，用于接收经烘干机3烘干的生物质粗湿燃料，进行制粉。

所述的粗湿燃料进口12为待烘干的含水率为30-60%的生物质粗湿燃料进入烘干机3的入口。

本发明既可以在特制锅炉上实施，也可以在现有的工业和采暖锅炉上实施。

下面以现有的一台10t/h燃煤链条饱和蒸汽工业锅炉技改为例：

1、现状

锅炉蒸发量：10t/h，

额定工作压力：1.25Mp，

实际工作压力：0.5Mp，

锅炉运行方式：连续，

年度总蒸汽产量：85000t，

燃烧煤种：Ⅱ类烟煤，

燃烧方式：层燃，

锅炉尾部受热面2：有省煤器，无空气预热器，

省煤器出口排烟温度：250℃，

平均热效率：65%，

环保设施：湿式除尘脱硫，

排烟粉尘浓度：80mg/m³，

年度二氧化硫总排放量：38t/a。

2、技改参数

（1）燃料参数

选用生物质燃料：锯木糠、刨花，

平均含水率：50%，

干基平均发热量：19200J，

平均灰分：5%，

平均硫含量：0.1%。

（2）技改后参数

额定蒸发量：10t/h，

年度总蒸汽产量：85000t，

运行压力：0.5Mp，

设定排烟温度：70℃，

设定木糠烘干后残留水分：≤15%，

工作基低位发热量：16750J，

锅炉热效率：90%，

燃料消耗量：190kg/t蒸汽，

燃料粒度：≤2mm，

燃料烘干后制粉定额：2t/h，

可利用排烟余热：2930000J，

烘干需要热量：4200000J，

烘干热量缺额：1270000J，用本发明“利用锅炉排烟余热烘干生物质粗湿燃料的方法及烘干设备”解决，

年度工作基燃料消耗总量：16150t，

排烟粉尘浓度：30mg/m³，

年度二氧化硫排放总量：16.5t。

3、技改实施内容

（1）烘干机3（余热烘干模块）

采购安装一套低温余热三回程滚筒烘干机及配套设备设施，将烘干机3的除尘器与锅炉的除尘器合并为一套，并共用一台引风机5，将湿式脱硫除尘器改为干式布袋除尘器与烘干机3共用。

设备选型和运行参数如下：

三回程滚筒烘干机一台，配套旋风分离器及进、出料绞龙一套；

安装位置：锅炉省煤器与除尘器之间，

烘干物质：粗湿生物质燃料，块度不大于20×20mm，平均含水率50%，

出料要求：含水率小于等于15%，产量2t/h，

烘干机出口烟温设定：≤70℃；

布袋除尘器参数：

处理烟气量：22000m³/h，

排烟温度：40-100℃，

飞灰含量：0.06×0.9×1940=105kg/h，

烟尘浓度：不大于4800mg/m^3，

烟尘细度：不小于10目，

排烟灰尘浓度要求：不大于30mg/m³，

安全控制纳入安全智能控制模块集中控制。

（2）制粉系统11（制粉模块）

采购安装一套磨粉机及配套设备设施，取消磨粉机的除尘回收器，将制粉风机与锅炉鼓风机合并为一台，将制粉系统11的旋风分离器出风作为锅炉燃烧进风，储粉仓一个，设备选型与运行参数如下：

生物质燃料粉碎机一台，配套旋风分离器及进、出料绞龙，

安装位置：锅炉炉前，

粉碎物质：烘干后的生物质燃料，块度不大于20×20mm，含水率15%，

额定粉碎能力：2t/h，

粉料细度：小于等于2mm（10目）

旋风分离器出风细粉携带率：小于等于3%，

储粉仓容积：60m³，

安全控制纳入安全智能控制模块集中控制。

（3）燃烧模块

在原炉前煤斗和链条炉排机构的位置，设计安装两个文丘里燃烧喷嘴，一套自动点火设施，更换锅炉鼓风机。

特设文丘里燃烧喷嘴结构及运行参数如下：

单个喷嘴燃烧负荷：1t/h，

收缩段进口直径D1=500mm，收缩段长度L1=1m，进口流速W1=10m/s，

直流段直径D2=300mm，直流段长度L2=0.6m，流速W2=30m/s，

扩散段出口直径D3=500mm，扩散段长度L3=2.5m，出口流速W3=10m/s，

限流段直径D3=500mm，限流段长度L4=0.2m，出口流速W3=10m/s，

更新锅炉鼓风机规格如下：

机型：高压防爆、防静电型

风量：17000m³/h

风压：6000Pa

更新锅炉鼓风机运行参数如下：

风量：12000m³/h

风压：5000Pa

安全控制纳入安全智能控制模块集中控制。

（4）锅炉1（锅炉模块）

不动锅炉1本体，只改炉膛。

拆除上煤设施、炉前煤斗、炉排机构、鼓风机、引风机、脱硫除尘器等全部辅机和附属设施，保留锅炉、除渣机构、省煤器、给水系统、水处理系统和供汽系统，将拆除了炉排机构的锅炉炉膛底部用耐火和隔热材料砌筑密封，对新增及原来的烟风管道进行保温。

安全控制纳入安全智能控制模块集中控制。

（5）引风机5（引风排烟模块）

保留原来的烟囱6不变，更换新引风机与烘干引风机共用。

更新引风机定货参数：

风量：28000m³/h，

风压：5600Pa，

更新锅炉鼓风机运行参数如下：

风量：22000m³/h，

风压：4500Pa，

安全控制纳入安全智能控制模块集中控制。

（6）安全智能控制模块

设计安装一套安全智能控制系统，并将原有给水、供气系统的检测控制接入新系统。

安全控制功能：

燃烧区温度：700-900℃。

负荷调整范围：80%-120%。

自动点火，使用罐装天然气。

负荷手动调节。

正常起炉程序：引风机-烘干机-鼓风机-点火器-电磁阀、给料机。

正常停炉程序要求：给料机-电磁阀-鼓风机-烘干机-引风机。

非正常熄火（断火）保护：立即停电磁阀、停给料机、停鼓风机，引风机照常运行，重新启动自动点火程序。

突然停电保护：自动进入自动点火程序确保不发生误启动。

给料机（含管道和料仓自燃）自燃和回火保护：自动关断、电磁阀、给料机；自动灭火；锅炉自动进入熄火保护程序。

防停炉自燃：超过24小时以上的停炉在引风机停机之前自动启动对流受热面、省煤器吹灰器吹灰。

主要设备仪器仪表配置：

燃气自动点火装置一套，含电机点火器、自动点火喷枪三只；

普通空气压缩机一台，用于自动吹灰；

火焰监测器三套，炉膛、储粉仓、给料机各一套；

温度计5套，储粉仓、炉膛出口、锅炉出口、省煤器出口、烘干机出口各一套；

自动压缩空气吹灰器两套，对流排管、省煤器各一套；

储粉仓自动灭火器一套；

蒸气流量计一套，额定流量10t，压力0.4-1.3MPa，须有流量累积功能

蒸汽压力远传表一套；

集中显示、报警、控制柜一个，除以上各项内容之外，还须将原有锅炉的自动给水、各电动机的电流、功率、耗电累积集中进来。

4、实施效果

（1）实现生物质燃料散体在工业和采暖锅炉上的直接燃烧；

（2）项目实施后，锅炉热效率由原来的65%提高到90%，每年可节约标准煤1800吨, 直接经济效益提升25%以上；

（3）将锅炉排烟温度降低到70℃以下，达到燃气分布式能源站的水平；

（4）二氧化硫排放总量降低近60%，达到燃气锅炉的排放水平；

（5）排烟灰尘浓度由原来的80mg/m³降低为30 mg/m³。

综上所述，本发明具有很高的经济效益、环保效益和社会效益。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。