阅读说明：本技术 生物质高温气化与低氮燃烧综合利用系统 (Biomass high-temperature gasification and low nitrogen burning utilization system ) 是由 刘效洲 赵荣 薛克书 胡艳鑫 王海 其他发明人请求不公开姓名 于 2019-08-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种生物质高温气化与低氮燃烧综合利用系统,其包括气化炉、燃烧器和锅炉,所述气化炉的出气口通过管道与所述燃烧器的燃料进口连接,所述燃烧器安装在所述锅炉上,所述锅炉设置两个排烟口通过管道与两个蓄热式换热器烟气侧和烟囱依次连接；预热风管分别与两个蓄热式换热器空气侧连接后分别与辅助混合室连接,所述辅助混合室设置第一出口与混合器的第一入口连接,所述辅助混合室设置第二出口与气化炉高温空气入口和燃烧器的助燃空气第二入口连接,所述混合器的出口与燃烧器的助燃空气第一入口连接；烟囱通过管道和风机与气化炉的烟气入口和混合器的第二入口连接。本发明的有益效果是：有效节约能源,提高生物质气转换率,可达70-78％；燃烧充分,可以有效的降低Nox排放,Nox排放可以控制在80-150mg。(The present invention discloses a kind of gasification of biomass high-temperature and low nitrogen burning utilization system, it includes gasification furnace, burner and boiler, the gas outlet of the gasification furnace is connect by pipeline with the fuel inlet of the burner, the burner is mounted on the boiler, and the boiler is arranged two smoke outlets and is sequentially connected by pipeline and two heat regenerator fume sides and chimney；Pre- hot air pipe is connect with auxiliary mixing chamber respectively after connecting respectively with two heat regenerator air sides, the auxiliary mixing chamber setting first outlet and the first entrance of mixer connect, the auxiliary mixing chamber setting second outlet is connect with the combustion air second entrance of gasification furnace high temperature air entrance and burner, and the outlet of the mixer and the combustion air first entrance of burner connect；Chimney passes through the connection of the second entrance of pipeline and the smoke inlet and mixer of blower and gasification furnace.The beneficial effects of the present invention are: the effectively save energy, improves biogas conversion ratio, up to 70-78%；Burning sufficiently, can effectively reduce Nox discharge, and Nox discharge can control in 80-150mg.)

生物质高温气化与低氮燃烧综合利用系统

技术领域

本发明涉及生物质气化炉和锅炉系统领域，具体地说是一种生物质高温气化与低氮燃烧综合利用系统。

背景技术

矿物燃料日益短缺，其导致的环境问题日趋严峻，生物能源作为可替代能源之一，越发受到重视。生物质能具有独特的优点：可再生性,低污染性,广泛分布性和总量丰富。开发利用生物质能等具有环境友好、可再生和资源十分丰富的清洁能源资源，是解决中国石油、煤炭短缺，保障国家能源安全，保护生态环境，提高我国持续发展能力的主要战略措施。

生物能源含氧量多、硫含量低、灰分低，燃烧后硫氧化物和氮氧化物排放浓度低。虽然生物质中N含量小于煤，但由于生物质的低热值，以能量为标准，生物质的N含量与煤同在一个数量级上，生物质燃烧产物的氮氧化物排放量不容小觑。

目前，生物质燃料在供热系统中有两种燃烧方式：一种采用生物质锅炉直接燃烧；另一种是采用气化后燃烧。直接燃烧因锅炉本体结构的问题导致粉尘和NOx远远超标而无法达到环保排放要求；而采用气化后燃烧方式也存在气化率较低(普遍低于60％)，NOx超标严重等问题，急待改进。目前较多的是采用气化后再输送的方式燃烧，但其工艺较复杂，投资也较大，还存在气化率较低和NOx超标严重等问题。

发明内容

本发明的目的是针对以上所述现有气化技术存在的不足，提供一种可以提高生物质气转换率，有效降低NOx排放的生物质高温气化与低氮燃烧综合利用系统。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种生物质高温气化与低氮燃烧综合利用系统，其包括气化炉、燃烧器和锅炉，所述气化炉的出气口通过管道与所述燃烧器的燃料进口连接，所述燃烧器安装在所述锅炉上，所述锅炉设置两个排烟口分别与蓄热式换热器的烟气侧入口连接，所述蓄热式换热器的烟气侧出口通过管道与烟囱连接，将烟气通过烟囱排放；预热风管分别与两个蓄热式换热器的空气侧接口连接后分别与辅助混合室连接，所述辅助混合室设置第一出口与混合器的第一入口连接，所述辅助混合室设置第二出口与气化炉高温空气入口和燃烧器的助燃空气第二入口连接，所述混合器的出口与燃烧器的助燃空气第一入口连接；烟囱通过管道和风机与气化炉的烟气入口和混合器的第二入口连接。

所述蓄热式换热器的烟气侧入口的管道和烟气侧出口管道上均设置控制阀。

所述蓄热式换热器的空气侧入口管道和空气侧出口管道上均设置控制阀。

所述蓄热式换热器包括壳体和设置在壳体内的蓄热介质，所述蓄热介质吸收高温烟气热量，用于加热进入的低温助燃空气。

所述蓄热介质在壳体内分三层设置，从烟气侧入口到烟气侧出口依次设置有三层，分别是填充多孔相变陶瓷球的第一层，填充蓄热陶瓷球的第二层和填充蓄热铸铁球的第三层。

所述多孔相变陶瓷球由多孔陶瓷外壳和封装在外壳内腔的硫酸钠组成，多孔相变陶瓷球平均外径在30-50mm，其中内腔内径为20mm。

所述第一层、第二层和和第三层在壳体内空间的高度比为1:2：2。

所述燃烧器包括进气管、燃烧外腔和燃烧内腔，所述进气管设置第一开口与燃烧外腔连接相通，所述进气管设置第二开口与燃烧内腔切向连通；所述燃烧外腔设置在燃烧内腔外的夹套空间内，所述燃烧外腔的末端与燃烧内腔的末端相通。

所述燃烧外腔与第一开口之间设置预混腔，所述预混腔与燃烧外腔之间设置均风板，所述预混腔与第一开口相通。设置均风板将生物质气均匀的分布在所述燃烧外腔中，使燃烧更加均匀，燃烧效率得到提高。

所述均风板可以是多孔板。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：可以有效节约能源，提高生物质气转换率，转化率可以达到70-78％；燃烧充分，可以有效的降低Nox排放，使其排放在国家标准以下，Nox排放可以控制在 80-150mg。

附图说明

图1为本发明生物质高温气化与低氮燃烧综合利用系统的系统架构示意图；

图2为本发明生物质高温气化与低氮燃烧综合利用系统中燃烧器的轴向剖视示意图；

图3为本发明生物质高温气化与低氮燃烧综合利用系统中燃烧器的左视示意图。

图4为本发明生物质高温气化与低氮燃烧综合利用系统中蓄热式换热器的剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。

一种生物质高温气化与低氮燃烧综合利用系统，如图1所示，其包括气化炉1、燃烧器2和锅炉3，所述气化炉1的出气口通过管道与所述燃烧器2的燃料进口连接，所述燃烧器2安装在所述锅炉3上，所述锅炉3设置两个排烟口分别与蓄热式换热器(41,42)的烟气侧入口连接，所述蓄热式换热器(41,42)的烟气侧出口通过管道与烟囱5连接，将换热后的烟气通过烟囱5排放。预热风管设置分支管路分别与两个蓄热式换热器(41,42)的空气侧接口连接后分别与辅助混合室7连接，将被蓄热式换热器(41,42)加热的空气在辅助混合室7进行汇集，目的是平衡两个蓄热式换热器(41,42)的预热空气温度，并保证混合器8始终具有热空气量，可以不间断的供给混合器8。所述辅助混合室7可以是一个空腔，用于存储和缓冲预热空气。所述辅助混合室7设置第一出口与混合器8的第一入口连接，所述烟囱5设置管路通过风机6与混合器8的第二入口连接，用于引入部分烟气与高温助燃空气在混合器8内进行混合。所述混合器8优选气体混合器。所述混合器8出口与燃烧器2的助燃空气第一入口28连接。所述辅助混合室7设置第二出口与气化炉1的高温空气入口和燃烧器 2的助燃空气第二入口29连接，利用高温空气进行气化，可以提高气化温度，从而提高生物质气的燃烧温度，进而有效提高气化效率。烟囱5通过管道和风机6与气化炉1的烟气入口连接，利用烟气余热对气化炉1内生物质进行预热，从而有效减少氮氧化物的排放。

其中，所述蓄热式换热器(41,42)的烟气侧入口管道和烟气侧出口管道上均设置控制阀9。所述蓄热式换热器(41,42)的空气侧入口管道和空气侧出口管道均设置控制阀9，通过控制阀可以调控烟气或者助燃空气的流向。所述控制阀9优选电磁阀。

所述蓄热式换热器(41,42)如图4所示，其包括壳体和设置在壳体内的蓄热介质，所述壳体上设置烟气侧入口48、烟气侧出口49、空气侧入口47和空气侧出口46。所述蓄热介质吸收高温烟气热量，然后用来加热进入的低温助燃空气。其中，所述蓄热介质在壳体内分层设置，以便于提高换热效率。所述蓄热介质在壳体内分三层设置，从烟气侧入口48到烟气侧出口49依次设置有三层，依次分别是填充多孔相变陶瓷球的第一层，填充蓄热陶瓷球的第二层和填充蓄热铸铁球的第三层。第一层多孔相变陶瓷球，具有耐火功能，且热容量高、传热快，可将烟气余热储存在作为蓄热体的陶瓷球内的相变介质中，并通过相变介质的熔化来吸收高温烟气的余热，通过相变介质的凝固来释放热量加热低温助燃空气；经过第一次换热的烟气依次通过蓄热量相对小的蓄热陶瓷球换热后再通过蓄热量更小的铸铁球进行换热，可以有效的吸收烟气余热，提高换热效率。其中，所述多孔相变陶瓷球由多孔陶瓷外壳和封装在外壳内腔的硫酸钠组成，硫酸钠吸热后在外壳内腔产生相变蓄热，蓄热量非常高。多孔相变陶瓷球平均外径在 30-50mm，其中内腔内径为20mm左右。其中，第一层、第二层和和第三层在壳体内空间的高度比为1:2：2，这样可以最大限度与烟气换热，吸收烟气余热，另外也可以最大限度的与空气进行换热，加热空气。

所述燃烧器如图2-3所示，其包括进气管21、燃烧外腔25和燃烧内腔26，所述进气管21设置第一开口22与燃烧外腔25连接，将部分生物质气输入燃烧外腔25进行燃烧；所述进气管21设置第二开口27与燃烧内腔26切向连通，将其余生物质气输入燃烧内腔26进行旋转燃烧；这样可以形成内外层分级燃烧，形成双重火焰叠加，燃烧更加充分，可以有效提高燃烧效率并降低NOx的排放。所述燃烧外腔25设置在燃烧内腔26外与壳体形成的夹套空间内，所述燃烧外腔 25的末端与燃烧内腔26的末端相通，使内外两层燃烧的火焰在出口处叠加，进一步提高燃烧效率。在所述燃烧外腔25与第一开口22之间设置预混腔23，所述预混腔23与燃烧外腔25之间设置均风板24，所述预混腔23与第一开口22相通，通过设置的均风板24将生物质气均匀的分布在所述燃烧外腔25中，使燃烧更加均匀，燃烧效率得到提高。在所述第一开口22处设置引导块30，用于将燃料在引导块的引导下在均风板24中均匀溢出，以达到燃料均匀分布的目的。其中，所述均风板24可以是多孔板。所述燃烧外腔25设置助燃空气第一入口28，所述助燃空气第一入口28与所述燃烧外腔25可以为切向连接。助燃空气第一入口28引用的是高温空气与烟气混合气，可以有效的提高燃烧效率。所述燃烧内腔26设置助燃空气第二入口29，所述助燃空气第二入口29与燃烧内腔26连接。助燃空气第二入口29引用的是高温空气，可以有效提高燃烧温度以保证燃料稳定着火，与燃烧外腔25火焰叠加，有效降低氮氧化物排放。

本发明锅炉两个排放口分别与蓄热式换热器(41,42)的进风口连接，两个所述换蓄热式换热器(41,42)的排风口连接烟囱5，将处理后的废气排放。在工作时，当锅炉排放废气从第一蓄热式换热器 41进入烟囱5，助燃空气通过第二蓄热式换热器42后进入辅助混合室7；当锅炉排放废气从第二蓄热式换热器42进入烟囱5，助燃空气通过第一蓄热式换热器41后进入辅助混合室7，两个所述换蓄热式换热器(41,42)进行切换式换热，以提高换热效率。锅炉排放烟气经过蓄热介质由排风口输出烟囱5中，高温烟气在经过蓄热式换热器(41,42)内的蓄热介质时将蓄热介质加热到700℃-800℃。在设定时间后通过控制阀9控制切换，关闭当前蓄热式换热器(41,42)的进气控制阀9，开启助燃空气管控制阀9，开启另一蓄热式换热器 (41,42)进气控制阀9，并且关闭其控制阀9；排放废气被所述蓄热式换热器(41,42)中的蓄热介质吸热后温度降低到100℃-150℃，然后排放到烟囱5中，同时加热所述蓄热式换热器(41,42)内的蓄热介质。助燃空气被所述蓄热式换热器(41,42)中的蓄热介质加热后温度上升到650℃-750℃后进入辅助混合室7。在烟气排放切换中充分利用了燃烧后的烟气余热对助燃空气进行预热，可以有效节约能源，提高处理效果。

本发明所述的气化炉按NY/T2907-2016《生物质常压固定床气化炉技术条件》，NY/T1417-2007《秸秆气化炉质量评价技术规范》和 GB/T10180-2017《工业锅炉热工性能实验规程》标准测试方法测得气化效率达到70％以上，气体热值为4.48MJ/Nm3,气体产率为2.5m3/kg.

本发明生物质高温气化与低氮燃烧综合利用系统的烟气排放参照HJ57-2017《固定污染源废气-二氧化硫的测定-定电位电解法》， GB/13271-2047《锅炉大气污染物排放标准》，GB/T16157-1996《固定污染源排气中颗粒物和气态污染物采样方法》，GB/T10180-2017《工业锅炉热工性能实验规程》，GB/5468-1991《锅炉烟尘测试方法》标准检测得到的数据是，氮氧化物控制在80-150mg/m3之间，一般检测平均值在130mg/m3，含氧量为5.1-5.4％。

以上所述者，仅为本新型的较佳实施例而已，当不能以此限定本新型实施的范围，即大凡依本新型申请专利范围及新型说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本新型专利涵盖的范围内。