一种生物质低氮燃烧的装置和方法

本发明涉及固废资源化，特别是涉及一种生物质低氮燃烧的装置和方法。

背景技术：

1、目前，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清洁燃烧技术与装备是清洁供暖的方向之一。但在当前生物质工业化标准体系尚未建立，缺乏设备、产品、工程技术标准和规范的情况下，燃用生物质燃料还存在不少问题。

2、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，改造后普遍存在燃料燃烧不匹配的情况，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。

3、另一方面，生物质热值低，燃烧温度低于热力型氮氧化物生成的临界温度，烟气中的氮氧化物以燃料型为主，单纯通过控温实现氮减排的空气分级燃烧或烟气再循环等

4、为了达到目前的nox排放标准，燃煤企业需采用末端治理实现减排。在实际生产过程中，污染物控制设施的高额投资(占机组投资的10～15％)、持续的运行投入(增加发电成本35～50元/兆瓦时)以及尚未出台脱硝电价政策，使得燃煤发电企业都难以自行消化较高的脱硝成本，难以直接获得经济效益。因此，目前的脱硝装置投运率不高。若将该技术直接转嫁至生物质燃烧系统中会加剧其运行成本，严重制约生物质清洁供暖的推广应用，尤其是对于用于村镇供暖的中小型生物质锅炉，在投资规模有限的前提下，无法实现烟气的末端治理，进而烟气中氮氧化物的排放，长期处于超标状态。

5、因此，无论是从生态和社会效益角度，还是从市场需求角度出发，均迫切需要开发适用于村镇地区的中小型生物质低氮燃烧锅炉，提升热工装备的现代化进程，实现生物质燃料的清洁、高效利用。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种生物质低氮燃烧的装置和方法，以解决上述现有技术存在的问题，将低氮燃烧技术中的烟气再循环和氮氧化物催化还原进行技术耦合，利用生物质炭作为氮氧化物还原剂，在廉价催化剂的作用下，通过直接和间接还原转化为氮气，达到氮氧化物排放标准，实现生物质的清洁燃烧。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种生物质低氮燃烧的装置，包括装置本体，所述装置本体的上部和下部分别为烟气还原区和燃烧区，所述烟气还原区的一侧设置有焦炭进料口，所述焦炭进料口底部的所述烟气还原区内设置有滚筒式还原炉排，所述烟气还原区的顶部设置有烟气出口；所述燃烧区的一侧分别设置有生物质进料口和旋流烟气进口，所述旋流烟气进口通过管路连接所述烟气出口，所述生物质进料口底部的所述燃烧区内设置有滚筒式燃烧炉排，所述燃烧炉排底部的所述装置本体上设置有助燃空气进口和出渣口。

4、优选地，所述焦炭进料口处安装有螺旋给料器。

5、优选地，所述生物质进料口处安装有螺旋给料器。

6、优选地，所述旋流烟气进口沿燃烧区炉膛切线方向布置。

7、基于上述生物质低氮燃烧的装置，本发明还提供了一种生物质低氮燃烧的方法，包括以下步骤：

8、步骤一、生物质焦炭的制备：

9、对生物质进行热解碳化，碳化后得到的生物质炭进行破碎后与脱硝催化剂混合，通过螺旋给料器送入烟气还原区的滚筒式还原炉排；

10、步骤二、烟气中氮氧化物的催化还原：

11、燃烧区生成的烟气经过炙热的焦炭层在催化剂的作用下，氮氧化物部分被还原为氮气；

12、步骤三、焦炭和生物质的混合燃烧：

13、生物质通过螺旋给料器送入燃烧区的滚筒式燃烧炉排，反应后的焦炭在滚筒式还原炉排的带动下，落入至燃烧区的滚筒式燃烧炉排上，与生物质混合燃烧，产生的灰渣被排出燃烧区；

14、步骤四、烟气再循环：

15、烟气出口排出的烟气经除尘后，一部分烟气经旋流烟气进口回流到炉内。

16、优选地，所述脱硝催化剂为氧化铁粉或氧化锰粉。

17、优选地，所述回流到炉内的烟气为烟气体积的20％～30％。

18、优选地，所述一次助燃空气的过量空气系数为0.9～1.1。

19、本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

20、1、将生物质燃烧过程与烟气中氮氧化物的还原过程集成到一个炉内，通过合理布风，使得生物质在富氧区内充分燃烧释放热量，烟气在贫氧气内的还原气氛下高效还原，并充分利用烟气热量，提高能源利用效率。

21、2、通过烟气旋流进风，延长烟气在还原区内停留时间，强化烟气中氮氧化物与还原剂和催化剂之间的热质传递，促进氮氧化物向氮气高效转化。

22、3、通过烟气再循环与炉内催化还原的集成，实现中小型生物质锅炉的低氮燃烧，降低污染物的排放。

技术特征：

1.一种生物质低氮燃烧的装置，其特征在于：包括装置本体，所述装置本体的上部和下部分别为烟气还原区和燃烧区，所述烟气还原区的一侧设置有焦炭进料口，所述焦炭进料口底部的所述烟气还原区内设置有滚筒式还原炉排，所述烟气还原区的顶部设置有烟气出口；所述燃烧区的一侧分别设置有生物质进料口和旋流烟气进口，所述旋流烟气进口通过管路连接所述烟气出口，所述生物质进料口底部的所述燃烧区内设置有滚筒式燃烧炉排，所述燃烧炉排底部的所述装置本体上设置有助燃空气进口和出渣口。

2.根据权利要求1所述的生物质低氮燃烧的装置，其特征在于：所述焦炭进料口处安装有螺旋给料器。

3.根据权利要求1所述的生物质低氮燃烧的装置，其特征在于：所述生物质进料口处安装有螺旋给料器。

4.根据权利要求1所述的生物质低氮燃烧的装置，其特征在于：所述旋流烟气进口沿燃烧区炉膛切线方向布置。

5.一种生物质低氮燃烧的方法，应用权利要求1-4中任一项所述的生物质低氮燃烧的装置，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的生物质低氮燃烧的方法，其特征在于：所述脱硝催化剂为氧化铁粉或氧化锰粉。

7.根据权利要求5所述的生物质低氮燃烧的方法，其特征在于：所述回流到炉内的烟气为烟气体积的20％～30％。

8.根据权利要求5所述的生物质低氮燃烧的方法，其特征在于：所述一次助燃空气的过量空气系数为0.9～1.1。

技术总结
本发明公开了一种生物质低氮燃烧的装置和方法，装置由烟气还原区和燃烧区组成。方法是将烟气再循环和氮氧化物催化还原进行技术耦合，将生物质炭作为氮氧化物还原剂，通过烟气循环旋流进风，强化氮氧化物与还原剂之间的接触，在催化剂的作用下，烟气中部分氮氧化物通过直接、间接还原转化为氮气，降低了氮氧化物排放浓度。本发明克服了小型生物质锅炉污染物排放尤其是氮氧化物浓度过高的问题，实现了生物质的清洁燃烧。

技术研发人员：罗思义,左宗良,孙慧萍,马金双,任冬冬
受保护的技术使用者：青岛理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12