一种斜置炉排的固体燃料燃烧装置及燃烧方法

摘要

本发明公开了一种斜置炉排的固体燃料燃烧装置，包括炉体，在所述炉体的上部或顶部设置有上进风口，下部设置有下进风口，在所述炉体内部设置有炉腔；出火口，设置于所述炉体侧部；在所述炉腔内倾斜设置有炉排；所述上进风口和出火口位于所述炉排的一侧，相对应地，所述下进风口位于所述炉排的另一侧；在炉腔内位于所述炉排上方的空间为固体燃料容纳腔，所述固体燃料容纳腔由上而下分为备燃区和燃烧区,所述备燃区的高度大于150mm;所述炉排的最大幅面宽度与所述出火口的高度比不大于1.5；所述固体燃料容纳腔与所述出火口的高度差不小于150mm。还公开了固体燃料清洁燃烧的方法。上述装置及方法能够实现固体燃料的清洁燃烧过程。

说明书

技术领域

本发明涉及一种将炉排倾斜设置的固体燃料燃烧装置，及使用该装置的固体燃料燃烧方法，属于固体燃料燃烧技术领域。

背景技术

目前，雾霾已经成为中国不少地区灾害性的天气，进而引起了全社会的热点关注。2014年，中国从国家层面提出了通过“减压燃煤、严格控车、调整产业、强化管理、联防联控、依法治理”来严控PM2.5指数、防治雾霾污染的要求。所以，制霾防霾已成为目前中国社会环境治理的重要工程。

雾霾的形成，究其原因是特定的气候条件和人类活动相互作用的结果；人类经济及社会活动的大力发展，排放的大量细微颗粒随着排放量的增加而浓度增大，加之特定气候条件下空气流通度很差，从而形成了静稳天气下的颗粒物聚集。从源头来讲，“霾”的来源主要包括汽车尾气、燃煤采暖废气、工业排放的废气、建筑及道路扬尘以及可生长颗粒。其中，工业排放的废气中，诸如冶金、窑炉、锅炉领域都涉及因燃烧排放的废气。可见，在“霾”的来源中，因燃烧排放占比很大。所以，制“霾”工程中治理燃烧排放废气属重中之重，而治理燃烧排放废气的根本就是要将燃烧调整为清洁燃烧。

燃烧主要涉及两个主体要素，一为燃料，另一为燃炉。对于燃料，常用的都是固体燃料，包括煤炭、木材、秸秆等，固体燃料在燃烧时，除燃烧固体燃料中所含固定碳外，还会燃烧固体燃料在燃烧过程中气化得到的挥发份。而清洁燃烧则需要挥发份和固定碳都能够得到充分燃烧，从而表现为燃烧后排放的烟气的林格曼黑度为0且烟气中的CO含量为0。对于燃炉，常用的以固体燃料为能源的包括承压炉、立式常压炉、窑炉、冶金炉、烧烤炉和节能炉等。如中国专利文献CN2605473Y公开了一种双向燃烧装置，在炉体上部设有可翻转的煤仓盖，炉体中下部的一侧设有燃烧口，燃烧口端面的倾角为45-60度，炉体的下部设有炉条，炉条的横截面是菱形，炉体的深度在1000-1600mm，炉体另一侧设有观察孔，炉体的最下部设有水封槽。

上述燃炉工作时，一般都是在固体燃料燃烧殆尽前才加入新的固体燃料以补充燃料，但是，加入的燃料都是有限的，因为一旦加入少许燃料就会在烟气排放口看到黑烟产生，所以现有燃炉仅在加料环节就无法实现清洁燃烧。此外，固体燃料在上述燃炉中燃烧时也会不定时的排放出大量黑烟，且燃烧后废气中的CO含量仍然较高，这主要是由于固体燃料中的挥发分和固定碳在上述燃炉中都无法得到充分燃烧造成的，那么如何能够使得挥发分和固定碳在固体燃烧炉中充分燃烧，避免黑烟产生同时尽可能降低CO排放量，目前现有技术中还没有给出解决手段。

真正的清洁燃烧，是要达到挥发分和固定碳的平衡燃烧，具体的参数表征是燃烧后排放的烟气的林格曼黑度为0级，烟气中CO的含量为0。林格曼黑度大于0级或CO含量大于0均表示固体燃烧燃烧不充分，这就是现有的燃烧状态，用肉眼观察即可以看到黑烟。

就平衡燃烧而言，是燃烧中最难以控制的，它要求在整个燃烧过程中，挥发分与固定碳始终都要按照二者在燃料中所含的比例进行燃烧。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术在燃烧过程尤其是在加料环节无法实现燃料中挥发分和固定碳的平衡燃烧，从而无法实现固体燃料的清洁燃烧，进而在理想燃烧理论与平衡燃烧技术的基础上提出一种使固体燃料的挥发分和固定碳平衡燃烧的固体燃料清洁燃烧装置。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种斜置炉排的固体燃料燃烧装置，包括，

炉体，在所述炉体的上部或顶部设置有上进风口，下部设置有下进风口，在所述炉体内部设置有炉腔；

出火口，设置于所述炉体的侧部；

在所述炉腔内倾斜设置有炉排；

所述上进风口和出火口位于所述炉排的一侧，相对应地，所述下进风口位于所述炉排的另一侧；

在所述炉腔内位于所述炉排上方的空间为固体燃料容纳腔，所述固体燃料容纳腔由上而下分为备燃区和燃烧区,所述备燃区的高度大于150mm;

所述炉排的最大幅面宽度与所述出火口的高度比不大于1.5；

所述固体燃料容纳腔与所述出火口的高度差不小于150mm。

所述炉排与水平方向的夹角β为固体燃料的安息角。

所述炉排4与水平方向的夹角β不小于30°。

所述炉排由所述出火口的下端向上倾斜设置。

所述炉腔由上至下包括缩口段和扩张段,所述出火口位于所述扩张段，并且所述出火口的上端位于所述缩口段和扩张段的交界处；由所述出火口向外延伸形成出火管。

所述出火管远离出火口的一端竖直向上延伸设置。

沿出火口轴向截开的炉体竖直面上，所述出火口上端与所述炉排上端的连线与炉排平面的夹角小于90°。

所述出火口的高度不小于200mm。

所述下进风口和出火口设置在所述炉体的两侧。

所述炉排底端与炉腔内壁间设置有排灰部件。

一种斜置炉排的固体燃料燃烧装置的燃烧方法，固体燃料由上至下依次进行备燃和燃烧，备燃高度大于150mm；固体燃料的最大燃烧幅面的宽度与出火口高度的比不大于1.5；固体燃料备燃高度和燃烧高度之和与出火口高度之差不小于150mm。

将固体燃料容纳腔内填充满固体燃料，炉排上形成厚度均匀的固体燃料层，由上进风口和下进风口向所述固体燃料容纳腔内通空气，使固体燃料由上至下依次经备燃区和燃烧区，所述炉排上的固体燃料层均匀燃烧，固体燃料燃烧后的灰烬透过炉排由所述下进风口排出，产生的热量由出火口扩散出。

本发明与现有技术方案相比具有以下有益效果：

（1）本发明所述斜置炉排的固体燃料燃烧装置，将炉排倾斜设置，固体燃料颗粒能够在炉排上滚动，产生摩擦、碰撞作用；上述作用有助于剥离燃烧过程中在固定碳表面形成的灰分，提高固定碳的燃烧效率。

通过限定上述装置中备燃区的高度、炉排最大幅面宽度与出火口高度的比例，以及固体燃料容纳腔与出火口的高度差，可将由上进风口和下进风口流向固体燃料的空气量关系确定下来，配合备燃区内温度由上至下逐渐升高的设置，能使固体燃料和新加入的燃料在燃烧过程中伴随着下降过程依次经备燃区、燃烧区，在辐射与热传导作用下，备燃区内固体燃料逐渐升温，由上进风口进入的风自上而下穿过备燃区进行冷却，确保了备燃区内具有稳定的温度场，从而能够缓慢、稳定地产生挥发分进行燃烧，燃烧过程中，上进风口主要为固体燃料的挥发分燃烧供氧，下进风口主要为固体燃料的固定碳燃烧供氧，使得整个燃烧过程中挥发分与固定碳始终都要按照二者在燃料中所含的比例进行燃烧，从而达到固体燃料中的挥发分和固定碳的平衡燃烧，避免了烟气中黑烟的产生。本装置可使烟气的林格曼黑度为0级，一氧化碳含量为0，从而完成固体燃料的清洁燃烧。

（2）本发明所述斜置炉排的固体燃料燃烧装置，炉排与水平方向的夹角β为固体燃料的安息角α时，在燃烧区内，固体燃料层近似于一个平行四边形，保证气流能够均匀的穿过固体燃料层，从而保证了燃烧区固定碳燃烧的均匀性。炉排由所述出火口的下端向上倾斜设置，出火口位于所述扩张段，出火口的上端位于缩口段和扩张段的交界处，由出火口向外延伸形成出火管，沿出火口轴向截开的炉体竖直面上，出火口上端和炉排上端的连线与炉排平面的夹角小于90°。上述设置可于倾斜的炉排上形成一定厚度的固体燃料层，能够保证固体燃料高温燃烧时具有合理的空气动力学特性，下部进风能够均匀地与固体燃料层接触进行均匀燃烧，避免了炉排上局部积碳的问题。

（3）本发明所述斜置炉排的固体燃料燃烧装置，所述出火口的高度不小于200mm，与出火口相邻的部分固体燃料容纳腔内为燃烧区，提高该部分的高度可以延长固体燃料中固定碳的燃烧时间，使固定碳充分燃烧。

（4）本发明所述斜置炉排的固体燃料燃烧装置的燃烧方法，固体燃料由上至下依次进行备燃和燃烧，备燃高度大于150mm；固体燃料的最大燃烧幅面的宽度与出火口高度的比不大于1.5；固体燃料备燃高度和燃烧高度之和与出火口高度之差不小于150mm。通过控制上述条件可以实现挥发分与固定碳始终都按照二者在燃料中所含的比例进行清洁燃烧。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被理解，本发明结合附图和具体实施方式对本发明的内容进行进一步的说明；

图1为本发明所述斜置炉排的固体燃料燃烧装置的结构示意图；

其中附图标记为：1-上进风口，2-备燃区，3-燃烧区，4-炉排，5-下进风口，6-炉体，7-出火口，8-固体燃料容纳腔，9-缩口段，10-扩张段，11-出火管，12-排灰部件，A-炉排的最大幅面宽度，B-出火口的高度，C-固体燃料容纳腔与出火口的高度差。

具体实施方式

本发明所述斜置炉排的固体燃料清洁燃烧装置，包括炉体6，在所述炉体6的上部或顶部设置有上进风口1，下部设置有下进风口5，在所述炉体6内部设置有炉腔；本实施例中，所述上进风口1设置在炉体6顶部。出火口7，设置于所述炉体6的侧部，所述出火口7的设置位置低于所述上进风口1，所述出火口7的高度在本领域的常规选择范围内，本实施例中，所述出火口7的高度不小于200mm。所述下进风口5和出火口7的位置关系可以根据需要进行设置，本实施例中，所述下进风口5和出火口7设置在所述炉体6的两侧，所述出火口7的上端高于所述下进风口5的上端，所述出火口7的下端高于所述下进风口5的下端。在所述炉腔内倾斜设置有炉排4，所述炉腔和炉排4的结构和设置位置可以根据需要进行选择，本实施例中，所述炉排4由所述出火口7的下端向上倾斜设置，所述炉排4与水平方向的夹角为β，可优选夹角β为固体燃料的安息角α或者夹角β不小于30°，在本实施例中，夹角β为固体燃料的安息角α，使得炉排4上的燃料层近似为平行四边形。所述上进风口1和出火口7位于所述炉排4的一侧，相对应地，所述下进风口5位于所述炉排4的另一侧；在所述炉腔内位于所述炉排4上方的空间为固体燃料容纳腔8，所述固体燃料容纳腔8由上而下分为备燃区2和燃烧区3,所述备燃区2的高度大于150mm;所述炉排的最大幅面宽度A与所述出火口的高度B比不大于1.5；固体燃料容纳腔与出火口的高度差C不小于150mm。

上述燃烧装置使用时，向固体燃料容纳腔8内装填固体燃料，固体燃料由备燃区2下降至燃烧区3，固体燃料颗粒在炉排4上滚动，产生的摩擦、碰撞作用有助于剥离燃烧过程中在炉排4的固定碳表面形成的灰分，提高固定碳的燃烧效率；固体燃料堆积于炉排4上形成厚度均匀的固体燃料层，由上进风口1和下进风口5向固体燃料容纳腔8内通空气，在辐射与热传导作用下，备燃区2内固体燃料逐渐升温，由上进风口1进入的风自上而下穿过备燃区2进行冷却，确保了备燃区2内具有稳定的温度场，从而能够缓慢、稳定地产生挥发分进行燃烧，燃烧过程中，上进风口1主要为固体燃料的挥发分燃烧供氧，下进风口5主要为固体燃料的固定碳燃烧供氧，使得整个燃烧过程中挥发分与固定碳始终都要按照二者在燃料中所含的比例进行燃烧，从而达到固体燃料中的挥发分和固定碳的平衡燃烧；在燃烧区3内，固体燃料层近似于一个平行四边形，保证气流能够均匀的穿过固体燃料层，从而保证了燃烧区3固定碳燃烧的均匀性；固体燃料燃烧后的灰烬透过炉排4由所述下进风口5排出，产生的热量由出火口7扩散出。通过限定上述装置中备燃区2的高度、炉排4最大幅面与出火口7高度的比例，以及固体燃料容纳腔8与出火口7的高度差，可将由上进风口1和下进风口5流向固体燃料的空气量的关系确定下来，配合炉内温度由上至下逐渐升高的设置，能使固体燃料和新加入的燃料在燃烧过程中伴随着下降过程依次经备燃区2、燃烧区3的燃烧过程，从而达到固体燃料中的挥发分和固定碳的平衡燃烧。

在上述基础上，作为可变化的实施方式，如图1所示，所述炉腔由上至下包括缩口段9和扩张段10,所述出火口7位于所述扩张段10，并且所述出火口7的上端位于所述缩口段9和扩张段10的交界处；由所述出火口7向外延伸形成出火管11，在本实施例中，由所述出火口7沿垂直于炉排4平面方向延伸形成所述出火管11；沿出火口7轴向截开的炉体6竖直面上，所述出火口7上端和所述炉排4上端的连线与炉排4平面的夹角小于90°；该设置使得在炉排4上能够形成一定厚度的固体燃料层，从而使得下进风口能够为固体燃料层均匀供风，使得炉排4上的固体燃料层能够均匀燃烧。所述出火管11远离出火口7的一端竖直向上延伸设置。所述炉排4底端与炉腔内壁间设置有排灰部件12，用于将大块的煤矸石和不燃物排出。

除了上述燃烧装置外，本发明还提出一种固体燃料清洁燃烧的方法，固体燃料由上至下依次进行备燃和燃烧，备燃高度大于150mm；固体燃料的最大燃烧幅面的宽度与出火口7高度的不大于1.5；固体燃料备燃高度和燃烧高度之和与出火口7高度之差不小于150mm。

虽然本发明已经通过上述具体实施例对其进行了详细的阐述，但是，本专业普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，均属于本发明所要保护的范围。