实现煤炭清洁燃烧的多面立体燃烧炉及其燃烧方法

摘要

本发明涉及一种实现煤炭清洁燃烧的多面立体燃烧炉和方法，其燃烧炉包括：圆柱筒型炉体，其上盖上设烟道出口，设在炉体底部的旋转式炉排；将圆柱筒型炉体内腔垂向间隔成至少一对气化室和一对燃烧室的立式对称交叉的隔板组件，隔板组件下端至旋转式炉排之间的空间为燃烧口，气化室和燃烧室从下端部相连通；每一气化室的上部炉壁上设有各自的加煤口；每一燃烧室的上部有烟气出口，下部炉壁上设有出渣口，出渣口同时也是二次风进口，其燃烧方法是而且通过旋转炉排与炉膛上方多个气化室的相互配合作用，充分利用循环灰渣中的余热，使煤炭先气化热解然后形成多面立体燃烧；其结构简单、故障率低、能耗小，可降低锅炉的氮氧化物、烟黑和一氧化碳排放。

说明书

技术领域

本发明属于原煤的燃烧方法及燃烧设备领域，特别涉及一种可降低锅炉烟黑、氮氧化物(NO_X)和一氧化碳(CO)排放，并能提高锅炉燃烧效率和燃烧负荷，实现煤炭清洁燃烧的多面立体燃烧炉及其燃烧方法。

背景技术

中国大气污染主要来源于煤炭的燃烧。目前我国大量的小型燃煤锅炉及民用炉都采用传统的燃烧方法，燃烧效率低，污染严重。发展中小型清洁燃烧技术设备已成为我国当前减少污染，保护环境工作的重点和难点。

传统锅炉结构简单，燃煤直接进入炉膛燃烧，供风和煤燃烧产物同向流动，直接排出高温的炉膛。由于烟气在高温区停留时间少且煤燃烧产物和过量空气混合不均，一方面CO和烟黑未能燃烬，另一方面燃烧产生的NO_X未能还原，造成环境污染，同时效率较低。若提高过量空气系数或炉膛温度，虽使CO、烟黑的排放降低，但NO_X的排放却随之增加，且排烟损失增大；反之，若降低过量空气系数或炉膛温度，虽使NO_X的排放降低，但CO、烟黑的排放却随之增加。

中国专利95102081.1描述了一种低NO_X无烟燃煤方法和燃烧炉，煤首先在气化室中利用自身燃烧热量低氧热解气化，煤气化后剩下的半焦在燃烧室进行燃烧，由于其气化室主要进行煤的低氧干馏、热解，热解速度较慢，其抑制NO_X排放主要在半焦区中进行，因此通风、燃烧速度不能太快，加之对于较大负荷的气化室，存在结焦下煤困难等问题，以上问题都限制了其在较大负荷锅炉上的应用。中国专利98202954.3提出了“一种双侧加煤抑制氮氧化物无烟燃煤炉”，该燃煤炉可增加锅炉容量，提高锅炉原煤燃烧的稳定性，但由于双侧加煤干馏区散热损失高，燃烧过程煤炭易结焦，设备复杂。中国专利98207373.9提出了中间加煤两侧燃烧抑制氮氧化物排放的无烟燃煤锅炉，该燃煤锅炉可克服中国专利98202954.3的一些不足，但同时又存在锅炉燃烧不稳定，容易冒黑烟等问题。以上三个专利提供的锅炉燃烧技术都不能利用灰渣余热，使得灰渣中含炭量较高，锅炉燃烧效率低，气化室热解速度慢。另外，以上三个专利提供的锅炉燃烧技术在负荷较大时，都不能平稳地输送半焦，燃烧稳定性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过旋转炉排与炉膛上方多个气化室的相互配合作用，充分利用循环灰渣中的余热，使煤炭先气化热解然后形成多面立体燃烧，实现煤炭清洁燃烧的多面立体燃烧炉；

本发明的另一个目的是提供一种实现煤炭清洁燃烧的多面立体燃烧方法，可降低锅炉的氮氧化物、烟黑和一氧化碳排放，是一种燃煤的清洁燃烧方法。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的实现煤炭清洁燃烧的多面立体燃烧炉，包括：

一圆柱筒型炉体，其上盖上设有烟道出口，其特征在于，还包括设置在圆柱筒型炉体底部的旋转式炉排；

一将所述圆柱筒型炉体内腔垂向间隔成至少2个气化室和2个燃烧室的立式对称交叉的隔板组件，所述隔板组件下端至旋转式炉排之间的空间为燃烧口，所述气化室和燃烧室从下端部相连通；所述每一气化室的上部炉壁上设有各自的加煤口；每一燃烧室的上部与设置在上盖上的烟道出口相连通，每一燃烧室的下部炉壁上设有出渣口，所述出渣口同时也是二次风进口。

所述圆柱筒型炉体下端底座上安装有滚轮，所述旋转炉排支撑在滚轮之上自由旋转。所述的气化室和燃烧室分别为2个、3个、4个、或五个。

本发明提供的使用上述多面立体燃烧炉的煤炭清洁燃烧的多面立体燃烧方法，其特征在于，燃煤在多面立体燃烧炉内进行立体燃烧；所述的多面立体燃烧炉包括：

一圆柱筒型炉体，其上盖上设有烟道出口，其特征在于，还包括设置在圆柱筒型炉体底部的旋转式炉排；

一将所述圆柱筒型炉体内腔垂向间隔成至少2个气化室和2个燃烧室的立式对称交叉的隔板组件，所述隔板组件下端至旋转式炉排之间的空间为燃烧口，所述气化室和燃烧室从下端部相连通；所述每一气化室的上部炉壁上设有各自的加煤口；每一燃烧室的上部都有烟道出口，每一燃烧室的下部炉壁上设有出渣口，所述出渣口同时也是二次风进口；

其燃烧步骤如下：

1)首先将原煤送入圆柱筒型炉体的各气化室内，在各气化室内利用燃烧室灰渣余热及气化室底部的煤炭燃烧产生的热量将原煤进行干馏气化，产生干馏气体和半焦；

2)在重力及旋转炉排的旋转带动下，气化室内生成的半焦被带到在气化室下部两侧的燃烧口和旋转炉上，半焦在燃烧口和旋转炉排上形成立体燃烧面，其中每个气化室都有两个燃烧口，气化室上部原煤干馏产生的CO、CHi、NH₃和NO气体相互反应，其中一部分NO还原成N₂；

3)气化室产生的气体在负压的作用下通过气化室底部两侧燃烧口的半焦燃烧层进入燃烧室进行燃烧，在这些气体通过燃烧口的半焦层时，含氮气体在半焦及半焦中的金属氧化物的催化下进一步被还原成N₂；在气化室由于不完全燃烧产生的烟黑在经过燃烧口处的半焦层时，部分烟黑被吸附到半焦的表面，随着半焦的燃烧而被烧掉；

4)根据炉内煤的燃烧情况，通过二次进风口调节的二次风的进风量，燃烧室内剩余部分烟黑和在气化室生成的CO在燃烧室内高温和二次风充足的氧气作用下被燃烬；燃烧口处的立体半焦层处的半焦燃烧一定时间后，在旋转炉排的带动下进入燃烧室进行充分燃烧；

5)炽热灰渣在旋转炉排的带动下进入下一个气化室，为该气化室原煤的干馏热解提供热量，同时灰渣中的未燃烬炭进一步燃烧放出热量，灰渣中的含炭量进一步降低，最后由炉排底部排出。

本发明提供的实现煤炭清洁燃烧的多面立体燃烧炉和多面立体燃烧方法，其主要优点在于：

1、本发明采用煤炭热解和燃烧在不同的室内完成，使燃烧过程中产生的部分NO_X能够被还原为N₂，在热解气通过半焦层的过程中能抑制烟黑的产生，燃烧室内采用二次风技术能降低CO的排放。

2、本发明采用多面立体燃烧技术，集合了中间加煤两侧燃烧和两侧加煤中间燃烧的优点，克服了它们各自的缺点，每个燃烧室都是双侧燃烧，每个气化室也都是双侧燃烧，即可克服气化室的结焦问题，又能保障燃烧室温度的稳定。

3、本发明可在一个炉体实现多个燃烧面，因而增加了煤炭燃烧的空间，克服了燃烧过程中气化热解速度较慢难以应用于大负荷锅炉的问题。

4、本发明由于气化室煤层下部是连续不断输送的燃烧着的高温半焦，因而解决了大负荷解耦燃烧时气化室燃烧稳定性差的问题，并保障了气化室有较高的气化热解强度。

5、不同于其它机械炉排将高温的灰渣直接排掉，本发明煤层底部半焦燃尽时的灰渣加热了冷风，有效利用了灰渣余热。另外，由于原煤煤层始终落在半焦或灰渣之上，漏煤引起的机械不完全燃烧损失小。

6、本发明采用结构简单、故障率低、能耗小的旋转炉排，实现了平稳的机械输煤，使采用机械化操作的大负荷锅炉应用该技术成为可能。

附图说明

图1为实现煤炭清洁燃烧的多面立体燃烧炉一实施例的纵向剖视图；

图2为图1的A-A剖视示意图；

具体实施方式

图1为实现煤炭清洁燃烧的多面立体燃烧炉一实施例的纵向剖视图；图2为图1的A-A剖视示意图；图3为实现煤炭清洁燃烧的多面立体燃烧炉三维结构示意图；由图可知，本发明提供的实现煤炭清洁燃烧的多面立体燃烧炉，包括：

一圆柱筒型炉体10，其上盖1上设有烟道出口7，其特征在于，还包括设置在圆柱筒型炉体10底部的旋转式炉排5；

一将所述圆柱筒型炉体10内腔垂向间隔成至少2个对称的气化室和燃烧室的立式对称交叉的隔板组件，所述隔板组件下端至旋转式炉排5之间的空间为燃烧口3，所述气化室4和燃烧室9下端相通；所述每一气化室4的上部炉壁上设有加煤口2；每一燃烧室9的上部与设置在上盖1上的烟道出口7相连通，每一燃烧室9的下部炉壁上设有出渣口11，所述出渣口11同时也是二次风进口。

所述圆柱筒型炉体10下端底座6上安装有滚轮12，所述旋转炉排5支撑在滚轮12之上自由旋转。所述的气化室4和燃烧室9为2个、三个、四个或五个。

图1为一实施例，在该实施例中，炉体10为圆柱筒形，立式对称交叉的隔板组件为安装炉体上盖1下端面上的呈十字交叉的两块隔板8和13，将炉体10内腔隔成4各空间腔体，即气化室4和15，燃烧室9、17；气化室4的上部炉壁上有加煤口2，气化室15的上部炉壁上有加煤口16；燃烧室的上盖上有烟道7，燃烧室9下部炉壁上有二次风口11，燃烧室17下部炉壁上有二次风口16；二次风口11和16兼有出渣作用(当灰渣太大不能由炉排排出时，灰渣可由该口排出；炉体下方是一铸铁旋转炉排5，在炉内底部外圈有旋转炉排滚轮12，用于支撑旋转炉排；燃烧室和气化室通过隔墙下部的燃烧口相互连通；另外如果要增加燃烧炉功率，可以加大炉体直径，在其内部可以多设隔墙，使炉内形成2个、3个、4个或者5气化室和2个、3个、4个或者5个燃烧室结构，这样可以增加锅炉负荷，有效降低污染物的排放。

其燃烧方法如下：

1)首先将原煤送入圆柱筒型炉体的各气化室内，在各气化室内利用燃烧室灰渣余热及气化室底部的煤炭燃烧产生的热量将原煤进行干馏气化，产生干馏气体和半焦；

2)在重力及旋转炉排的旋转带动下，气化室内生成的半焦被带到在气化室下部两侧的燃烧口和旋转炉排上，半焦在燃烧口和旋转炉排上形成立体燃烧面，其中每个气化室都有两个燃烧口，气化室上部原煤干馏产生的CO、CHi、NH₃和NO气体相互反应，其中一部分NO还原成N₂；

5)气化室产生的气体在负压的作用下通过气化室底部两侧燃烧口的半焦燃烧层进入燃烧室进行燃烧，在这些气体通过燃烧口的半焦层时，含氮气体在半焦及半焦中的金属氧化物的催化下进一步被还原成N₂；在气化室由于不完全燃烧产生的烟黑在经过燃烧口处的半焦层时，部分烟黑被吸附到半焦的表面，随着半焦的燃烧而被烧掉；

6)根据炉内煤的燃烧情况，通过二次进风口调节的二次风的进风量，燃烧室内剩余部分烟黑和在气化室生成的CO在燃烧室内高温和二次风充足的氧气作用下被燃烬；燃烧口处的立体半焦层处的半焦燃烧一定时间后，在旋转炉排的带动下进入燃烧室进行充分燃烧；

5)炽热灰渣在旋转炉排的带动下进入下一个气化室，为该气化室原煤的干馏热解提供热量，同时灰渣中的未燃烬炭进一步燃烧放出热量，灰渣中的含炭量进一步降低，最后由炉排底部排出。

另外如果要增加燃烧炉功率，可以加大炉体直径，在其内部多设隔墙，使炉内形成2个、3个、4个、或者5个气化室和2个、3个、4个或者5个燃烧室结构，这样可以增加锅炉负荷，有效降低污染物的排放。