專利名稱：實現(xiàn)煤炭清潔燃燒的多面立體燃燒爐及其燃燒方法
技術領域：
本發(fā)明屬于原煤的燃燒方法及燃燒設備領域，特別涉及一種可降低鍋爐煙黑、氮氧化物(NOX)和一氧化碳(CO)排放，并能提高鍋爐燃燒效率和燃燒負荷，實現(xiàn)煤炭清潔燃燒的多面立體燃燒爐及其燃燒方法。
背景技術：
中國大氣污染主要來源于煤炭的燃燒。目前我國大量的小型燃煤鍋爐及民用爐都采用傳統(tǒng)的燃燒方法，燃燒效率低，污染嚴重。發(fā)展中小型清潔燃燒技術設備已成為我國當前減少污染，保護環(huán)境工作的重點和難點。
傳統(tǒng)鍋爐結(jié)構簡單，燃煤直接進入爐膛燃燒，供風和煤燃燒產(chǎn)物同向流動，直接排出高溫的爐膛。由于煙氣在高溫區(qū)停留時間少且煤燃燒產(chǎn)物和過量空氣混合不均，一方面CO和煙黑未能燃燼，另一方面燃燒產(chǎn)生的NOX未能還原，造成環(huán)境污染，同時效率較低。若提高過量空氣系數(shù)或爐膛溫度，雖使CO、煙黑的排放降低，但NOX的排放卻隨之增加，且排煙損失增大；反之，若降低過量空氣系數(shù)或爐膛溫度，雖使NOX的排放降低，但CO、煙黑的排放卻隨之增加。
中國專利95102081.1描述了一種低NOX無煙燃煤方法和燃燒爐，煤首先在氣化室中利用自身燃燒熱量低氧熱解氣化，煤氣化后剩下的半焦在燃燒室進行燃燒，由于其氣化室主要進行煤的低氧干餾、熱解，熱解速度較慢，其抑制NOX排放主要在半焦區(qū)中進行，因此通風、燃燒速度不能太快，加之對于較大負荷的氣化室，存在結(jié)焦下煤困難等問題，以上問題都限制了其在較大負荷鍋爐上的應用。中國專利98202954.3提出了“一種雙側(cè)加煤抑制氮氧化物無煙燃煤爐”，該燃煤爐可增加鍋爐容量，提高鍋爐原煤燃燒的穩(wěn)定性，但由于雙側(cè)加煤干餾區(qū)散熱損失高，燃燒過程煤炭易結(jié)焦，設備復雜。中國專利98207373.9提出了中間加煤兩側(cè)燃燒抑制氮氧化物排放的無煙燃煤鍋爐，該燃煤鍋爐可克服中國專利98202954.3的一些不足，但同時又存在鍋爐燃燒不穩(wěn)定，容易冒黑煙等問題。以上三個專利提供的鍋爐燃燒技術都不能利用灰渣余熱，使得灰渣中含炭量較高，鍋爐燃燒效率低，氣化室熱解速度慢。另外，以上三個專利提供的鍋爐燃燒技術在負荷較大時，都不能平穩(wěn)地輸送半焦，燃燒穩(wěn)定性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種通過旋轉(zhuǎn)爐排與爐膛上方多個氣化室的相互配合作用，充分利用循環(huán)灰渣中的余熱，使煤炭先氣化熱解然后形成多面立體燃燒，實現(xiàn)煤炭清潔燃燒的多面立體燃燒爐；本發(fā)明的另一個目的是提供一種實現(xiàn)煤炭清潔燃燒的多面立體燃燒方法，可降低鍋爐的氮氧化物、煙黑和一氧化碳排放，是一種燃煤的清潔燃燒方法。
本發(fā)明的技術方案如下本發(fā)明提供的實現(xiàn)煤炭清潔燃燒的多面立體燃燒爐，包括一圓柱筒型爐體，其上蓋上設有煙道出口，其特征在于，還包括設置在圓柱筒型爐體底部的旋轉(zhuǎn)式爐排；一將所述圓柱筒型爐體內(nèi)腔垂向間隔成至少2個氣化室和2個燃燒室的立式對稱交叉的隔板組件，所述隔板組件下端至旋轉(zhuǎn)式爐排之間的空間為燃燒口，所述氣化室和燃燒室從下端部相連通；所述每一氣化室的上部爐壁上設有各自的加煤口；每一燃燒室的上部與設置在上蓋上的煙道出口相連通，每一燃燒室的下部爐壁上設有出渣口，所述出渣口同時也是二次風進口。
所述圓柱筒型爐體下端底座上安裝有滾輪，所述旋轉(zhuǎn)爐排支撐在滾輪之上自由旋轉(zhuǎn)。所述的氣化室和燃燒室分別為2個、3個、4個、或五個。
本發(fā)明提供的使用上述多面立體燃燒爐的煤炭清潔燃燒的多面立體燃燒方法，其特征在于，燃煤在多面立體燃燒爐內(nèi)進行立體燃燒；所述的多面立體燃燒爐包括一圓柱筒型爐體，其上蓋上設有煙道出口，其特征在于，還包括設置在圓柱筒型爐體底部的旋轉(zhuǎn)式爐排；一將所述圓柱筒型爐體內(nèi)腔垂向間隔成至少2個氣化室和2個燃燒室的立式對稱交叉的隔板組件，所述隔板組件下端至旋轉(zhuǎn)式爐排之間的空間為燃燒口，所述氣化室和燃燒室從下端部相連通；所述每一氣化室的上部爐壁上設有各自的加煤口；每一燃燒室的上部都有煙道出口，每一燃燒室的下部爐壁上設有出渣口，所述出渣口同時也是二次風進口；其燃燒步驟如下1)首先將原煤送入圓柱筒型爐體的各氣化室內(nèi)，在各氣化室內(nèi)利用燃燒室灰渣余熱及氣化室底部的煤炭燃燒產(chǎn)生的熱量將原煤進行干餾氣化，產(chǎn)生干餾氣體和半焦；2)在重力及旋轉(zhuǎn)爐排的旋轉(zhuǎn)帶動下，氣化室內(nèi)生成的半焦被帶到在氣化室下部兩側(cè)的燃燒口和旋轉(zhuǎn)爐上，半焦在燃燒口和旋轉(zhuǎn)爐排上形成立體燃燒面，其中每個氣化室都有兩個燃燒口，氣化室上部原煤干餾產(chǎn)生的CO、CHi、NH3和NO氣體相互反應，其中一部分NO還原成N2；3)氣化室產(chǎn)生的氣體在負壓的作用下通過氣化室底部兩側(cè)燃燒口的半焦燃燒層進入燃燒室進行燃燒，在這些氣體通過燃燒口的半焦層時，含氮氣體在半焦及半焦中的金屬氧化物的催化下進一步被還原成N2；在氣化室由于不完全燃燒產(chǎn)生的煙黑在經(jīng)過燃燒口處的半焦層時，部分煙黑被吸附到半焦的表面，隨著半焦的燃燒而被燒掉；4)根據(jù)爐內(nèi)煤的燃燒情況，通過二次進風口調(diào)節(jié)的二次風的進風量，燃燒室內(nèi)剩余部分煙黑和在氣化室生成的CO在燃燒室內(nèi)高溫和二次風充足的氧氣作用下被燃燼；燃燒口處的立體半焦層處的半焦燃燒一定時間后，在旋轉(zhuǎn)爐排的帶動下進入燃燒室進行充分燃燒；5)熾熱灰渣在旋轉(zhuǎn)爐排的帶動下進入下一個氣化室，為該氣化室原煤的干餾熱解提供熱量，同時灰渣中的未燃燼炭進一步燃燒放出熱量，灰渣中的含炭量進一步降低，最后由爐排底部排出。
本發(fā)明提供的實現(xiàn)煤炭清潔燃燒的多面立體燃燒爐和多面立體燃燒方法，其主要優(yōu)點在于1、本發(fā)明采用煤炭熱解和燃燒在不同的室內(nèi)完成，使燃燒過程中產(chǎn)生的部分NOX能夠被還原為N2，在熱解氣通過半焦層的過程中能抑制煙黑的產(chǎn)生，燃燒室內(nèi)采用二次風技術能降低CO的排放。
2、本發(fā)明采用多面立體燃燒技術，集合了中間加煤兩側(cè)燃燒和兩側(cè)加煤中間燃燒的優(yōu)點，克服了它們各自的缺點，每個燃燒室都是雙側(cè)燃燒，每個氣化室也都是雙側(cè)燃燒，即可克服氣化室的結(jié)焦問題，又能保障燃燒室溫度的穩(wěn)定。
3、本發(fā)明可在一個爐體實現(xiàn)多個燃燒面，因而增加了煤炭燃燒的空間，克服了燃燒過程中氣化熱解速度較慢難以應用于大負荷鍋爐的問題。
4、本發(fā)明由于氣化室煤層下部是連續(xù)不斷輸送的燃燒著的高溫半焦，因而解決了大負荷解耦燃燒時氣化室燃燒穩(wěn)定性差的問題，并保障了氣化室有較高的氣化熱解強度。
5、不同于其它機械爐排將高溫的灰渣直接排掉，本發(fā)明煤層底部半焦燃盡時的灰渣加熱了冷風，有效利用了灰渣余熱。另外，由于原煤煤層始終落在半焦或灰渣之上，漏煤引起的機械不完全燃燒損失小。
6、本發(fā)明采用結(jié)構簡單、故障率低、能耗小的旋轉(zhuǎn)爐排，實現(xiàn)了平穩(wěn)的機械輸煤，使采用機械化操作的大負荷鍋爐應用該技術成為可能。


圖1為實現(xiàn)煤炭清潔燃燒的多面立體燃燒爐一實施例的縱向剖視圖；圖2為圖1的A-A剖視示意圖；具體實施方式
圖1為實現(xiàn)煤炭清潔燃燒的多面立體燃燒爐一實施例的縱向剖視圖；圖2為圖1的A-A剖視示意圖；圖3為實現(xiàn)煤炭清潔燃燒的多面立體燃燒爐三維結(jié)構示意圖；由圖可知，本發(fā)明提供的實現(xiàn)煤炭清潔燃燒的多面立體燃燒爐，包括一圓柱筒型爐體10，其上蓋1上設有煙道出口7，其特征在于，還包括設置在圓柱筒型爐體10底部的旋轉(zhuǎn)式爐排5；一將所述圓柱筒型爐體10內(nèi)腔垂向間隔成至少2個對稱的氣化室和燃燒室的立式對稱交叉的隔板組件，所述隔板組件下端至旋轉(zhuǎn)式爐排5之間的空間為燃燒口3，所述氣化室4和燃燒室9下端相通；所述每一氣化室4的上部爐壁上設有加煤口2；每一燃燒室9的上部與設置在上蓋1上的煙道出口7相連通，每一燃燒室9的下部爐壁上設有出渣口11，所述出渣口11同時也是二次風進口。
所述圓柱筒型爐體10下端底座6上安裝有滾輪12，所述旋轉(zhuǎn)爐排5支撐在滾輪12之上自由旋轉(zhuǎn)。所述的氣化室4和燃燒室9為2個、三個、四個或五個。
圖1為一實施例，在該實施例中，爐體10為圓柱筒形，立式對稱交叉的隔板組件為安裝爐體上蓋1下端面上的呈十字交叉的兩塊隔板8和13，將爐體10內(nèi)腔隔成4各空間腔體，即氣化室4和15，燃燒室9、17；氣化室4的上部爐壁上有加煤口2，氣化室15的上部爐壁上有加煤口16；燃燒室的上蓋上有煙道7，燃燒室9下部爐壁上有二次風口11，燃燒室17下部爐壁上有二次風口16；二次風口11和16兼有出渣作用(當灰渣太大不能由爐排排出時，灰渣可由該口排出；爐體下方是一鑄鐵旋轉(zhuǎn)爐排5，在爐內(nèi)底部外圈有旋轉(zhuǎn)爐排滾輪12，用于支撐旋轉(zhuǎn)爐排；燃燒室和氣化室通過隔墻下部的燃燒口相互連通；另外如果要增加燃燒爐功率，可以加大爐體直徑，在其內(nèi)部可以多設隔墻，使爐內(nèi)形成2個、3個、4個或者5氣化室和2個、3個、4個或者5個燃燒室結(jié)構，這樣可以增加鍋爐負荷，有效降低污染物的排放。
其燃燒方法如下1)首先將原煤送入圓柱筒型爐體的各氣化室內(nèi)，在各氣化室內(nèi)利用燃燒室灰渣余熱及氣化室底部的煤炭燃燒產(chǎn)生的熱量將原煤進行干餾氣化，產(chǎn)生干餾氣體和半焦；2)在重力及旋轉(zhuǎn)爐排的旋轉(zhuǎn)帶動下，氣化室內(nèi)生成的半焦被帶到在氣化室下部兩側(cè)的燃燒口和旋轉(zhuǎn)爐排上，半焦在燃燒口和旋轉(zhuǎn)爐排上形成立體燃燒面，其中每個氣化室都有兩個燃燒口，氣化室上部原煤干餾產(chǎn)生的CO、CHi、NH3和NO氣體相互反應，其中一部分NO還原成N2；5)氣化室產(chǎn)生的氣體在負壓的作用下通過氣化室底部兩側(cè)燃燒口的半焦燃燒層進入燃燒室進行燃燒，在這些氣體通過燃燒口的半焦層時，含氮氣體在半焦及半焦中的金屬氧化物的催化下進一步被還原成N2；在氣化室由于不完全燃燒產(chǎn)生的煙黑在經(jīng)過燃燒口處的半焦層時，部分煙黑被吸附到半焦的表面，隨著半焦的燃燒而被燒掉；6)根據(jù)爐內(nèi)煤的燃燒情況，通過二次進風口調(diào)節(jié)的二次風的進風量，燃燒室內(nèi)剩余部分煙黑和在氣化室生成的CO在燃燒室內(nèi)高溫和二次風充足的氧氣作用下被燃燼；燃燒口處的立體半焦層處的半焦燃燒一定時間后，在旋轉(zhuǎn)爐排的帶動下進入燃燒室進行充分燃燒；5)熾熱灰渣在旋轉(zhuǎn)爐排的帶動下進入下一個氣化室，為該氣化室原煤的干餾熱解提供熱量，同時灰渣中的未燃燼炭進一步燃燒放出熱量，灰渣中的含炭量進一步降低，最后由爐排底部排出。
另外如果要增加燃燒爐功率，可以加大爐體直徑，在其內(nèi)部多設隔墻，使爐內(nèi)形成2個、3個、4個、或者5個氣化室和2個、3個、4個或者5個燃燒室結(jié)構，這樣可以增加鍋爐負荷，有效降低污染物的排放。
權利要求
1.一種實現(xiàn)煤炭清潔燃燒的多面立體燃燒爐，包括一圓柱筒型爐體，其上蓋上設有煙道出口，其特征在于，還包括設置在圓柱筒型爐體底部的旋轉(zhuǎn)式爐排；一將所述圓柱筒型爐體內(nèi)腔垂向間隔成至少2個氣化室和2個燃燒室的立式對稱交叉的隔板組件，所述隔板組件下端至旋轉(zhuǎn)式爐排之間的空間為燃燒口，所述氣化室和燃燒室從下端部相連通；所述每一氣化室的上部爐壁上設有各自的加煤口；每一燃燒室的上部有煙氣出口，每一燃燒室的下部爐壁上設有出渣口，所述出渣口同時也是二次風進口。
2.按權利要求1所述的實現(xiàn)煤炭清潔燃燒的多面立體燃燒爐，其特征在于，所述圓柱筒型爐體下端底座上安裝有滾輪，所述旋轉(zhuǎn)爐排支撐在滾輪之上自由旋轉(zhuǎn)。
3.按權利要求1所述的實現(xiàn)煤炭清潔燃燒的多面立體燃燒爐，其特征在于，所述的氣化室和燃燒室分別為2個、3個、4個或五個。
4.一種使用權利要求1所述的多面立體燃燒爐的煤炭清潔燃燒的多面立體燃燒方法，其特征在于，燃煤在多面立體燃燒爐內(nèi)燃燒進行立體燃燒；所述的多面立體燃燒爐包括一圓柱筒型爐體，其上蓋上設有煙道出口，其特征在于，還包括設置在圓柱筒型爐體底部的旋轉(zhuǎn)式爐排；一將所述圓柱筒型爐體內(nèi)腔垂向間隔成至少2個氣化室和2個燃燒室的立式對稱交叉的隔板組件，所述隔板組件下端至旋轉(zhuǎn)式爐排之間的空間為燃燒口，所述氣化室和燃燒室從下端部相連通；所述每一氣化室的上部爐壁上設有各自的加煤口；每一燃燒室的上部與設置在上蓋上的煙道出口相連通，每一燃燒室的下部爐壁上設有出渣口，所述出渣口同時也是二次風進口；其燃燒步驟如下1)首先將原煤送入圓柱筒型爐體的各氣化室內(nèi)，在各氣化室內(nèi)利用燃燒室灰渣余熱及氣化室底部的煤炭燃燒產(chǎn)生的熱量將原煤進行干餾氣化，產(chǎn)生干餾氣體和半焦；2)在重力及旋轉(zhuǎn)爐排的旋轉(zhuǎn)帶動下，氣化室內(nèi)生成的半焦在氣化室下部兩側(cè)的燃燒口處與旋轉(zhuǎn)爐排形成立體的半焦燃燒面上燃燒，其中每個氣化室都有兩個燃燒口，形成兩個立體燃燒面，氣化室上部原煤干餾產(chǎn)生的CO、CHi，NH3和NO氣體相互反應，其中一部分NO還原成N2；7)氣化室(4)產(chǎn)生的氣體在負壓的作用下通過氣化室底部兩側(cè)燃燒口的半焦燃燒層進入燃燒室進行燃燒，在這些氣體通過燃燒口的半焦層時，含氮氣體在半焦及半焦中的金屬氧化物的催化下進一步被還原成N2；在氣化室由于不完全燃燒產(chǎn)生的煙黑在經(jīng)過燃燒口處的半焦層時，部分煙黑被吸附到半焦的表面，隨著半焦的燃燒而被燒掉；8)根據(jù)爐內(nèi)煤的燃燒情況，通過二次進風口調(diào)節(jié)的二次風的進風量，燃燒室內(nèi)剩余部分煙黑和在氣化室生成的CO在燃燒室內(nèi)高溫和二次風充足的氧氣作用下被燃燼；燃燒口處的立體半焦層處的半焦燃燒一定時間后，在旋轉(zhuǎn)爐排的帶動下進入燃燒室進行充分燃燒；5)熾熱灰渣在旋轉(zhuǎn)爐排的帶動下進入下一個氣化室，為該氣化室原煤的干餾熱解提供熱量，同時灰渣中的未燃燼炭進一步燃燒放出熱量，灰渣中的含炭量進一步降低，最后由爐排底部排出。
5.按權利要求4所述的實現(xiàn)煤炭清潔燃燒的多面立體燃燒爐，其特征在于，所述圓柱筒型爐體下端底座上安裝有滾輪，所述旋轉(zhuǎn)爐排支撐在滾輪之上自由旋轉(zhuǎn)。
6.按權利要求4所述的實現(xiàn)煤炭清潔燃燒的多面立體燃燒爐，其特征在于，所述的氣化室和燃燒室分別為2個、3個、4個、或五個。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種實現(xiàn)煤炭清潔燃燒的多面立體燃燒爐和方法，其燃燒爐包括圓柱筒型爐體，其上蓋上設煙道出口，設在爐體底部的旋轉(zhuǎn)式爐排；將圓柱筒型爐體內(nèi)腔垂向間隔成至少一對氣化室和一對燃燒室的立式對稱交叉的隔板組件，隔板組件下端至旋轉(zhuǎn)式爐排之間的空間為燃燒口，氣化室和燃燒室從下端部相連通；每一氣化室的上部爐壁上設有各自的加煤口；每一燃燒室的上部有煙氣出口，下部爐壁上設有出渣口，出渣口同時也是二次風進口，其燃燒方法是而且通過旋轉(zhuǎn)爐排與爐膛上方多個氣化室的相互配合作用，充分利用循環(huán)灰渣中的余熱，使煤炭先氣化熱解然后形成多面立體燃燒；其結(jié)構簡單、故障率低、能耗小，可降低鍋爐的氮氧化物、煙黑和一氧化碳排放。
文檔編號F23B10/02GK1789806SQ20041009860
公開日2006年6月21日 申請日期2004年12月13日 優(yōu)先權日2004年12月13日
發(fā)明者何京東, 郝江平, 宋文立, 高士秋, 董利, 李靜海 申請人:中國科學院過程工程研究所