本發(fā)明涉及煤燃燒環(huán)保技術(shù)，屬燃燒工程領(lǐng)域，提供了一種高溫條件下源頭抑制粉塵、NOx和SO₂產(chǎn)生的燃燒裝置。

背景技術(shù)：

我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費國，也是世界上為數(shù)不多的以煤炭為主要一次能源的國家之一(煤炭占全國能耗的67％)。當(dāng)前，煤炭為我國提供了70％以上的發(fā)電燃料，60％的化工原料和80％的民用燃料。根據(jù)預(yù)測，即使到了2050年，煤炭仍占50％以上。

燃煤所造成的污染是制約我國國民經(jīng)濟(jì)和社會持續(xù)發(fā)展的一個重要因素，也已成為國際上，特別是周邊國家和地區(qū)對中國關(guān)注的熱點，如不采取有力的治理措施，如京津冀霧霾這種局面將還會加速惡化。

我國煤燃燒所釋放的SO₂占到全國總排放的85％，CO₂占到85％，NOx占到60％，粉塵占到了70％，據(jù)2015年中國統(tǒng)計年鑒記載，我國2014年煙塵排放量1740.75萬噸，SO₂排放量1974.42萬噸，NOx排放量2078.00萬噸，煤炭燃燒所帶來的環(huán)境污染是制約我國可持續(xù)發(fā)展的一個重要因素。我國酸雨受災(zāi)地區(qū)不斷擴(kuò)大，另外，重金屬和PM2.5的排放日益增加，對人類的健康和生態(tài)環(huán)境帶來了巨大的危害。

對常規(guī)燃煤技術(shù)而言，NOx主要通過燃料型生成途徑而產(chǎn)生。NOx的生成與破壞與以下因素有關(guān)：(1)煤的燃燒方式、燃燒工況，其產(chǎn)生量依賴于燃燒溫度水平；(2)煤種特性；(3)爐膛內(nèi)反應(yīng)區(qū)煙氣的氣氛，即煙氣內(nèi)氧氣，氮氣，NO的含量；(4)燃料及燃料產(chǎn)物在火焰高溫區(qū)和爐膛內(nèi)的停留時間；SO₂的產(chǎn)生主要來自于煤種中的含硫量，高硫煤產(chǎn)生的SO₂勢必會更多。

常用的燃燒技術(shù)有旋流燃燒和直流燃燒，旋流煤粉燃燒技術(shù)在我國有著較廣泛的應(yīng)用，尤其是近幾年投產(chǎn)的大容量機(jī)組，多采用旋流煤粉燃燒技術(shù)，相比于直流燃燒技術(shù)，采用旋流煤粉燃燒器鍋爐有以下幾個優(yōu)點：(1)可以避免采用直流燃燒器產(chǎn)生的過熱區(qū)熱偏差；(2)每個燃燒器獨立組織燃燒，不發(fā)生相互影響，啟停方便；(3)對爐膛形狀沒有嚴(yán)格的要求，有利于尾部對流受熱面的布置；(4)燃燒器均勻布置于前墻或后墻，輸入爐膛的熱量分配也比較均勻，減少了爐膛中部燃燒區(qū)因溫度偏高而造成結(jié)渣的可能性；(5)當(dāng)機(jī)組容量增大時，只需相應(yīng)增大爐膛寬度及增加燃燒器只數(shù)和排數(shù)，不需要爐膛接近正方形，同時單只燃燒器的熱功率也可不用增大。

隨著環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻及我國動力用煤變差，對于采用旋流煤粉燃燒技術(shù)的鍋爐機(jī)組，降低NOx排放量、提高煤種適應(yīng)性、防止鍋爐結(jié)渣及保證鍋爐機(jī)子的安全穩(wěn)定運行越來越重要。開發(fā)出擁有我們自己知識產(chǎn)權(quán)的，適應(yīng)我國煤質(zhì)的高效旋流燃燒技術(shù)是十分必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：一種煤的高效利用多梯度燃燒裝置在煤的燃燒過程中實現(xiàn)污染物的減排以及能源的高效利用。本發(fā)明的思想是實現(xiàn)污染物的過程控制，減少NOx，SO₂以及顆粒物的排放，實現(xiàn)煤的清潔高效利用。

一種煤粉高效潔凈多梯度燃燒裝置，其特征在于多梯度燃燒裝置由多梯度燃燒裝置燃燒室和排渣室組成；多梯度燃燒裝置燃燒室由頂蓋，泄壓口，點火燒嘴，燃燒觀察窗孔，風(fēng)口，旋流爐膛，煙道，多梯度燃燒裝置爐體構(gòu)成；其中，在多梯度燃燒裝置爐體內(nèi)置6對成中心對稱的風(fēng)口，由高到低分別為一次風(fēng)口，二次風(fēng)口，三次風(fēng)口，四次風(fēng)口，五次風(fēng)口，六次風(fēng)口；一次風(fēng)口前端設(shè)有進(jìn)煤口和鼓風(fēng)噴吹管。

進(jìn)一步的多梯度燃燒裝置爐體外部為焊接鋼結(jié)構(gòu)，內(nèi)部為耐火材料澆注而成；同時在多梯度燃燒裝置燃燒室頂部設(shè)有呈倒錐臺型的頂蓋。

進(jìn)一步的在縱向上，多梯度燃燒裝置爐體設(shè)計成可活動拆分的六段，并能根據(jù)實際使用要求調(diào)整多梯度燃燒裝置爐體的高度和風(fēng)口數(shù)量，以及在多梯度燃燒裝置爐體頂部加裝預(yù)熱室；在燃燒段尾部，設(shè)有一個截面呈圓柱形的煙道，煙道位于多梯度燃燒裝置爐體尾部，內(nèi)層鋪設(shè)有耐火材料。

進(jìn)一步的排渣室由排渣室觀察孔，液流孔，擋渣墻，排渣室底塞構(gòu)成；其中，擋渣墻和排渣室底塞由耐火材料澆筑而成，均呈矩形；排渣孔呈現(xiàn)由內(nèi)至外為逐步縮小的圓形。

如上所述的一種高效潔凈多梯度燃燒裝置的使用方法，其特征在于：首先，把添加劑、煤粉通過進(jìn)煤口隨空氣從一次風(fēng)口輸送到多梯度燃燒裝置燃燒室內(nèi)，并沿著多梯度燃燒裝置燃燒室從壁面到中心、從頂部到底部形成穩(wěn)定的溫度梯度、氣相濃度梯度、固相粒度和流量梯度的燃燒空間，同時，在多梯度燃燒裝置燃燒室上部煤粉被點火燒嘴點燃，隨著燃燒的進(jìn)行，多梯度燃燒裝置燃燒室內(nèi)的溫度逐漸升高，煤粉燃盡剩下的煤灰被高溫融化并落入到排渣室中；

其中，部分助燃空氣作為載體，攜帶固硫固氮劑、煤渣改質(zhì)劑和煤粉通過一次風(fēng)口輸送到多梯度燃燒裝置燃燒室內(nèi)，其余剩余助燃空氣以及氧氣按照不同比例分別從二次風(fēng)口，三次風(fēng)口，四次風(fēng)口，五次風(fēng)口，六次風(fēng)口進(jìn)入燃燒室內(nèi)燃燒煤粉；

排渣室內(nèi)熔融的灰渣，在燃燒過程中一部分液態(tài)煤渣從排渣孔排出，一部分未熔融灰渣在積累一定時間后通過排渣室底塞排出。

進(jìn)一步的通過調(diào)節(jié)多梯度燃燒裝置爐體上的六對進(jìn)風(fēng)口來以及添加合適的固硫固氮劑、煤渣改質(zhì)劑來控制煤粉的燃燒氣氛和改質(zhì)煤渣，達(dá)到高效潔凈燃燒和制備高附加值產(chǎn)品的目的。

進(jìn)一步的在燃燒期間，排渣孔在不使用時利用不定型耐火材料膠泥堵住，耐火材料通過自身燒結(jié)便可堵住孔道，以防止渣液的自行排出；排渣室底塞由高溫耐火材料構(gòu)成，在燃燒過程中由螺母固定在爐墻上，燃燒一段時間后拔出排渣室底塞，并清理排渣室內(nèi)灰渣。

本發(fā)明的優(yōu)點是：煤粉在爐膛的燃燒過程中實現(xiàn)氮氧化物、二氧化硫以及顆粒物的生成量的減少，在煤粉高效燃燒的同時實現(xiàn)煤粉的清潔燃燒，一方面提高了鍋爐的燃燒效率，實現(xiàn)了節(jié)能的目的，另一面，減少了污染物的排放，達(dá)到了減排效果。該裝置適用范圍廣，可用于多種煤種的燃燒，對于劣質(zhì)煤種同樣有較好的燃燒效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明裝置的主視圖

圖2是圖1的A-A剖面圖

圖3是圖1的B-B剖面圖

圖4是一次風(fēng)口4的剖面圖

附圖中標(biāo)號表示：1、頂蓋，2、泄壓口，3、爐體外殼，4、一次風(fēng)口，5、二次風(fēng)口，6、三次風(fēng)口，7、四次風(fēng)口，8、五次風(fēng)口，9、六次風(fēng)口，10、多梯度燃燒裝置燃燒室，11、液流孔，12、煙道，13、高溫耐火材料層，14、保溫耐火材料層，15、頂蓋把手，16、排渣室，17、點火燒嘴，18、燃燒觀察窗孔，19、底塞把手，20、排渣室觀察孔，21、多梯度燃燒裝置爐體，22、擋渣墻，23、排渣室底塞，24、進(jìn)煤口，25、鼓風(fēng)噴吹管。

具體實施方式

以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍和應(yīng)用范圍不限于以下實施例：

實施例1：

煙煤，球磨過200目標(biāo)準(zhǔn)篩，粒徑<0.075mm，灰分含量12.27％。

向點火燒嘴17內(nèi)通入液化石油氣和空氣，點燃該氣體混合物，燃燒產(chǎn)生的熱量逐漸預(yù)熱爐體內(nèi)部空間和耐火材料。待二次風(fēng)段處溫度逐漸升至750～800℃，三次風(fēng)段處溫度逐漸升至650～750℃，通過進(jìn)煤口24和鼓風(fēng)噴吹管25，由一次風(fēng)口4向爐膛內(nèi)噴吹煤粉。在點火燒嘴17的作用下，噴入爐內(nèi)的煤粉被點燃，爐膛內(nèi)各區(qū)域溫度進(jìn)一步升高?？刂泼悍蹏姶盗繛?0～40kg/h，總鼓風(fēng)量為280～350m³/h，經(jīng)過一段時間噴吹燃燒并達(dá)到穩(wěn)定后，一次風(fēng)口4處的溫度可穩(wěn)定在1200～1300℃，三次風(fēng)口6處溫度可穩(wěn)定在1410～1450℃，煙道12的溫度可穩(wěn)定在1100～1150℃。煙道12尾部氮氧化物濃度范圍為400～800mg/m³，二氧化硫的濃度范圍為200～900mg/m³，顆粒物中PM2.5濃度為40～100mg/m³。

實施例2：

煙煤和無煙煤，球磨過200目標(biāo)準(zhǔn)篩，粒徑<0.075mm，煙煤灰分含量12.27％，無煙煤灰分含量15.8％。

向點火燒嘴17內(nèi)通入液化石油氣和空氣，點燃該氣體混合物，燃燒產(chǎn)生的熱量逐漸預(yù)熱爐體內(nèi)部空間和耐火材料。待二次風(fēng)段處溫度逐漸升至750～800℃，三次風(fēng)段處溫度逐漸升至650～750℃，通過進(jìn)煤口24和鼓風(fēng)噴吹管25，由一次風(fēng)口4向爐膛內(nèi)噴吹按照一定比例混合的煙煤和無煙煤的混合煤粉。在點火燒嘴17的作用下，噴入爐內(nèi)的煤粉被點燃，爐膛內(nèi)各區(qū)域溫度進(jìn)一步升高。在燃燒過程中于二次風(fēng)口5和五次風(fēng)口8處配加一定量的氧氣?？刂泼悍蹏姶盗繛?0～40kg/h，總鼓風(fēng)量為280～400m³/h，經(jīng)過一段時間噴吹燃燒并達(dá)到穩(wěn)定后，一次風(fēng)口4處的溫度可穩(wěn)定在1450～1500℃，三次風(fēng)口6處溫度可穩(wěn)定在1500～1550℃，煙道12的溫度可穩(wěn)定在1150～1200℃。煙道12尾部氮氧化物濃度范圍為500～700mg/m³，二氧化硫的濃度范圍為800～1600mg/m³，顆粒物中PM2.5濃度為20～100mg/m³。

實施例3：

煙煤和無煙煤，球磨過200目標(biāo)準(zhǔn)篩，粒徑<0.075mm，煙煤灰分含量12.27％，無煙煤灰分含量15.8％，添加劑，球磨過200目標(biāo)準(zhǔn)篩。

向點火燒嘴17內(nèi)通入液化石油氣和空氣，點燃該氣體混合物，燃燒產(chǎn)生的熱量逐漸預(yù)熱爐體內(nèi)部空間和耐火材料。待二次風(fēng)段處溫度逐漸升至750～800℃，三次風(fēng)段處溫度逐漸升至650～750℃，通過進(jìn)煤口24和鼓風(fēng)噴吹管25，由一次風(fēng)口4向爐膛內(nèi)噴吹按照一定比例混合的煙煤和無煙煤以及加入一定添加劑的混合煤粉。在燃燒過程中于二次風(fēng)口5和五次風(fēng)口8處配加一定量的氧氣。在點火燒嘴17的作用下，噴入爐內(nèi)的煤粉被點燃，爐膛內(nèi)各區(qū)域溫度進(jìn)一步升高?？刂泼悍蹏姶盗繛?0～40kg/h，總鼓風(fēng)量為280～350m³/h，經(jīng)過一段時間噴吹燃燒并達(dá)到穩(wěn)定后，一次風(fēng)口4處的溫度可穩(wěn)定在1450～1500℃，三次風(fēng)口6處溫度可穩(wěn)定在1500～1550℃，煙道12的溫度可穩(wěn)定在1150～1200℃。煙道12尾部氮氧化物濃度范圍為400～700mg/m³，二氧化硫的濃度范圍為800～1200mg/m³，顆粒物中PM2.5濃度為20～100mg/m³。