專利名稱：耦合旋轉(zhuǎn)錐體給料器的兩段燃燒系統(tǒng)及燃燒污染控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耦合旋轉(zhuǎn)錐體給料器的兩段燃燒系統(tǒng)，以及利用此系統(tǒng)進(jìn)行燃燒污染控制的方法，是在單爐中實(shí)現(xiàn)燃?xì)庹魵饴?lián)產(chǎn)和污染物排放控制的工藝和裝置。
前蘇聯(lián)人的研究表明，對煤粉在缺氧的條件下進(jìn)行深度熱處理后燃燒，可明顯地減少鍋爐受熱面上沉積物的形成以及煙氣中氮氧化物的含量。煤經(jīng)熱預(yù)處理后燃燒，在受熱面上結(jié)焦堆積強(qiáng)度只有未經(jīng)處理煤燃燒時的30～40％，同時燃燒產(chǎn)物中氮氧化物的含量減少一半多[ДЕРИНΓ.И.С，энергетик，1994，No.1；黃少鄂，福建電力與電工，1995，15(1)p53]。美國人設(shè)計出一種獨(dú)特的螺旋給料機(jī)裝置，煤在螺旋機(jī)內(nèi)輸送的過程中被預(yù)先加熱而發(fā)生熱解和脫硫反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了這種預(yù)先熱處理的方法是減少煤燃燒產(chǎn)物中NOx和SOx有害氣體的一種有效措施 [Yeh T.L.，F(xiàn)uel processingtechnology，1993，V.33，P33；Lin L.，F(xiàn)uel Processing Technology，1997，V.53p15]。可惜這一裝置的預(yù)加熱是采用電加熱方法，這在工業(yè)裝置上難于推廣應(yīng)用。
中國專利92225381.1介紹了一種可供煤氣的雙床沸騰鍋爐，煤首先在氣化床熱解氣化，氣化后的半焦通過雙床之間的隔離墻上的溢流口進(jìn)入燃燒床。這種結(jié)構(gòu)很難防止雙床間的相互串氣。中國專利CN1203117A公開了一種解耦循環(huán)流化床燃燒系統(tǒng)及其脫硫與脫硝方法。采用循環(huán)流化床高溫分離器分離下的熱灰來加熱原煤，該專利僅采用一級爐內(nèi)燃燒脫硫。
最近，荷蘭Twente大學(xué)公開了一種旋轉(zhuǎn)錐體床生物質(zhì)秸稈與固體熱載體顆?；旌蠠峤飧绅s工藝，通過錐體的旋轉(zhuǎn)分離出錐體床內(nèi)的固體熱載體顆粒[Meier D.，F(xiàn)aix O.，Bioresource Technology 1999，68p71]。但到目前為止，還沒有人公開過一種旋轉(zhuǎn)錐體給料器并用來實(shí)現(xiàn)煤的分段燃燒和低污染排放控制工藝。
近年來煤熱解脫硫方法深受矚目，研究表明通過熱解脫硫方法可以脫除煤中硫份的50-60％，甚至更高。如果在后續(xù)的半焦燃燒過程中進(jìn)一步脫除部分硫，就能夠使煤的燃燒利用基本上滿足我國環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。上述的技術(shù)背景表明，如果把煤的預(yù)熱處理部件聯(lián)結(jié)到給料和燃燒系統(tǒng)中，將煤進(jìn)行燃燒前熱解脫硫和分級燃燒以達(dá)到低污染排放，這將比只是深度凈化排放煙氣的工藝投資少、難度小。
本發(fā)明的基本構(gòu)思是在給料器內(nèi)實(shí)現(xiàn)煤的熱預(yù)處理包括煤的干燥、熱解和氣化過程，為了對給料器內(nèi)的煤進(jìn)行加熱，將給料器設(shè)置在燃燒室內(nèi)，燃燒室的高溫?zé)嵩赐ㄟ^間壁加熱和滲流傳熱方式對給料器內(nèi)的煤實(shí)現(xiàn)熱解干餾和氣化。同時在給料器內(nèi)實(shí)現(xiàn)對熱解氣體的脫硫(初級熱解脫硫)。給料器產(chǎn)生的可燃?xì)怏w引入燃燒室上部燃燒。熱解產(chǎn)生的半焦從給料器卸料口送入燃燒室下部燃燒。在半焦燃燒中添加鈣基脫硫劑，可以在燃燒過程中進(jìn)一步脫硫(二級燃燒脫硫)。半焦燃燒產(chǎn)生的氮氧化物進(jìn)入燃燒室上部，與燃?xì)馊紵铣梢粋€還原區(qū)，達(dá)到進(jìn)一步降低氮氧化物含量的目的。由于整個系統(tǒng)采用兩級脫硫(初級熱解脫硫和二級燃燒脫硫)和兩段燃燒(可燃?xì)怏w與半焦分段燃燒)抑制氮氧化物生成方法，完全可以達(dá)到國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。一次脫硫后的潔凈燃?xì)膺€可以引出作為民用燃?xì)饣蚬I(yè)燃?xì)馐褂茫蚨梢栽谠趩闻_爐體上實(shí)現(xiàn)燃?xì)庹羝?lián)供。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種新穎的旋轉(zhuǎn)錐體給料器，在旋轉(zhuǎn)錐體給料器內(nèi)實(shí)現(xiàn)顆粒物料輸送和熱化學(xué)反應(yīng)雙重功能。
本發(fā)明旋轉(zhuǎn)錐體給料器主要由旋轉(zhuǎn)錐體、固定錐體和封閉環(huán)、一級脫硫段、旋轉(zhuǎn)軸等部件組成。旋轉(zhuǎn)錐體呈碗形狀，其上方布置的封閉環(huán)與下料立管相連，錐體底盤與旋轉(zhuǎn)軸連接。旋轉(zhuǎn)錐體下方設(shè)置的固定錐體呈開口的倒燒杯形狀。旋轉(zhuǎn)錐體與固定錐體之間組成一環(huán)行通道，環(huán)行通道的最下方為給料器的卸料口。旋轉(zhuǎn)錐體的內(nèi)側(cè)設(shè)置螺旋型導(dǎo)向板。
本發(fā)明的錐體給料器的工作原理為旋轉(zhuǎn)軸由電動機(jī)驅(qū)動進(jìn)而帶動錐體旋轉(zhuǎn)，煤通過下料管進(jìn)入給料器，煤在旋轉(zhuǎn)錐體給料器內(nèi)依靠旋轉(zhuǎn)離心力的作用襯托在旋轉(zhuǎn)錐體斜壁上以顆粒層流動滑移的形式向上輸出。顆?；瞥鲂D(zhuǎn)錐體后進(jìn)入固定錐體與旋轉(zhuǎn)錐體組成的環(huán)行通道。在環(huán)行通道內(nèi)，顆粒以堆積填充床的形式向下移動，最后從給料器卸料口排出。在環(huán)行通道內(nèi)堆積填充的顆粒移動層實(shí)際上起著料封閥門的作用。顆粒輸送給料速率的調(diào)節(jié)控制是通過在旋轉(zhuǎn)錐體的內(nèi)側(cè)設(shè)置螺旋型導(dǎo)向板和錐體斜度以及旋轉(zhuǎn)速度三者之間的配合來實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明的耦合旋轉(zhuǎn)錐體給料器和燃燒室組成了兩段燃燒系統(tǒng)。燃燒室下部是半焦燃燒段，上部是可燃?xì)怏w燃燒段。旋轉(zhuǎn)錐體給料器主體設(shè)置于燃燒室內(nèi)部，煤斗在燃燒室外面，通過下料立管與旋轉(zhuǎn)錐體給料器內(nèi)部相連接，煤從料斗通過下料立管進(jìn)入旋轉(zhuǎn)錐體給料器的內(nèi)部。
燃燒室運(yùn)行溫度為800～1000℃，通過燃燒床間壁加熱和滲流傳熱方式對給料器內(nèi)的煤實(shí)現(xiàn)熱解干餾或氣化，旋轉(zhuǎn)錐體給料器內(nèi)煤的熱反應(yīng)溫度可控制在500～800℃之間運(yùn)行。由于旋轉(zhuǎn)錐體給料器基本上是隔絕氧氣運(yùn)行，給料器內(nèi)煤熱反應(yīng)生成的燃?xì)鉄嶂递^高，因而可以作為民用煤氣。本發(fā)明采用兩段燃燒方法實(shí)現(xiàn)低NOx排放旋轉(zhuǎn)錐體給料器內(nèi)產(chǎn)生的熱解干餾揮發(fā)物或氣化燃?xì)膺M(jìn)入燃燒室上部燃燒。旋轉(zhuǎn)錐體給料器產(chǎn)生的半焦從給料器卸料口進(jìn)入燃燒室下部半焦燃燒段燃燒。燃燒半焦所需的一次空氣從燃燒室底部送入，燃燒可燃?xì)怏w所需的二次空氣從燃燒室上部側(cè)面引入。半焦燃燒可采用流化床或移動火床形式，因而旋轉(zhuǎn)錐體給料器可配置在流化床鍋爐上，也適合配置在小型工業(yè)鍋爐或燃燒爐上。半焦燃燒產(chǎn)生的氮氧化物進(jìn)入燃燒室上部，與燃?xì)馊紵铣梢粋€還原區(qū)，達(dá)到進(jìn)一步降低氮氧化物含量的目的。由于本方法產(chǎn)生的燃?xì)鉄嶂的苓_(dá)到13MJ/Nm3以上，因而適宜于將可燃?xì)怏w引出作為民用煤氣或工業(yè)使用。采用本發(fā)明公開的方法可以在小型工業(yè)鍋爐和燃燒爐上實(shí)現(xiàn)燃?xì)庹魵饴?lián)產(chǎn)。
本發(fā)明采用兩級脫硫?qū)崿F(xiàn)低SOx排放一級脫硫段設(shè)置在旋轉(zhuǎn)錐體給料器的可燃?xì)怏w出口處，實(shí)現(xiàn)對給料器產(chǎn)生的可燃?xì)怏w脫硫；二級脫硫是在半焦燃燒段中添加鈣基脫硫劑，在燃燒過程中進(jìn)一步脫硫。由于通過一次脫硫段的氣體為熱解氣體或氣化煤氣，氣體量大大少于煤燃燒的煙氣量，因而一次脫硫費(fèi)用大大少于煙氣脫硫。同時，由于該系統(tǒng)采用半焦固體和可燃?xì)怏w分段燃燒方法，因而可以降低氮氧化物的生成。
本發(fā)明提出的兩段燃燒系統(tǒng)及燃燒污染控制方法，既可以為中小企業(yè)和城鎮(zhèn)的燃?xì)庹魵饴?lián)產(chǎn)提供一種工藝簡單、投資低廉的煤潔凈利用方法，又可為中小型燃煤裝置的低污染燃燒開辟一條新的途徑，在中小鍋爐和燃燒爐上具有廣泛的應(yīng)用前景。
如

圖1所示，1為料斗，2為下料立管，3為一次脫硫段，4為旋轉(zhuǎn)錐體，5為給料器的卸料口，6為旋轉(zhuǎn)軸，7為電動機(jī)，8為錐體底盤，9為環(huán)行通道，10為固定錐體，11為封閉環(huán)。
圖2為本發(fā)明錐體給料器中旋轉(zhuǎn)錐體部分的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2中，4為旋轉(zhuǎn)錐體，8為錐體底盤，12為螺旋型導(dǎo)向板。
圖3為本發(fā)明的耦合旋轉(zhuǎn)錐體給料器的兩段燃燒系統(tǒng)和燃燒污染控制方法示意圖。
如圖3所示，將旋轉(zhuǎn)錐體給料器13設(shè)置在燃燒室18內(nèi)，燃燒室18分為上部可燃?xì)怏w燃燒段20和下部半焦燃燒段14，一級脫硫段3設(shè)置在給料器的可燃?xì)怏w出口處，實(shí)現(xiàn)對可燃?xì)怏w脫硫，二級脫硫是在半焦燃燒段14中添加鈣基脫硫劑，實(shí)現(xiàn)燃燒過程脫硫。
圖4為本發(fā)明的耦合旋轉(zhuǎn)錐體給料器的兩段燃燒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖4所示，13為設(shè)置在燃燒室內(nèi)的旋轉(zhuǎn)錐體給料器，14為半焦燃燒段，15為氣化劑，16為一次空氣，17為半焦，18為燃燒室，19為二次空氣，20為可燃?xì)怏w燃燒段，21為煙氣出口。
本發(fā)明公開的錐體給料器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。旋轉(zhuǎn)錐體給料器主要由旋轉(zhuǎn)錐體(4)、固定錐體(10)和封閉環(huán)(11)、一次脫硫段(3)、旋轉(zhuǎn)軸(6)等部件組成。旋轉(zhuǎn)錐體(4)呈碗形狀，其上方布置有封閉環(huán)(11)，封閉環(huán)(11)中間與下料立管(2)相連，錐體底盤(8)與旋轉(zhuǎn)軸(6)連接。旋轉(zhuǎn)錐體(4)下方設(shè)置固定錐體(10)，固定錐體(10)呈開口的倒燒杯形狀。旋轉(zhuǎn)錐體(4)與固定錐體(10)之間組成一環(huán)行通道(9)，環(huán)行通道(9)的最下方為給料器的卸料口(5)。
旋轉(zhuǎn)軸(6)由電動機(jī)(7)驅(qū)動進(jìn)而帶動錐體旋轉(zhuǎn)(4)，煤通過下料管(2)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)錐體給料器內(nèi)。煤在旋轉(zhuǎn)錐體給料器內(nèi)依靠旋轉(zhuǎn)離心力的作用襯托在旋轉(zhuǎn)錐體斜壁上以顆粒層流動滑移的形式向上輸出。顆?；瞥鲂D(zhuǎn)錐體(4)后進(jìn)入固定錐體(10)與旋轉(zhuǎn)錐體(4)組成的環(huán)行通道(9)。在環(huán)行通道(9)內(nèi)，顆粒以堆積填充床的形式向下移動，最后從給料器卸料口(5)排出。在環(huán)行通道(9)內(nèi)堆積填充的顆粒移動層實(shí)際上起著料封閥門的作用。顆粒輸送給料速率的調(diào)節(jié)控制是通過在旋轉(zhuǎn)錐體(4)的內(nèi)側(cè)設(shè)置螺旋型導(dǎo)向板(12)(如圖2所示)和錐體斜度以及旋轉(zhuǎn)速度三者之間的配合來實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明公開的耦合旋轉(zhuǎn)錐體給料器的兩段燃燒系統(tǒng)和燃燒污染控制方法如圖4所示。燃燒系統(tǒng)主要由上述的旋轉(zhuǎn)錐體給料器(13)和燃燒室(18)組成。燃燒室下部是半焦燃燒段(14)，上部是可燃?xì)怏w燃燒段(20)。將旋轉(zhuǎn)錐體給料器(13)主體設(shè)置于燃燒室(18)內(nèi)部。料斗(1)設(shè)置在燃燒室(18)外，通過下料立管(2)與旋轉(zhuǎn)錐體給料器(13)內(nèi)部相連接。煤從料斗(1)通過下料管(2)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)錐體給料器(13)的內(nèi)部。通過燃燒室(18)間壁加熱和滲流傳熱方式對旋轉(zhuǎn)錐體給料器(13)的煤實(shí)現(xiàn)熱解干餾或氣化。旋轉(zhuǎn)錐體給料器(13)內(nèi)的反應(yīng)溫度可控制在500～800℃之間運(yùn)行。由于給料器基本上是隔絕氧氣運(yùn)行，給料器內(nèi)煤熱反應(yīng)生成的燃?xì)鉄嶂递^高，因而可以作為民用煤氣。本發(fā)明采用的兩段燃燒方法實(shí)現(xiàn)低NOx排放是按以下方案實(shí)施的旋轉(zhuǎn)錐體給料器(13)內(nèi)產(chǎn)生的熱解干餾揮發(fā)物或氣化煤氣進(jìn)入可燃?xì)怏w燃燒段(20)燃燒。給料器產(chǎn)生的半焦從旋轉(zhuǎn)錐體給料器卸料口(5)進(jìn)入半焦燃燒段(14)燃燒。燃燒半焦所需的一次空氣(16)從燃燒室底部送入，燃燒可燃?xì)怏w所需的二次空氣(19)從可燃?xì)怏w燃燒段(20)側(cè)面引入。半焦燃燒可采用流化床或移動火床爐，因而本發(fā)明的給料裝置可配置在流化床鍋爐上，也適合配置在小型工業(yè)鍋爐或燃燒爐上。由于本發(fā)明方法產(chǎn)生的燃?xì)鉄嶂的苓_(dá)到13MJ/Nm3以上，因而適宜于將可燃?xì)怏w引出作為民用煤氣或工業(yè)使用。采用本發(fā)明公開的方法可以在小型工業(yè)鍋爐和燃燒爐上實(shí)現(xiàn)燃?xì)庹魵饴?lián)產(chǎn)。本發(fā)明采用的兩級脫硫?qū)崿F(xiàn)低SOx排放是按以下方案實(shí)施的一級脫硫段(3)設(shè)置在旋轉(zhuǎn)錐體給料器(13)的可燃?xì)怏w出口處，實(shí)現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)錐體給料器(13)產(chǎn)生的可燃?xì)怏w脫硫；二級脫硫是在半焦燃燒段(14)中添加鈣基脫硫劑，在燃燒過程中進(jìn)一步脫硫。由于通過脫硫段的氣體為熱解氣體或氣化煤氣，氣體量大大少于煤燃燒的煙氣量，因而脫硫費(fèi)用大大少于煙氣脫硫。同時，由于本發(fā)明的系統(tǒng)采用煤分級熱分解處理，半焦固體和可燃?xì)怏w分段燃燒方法，因而可以降低NOx的生成。
權(quán)利要求
1.一種耦合旋轉(zhuǎn)錐體給料器，其特征在于主要由旋轉(zhuǎn)錐體(4)、固定錐體(10)和封閉環(huán)(11)、一次脫硫段(3)、旋轉(zhuǎn)軸(6)組成，旋轉(zhuǎn)錐體(4)呈碗形狀，其上方布置有封閉環(huán)(11)，封閉環(huán)(11)中間與下料立管(2)相連，錐體底盤(8)與旋轉(zhuǎn)軸(6)連接，旋轉(zhuǎn)錐體(4)下方設(shè)置固定錐體(10)，固定錐體(10)呈開口的倒燒杯形狀，旋轉(zhuǎn)錐體(4)與固定錐體(10)之間組成一環(huán)行通道(9)，環(huán)行通道(9)的下方為給料器的卸料口(5)，旋轉(zhuǎn)錐體(4)的內(nèi)側(cè)設(shè)置螺旋型導(dǎo)向板(12)。
2.一種兩段燃燒系統(tǒng)，其特征在于由權(quán)利要求1所說的的耦合旋轉(zhuǎn)錐體給料器和燃燒室構(gòu)成，燃燒室下部是半焦燃燒段(14)，上部是可燃?xì)怏w燃燒段(20)，旋轉(zhuǎn)錐體給料器(13)主體設(shè)置于燃燒室(18)內(nèi)部，料斗(1)設(shè)置在燃燒室(18)外，通過下料立管(2)與旋轉(zhuǎn)錐體給料器(13)內(nèi)部相連接。
3.一種利用權(quán)利要求2的兩段燃燒系統(tǒng)的燃燒污染控制方法，其特征在于通過錐體的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)煤顆粒的輸送給料，通過燃燒室(18)間壁加熱和滲流傳熱方式對旋轉(zhuǎn)錐體給料器(13)的煤實(shí)現(xiàn)熱解干餾或氣化，旋轉(zhuǎn)錐體給料器(13)內(nèi)的反應(yīng)溫度控制在500～800℃之間運(yùn)行，采用兩段燃燒方法實(shí)現(xiàn)低NOx排放，旋轉(zhuǎn)錐體給料器(13)內(nèi)產(chǎn)生的熱解干餾揮發(fā)物或氣化煤氣進(jìn)入可燃?xì)怏w燃燒段(20)燃燒，給料器產(chǎn)生的半焦從旋轉(zhuǎn)錐體給料器卸料口(5)進(jìn)入半焦燃燒段(14)燃燒，燃燒半焦所需的一次空氣(16)從燃燒室底部送入，燃燒可燃?xì)怏w所需的二次空氣(19)從可燃?xì)怏w燃燒段(20)側(cè)面引入，采用兩級脫硫?qū)崿F(xiàn)低SOx排放，一級脫硫段(3)設(shè)置在旋轉(zhuǎn)錐體給料器(13)的可燃?xì)怏w出口處，實(shí)現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)錐體給料器(13)產(chǎn)生的可燃?xì)怏w脫硫；二級脫硫是在半焦燃燒段(14)中添加鈣基脫硫劑，在燃燒過程中進(jìn)一步脫硫。
全文摘要
本發(fā)明涉及耦合旋轉(zhuǎn)錐體給料器的兩段燃燒系統(tǒng)及燃燒污染控制方法，在單臺爐體上實(shí)現(xiàn)燃?xì)庹魵饴?lián)產(chǎn)和燃燒污染控制，通過錐體的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)煤顆粒的輸送給料，并將旋轉(zhuǎn)錐體給料器設(shè)置在燃燒床內(nèi)，通過間壁加熱和滲流傳熱方式對給料器內(nèi)的煤實(shí)現(xiàn)熱解干餾或氣化。本發(fā)明采用兩段燃燒方法實(shí)現(xiàn)低NO
文檔編號F23K3/00GK1421639SQ02157779
公開日2003年6月4日 申請日期2002年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月26日
發(fā)明者胡國新 申請人:上海交通大學(xué)