專利名稱：一種預(yù)燃式機(jī)械爐排解耦燃燒爐及其燃燒方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤炭燃燒設(shè)備領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明涉及一種預(yù)燃式機(jī)械爐排解耦燃燒爐及其燃燒方法。
背景技術(shù)：
我國燃煤工業(yè)鍋爐總數(shù)約55萬臺(tái)，年耗煤量近5億t，主要采用層燃方式且多為鏈條爐，普遍存在燃燒效率低、污染物排放量高等問題。其中，工業(yè)鍋爐排放的氮氧化物(NOx) 占我國NOx總排放量的15% 20%。因此，必須研發(fā)相關(guān)的減排技術(shù)，來降低工業(yè)鍋爐NOx 排放量。適用于燃煤工業(yè)鍋爐的低NOx燃燒技術(shù)主要有低氧燃燒技術(shù)、煙氣再循環(huán)燃燒技術(shù)、空氣分級燃燒技術(shù)、燃料再燃燒技術(shù)等。這些技術(shù)主要對現(xiàn)有中小型燃煤鍋爐進(jìn)行燃燒方式的改進(jìn)來降低氮氧化物的排放，但是受到鍋爐燃燒效率低、耗電量大、運(yùn)行成本高等各種問題的限制，上述技術(shù)都沒有得到廣泛應(yīng)用。因此研究開發(fā)效率高、低污染物排放的新型中小型燃煤鍋爐作為替代產(chǎn)品，逐步淘汰現(xiàn)有技術(shù)落后設(shè)備，是符合中國能源結(jié)構(gòu)，徹底解決燃煤污染問題的良好途徑。傳統(tǒng)機(jī)械爐排爐采用依靠爐膛輻射傳熱的上部點(diǎn)火方式，由于上層煤首先燃燒， 然后逐漸向下層燃燒，燃燒區(qū)始終在上部，氧氣從下部上行，沒有較強(qiáng)的還原氣氛階段，煤中的燃料氮較大部分被氧化，因而燃燒的NOx的排放較高。同時(shí)煤層加熱速度慢，著火距離長，下部煤層燃盡困難，導(dǎo)致機(jī)械爐排的漏煤損失增大，機(jī)械不完全燃燒損失增大。特別是對難燃的煤種，采用分層給煤裝置時(shí)，粒度較大的煤在煤層下部，難以燃盡，使?fàn)t渣含碳量增加，反而使機(jī)械不完全燃燒損失增大。中國專利號(hào)為ZL95102081. 1的專利提出了一種抑制氮氧化物的無煙燃煤方法及燃煤爐，通過將煤的燃燒過程分解為缺氧干餾和干餾生成氣通過半焦層燃燒，實(shí)現(xiàn)低NOx排放和無煙燃燒。由于煤的干餾速度遠(yuǎn)小于燃燒速度，因此該專利技術(shù)僅適用于容量較小的小型燃煤鍋爐。為了在較大容量的鍋爐上實(shí)現(xiàn)低NOx燃燒，中國專利號(hào)為ZL01131238.6 的專利提出在機(jī)械爐排層燃爐前部設(shè)置預(yù)燃室和氣化室，將10 50%的煤送入預(yù)燃室， 50% 90%的煤送入氣化室，經(jīng)氣化后進(jìn)入主燃室燃盡，從而實(shí)現(xiàn)了低NOx燃燒。但由于該專利在普通機(jī)械爐排層燃爐前部增加了結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的預(yù)燃室和氣化室，導(dǎo)致其成本較高、操作控制難度大、故障率較高，因此實(shí)際應(yīng)用困難。中國專利號(hào)為ZL200610011353. 7的專利提出在層燃爐爐膛之外設(shè)置流化床氣化爐，將煤燃燒分解為煤的流化床部分氧化氣化和所生成半焦和可燃?xì)庥跔t排式燃燒爐中燃燒兩步，達(dá)到降低NOx排放的目的。但由于該專利所提出的流化床氣化爐位于層燃爐爐膛之外，連接通道的結(jié)構(gòu)對半焦的流動(dòng)性以及流化床內(nèi)的燃料的流化影響很大，流化床內(nèi)氣化與層燃爐內(nèi)的燃燒較難匹配。流化床內(nèi)氣化可看做前置燃燒(前置燃燒常被稱為預(yù)燃)，層燃爐內(nèi)的燃燒則為主燃燒區(qū)內(nèi)的燃燒。如果主燃燒區(qū)負(fù)荷大于前置設(shè)備的燃燒負(fù)荷，就會(huì)使主燃燒區(qū)燃料供給不足，使燃燒中斷；如果前置燃燒的負(fù)荷大于主燃燒負(fù)荷，則會(huì)造成主燃燒區(qū)燃料堆積，不能正常工作。因此，后續(xù)的公開號(hào)為CN101368724的中國專利申請?zhí)岢鲈趯尤紶t的爐體內(nèi)部設(shè)置氧化熱解室，同樣實(shí)現(xiàn)低NOx的解耦燃燒。但是，位于機(jī)械爐排上方的氧化熱解室的熱解速度仍然難以有效控制，進(jìn)而導(dǎo)致前置燃燒的負(fù)荷與主燃燒負(fù)荷不能很好地匹配。公開號(hào)為CN101650025的中國專利申請?zhí)岢隽艘环N新的解耦燃燒爐及解耦燃燒方法，雖然較大程度地解決了以往解耦燃燒鍋爐熱解速度較慢的問題，但是，該方案預(yù)燃區(qū)與主燃燒區(qū)共用一套爐排控制機(jī)構(gòu)， 也沒有保持預(yù)燃火源的措施，且預(yù)燃速度較慢，當(dāng)負(fù)荷較大要求爐排運(yùn)行速度提高時(shí)，點(diǎn)火源不能在預(yù)燃區(qū)維持住，會(huì)被爐排移動(dòng)到主燃燒區(qū)，結(jié)果造成預(yù)燃區(qū)燃燒中斷，最終主燃燒也不能維持，導(dǎo)致燃燒中斷。因此，該方案中，預(yù)燃室的燃燒負(fù)荷難以大幅度提高，因而只能滿足容量小于10t/h的中小型鍋爐的設(shè)計(jì)要求。綜上所述，當(dāng)前迫切需要一種能夠降低NOx排放，能夠更有效地對燃燒進(jìn)行控制， 且能夠適用于較大燃燒負(fù)荷而不出現(xiàn)燃燒中斷問題的預(yù)燃式解耦燃燒爐及其燃燒方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠降低NOx排放，能夠更有效地對燃燒進(jìn)行控制，且能夠適用于較大燃燒負(fù)荷而不出現(xiàn)燃燒中斷問題的預(yù)燃式解耦燃燒爐及其燃燒方法。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種預(yù)燃式機(jī)械爐排解耦燃燒爐，包括爐體、主爐排和預(yù)燃爐排；所述爐體的內(nèi)部設(shè)有燃燒室分隔墻，將所述爐體的內(nèi)部空間大體上分隔為上游的預(yù)燃室和下游的主燃燒室，所述主爐排設(shè)于所述爐體下部，所述預(yù)燃室位于所述主爐排前段的上方，所述主燃燒室位于所述主爐排后段的上方；所述預(yù)燃室與所述主燃燒室通過所述分隔墻上方的煙氣通道以及所述分隔墻下方的煤層通道相連通；所述預(yù)燃爐排位于所述預(yù)燃室內(nèi)，且以一定傾角設(shè)置于所述主爐排上方，以使煤層沿著該預(yù)燃爐排運(yùn)行至主爐排上。其中，所述預(yù)燃爐排包括多層可做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)爐排，上層至下層的活動(dòng)爐排的行程依次增大。其中，所述預(yù)燃爐排還包括多層固定爐排，且固定爐排和所述活動(dòng)爐排相間隔布置。其中，所述預(yù)燃爐排上表面呈階梯狀。其中，其特征在于，所述預(yù)燃爐排傾斜設(shè)置以使其上煤層的運(yùn)動(dòng)方向相對于水平線的傾角為20度 80度。其中，所述預(yù)燃爐排上方設(shè)有中隔墻，用于維持預(yù)燃爐排上煤層的最佳厚度和頃其中，所述中隔墻上設(shè)有中隔墻通氣孔。其中，所述預(yù)燃爐排上方設(shè)有中隔墻，用于維持預(yù)燃爐排上煤層的最佳厚度和頃角；所述中隔墻依分層布置的活動(dòng)爐排而采用分段布置，每段中隔墻上分別設(shè)有中隔墻通氣孔，相鄰兩段中隔墻間留有間隙。其中，所述預(yù)燃爐排包括上活動(dòng)爐排和下活動(dòng)爐排，以及上固定爐排和下固定爐排，其中，上活動(dòng)爐排的行程小于下活動(dòng)爐排，上固定爐排設(shè)置于上活動(dòng)爐排和下活動(dòng)爐排之間，下固定爐排設(shè)置于下活動(dòng)爐排和主爐排之間；所述預(yù)燃式機(jī)械爐排解耦燃燒爐還包括上中隔墻和下中隔墻，所述下中隔墻的位置對應(yīng)于所述上固定爐排，并且所述下中隔墻
5與傾斜爐排的上固定爐排之間的夾角向下張口，使得二者之間所形成的煤層下行通道逐漸變大。其中，所述活動(dòng)爐排的驅(qū)動(dòng)裝置與各層活動(dòng)爐排支架連接的驅(qū)動(dòng)連桿采用空行程可調(diào)的結(jié)構(gòu)。其中，所述解耦燃燒爐還包括分層給煤裝置，該分層給煤裝置設(shè)置于所述預(yù)燃爐排的進(jìn)料口處。本發(fā)明還提供了利用上述預(yù)燃式機(jī)械爐排解耦燃燒爐的相應(yīng)解耦燃燒方法，包括下列步驟1)煤炭進(jìn)入預(yù)燃室進(jìn)行熱解氣化，經(jīng)過熱解氣化后的燃料生成半焦和煤氣；燃料熱解氣化所需要的熱量由進(jìn)入預(yù)燃室的煤在所述預(yù)燃爐排上部分燃燒的自熱方式供給；2)預(yù)燃室中生成的熱解氣化氣在預(yù)燃室中的還原性氣氛下部分燃燒，以抑制NOx 的生成；預(yù)燃爐排上煤層中生成的NOx在穿過煤層和半焦過程中，由于上部煤層的還原性氣氛和半焦的還原作用抑制了氮氧化物的生成；3)熱解氣化氣部分燃燒后進(jìn)入主燃燒室首先在局部缺氧的條件下繼續(xù)進(jìn)行燃燒， 繼續(xù)降低NOx含量；4)步驟幻的燃燒所產(chǎn)生的煙氣在主燃燒室與高溫富氧空氣混合后，在高溫的氧化性氣氛下繼續(xù)燃燒，使還原性氣氛下產(chǎn)生的CO和煙黑燃盡；5)進(jìn)入預(yù)燃室的煤在所述預(yù)燃爐排上部分燃燒所生成的半焦由所述預(yù)燃爐排輸送到主爐排，再隨主爐排進(jìn)入主燃燒室燃盡；主爐排上半焦中生成的NOx在穿過半焦過程中，由于半焦的還原作用抑制了氮氧化物的生成。與現(xiàn)有技術(shù)中的層燃爐相比，本發(fā)明具有下列技術(shù)效果1、本發(fā)明能夠使預(yù)燃速度得到有效控制，使預(yù)燃的負(fù)荷與主燃燒負(fù)荷很好地匹配，確保燃燒設(shè)備的穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行。2、本發(fā)明能夠在提高解耦燃燒爐運(yùn)行負(fù)荷的同時(shí)，避免出現(xiàn)燃燒中斷問題，從而使得本發(fā)明可以應(yīng)用到更大容量的鍋爐中。3、本發(fā)明可減少層燃鍋爐的漏煤損失。4、本發(fā)明對燃料的適應(yīng)性大大加強(qiáng)。5、本發(fā)明同時(shí)降低NOx和可燃物的解耦燃燒效果更好。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的解耦燃燒爐的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的解耦燃燒爐的預(yù)燃室結(jié)構(gòu)的放大示意圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的解耦燃燒爐的預(yù)燃室結(jié)構(gòu)的半剖俯視示意圖。其中的附圖標(biāo)記為1-主爐排；2-下進(jìn)風(fēng)室；3-爐排運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；4-下固定爐排； 5-下活動(dòng)爐排；6-上固定爐排；7-上活動(dòng)爐排；8-上進(jìn)風(fēng)室；9-預(yù)燃煤層，10-分層給煤裝置；11-上中隔墻；12-上中隔墻通氣孔；13-下中隔墻；14-下中隔墻通氣孔；15-預(yù)燃室； 16-半焦層；17-燃燒室分隔墻；18-主燃燒室；19-預(yù)燃爐排；20-爐體；21-前拱；22-后拱； 23-落渣口
具體實(shí)施例方式以下，結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步地說明。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種預(yù)燃式機(jī)械爐排解耦燃燒爐，如圖1所示， 該解耦燃燒爐包括分層給煤裝置10、爐體20、燃燒室分隔墻17、主爐排1和預(yù)燃爐排19。 本發(fā)明中，爐體可以直接采用現(xiàn)有技術(shù)中工業(yè)鍋爐的各種具體結(jié)構(gòu)，例如，爐體可以包括前拱21和后拱22，這里對爐體的具體結(jié)構(gòu)不再贅述。所述爐體的內(nèi)部設(shè)有燃燒室分隔墻17， 將爐體的內(nèi)部空間大體上分隔為上游的預(yù)燃室15和下游的主燃燒室18。本發(fā)明中，主燃燒室也可以直接采用現(xiàn)有技術(shù)中工業(yè)鍋爐的各種結(jié)構(gòu)，這里對主燃燒室的具體結(jié)構(gòu)也不再贅述。所述主爐排1設(shè)于爐體下部。預(yù)燃室15位于主爐排1前段的上方，與主燃燒室18 通過燃燒室分隔墻17上方的煙氣通道和燃燒室分隔墻17下方的煤層通道相連通。主燃燒室18位于主爐排1后段的上方。分層給煤裝置10設(shè)置于所述預(yù)燃爐排的進(jìn)料口處，用于將煤按大顆粒在預(yù)燃室爐排下層，小顆粒在預(yù)燃室爐排上層的布置方式送入預(yù)燃室15。預(yù)燃爐排位于預(yù)燃室15內(nèi)，且設(shè)置于主爐排1上方，并呈一定傾角，以使煤層沿著該預(yù)燃爐排運(yùn)行至主爐排1上。該實(shí)施例中，燃燒室分隔墻17不僅將預(yù)燃室15和主燃燒室18有效分割，以保持預(yù)燃室的還原性氣氛，同時(shí)燃燒室分隔墻17還可以緩沖主爐排與預(yù)燃爐排的不同步，并調(diào)節(jié)主爐排1上的煤層厚度。與分層給煤裝置10配合，預(yù)燃爐排運(yùn)行時(shí)可使更多的大顆粒煤留在爐排上，而更多的小顆粒煤沿爐排上煤層較快下滑，這樣不僅提高了預(yù)燃爐的通風(fēng)、燃燒強(qiáng)度，也可使大顆粒煤在預(yù)燃室中進(jìn)行充分的熱解氣化反應(yīng)。結(jié)合下引燃的燃燒方式，分層給煤裝置也可以適應(yīng)無煙煤等難燃煤，不僅能夠降低漏煤損失，還使得大顆粒煤燃燒時(shí)間充分。爐排上的煤層首先是下部燃燒，然后再點(diǎn)燃上部的煤層，下部煤層供氧充分，燃燒劇烈，上部煤層受下部對流和傳導(dǎo)傳熱強(qiáng)烈，因而上下層燃料都更易快速燃燒和充分燃盡，不僅提高了燃燒效率，也提高了爐排面積有效利用率，對難燃燃料的適應(yīng)性也大大加強(qiáng)。同時(shí)參考圖1和圖2，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述預(yù)燃爐排包括多層活動(dòng)爐排，各層活動(dòng)爐排的往復(fù)行程不同。位于上層的活動(dòng)爐排行程小于位于下層的活動(dòng)爐排。 上層至下層的活動(dòng)爐排的往復(fù)行程依次增大，使得輸煤速度逐次增大。這樣即有利于增加新煤的點(diǎn)燃時(shí)間，避免爐排運(yùn)行較快時(shí)燃燒中斷，又可給主爐排輸送足量的煤，提高解耦燃燒爐在大負(fù)荷下的運(yùn)行能力。另外，爐排剛上煤時(shí)，爐排的活動(dòng)行程小，也可減少未燃燒煤的漏煤損失。如圖2所示，在一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)燃爐排包括上活動(dòng)爐排7和下活動(dòng)爐排5， 以及上固定爐排6和下固定爐排4。其中，上活動(dòng)爐排7的行程小于下活動(dòng)爐排5。上固定爐排6設(shè)置于上活動(dòng)爐排7和下活動(dòng)爐排5之間，下固定爐排4設(shè)置于下活動(dòng)爐排5和主爐排1之間，即固定爐排和活動(dòng)爐排(主爐排1也可以理解為一種活動(dòng)爐排)相間隔布置。 這樣，活動(dòng)爐排向前推煤到固定爐排上，然后向后運(yùn)動(dòng)(回復(fù)原位)時(shí)，煤層可以留在固定爐排上；這樣活動(dòng)爐排往復(fù)運(yùn)動(dòng)，不斷地向前推擠煤粒，使煤落在下一個(gè)活動(dòng)爐排上。煤粒按上述過程依次繼續(xù)前行，實(shí)現(xiàn)煤的連續(xù)輸送運(yùn)動(dòng)。另外，預(yù)燃爐排還包括用于驅(qū)動(dòng)所述上活動(dòng)爐排7和下活動(dòng)爐排5的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)3。在預(yù)燃爐排下側(cè)設(shè)置下進(jìn)風(fēng)室2，用于控制與該下進(jìn)風(fēng)室2相對的下部爐排上煤層的供風(fēng)。在預(yù)燃爐排上側(cè)設(shè)置上進(jìn)風(fēng)室8，用于控制與該上進(jìn)風(fēng)室8相對的上部爐排上煤層的供風(fēng)。
在又一個(gè)實(shí)施例中，所述預(yù)燃爐排上表面采用階梯形式(如圖2所示)，這樣有利于延長爐排上已燃燒煤粒的停留時(shí)間，可確保預(yù)燃爐排上始終穩(wěn)定地存在火源，不斷將其上流經(jīng)的煤粒加熱到著火溫度，保持燃燒的火種，防止下部引燃的燃燒方式中斷。在再一個(gè)實(shí)施例中，所述預(yù)燃爐排傾角設(shè)置較大(傳統(tǒng)的預(yù)燃爐排傾角在10 30 度)，一般預(yù)燃爐排相對于水平線的傾角為20度 80度，其中，優(yōu)選傾角為45 70度，這樣可以充分利用煤的自重沿爐排下行。遠(yuǎn)離爐排表面的煤層下滑速度快，由于顆粒小，逐級加熱到著火點(diǎn)的速度也快，這樣可在不中斷燃燒的前提下，保障預(yù)燃輸煤速度與主爐排運(yùn)行速度的同步，預(yù)燃爐最終可提供足夠量的已穩(wěn)定燃燒的半焦煤粒，使主爐排的燃燒穩(wěn)定， 避免主爐排拉空斷燃。在再一個(gè)實(shí)施例中，所述預(yù)燃爐排上方設(shè)有中隔墻(可參考圖2和圖3，需注意的是該中隔墻不應(yīng)分段，它可以是一個(gè)整體，圖2和圖3僅示出一個(gè)實(shí)施例。另外，為避免圖中線條過于雜亂，圖2和圖3中的中隔墻均未使用方格陰影線示出)。預(yù)燃爐排上的煤層運(yùn)行方向的傾角由中隔墻與傾斜的預(yù)燃爐排的傾角共同決定，設(shè)置中隔墻能夠維持預(yù)燃爐排上煤層的最佳厚度和頃角，保證煤層合適的燃燒速度和上部產(chǎn)生理想的熱解氣化。中隔墻的設(shè)置既便于煤粒的自然向下流動(dòng)，又可使?fàn)t排對煤粒的下行速度進(jìn)行有效控制。中隔墻上設(shè)有中隔墻通氣孔，以提高煤層通風(fēng)能力。在一個(gè)實(shí)施例中，所述預(yù)燃爐排分層設(shè)置，即包括多層活動(dòng)爐排。此時(shí)，所述中隔墻可以依分層布置的活動(dòng)爐排而采用分段布置，每段中隔墻上分別設(shè)有中隔墻通氣孔，以提高煤層通風(fēng)能力。各段中隔墻之間的間隙即可以通風(fēng)， 又可以檢查煤層燃燒狀況和清理焦渣。特別地，參考圖2，在另一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)燃爐排包括上活動(dòng)爐排7和下活動(dòng)爐排5，以及上固定爐排6和下固定爐排4。其中，上活動(dòng)爐排7的行程小于下活動(dòng)爐排5。上固定爐排6設(shè)置于上活動(dòng)爐排7和下活動(dòng)爐排5之間，下固定爐排4設(shè)置于下活動(dòng)爐排5和主爐排1之間。中隔墻分為兩段，形成上中隔墻11和下中隔墻 13 (參考圖2和圖3)，其中下中隔墻13在下活動(dòng)爐排5的斜上方，位置對應(yīng)于上固定爐排 6，并且是使下中隔墻13與傾斜爐排的上固定爐排6之間的夾角向下張口，使得二者之間所形成的煤層下行通道逐漸變大，以便于煤粒流動(dòng)通暢，避免煤層結(jié)焦和結(jié)渣引起的堵煤。與下中隔墻13相對應(yīng)，上中隔墻11設(shè)置在上活動(dòng)爐排7的斜上方，并處于分層給煤裝置10的下方，可以使分層給煤裝置10分離出的大部分大顆粒煤留在上活動(dòng)爐排7上中隔墻11上活動(dòng)爐排7側(cè)的通道內(nèi)，而使大部分小顆粒煤從上中隔墻11的預(yù)燃室15側(cè)下落，另一方面上中隔墻11可以控制與上活動(dòng)爐排7之間通道內(nèi)煤層的厚度。下固定爐排4則水平設(shè)置， 承受更多預(yù)燃爐排上煤層的重量使之不能自由下落，以便配合做水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)的下活動(dòng)爐排5來控制向主爐排輸送燃煤的量。上中隔墻11設(shè)置多個(gè)上中隔墻通氣孔12，下中隔墻 13上設(shè)置多個(gè)下中隔墻通氣孔14，如圖2和圖3所示。在再一個(gè)實(shí)施例中，活動(dòng)爐排的驅(qū)動(dòng)裝置與各層活動(dòng)爐排支架連接的驅(qū)動(dòng)連桿采用空行程可調(diào)的結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同煤種的燃燒特性。對于難燃的無煙煤可增加上層爐排驅(qū)動(dòng)連桿運(yùn)動(dòng)的空行程，以減小活動(dòng)爐排的有效行程，增加上層活動(dòng)爐排水平段上煤粒的燃燒時(shí)間，保障燃燒的連續(xù)性。反之，對于易燃的發(fā)熱量高的煙煤則可減小上層爐排連桿運(yùn)動(dòng)的空行程，以提高預(yù)燃爐整體的燃燒速度，增加下層燃燒煤粒的比例，提高燃燒效率。另外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員易于理解，作為燃燒爐，上述實(shí)施例中還可以包括落渣口 23(圖1中示出)、人孔門(圖2右下部位的方框所示，該結(jié)構(gòu)供爐膛內(nèi)部檢修、運(yùn)行觀察和操作時(shí)使用)等結(jié)構(gòu)，此處不再贅述。再者，上述實(shí)施例中，活動(dòng)爐排雖然使用的是可做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)爐排，但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員易于理解，本發(fā)明也可以采用其它運(yùn)動(dòng)形式的活動(dòng)爐排。即使活動(dòng)爐排采用其它運(yùn)動(dòng)形式，只要上層至下層的活動(dòng)爐排的運(yùn)動(dòng)使得輸煤速度逐次增大，同樣可以達(dá)到增加新煤的點(diǎn)燃時(shí)間避免爐排運(yùn)行較快時(shí)燃燒中斷，又可給主爐排輸送足量的煤提高解耦燃燒爐在大負(fù)荷下的運(yùn)行能力的技術(shù)效果。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還提供了一種基于上述解耦燃燒爐的解耦燃燒方法， 參考圖1、2、3，該方法主要包括以下步驟1)煤炭經(jīng)分層給煤裝置10進(jìn)入預(yù)燃室15進(jìn)行熱解氣化，經(jīng)過熱解氣化后的燃料生成半焦和煤氣，根據(jù)熱解氣化的溫度不同，產(chǎn)物中半焦和煤氣的比例也會(huì)隨之發(fā)生變化; 燃料熱解氣化所需要的熱量由進(jìn)入預(yù)燃室的煤在所述預(yù)燃爐排上部分燃燒的自熱方式供給；2)預(yù)燃室中生成的熱解氣化氣在預(yù)燃室中的還原性氣氛下部分燃燒，以抑制NOx 的生成；預(yù)燃爐排上煤層中生成的NOx在穿過煤層和半焦層16過程中，由于上部煤層的還原性氣氛和半焦的還原作用抑制了氮氧化物的生成；3)熱解氣化氣部分燃燒后進(jìn)入主燃燒室首先在局部缺氧的條件下繼續(xù)進(jìn)行燃燒， 可以繼續(xù)降低NOx含量；4)步驟幻產(chǎn)生的煙氣與在主燃燒室的與高溫富氧空氣混合后，在高溫的氧化性氣氛下繼續(xù)燃燒，使還原性氣氛下產(chǎn)生的CO和煙黑燃盡；5)進(jìn)入預(yù)燃室的煤在所述預(yù)燃爐排上部分燃燒所生成的半焦由獨(dú)立控制的預(yù)燃室機(jī)械爐排輸送到主爐排，再隨主爐排進(jìn)入主燃燒室燃盡，燃燒剩余的煤渣隨主爐排運(yùn)動(dòng)離開主燃燒室進(jìn)入落渣口 23 ；主爐排上半焦中生成的NOx在穿過半焦過程中，由于半焦的還原作用抑制了氮氧化物的生成。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，所述步驟1)中，煤炭經(jīng)分層給煤裝置10進(jìn)入預(yù)燃室 15，落在爐排已燃燒的預(yù)燃煤層9上，由于分層給煤裝置10的作用和爐排的向前推動(dòng)，使得顆粒大的煤基本在下層，顆粒小的煤在上層。在上活動(dòng)爐排7上已燃燒煤的引燃下，下層顆粒大的煤首先燃燒，再逐漸引燃上層煤粒，煤被熱解氣化，產(chǎn)生半焦和煤氣； 根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，所述步驟2)中，上進(jìn)風(fēng)室8的空氣穿過上活動(dòng)爐排7 和上固定爐排6，下進(jìn)風(fēng)室2的空氣穿過下活動(dòng)爐排5和下固定爐排4，給其上的煤層提供燃燒用的氧化劑；形成的熱解氣化煤氣在預(yù)燃室15的還原氣氛下燃燒；之后從燃燒室分隔墻17的上部進(jìn)入主燃燒室18燃盡。根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例，所述步驟2、中，一部分熱解氣化煤氣在經(jīng)過半焦層 16時(shí)與下固定爐排4下進(jìn)入的空氣混合，在半焦參與下，發(fā)生復(fù)雜的氧化和還原反應(yīng)，同時(shí)生成CO、CO2、N2、NH3和NOx等氣體。根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例，所述步驟幻中，在預(yù)燃室可以通入調(diào)節(jié)風(fēng)，以根據(jù)煤種或燃燒條件的變化控制該還原性氣氛的最佳過量空氣系數(shù)(氧氣濃度)，達(dá)到抑制NOx 生成的最佳效果。根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例，所述步驟2、中，部分燃燒的煤和半焦隨著往復(fù)爐排 5和7的運(yùn)動(dòng)和煤自重的作用，經(jīng)上固定爐排6、下活動(dòng)爐排5和下固定爐排4逐級向預(yù)燃室后下部移動(dòng)，煤逐步變?yōu)榘虢?，最后被推落到鍋爐主爐排上，在主爐排1的帶動(dòng)下從燃燒室分隔墻17的下部離開預(yù)燃室進(jìn)入主燃燒室18燃盡。根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例，所述步驟4)中，在主燃燒室可以通入二次風(fēng)，以根據(jù)煤種或燃燒條件的變化控制該氧化性氣氛的最佳過量空氣系數(shù)(氧氣濃度)，達(dá)到使可燃物燃盡而鍋爐效率最高的最佳效果。根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例，在步驟1)和2)中由于顆粒大的煤粒不斷向預(yù)燃爐后下部移動(dòng)，直接從分層給煤裝置漏下的粒度小的煤粒始終覆蓋在隨著爐排運(yùn)動(dòng)到后部的粒度大的煤層上部。當(dāng)預(yù)燃爐上粒度小的煤粒堆積到一定量，則會(huì)流動(dòng)到下部，落到鍋爐主爐排上的煤層上。隨著鍋爐主爐排1向后運(yùn)動(dòng)，其上的煤層經(jīng)過一個(gè)燃燒室分隔墻17，厚度將變得更加均勻統(tǒng)一。本發(fā)明中，由于煤層顆粒直徑下大上小的分層布置，使得下部煤層的通風(fēng)條件改善，有利于加快煤燃燒速度。同時(shí)由于小顆粒煤分布在上層，減少了從爐排的下漏損失。由于主爐排上的煤層首先是下部燃燒，然后再點(diǎn)燃上部的煤層，下部煤層供氧充分，燃燒劇烈，上部煤層受下部對流和傳導(dǎo)傳熱強(qiáng)烈，因而燃料更易快速燃燒和充分燃盡，不僅提高了爐排面積有效利用率，對燃料的適應(yīng)性也大大加強(qiáng)。由于煤炭燃燒過程中，不同于傳統(tǒng)機(jī)械爐排爐的煤層的上部受輻射加熱引燃，而是從下部引燃，進(jìn)行下部氧化，上部還原的燃燒； 同時(shí)預(yù)燃室中的煤氣在缺氧的條件下進(jìn)行燃燒；這兩者都使得燃燒中產(chǎn)生的NOx還原反應(yīng)成N2。預(yù)燃室產(chǎn)生的煙氣進(jìn)入主燃燒室后在高溫富氧的條件下繼續(xù)燃燒，CO和煙黑燃盡； 半焦進(jìn)入主燃燒室中燃燒，剩余揮發(fā)分熱解后穿過煤粒表面和半焦層過程中，抑制了氮氧化物的生成。另外，由于煤層經(jīng)過了低溫還原氣氛下的燃燒，更有利降低二氧化硫的排放。 本發(fā)明通過預(yù)燃室爐排和預(yù)燃室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可利用煤炭的半焦還原和熱解氣化氣還原作用，分區(qū)分階段控制，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)降低CO、煙黑、氮氧化物和二氧化硫排放的解耦燃燒。最后應(yīng)當(dāng)說明的是，本發(fā)明的附圖及實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的一種預(yù)燃式機(jī)械爐排解耦燃燒爐結(jié)構(gòu)，但非限制。盡管參照實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行各種組合、修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種預(yù)燃式機(jī)械爐排解耦燃燒爐，包括爐體、主爐排⑴和預(yù)燃爐排；所述爐體的內(nèi)部設(shè)有燃燒室分隔墻(17)，將所述爐體的內(nèi)部空間大體上分隔為上游的預(yù)燃室(15)和下游的主燃燒室(18)，所述主爐排(1)設(shè)于所述爐體下部，所述預(yù)燃室(15)位于所述主爐排(1)前段的上方，所述主燃燒室(18)位于所述主爐排(1)后段的上方；所述預(yù)燃室(15) 與所述主燃燒室(18)通過所述分隔墻(17)上方的煙氣通道以及所述分隔墻(17)下方的煤層通道相連通；所述預(yù)燃爐排位于所述預(yù)燃室(15)內(nèi)，且以一定傾角設(shè)置于所述主爐排 (1)上方，以使煤層沿著該預(yù)燃爐排運(yùn)行至主爐排(1)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)燃式機(jī)械爐排解耦燃燒爐，其特征在于，所述預(yù)燃爐排包括多層活動(dòng)爐排，上層至下層的活動(dòng)爐排的輸煤速度依次增大。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的預(yù)燃式機(jī)械爐排解耦燃燒爐，其特征在于，所述預(yù)燃爐排還包括多層固定爐排，且固定爐排和所述活動(dòng)爐排相間隔布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的預(yù)燃式機(jī)械爐排解耦燃燒爐，其特征在于，所述預(yù)燃爐排上表面呈階梯狀，所述活動(dòng)爐排是可做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)爐排。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)燃式機(jī)械爐排解耦燃燒爐，其特征在于，所述預(yù)燃爐排傾斜設(shè)置以使其上煤層的運(yùn)動(dòng)方向相對于水平線的傾角為20度 80度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)燃式機(jī)械爐排解耦燃燒爐，其特征在于，所述預(yù)燃爐排上方設(shè)有中隔墻，用于維持預(yù)燃爐排上煤層的最佳厚度和頃角。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的預(yù)燃式機(jī)械爐排解耦燃燒爐，其特征在于，所述中隔墻上設(shè)有中隔墻通氣孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的預(yù)燃式機(jī)械爐排解耦燃燒爐，其特征在于，所述預(yù)燃爐排上方設(shè)有中隔墻，用于維持預(yù)燃爐排上煤層的最佳厚度和頃角；所述中隔墻依分層布置的活動(dòng)爐排而采用分段布置，每段中隔墻上分別設(shè)有中隔墻通氣孔，相鄰兩段中隔墻間留有間隙。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的預(yù)燃式機(jī)械爐排解耦燃燒爐，其特征在于，所述預(yù)燃爐排包括上活動(dòng)爐排(7)和下活動(dòng)爐排(5)，以及上固定爐排(6)和下固定爐排(4)，其中，上活動(dòng)爐排(7)的行程小于下活動(dòng)爐排(5)，上固定爐排(6)設(shè)置于上活動(dòng)爐排(7)和下活動(dòng)爐排 (5)之間，下固定爐排(4)設(shè)置于下活動(dòng)爐排(5)和主爐排(1)之間；所述預(yù)燃式機(jī)械爐排解耦燃燒爐還包括上中隔墻(11)和下中隔墻(13)，所述下中隔墻(13)的位置對應(yīng)于所述上固定爐排(6)，并且所述下中隔墻(13)與傾斜爐排的上固定爐排(6)之間的夾角向下張口，使得二者之間所形成的煤層下行通道逐漸變大。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的預(yù)燃式機(jī)械爐排解耦燃燒爐，其特征在于，所述活動(dòng)爐排的驅(qū)動(dòng)裝置與各層活動(dòng)爐排支架連接的驅(qū)動(dòng)連桿采用空行程可調(diào)的結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)燃式機(jī)械爐排解耦燃燒爐，其特征在于，所述解耦燃燒爐還包括分層給煤裝置(10)，該分層給煤裝置(10)設(shè)置于所述預(yù)燃爐排的進(jìn)料口處。
12.一種利用權(quán)利要求1所述的預(yù)燃式機(jī)械爐排解耦燃燒爐的解耦燃燒方法，包括下列步驟1)煤炭進(jìn)入預(yù)燃室進(jìn)行熱解氣化，經(jīng)過熱解氣化后的燃料生成半焦和煤氣；燃料熱解氣化所需要的熱量由進(jìn)入預(yù)燃室的煤在所述預(yù)燃爐排上部分燃燒的自熱方式供給；2)預(yù)燃室中生成的熱解氣化氣在預(yù)燃室中的還原性氣氛下部分燃燒，以抑制NOx的生成；3)熱解氣化氣部分燃燒后進(jìn)入主燃燒室首先在局部缺氧的條件下繼續(xù)進(jìn)行燃燒，繼續(xù)降低NOx含量；4)步驟幻的燃燒所產(chǎn)生的煙氣在主燃燒室與高溫富氧空氣混合后，在高溫的氧化性氣氛下繼續(xù)燃燒，使還原性氣氛下產(chǎn)生的CO和煙黑燃盡；5)進(jìn)入預(yù)燃室的煤在所述預(yù)燃爐排上部分燃燒所生成的半焦由所述預(yù)燃爐排輸送到主爐排，再隨主爐排進(jìn)入主燃燒室燃盡。
全文摘要
本發(fā)明提供一種預(yù)燃式機(jī)械爐排解耦燃燒爐，包括爐體、主爐排(1)和預(yù)燃爐排；爐體的內(nèi)部設(shè)有燃燒室分隔墻(17)，將爐體的內(nèi)部空間大體上分隔為上游的預(yù)燃室(15)和下游的主燃燒室(18)，主爐排(1)設(shè)于所述爐體下部，預(yù)燃室(15)位于所述主爐排(1)前段的上方，主燃燒室(18)位于所述主爐排(1)后段的上方；預(yù)燃室(15)與主燃燒室(18)通過所述分隔墻(17)上方的煙氣通道以及分隔墻(17)下方的煤層通道相連通；預(yù)燃爐排位于預(yù)燃室(15)內(nèi)，且以一定傾角設(shè)置于主爐排(1)上方，以使煤層沿著該預(yù)燃爐排運(yùn)行至主爐排(1)上。本發(fā)明能使預(yù)燃的負(fù)荷與主燃燒負(fù)荷很好地匹配；能夠在提高解耦燃燒爐運(yùn)行負(fù)荷的同時(shí)，避免出現(xiàn)燃燒中斷問題。
文檔編號(hào)F23B10/02GK102563614SQ20111032213
公開日2012年7月11日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月1日
發(fā)明者尚校, 李靜海, 白健康, 蔡連國, 許光文, 郝江平, 高士秋 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所