CN101368724B - 煤热解层燃装置及其燃烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤热解层燃装置及其燃烧方法，包括：一层燃炉，炉体内部分为上方和下方均相通的上游氧化热解室和下游炉排层燃室，煤与脱硫剂混合后从料斗送入氧化热解室中部分氧化热解，产生的可燃气体和较小半焦颗粒从上连通口溢流或被气流夹带进入机械炉排层燃室，而较大半焦颗粒落到机械炉排上并进入层燃室燃烧，机械炉排层燃室内设有前拱和后拱以组织炉内气流场；该发明利用不同粒径煤粒的流化特性及氧化热解室内热容量高的特点实现不同粒径煤粒的自然分离和煤的快速氧化热解，可减少炉排漏煤损失和炉排前段低温导致的不完全燃烧损失，并通过结合热解脱硫和燃烧脱硫以及利用煤自身热解产物形成再燃脱硝，减少SO_x和NO_x污染物的排放量。

Description

煤热解层燃装置及其燃烧方法 

技术领域

本发明属于洁净能源技术领域，特别涉及一种可以提高燃煤工业锅炉燃烧效率，实现无烟、低氮氧化物和硫氧化物排放的煤热解层燃装置及其燃烧方法。 

背景技术

我国煤炭资源丰富，2004年已探明的煤炭储量为1145亿吨，约占常规能源探明储量的87.4％。我国能源分布所具有的“缺油、少气、富煤”特点以及煤炭价格较低导致在我国的能源消费结构中煤炭占有主导地位，并在今后相当长的一段时期内，煤炭的这一基础能源地位不会动摇。我国的燃煤工业锅炉大约有53万台，其年耗煤量约占我国年耗煤量的1/3。目前，我国所采用的工业锅炉主要采用层燃方式(链条炉和往复推动炉排炉为主)，由于所采用的煤粒度分布较宽，一些较小的煤粒落到炉排上后会透过炉排缝隙直接进入灰渣室，漏煤损失较大，而且为了降低烟黑排放往往采用较高的过量空气系数，这不仅增大了排烟损失和飞灰损失，而且还导致了较高的NO_x排放，因此现有的工业层燃设备普遍存在热效率低，NO_x排放较高的问题。此外，由于采用宽组分，大颗粒的燃料，脱硫剂很难与煤混合均匀，而且炉排上燃料层温度较高，容易导致脱硫剂的烧熔失活，因而层燃炉中的脱硫效率较低。随着环保意识的日益加强，我国对控制工业锅炉的污染物排放日益重视。2002年，我国颁布的环境法禁止小容量(1t/h以下)锅炉使用原煤，并在《中国21世纪议程——中国21世纪人口、环境和发展白皮书》中提出要重点进行“致酸物质实用控制技术，氮氧化物实用控制技术”、“煤炭高效清洁燃烧技术及工业窑炉节能与低污染技术”等领域的科学研究和技术开发。因此，结合层燃工业锅炉燃烧特点，设计开发高效、低污染的层燃设备具有十分重要的经济和环保价值。 

发明专利“燃煤锅炉的低污染高效率燃烧方法及燃烧装置”(申请号： 200610011353.7)申请公开了一种层燃锅炉的低污染高效燃烧方法。但由于该专利所提供的流化床热解炉位于层燃炉炉膛之外，连接输送通道结构对半焦的流动性以及流化床内燃料的流化影响很大，流化床内热解与层燃炉内燃烧较难匹配，特别是对于小容量层燃炉，影响更为突出。此外，设置外部流化床热解室会增大整体设备的体积及其复杂性，因此该专利技术的经济性和推广性较差。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有层燃装置的缺陷，从而提供一种热解与层燃炉内燃烧匹配性好的煤热解燃烧层燃装置。 

本发明的另一目的是提供一种用于上述煤热解层燃装置的燃烧方法。 

本发明一方面提供了一种煤热解层燃装置，包括： 

一层燃炉炉体3、一氧化热解室4、设于所述炉体3下部的炉排11和设于所述炉排11后段上方的层燃室14，所述炉排11后段覆盖有半焦燃烧层10，用于连接所述氧化热解室4和所述层燃室14的上连通口15和下连通口16，所述氧化热解室4位于所述炉体3内部，并且被设置在所述炉排11前段的上方。 

上述煤热解层燃装置中，所述氧化热解室4可采用固定床或流化床。 

进一步地，所述氧化热解室4下部设有送风装置5。 

进一步地，所述送风装置5可采用双面墙内布置方式、单面墙内布置方式或管式布置方式。 

上述煤热解层燃装置中，所述氧化热解室4的上部设有缩径。 

上述煤热解层燃装置中，所述层燃室内还设有用于对从所述上连通口流出的流体进行导流的前拱。 

进一步地，所述前拱还对所述层燃室内的烟气起导流作用。 

进一步地，所述前拱设置在所述上连通口15附近，并与水平方向成10-90°设置。 

上述煤热解层燃装置中，所述层燃室内还设有后拱，所述后拱位于所述半焦燃烧层上方，并与水平方向成0-45°设置。 

另一方面，本发明提供了一种用于上述的煤热解层燃装置的燃烧方法，包括以下步骤： 

(1)将煤与脱硫剂混合后送入所述氧化热解室中，在500-1200℃进行部分氧化热解； 

(2)部分热解产生的可燃气体和较小的半焦颗粒在流化或气流夹带作用下从上连通口15进入层燃室14中，一部分较小的半焦颗粒堆积在所述半焦燃烧层10上燃烧，另一部分较小的半焦颗粒与可燃气体和烟气在主燃区9中混合并强烈燃烧； 

(3)较大的半焦颗粒穿过氧化热解室落到下方的炉排11上，随着炉排11的移动，穿过下连通口16进入层燃室14内燃烧，生成的灰渣被排出。 

本发明在层燃设备内部的炉排前段增加一氧化热解室，与现有层燃设备相比具有如下优点： 

(1)位于炉排前段的氧化热解室内温度为500-1200℃，因此煤热解层燃设备中炉排前段的低温阶段被热容量较高的氧化热解室替代，可以加快煤干燥、升温过程，减少炉排前段低温、燃料着火、燃烧缓慢导致的不完全燃烧损失。采用的氧化热解室结构简单，易于实现，而且相对于普通层燃设备，煤热解层燃设备的体积并没有增大； 

(2)由于氧化热解室具有较高的热容量，而且煤的热解氧化温度和速度易于控制，能够确保煤部分氧化热解产生的半焦向下游层燃室稳定移动并实现氧化热解室内的热解速度与层燃室中半焦燃烧速度之间的较好匹配，不会出现半焦供给不足的现象，因而对大容量工业锅炉系统具有很好的适应性； 

(3)将脱硫剂与煤同时送入氧化热解室内进行部分氧化热解，一方面可使脱硫剂与可燃气体充分接触反应，脱除可燃气体中的硫化物，实现热解脱硫，另一方面，部分未反应的脱硫剂可以均匀分布在半焦颗粒表面及其内孔中，当半焦颗粒在层燃室内燃烧时，能更有效的吸收半焦燃烧释放的SOx，提高燃烧过程的脱硫效率。此外，由于煤的挥发分燃烧与半焦燃烧分开进行，炉 排上半焦层的燃烧温度较低，可有效避免燃料层内局部高温引起的脱硫剂失活，提高燃烧过程脱硫效率； 

(4)煤在氧化热解室中部分氧化热解生成的可燃气体和小颗粒半焦颗粒从上连通口进入层燃室时，可在主燃区上部形成一个富燃料区，还原主燃区下部燃烧产生的NO_x，减少燃料氮向NO_x的转化； 

(5)煤在氧化热解室内部分氧化热解的同时，粒度较小的半焦颗粒会在流化或夹带作用下从上连通口进入层燃室中，而大颗粒半焦则落在氧化热解室下方的炉排上，因此可以利用不同粒径煤粒的流化特点在上游氧化热解室内实现不同粒径半焦颗粒的自然分离，在炉排上形成了大颗粒在下，小颗粒在上的料层分布，炉排的漏煤损失明显减少，有利于提高整体燃烧效率； 

(6)在前拱作用下，从氧化热解室进入层燃室的可燃气体和较小半焦颗粒会发生折流，不仅可以有效防治这些可燃成分直接进入层燃室炉膛上部，随烟气直接排出，而且在后拱和前拱的配合下，层燃室主燃区内气流的混合扰动增强，延长了可燃成分以及烟气在高温主燃区内的停留时间，有利于提高燃料的燃尽程度； 

(7)由于将氧化热解室设置在层燃炉炉膛之内，避免了连接输送通道结构对半焦流动性的影响，解决了输送通道结构对氧化热解室内热解与层燃炉内燃烧匹配的影响，同时，采用内置的氧化热解室还可以减小整体设备的体积及其复杂性。 

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中： 

图1为本发明实施例1氧化热解室送风装置双面墙内布置的煤热解层燃装置示意图。 

图2为本发明实施例2氧化热解室送风装置管式布置的煤热解层燃装置示意图。 

图3为本发明实施例3氧化热解室送风装置单面墙内布置的煤热解层燃装置示意图。 

附图标记 

1-料斗               2-隔墙             3-层燃炉炉体 

4-氧化热解室         5-送风装置         6-锅筒 

7-前拱               8-后拱             9-主燃区 

10-半焦燃烧层        11-机械炉排        12-层燃室风室 

13-灰渣室            14-层燃室          15-上连通口 

16-下连通口          17-前墙            18-缩径 

19-送风管 

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的描述。 

实施例1 

本实施例的煤热解层燃装置如图1所示，包括：一层燃炉炉体3，炉体3内部被隔墙2分为上游的氧化热解室4和下游的层燃室14，氧化热解室4位于机械炉排11前段的上方，与层燃室14通过上连通口15和下连通口16相通，氧化热解室4下部设有双面墙内布置的送风装置5，送风装置5由分别布置在层燃炉前墙17和隔墙2中的两个墙内风室组成。所述隔墙2在送风装置5的上方设有一缩径18以增强氧化热解室内的气固混合效果。层燃室14炉膛内的还设有前拱7和后拱8，所述前拱7位于上连通口15附近，与水平面呈90°布置，炉排后拱8位于机械炉排11后段的上方，与水平面成30°布置；炉排11的下部设有风室12，炉排11末端设有灰渣室13，起换热作用的锅筒6设置在所述层燃室上方。所述前拱与水平方向的角度在10-90°均可，所述后拱与水平方向的角度应当在0-45°。 

燃烧过程中，脱硫剂按照煤中含硫量的0-5倍摩尔比与煤混合，并从料斗1中送入氧化热解室4中，当与双面墙内布置的送风装置5中送入的空气接触后在800℃的温度下部分氧化热解，一般来说，部分氧化热解温度范围 为500-1200℃； 

热解生成的较小半焦颗粒与可燃气体从上连通口15溢流或被气流夹带进入层燃室14，在前拱7的引导下，可燃气体和较小半焦颗粒发生折流，一部分半焦颗粒会落在机械炉排11上的半焦层10上燃烧，另一部分半焦颗粒和可燃气体进入主燃区9与烟气强烈混合燃烧； 

热解生成的大粒度半焦颗粒穿过氧化热解室后落在下方的机械炉排11的前段，随着机械炉排11的移动，穿过下连通口16进入层燃室14内与风室12中送入的空气接触开始燃烧，在逐渐燃尽的同时随炉排11的缓慢移动排入炉排11末端的灰渣室13。燃烧过程中，产生的烟气进入层燃室14上部，加热锅筒6内工质后排出层燃炉3。 

上述燃烧过程中，脱硫剂的比例一般为煤的含硫量的0-5倍摩尔比，部分氧化热解的温度应当控制在500-1200℃。 

燃烧过程中，脱硫剂与煤一起进入氧化热解室4进行部分氧化热解，脱硫剂一方面能够脱除可燃气体中的硫化物，实现热解脱硫，另一方面，脱硫剂能够均匀分布在半焦颗粒表面及其内孔中，提高半焦颗粒在层燃室内燃烧时的脱硫效率。此外，如图1所示，可燃气体和较小半焦颗粒从上连通口15折流进入层燃室时，在主燃区9上部形成一个富燃料区，可以减少NO_x的排放量。 

实施例2 

本实施例的煤热解层燃设备如图2所示，包括一炉体3和料斗1，所述炉体3下部设有机械炉排11和风室12，炉排11的后段覆盖有半焦层10，所述炉体3内部被隔墙2分割成氧化热解室4和层燃室14，所述料斗1下部与所述氧化热解室4连通，所述氧化热解室4通过上连通口15和下连通口16与所述层燃室14相通，在层燃室14内所述上连通口15附近设有前拱7，所述前拱7与水平方向成45°，层燃室14中还设有与水平方向成30°的后拱8，且所述后拱8位于半焦层10上方。所述氧化热解室4为一流化床，并采用管式布置的送风装置5，送风装置5由一排具有一定间隙的送风管组成， 流化空气从送风管19上的孔中送入。管式布置的送风装置5适用于粘结性差的煤的热解燃烧，其气封作用较强，能够更有效的防止热解产生的可燃气体以及较小颗粒向下流动。燃烧过程中，煤热解生成的可流化的较小半焦颗粒与可燃气体从上连通口15溢流进入层燃室14，而生成的不能流化的大粒度半焦颗粒则穿过送风管19之间的间隙落在下方的机械炉排11的前段，随机械炉排11的移动穿过下连通口16进入层燃室14内燃烧。 

实施例3 

本实施例的煤热解层燃设备的氧化热解室4为一固定床，采用单面墙内布置的送风装置5，如图3所示，送风装置5由布置在层燃炉前墙17内的墙内风室组成，其他结构与实施例1相同。单面墙内布置的送风装置适用于较小规模的层燃炉，结构简单。燃烧过程中，煤在氧化热解室中热解生成的较小半焦颗粒与可燃气体从上连通口15溢流或被气流夹带进入层燃室14，而生成的大粒度半焦颗粒则穿过氧化热解室后落在下方的机械炉排11的前段，随着机械炉排11的移动，穿过下连通口16进入层燃室14内燃烧。 

本发明结合工业锅炉用煤具有宽组分、大颗粒的特点，通过在层燃设备内部的炉排前段增加一氧化热解室，利用不同粒径煤粒的流化特性以及氧化热解室内热容量较高的特点实现不同粒径煤粒的自然分离以及煤的快速氧化热解，并通过结合热解脱硫和燃烧脱硫以及利用煤自身热解产物形成再燃脱硝，能够降低不完全燃烧损失，减少SO_x和NO_x污染物的排放量，是一种高效清洁的燃煤技术，其设备结构简单，在原有工业层燃锅炉中易于改造实现，具有很强的应用推广性。 

以上已结合具体实施方式对本发明作了具体说明，本领域技术人员应当理解，本发明所述具体实施方式的所有变体、变型、替代方式和等同物均在本发明的范围之内。 

Claims (8)

1.一种煤热解层燃装置，包括：

一层燃炉炉体(3)、氧化热解室(4)、设于所述炉体(3)下部的炉排(11)和设于所述炉排(11)后段上方的层燃室(14)，所述炉排(11)后段覆盖有半焦燃烧层(10)，所述氧化热解室(4)通过上连通口(15)和下连通口(16)与所述层燃室(14)相通，所述氧化热解室(4)位于所述炉体(3)内部，并且被设置在所述炉排(11)前段的上方；

其中所述层燃室(14)内还设有用于对从所述上连通口(15)流出的流体进行导流的前拱(7)。

2.根据权利要求1所述的煤热解层燃装置，其特征在于，所述氧化热解室(4)为固定床或流化床。

3.根据权利要求1所述的煤热解层燃装置，其特征在于，所述氧化热解室(4)下部设有送风装置(5)。

4.根据权利要求3所述的煤热解层燃装置，其特征在于，所述送风装置(5)采用双面墙内布置方式、单面墙内布置方式或管式布置方式。

5.根据权利要求1所述的煤热解层燃装置，其特征在于，所述前拱(7)还对所述层燃室内的烟气起导流作用。

6.根据权利要求1所述的煤热解层燃装置，其特征在于，所述前拱(7)位于所述上连通口(15)附近，并与水平方向成10-90°设置。

7.根据权利要求1所述的煤热解层燃装置，其特征在于，所述层燃室内还设有后拱(8)，所述后拱(8)位于所述半焦燃烧层(10)上方，并与水平方向成0-45°设置。

8.一种用于权利要求1-4任一项所述的煤热解层燃装置的燃烧方法，包括以下步骤：

(1)将脱硫剂按照煤的含硫量的0-5倍摩尔比与煤混合后送入氧化热解室(4)中，在500-1200℃部分氧化分解；

(2)部分热解产生的可燃气体和较小的半焦颗粒在流化或气流夹带作用下从上连通口(15)进入层燃室(14)中，一部分较小的半焦颗粒堆积在所述半焦燃烧层(10)上燃烧，另一部分较小的半焦颗粒与可燃气体和烟气在所述层燃室内的主燃区(9)中混合并强烈燃烧；

(3)部分热解产生的较大的半焦颗粒穿过氧化热解室(4)落到下方的炉排(11)上，随着炉排(11)的移动，穿过下连通口(16)进入层燃室(14)内燃烧，生成的灰渣被排出。 

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