CN1038446C - 一种抑制氮氧化物的无烟燃煤方法及燃煤炉 - Google Patents
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Abstract
本发明属燃烧技术和燃烧设备领域，具体涉及一种抑制氮氧化物的无烟燃烧的燃煤方法和用该方法设计的燃煤炉。其要点是煤层分为预热干馏区和一次燃烧区，经炉箅进入的空气仅通过一次燃烧区，预热干馏区缺氧干馏产生的可燃物直接经煤层导向进入一次燃烧区，与其中的煤(焦和半焦)和空气混合燃烧，未燃尽的可燃物进入二次燃烧区进一步燃烧，排出物洁净无烟。根据本发明方法设计的燃煤炉可用于加热各种换热器，运用范围广。
Description
本发明属燃烧方法和燃烧设备技术领域。具体涉及一种在燃烧炉内抑制氮氧化物的无烟燃煤方法和用此方法设计的抑制氮氧化物的无烟燃煤炉。
目前，我国许多工业锅炉和民用炉灶都大量燃用散煤，燃烧效率极低，并产生严重的污染，尤其是许多采用间歇给煤的小型炉子，产生的大量黑烟直接排入大气，严重污染环境，浪费能源，成为急待解决的问题。在小型燃煤设备中控制氮氧化物排放还未引起重视。
产生上述问题的主要原因是传统的燃煤炉的燃烧方法很不合理，表现在以下两方面：
1.供风与可燃性挥发份流向相同，在低温区混合(如图1所示)：煤从上方加入，加煤
后，炉温降低，煤发生气化和干馏，产生可燃性挥发份气体，和由燃煤炉底层进入的
空气同向流向低温区，无法进入高温区燃烧。因此，大量可燃气体还未进行充分燃烧
就直接排入大气；
2.供氧分布不合理：在炉中，煤层各部位需氧量不同，而供风却通过整个煤层，因此造
成不合理的氧气分布。尤其是挥发份在有氧气存在的环境中析出，容易生成NO，排
入大气后污染环境。
图1示出由外炉壁(1)围成的现有一般燃煤炉。炉篦(3)上为燃烧室(8)，空气从炉篦进入燃烧室，经下部的燃烧层和上部的新加入煤层直接通过整个燃烧室。上部煤层受下部燃烧层的热作用析出的挥发份与燃烧产生的烟气一同混合，未充分燃烧即排入大气，煤在高温和有氧气存在的环境中析出挥发份时产生NOx，造成严重污染。所以，供风与可燃气体的同向流动及供氧分布的不合理，是煤不能充分燃烧，造成高污染、低效率的主要原因。
为解决上述问题，近年不少发明人从处理干馏气化产生的可燃物角度出发，在燃烧炉上采取了一些措施。如：CN 86 108073 A专利文献记载，将煤着火前产生的干馏气化可燃物从预热挥发室通过鼓风机强制性吸出，然后又引入高温炉膛进行燃烧。此法是将可燃物从炉内引出，又送入炉内高温区烧掉。又如：CN 1056155 A专利文献记载，在炉膛内增加一条加煤煤道，煤道上部有一干馏气体回收管通到炉外，通过此回收管，将干馏气收集后，综合利用。上述两法虽能解决挥发份随供风气流一同排入大气，造成污染的问题，但炉体结构复杂，而且还要另加一套设备，既提高了成本，又消耗了能源。实现起来非常困难。此外，这些方法也不利于消除燃烧产物中生成的NO。
CN 92114741.4“煤低温干馏燃烧器”专利文献提出在锅炉内加装干馏管消除黑烟和粉尘。该方案虽应用了煤的干馏原理，但煤干馏后，产生的可燃气体没有经过燃烧，直接沿干馏管内壁上升，从气体出口处喷出炉外，收集利用。因此不能解决氮氧化物的排放问题。
本发明的目的是提供一种简易的、能使煤高效、无污染燃烧的方法。该方法使空气仅通过煤层的高温燃烧区，而使另一部分煤层干馏产生的可燃物异向流入高温燃烧区混合燃烧，并使该区生成的NO被还原。
本发明的另一目的是根据上述方法设计一种不增加附属设备，使煤在炉内充分燃烧的抑制氮氧化物的无烟燃煤炉。
本发明的目的是这样实现的：
1.设计一种在燃煤炉内抑制氮氧化物的无烟燃烧的燃煤方法：通过炉篦进入燃烧室的
一次空气与燃烧室的煤层接触进行燃烧，该方法包括以下步骤：
·使经炉篦进入的一次空气仅通过部份煤层，这部分煤层形成一次燃烧区，空气
不通过与一次燃烧区煤层连成一体的另一部份煤层，这部分煤层形成预热干馏
室的预热干馏区，煤从预热干馏室的加煤口加入到预热干馏区内；
·预热干馏区是密闭的，煤在密闭的环境下连续地缺氧干馏，使所产生的气态物
质中的氮元素主要以还原性物质NH3的形式存在；
·并只向一次燃烧区提供一次空气，使其燃烧，并在此燃烧区和预热干馏区之间
的压差作用下预热干馏区产生的可燃气体能与一次空气异向地进入一次燃烧区
混合燃烧，其中的还原性物质NH3与一次燃烧区内生成的NO发生反应生成
N2和H2O；
·由重力或提供其它推动力使加入预热干馏区的煤逐渐向一次燃烧区移动并升温，
进入一次燃烧区燃烧，燃尽后的灰渣经炉篦排出；
·使二次燃烧区与一次燃烧区的端面相通，并位于一次燃烧区的下游及排烟装置
的上游，由此在一次燃烧区和二次燃烧区之间形成的压差，使一次燃烧区内未
燃尽的可燃物进入二次燃烧区，并与进入二次燃烧区的二次空气充分混合，进
行二次燃烧，燃烧后的产物经排烟装置排入大气。
2.按上述燃煤方法设计一种抑制氮氧化物的无烟燃煤炉：如图2示，该燃煤炉由外炉
壁(1)、炉腔(2)、炉篦(3)、加煤口(4)、排烟口(5)、排烟装置(6)组成，由外炉
壁(1)围成的炉腔(2)被内炉壁(12)分隔成预热干馏室(7)和燃烧室(8)、两室下
部相通，预热干馏室内的煤层为预热干馏区(11)，该区的煤与一次燃烧区(9)的煤
连成为一整体，排烟口(5)与排烟装置(6)相连。燃烧室(8)分为一次燃烧区(9)和
二次燃烧区(10)，一次燃烧区(9)一端与二次燃烧区(10)相通，另一端设炉篦(3)，
一次燃烧区(9)的煤层位于炉篦(3)的上方，一次进风口(13)位于炉篦(3)的下
方，预热干馏室(7)位于一次燃烧区(9)的上部，并设有带密封装置的加煤口(4)，
二次燃烧区(10)位于一次燃烧区的下游，其上游端设二次进风口(15)，下游端设排
烟口(5)。
3.根据上述燃煤方法设计的抑制氮氧化物的无烟燃煤炉，在预热干馏室(7)内设有构
件(16)，构件(16)与内炉壁(12)之间形成疏气通道(14)。本发明的理论基础是：
煤在惰性气氛中持续加热时发生的一系列物理和化学变化称为干馏(或热解)、干馏形成气态可燃物、液态焦油和固态的半焦或焦炭。这些物质必须在高温下遇氧气才能燃烧。根据煤燃烧的这一特点，确定了本发明的要点是供应的空气应尽量集中在高温燃烧区，而低温煤层则需隔绝空气，在密闭缺氧的环境下进行煤的干馏。在隔绝空气的环境中，煤干馏产生的气态物质中氮元素主要以还原性物质NH3的形式存在；而在有氧气的环境中，挥发份中的氮元素则以NO的形式存在。所以煤隔绝空气干馏，有利于控制NO的产生。如果NO与NH3相遇，则会发生以下反应： ，因此，如能使干馏产物中的NH3和半焦燃烧产生的NO相遇，可以降低NO排放量。
本发明与现有技术相比，带来的积极效果有如下几点：1.本发明找出目前煤不能充分燃烧，在燃烧方法上存在的主要问题是：(1)供风和干
馏(气化)产生的可燃气体流向相同，使可燃气体与氧气在低温区混合，还未充分燃
烧就排入大气，造成污染；(2)煤层中氧气分布不合理，低温区和高温区均供风，既
浪费了能源，又没有使煤充分燃烧。2.本发明根据煤燃烧过程中产生NO的机理，提出了抑制氮氧化物的无烟燃煤的方法，
满足了煤在燃烧不同阶段对温度、氧气的需求，既能使干馏顺利进行，又能使煤干馏
后的半焦与干馏气态产物和空气方便地混合燃烧，从而实现抑制氮氧化物的无烟燃
烧，是一种新的燃煤技术。3.本发明提供的燃烧方法，可降低NO有害气体的排放量，由于挥发份在隔绝空气的
环境中析出，所以不产生NO，而产生还原性物质NH3，NH3直接进入燃烧区后和
NO发生反应。从而有效地降低了NO的排放。4.根据本发明提供的方法设计的燃煤炉，不需另加设备，煤预热干馏产生的可燃气体
直接在炉内燃烧，无黑烟排出，既保护了环境，又降低了成本，节约了能源。5.本发明提供的燃烧方法简单易实现，与现有的燃烧方法兼容性强，能与各种形式的
换热设备配套使用，运用性强，适用范围广，既适合民用炉灶，又适合工业小锅炉。以下是各附图名称：
图1现有燃煤炉示意图；
图2本发明方法的原理图；
图3按本发明方法设计的燃煤炉；
图4预热干馏区中带有栅网构件的燃煤炉；
图5按本发明方法设计的一种燃煤炉结构示意图；
图6按本发明方法设计的一种燃煤炉结构示意图；
图7按本发明方法设计的带有管式换热器燃煤炉结构示意图。以下是附图各部件名称：
(1)外炉壁 (2)炉腔 (3)炉篦 (4)加煤口
(5)排烟口 (6)烟囱(排烟装置) (7)预热干馏室 (8)燃烧室
(9)一次燃烧区 (10)二次燃烧区 (11)预热干馏区 (12)内炉壁
(13)一次进风口 (14)预热干馏区疏气通道 (15)二次进风口 (16)构件
(17)水套 (18)换热烟管 (19)出水阀 (20)进水阀
(21)安全阀 (22)旁路通道 (23)旁路阀门 (24)临时加煤口
(25)密封件 (26)排渣口 (27)绞龙给煤机 (28)撩火口
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的介绍：
实施例1：如图2所示，内炉壁(12)将由外炉壁(1)围成的炉腔(2)分隔成预热干馏室(7)和燃烧室(8)，通过燃烧室(8)下部的炉篦(3)进入一次燃烧区(9)的一次空气与该区内的煤层接触进行燃烧；预热干馏室(7)的加煤口(4)通常处于密封状态，使经炉蓖(3)进入的一次空气仅通过在炉底部的部分煤层，这部分煤层形成一次燃烧区(9)，空气不通过与一次燃烧区(9)煤层连成一体的另一部分煤层，这部分煤层形成预热干馏室(7)的预热干馏区(11)，该区在一次燃烧区(9)的上部，预热干馏区(11)的煤从一次燃烧区(9)吸收热量，一次燃烧区(9)燃烧端面与二次燃烧区(10)连通，煤从预热干馏室(7)的加煤口(4)加入到预热干馏区(11)内，在密闭的环境下连续地缺氧干馏，使煤在密闭的环境下干馏产生的气态物质中氮元素主要以还原性物质NH3的形式存在，由于隔绝空气，NO不会形成；预热干馏室(7)封闭，因此使预热干馏区(11)与一次燃烧区(9)之间形成压差，预热干馏室(7)的压力高于一次燃烧区(9)的压力，这样就保证使从燃烧室(8)的炉篦(3)进入的一次空气仅通过一次燃烧区(9)，满足该区内煤层燃烧时所需的氧气，同时也保证使预热干馏区(11)煤层析出的可燃气体直接经预热干馏区(11)的煤层与一次空气异向进入一次燃烧区(9)混合燃烧，其中的还原性物质NH3与一次燃烧区(9)内半焦燃烧过程中生成的NO发生反应，生成N2和H2O，从而降低了排烟中NO的含量，减少了大气污染。
由煤的自重使加入预热干馏区(11)的煤逐渐向一次燃烧区(9)移动并升温干馏，然后进入一次燃烧区(9)燃烧，燃尽后的灰渣经炉篦(3)排出，如出现结焦时，也可提供其它推动力(如：机械或手工捅火的方式)使煤向下移动。如采用卧式或倾斜的燃煤炉，提供机械推动力使煤运动是必需的。用排烟装置(6)(烟囱或引风装置)使一次燃烧区(9)和二次燃烧区(10)之间形成压差，该压差使一次燃烧区(9)内未燃尽的可燃物进入二次燃烧区(10)、并与经二次进风口(15)进入二次燃烧区(10)的二次空气充分混合，进行二次燃烧，由于氧气的存在可以促进NO和NH3的反应，所以NO含量进一步降低，因此实现了抑制氮氧化物的无烟燃烧，燃烧后的产物经排烟装置(6)排入大气。
实施例2：图3示出按本发明的方法设计的抑制氮氧化物的无烟燃煤炉，该炉由外炉壁(1)、炉腔(2)、炉篦(3)、加煤口(4)、排烟口(5)、烟囱(6)组成，由燃煤炉的外炉壁(1)围成的炉腔(2)被内炉壁(12)分隔成预热干馏室(7)和燃烧室(8)，两室下部相通。燃烧室(8)分为下部的一次燃烧区(9)和与之相连的二次燃烧区(10)，一次燃烧区(9)的上端与二次燃烧区(10)相通，一次燃烧区(9)的下端设有炉篦(3)。预热干馏室(7)内的煤层为预热干馏区(11)，预热干馏区(11)下端的煤与一次燃烧区(9)的煤相连为一整体。预热干馏室的上部设有带密封装置的加煤口(4)，该加煤口与绞龙给煤机(27)相连实现密封。二次燃烧区(10)的下端设有二次进风口(15)，上端设有排烟口(5)，排烟口与烟囱(6)相连。
该炉的燃烧流程为：一次空气经一次燃烧区(9)下部的炉篦(3)进入一次燃烧区(9)，在该区与煤接触使煤燃烧，燃尽后的灰渣从炉篦(3)排出。由于预热干馏室(7)的加煤口(4)封闭，一次空气不能进入预热干馏室(7)内的预热干馏区(11)。从预热干馏室(7)的加煤口(4)加入到预热干馏区(11)的煤在其自身重力作用下依次向一次燃烧区移动。在接近一次燃烧区过程中，温度逐渐升高挥发份逐步析出，干馏后形成的半焦进入一次燃烧区(9)，预热干馏析出的可燃气则自上往下通过预热干馏区(11)的煤层进入到一次燃烧区(9)，并在一次燃烧区(9)内与异向流入该区的一次空气混合燃烧，在一次燃烧区(9)中未燃尽的可燃性气体物质流入二次燃烧区(10)内，与从二次进风口(15)引入的二次空气混合进行二次燃烧，使从排烟口(5)排入烟囱(6)的尾气洁净无烟，抑制NO排放的原理同实施例1。
实施例3：图4示出的抑制氮氧化物的无烟燃煤炉在预热干馏区(11)内设有栅网式的构件(16)，在图示中，构件(16)与内炉壁(12)之间形成可使干馏产生的气体产物通过预热干馏区(11)进入燃烧室一次燃烧区(9)的疏气通道(14)，以促进该区析出的干馏气体产物向一次燃烧区流动。栅网构件(16)可设在预热干馏区(11)的不同部位，但以使可燃物尽可能在一次燃烧区(9)出口端进入该区为宜，这样可更有效地降低NO的产生，疏气通道的形成也可采用不同的方式，只要能为预热干馏区(11)内的可燃气方便地进入一次燃烧区(9)提供疏气通道(14)即可，疏气通道(14)的阻力不能太大以防止预热干馏室(7)内可燃气聚集。
该实施例还示出抑制氮氧化物的无烟燃煤炉的预热干馏室(7)的加煤口是通过密封件(25)插入到加煤口(4)的水封槽中实现密封。水封槽中长期保持有水，效果更好，当需加煤时揭开密封件(25)，加完后再封上，以保持预热干馏室密闭。
实施例4、5：图5、图6示出的抑制氮氧化物的无烟燃煤炉的预热干馏室(7)设在炉腔(2)的中心，预热干馏室(7)的壁即为内炉壁(12)，内炉壁与外炉壁(1)之间形成的环形空间和预热干馏室(7)下端与炉篦(3)之间的空间一起形成燃烧室(8)，燃烧室(8)中的煤层为一次燃烧区(9)，一次燃烧区(9)上部的环形空间为二次燃烧区(10)。二次风从二次燃烧区(10)下部的外炉壁一侧进入。炉篦(3)均设在燃烧室的底部，空气经炉篦(3)进入，灰渣也从炉篦(3)排出，图5示出的燃煤炉的预热干馏室上端凸出在燃烧室的上端，有利加煤。从二次燃烧区(10)的一侧开排烟口(5)。图6示出的燃煤炉的燃烧室的二次燃烧区(10)向上延伸，完全包围预热干馏室(7)，预热干馏室(7)的上端即为加煤口(4)，二次燃烧区(10)则向上延伸并收缩为排烟口(5)。
图4、图5和图6所示的燃煤炉的燃烧流程与图3所示的燃煤炉的燃烧流程相同。
实施例6：图7是本发明设计的抑制氮氧化物的无烟燃煤炉与换热器组装而形成的一种抑制氮氧化物的无烟热水锅炉示意图。即用本发明设计的抑制氮氧化物的无烟燃煤炉加热各种形式的换热器，如图7所示，在图4所示的燃煤炉的二次燃烧区(10)上部及周围安装换热器，该换热器由环周水套(17)和换热烟管(18)组成，换热烟管(18)设在水套(17)内，水套(17)下部设有热水出水阀(19)，上部设有冷水进水阀(20)及安全阀(21)，二次燃烧区下部设有临时加煤口(24)。为平衡预热干馏室(7)与烟囱(6)内的压力，旁路通道(22)连通了预热干馏室和烟囱(6)，旁路通道(22)上设有旁路阀门(23)。一次燃烧区(9)的炉篦(3)上方设有排渣口(26)，加煤口(4)用水封方法实现密封。形成预热干馏区(11)的可燃物疏气通道(14)的构件(16)由一束与水套(17)一侧相连的下降管构成，为保护水套的下脚圈，在其周围涂有耐火材料。
图7所示的抑制氮氧化物的无烟锅炉的使用方法为：炉子点燃后，换热器吸收燃烧室(8)中一次燃烧区(9)和二次燃烧区(10)产生的热量。二次燃烧区(10)的燃烧尾气通过换热器的换热管(18)流向排烟口(5)，并进入烟囱(6)，尾气的余热被换热管吸收利用。在通常燃烧状态下，旁路通道(22)被旁路阀门(23)所截断，使预热干馏室(7)处于密闭状态，当需加煤时，先打开旁路阀门(23)，平衡预热干馏室(7)与烟囱(6)间的压力，然后打开加煤口(4)上的密封件(25)进行加煤，加完煤后关闭旁路阀门(23)和加煤口(4)的密封件(25)，实现本发明设计的抑制氮氧化物的无烟燃煤炉的燃烧过程。由下降管束构成的构件(16)一方面为可燃物提供向一次燃烧区(9)流动的疏气通道(14)，另一方面促进了水套(17)下脚圈处的水循环，防止过热损坏。在正常用热阶段，一次进风口(13)处于开放状态，二次燃烧区(10)上的临时加煤口(24)处于关闭状态，以形成正常的一次燃烧区(9)与二次燃烧区(10)间的压差，保证正常燃烧。当需要封火时，关闭一次进风口(13)，打开临时加煤口(24)并将二次空气入口(15)开到最大，实现封火。如需快速封火降温，则从临时加煤口(24)加入适量煤，从而达到快速封火的目的。需要升火时，关闭临时加煤口(24)，打开一次进风口(13)，二次进风口(15)根据情况决定其开度。排渣口(26)用于排放一次燃烧区的灰渣，如出现结焦，则通过设于外炉壁一侧的撩火口(28)处理。
Claims (3)
1.一种在燃煤炉内抑制氮氧化物的无烟燃烧的燃煤方法，通过炉篦进入燃烧室的一次空气与燃烧室的煤层接触进行燃烧，其特征在于包括以下步骤：
·使经炉篦进入的一次空气仅通过部份煤层，这部分煤层形成一次燃烧区，空气不通
过与一次燃烧区煤层连成一体的另一部份煤层，这部分煤层形成预热干馏室的预热
干馏区，煤从预热干馏室的加煤口加入到预热干馏区内；
·预热干馏区是密闭的，煤在密闭的环境下连续地缺氧干馏，使所产生的气态物质中
的氮元素主要以还原性物质NH3的形式存在；
·并只向一次燃烧区提供一次空气，使其燃烧，并在此燃烧区和预热干馏区之间的压差
作用下预热干馏区产生的可燃气体能与一次空气异向地进入一次燃烧区混合燃烧，
其中的还原性物质NH3与一次燃烧区内生成的NO发生反应生成N2和H2O；
·由重力或提供其它推动力使加入预热干馏区的煤逐渐向一次燃烧区移动并升温，进
入一次燃烧区燃烧，燃尽后的灰渣经炉篦排出；
·使二次燃烧区与一次燃烧区的端面相通，并位于一次燃烧区的下游及排烟装置的上
游，由此在一次燃烧区和二次燃烧区之间形成的压差，使一次燃烧区内未燃尽的可
燃物进入二次燃烧区，并与进入二次燃烧区的二次空气充分混合，进行二次燃烧，
燃烧后的产物经排烟装置排入大气。
2.一种按权利要求1所述的燃煤方法设计的抑制氮氧化物的无烟燃煤炉，由外炉壁(1)、炉腔(2)、炉篦(3)、加煤口(4)、排烟口(5)、排烟装置(6)组成，由外炉壁(1)围成的炉腔(2)被内炉壁(12)分隔成预热干馏室(7)和燃烧室(8)，两室下部相通，预热干馏室内的煤层为预热干馏区(11)，该区的煤与一次燃烧区(9)的煤连成为一整体，排烟口(5)与排烟装置(6)相连，其特征在于：燃烧室(8)分为一次燃烧区(9)和二次燃烧区(10)，一次燃烧区(9)一端与二次燃烧区(10)相通，另一端设炉篦(3)，一次燃烧区(9)的煤层位于炉篦(3)的上方，一次风进风口(13)位于炉篦(3)的下方，预热干馏室(7)位于一次燃烧区(9)的上部，并设有带密封装置的加煤口(4)，二次燃烧区(10)位于一次燃烧区的下游，其上游端设二次进风口(15)，下游端设排烟口(5)。
3.根据权利要求2所述的抑制氮氧化物的无烟燃煤炉，其特征在于：在预热干馏室(7)内设有构件(16)，构件(16)与内炉壁(12)之间形成疏气通道(14)。
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| CN2141027Y (zh) * | 1991-11-16 | 1993-08-25 | 戴瑞乐 | 煤的燃烧炉 |
-
1995
- 1995-03-07 CN CN95102081A patent/CN1038446C/zh not_active Expired - Fee Related
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