CN104197318B

CN104197318B - 洁净煤绿色低氮燃烧高效节能减碳炉

Info

Publication number: CN104197318B
Application number: CN201410479938.6A
Authority: CN
Inventors: 沈斌; 沈中文; 沈周成
Original assignee: SICHUAN GANGLION ENVIRONMENT PROTECTION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SICHUAN GANGLION ENVIRONMENT PROTECTION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2017-03-22
Anticipated expiration: 2034-09-19
Also published as: CN104197318A

Abstract

本发明公开了一种洁净煤绿色低氮燃烧高效节能减碳炉，属于环保技术节能领域。本发明的洁净煤绿色低氮燃烧高效节能减碳炉，包括炉体，所述炉体内设有层渐式燃烧床，所述燃烧床的顶部处设有储料煤斗，所述燃烧床的底部处设有出渣口；所述燃烧床的层渐篦设为燃料推送板，该燃料推送板通过推杆连接于耐热气缸上，所述耐热气缸连接并受控于控制系统上。本发明的洁净煤绿色低氮燃烧高效节能减碳炉，通过改善燃料进度与空气控供给的结合；再结合层渐式炉篦以及滚动挤压燃烧方式的设计；将炉内烟气自产生轴力增大火焰散热面积降低火焰温度；从而控制NOx生成量，以高效节能实现减排CO2和N2O温室气体。

Description

洁净煤绿色低氮燃烧高效节能减碳炉

技术领域

本发明涉及环保技术领域，尤其是一种高效节能减碳炉。

背景技术

自从20世纪80年代后期，世界进入知识经济和持续发展时代。可持续发展战略共识的要点是：社会经济的发展不应超越环境允许的限度。人类的发展，绝不可凭借技术和资金，耗竭资源，能源牺牲环境，毁坏生态来取得，而应坚持与自然环境相和谐的科学发展方式，追求高质量的精神文明和物质文明的生活。环境科学告诫我们，大气环境资源并不是无穷尽的，如同水资源和矿物资源一样，它是人类共同拥有的财富，必须世代加以保护，高度珍惜和合理利用。

烟气脱硝与脱硫，通常都是从烟气中除去相应污染物的最有效的保障性末端技术，在减排过程中也占有重要地位，但是脱除氮氧化物投资大，效率低，“十二五”将是我国全面管控硫氮污染的时期，接下来还将从火电锅炉延伸到热电、冶金、建材、化工、陶瓷、炭素、垃圾焚烧等行业的脱汞，去除微尘（pm10、pm25、pm1.0-0.5）；还有挥发性有机物(VOCs),二恶英、苯并(a)芘类有机污染物。都将纳入大气污染法治理，形势逼人，事在必行！

所谓的NO_X，是指一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO₂）的总称，化学缩写式NO_X，NO_X是构成大气污染和产生光化学烟雾的根由物质之一，污染危害广泛，往往是全球性的。目前全世界的三个大气环境问题是：气候变化温室效应（根由CO₂、CH₄、N₂O）；酸性降水（根由SO₂、NO_X）；臭氧层破坏（根由CCIF、NO_X）。在造成上述大气环境问题的污染物中，NO_X占据三项、NO_X既是硝酸型酸雨的基础，又是形成光化学烟雾，破坏臭氧层的主要物质，具有很强的毒性，对人体健康、环境、生态的危害以及对社会经济的破坏极大。NO能使人中枢神经麻痹和室息死亡。NO₂会造成哮喘和肺气肿，破坏心肺肾及血组织甚至死亡，其毒性比NO更强。NO₂在大气中参与一系列的光化学反应，生成O₃和PAN（过氧乙酰硝酸酯）一类的光化学氧化剂。这种二次污染物是浅蓝色的毒性烟雾、毒性比一次污染物强得多。如N₂O俗称笑气，积聚在平流层中，是一种温室气体，其温室效应比CO₂高200倍以上，且成活30多年～40年，对大气造成严重的污染。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种洁净煤绿色低氮燃烧高效节能减碳炉，通过改善燃料进度与空气控供给的结合；再结合层渐式炉篦以及滚动挤压燃烧方式的设计；将炉内烟气自产生轴力增大火焰散热面积降低火焰温度；从而控制NO_X生成量。煤加入水或引入蒸气从炉排下随空气负压通入还原段，产生的氢进入燃烧区，加剧氧化段与还原段辐射热，采用合适的二次燃料特别是烃类气体燃料，使再燃区还原段内有足够高的温度和停留时间就可基本完成NO_X的还原，从而减少NO_X的排放，减少环境污染。

本发明采用的技术方案如下：

本发明的洁净煤绿色低氮燃烧高效节能减碳炉，包括炉体，所述炉体内设有层渐式燃烧床，所述燃烧床的顶部处设有储料煤斗，所述燃烧床的底部处设有出渣口；所述燃烧床的层渐篦设有燃料推送板，该燃料推送板通过螺杆式空压机、储气罐、干燥冷却机与推杆连接于耐热气缸上，所述耐热气缸连接并受控于控制系统上。

由于采用上述结构，可根据化石燃料（气、油、煤）燃烧过程，实质就是化学反应的全过程，同时也是污染物制造的过程基理；为了控制NO_X的生成，因燃烧过程产生NO_X中90%以上是NO，其次才是NO₂仅占5%～10%。故发明控制NO着手。发明为使其低氮燃烧技术，抵制NO_X的生成。低氮燃烧技术是先将燃料即洁净煤燃烧技术，实现源头氧化治黑烟而无黑烟。用催化还原NO_X实现治NO_X脱硝，同时炉内固硫而脱除SO_x，经科学的燃烧实现高效节约资源和能源30%～50%；从而减少CO₂的排放达40%～50%以上！其具体措施是：（A）以创造空气分级分段燃烧方式；（B）再燃法燃料富集贫氧分级分段燃烧法；（C）匹配低NO_X混合燃烧器床；（D）炉膛扩伸分层渐式低NO_X燃烧床；（E）自然低氮型成燃烧与自然还原气氛还原；（F）发明SCR催化还原剂匹配在炉内绿色低氮燃烧工艺治污还原。燃料在炉内绿色燃烧同时又高效节能，而且又实现减少二氧化碳同时又催化治汞，治理项目过程多项控制最经济，最实用最有效的办法。

本发明的洁净煤绿色低氮燃烧高效节能减碳炉，所述层渐式燃烧床由若干床层面板呈层渐搭接形递进式布置，每级床层面板上均设有可相对滑动的燃料推送板，其中位于最顶层床层面板上的燃料推送板配合于储料煤斗的口部处，其余燃料推送板均置于上一级床层面板之下；在所述床层面板的两侧边上设有护边，在床层面板上靠近边部处设置的U形凹槽内布置有还原剂与氧化催化剂；其中床层面板包括闭式面板和孔式面板，其中孔式面板上设有若干的长条斜缝孔。

由于采用上述结构，炉篦（层渐式燃烧床）的第一块床层面板采用无缝供氧，则第一级的第一段为干燥段即贫氧富料段，第一级的第二段为干馏段，均氧均料（J）反应强烈低NO_X着火燃烧段；此段炉温为100℃～200℃；使其混合燃烧型、多段燃烧型、阶梯滚动燃烧型，切向燃烧型，低NO_X燃烧的炉膛设为扩展伸化分割燃烧室段与切向燃室相组合燃烧（炉后设干法催化尾气净化装置）。低NO_X燃烧技术以炉内巧妙地设燃烧催化床，布局呈层渐式炉排，每层床板四周设△型槽或U形槽，床面前设控氧斜板一次性注入SCR催化还原剂，在第二段100℃～200℃受热效反应，催化传质作用下的还原工艺，以燃料中干馏时产生碳氢化合物以烃类产生的NH₃（氨）为还原剂将NO_X还原成N₂、CO₂和H₂O。炉内反应室的第二段燃料中含有水分，在炉温及催化作用下产生氢（H₂），碳在干馏反应时产生一氧化碳（CO），两种气体协同NO_X还原N₂和H₂O。燃料在进入第三阶段时为氧化段。炉篦床△型槽注有催化氧化剂，当燃料煤开始着火燃烧时，通常煤受热缺氧脱氢断链反应就要释放大量的游离碳（黑烟），历经几千年来是无法克服的现象，在该洁净煤绿色低氮燃烧技术三段后端，使聚集的富氧快速渗透到煤粒炭氢支链中，引发强烈的化学氧化反应，致使充分强化燃烧，将黑烟的游离碳提前生成CH₄和CO，气体快速充分燃烧殆尽。故无黑烟，既解决了环保业历史困惑问题和当今现实难题，同时化害为利，变害为热能充分有效利用热能；从而实现高效节能。节能就是有效利用能源，合理高效利用，由于炉内科学合理的设计，提高了炉内的热效率达96%～98%；其煤渣都不能带走残余热量，从而节能实现35%～50%的节能效益。

本发明的洁净煤绿色低氮燃烧高效节能减碳炉，其中位于最顶层床层面板采用闭式面板，其余床层面板采用孔缝式面板；其中所述层渐式燃烧床采用RTQA122、耐热合金钢Cr25或Ni20铸造而成；所述耐热气缸采用聚四氟乙烯制成。

由于采用上述结构，炉篦（层渐式燃烧床）的第一块床层面板采用无缝供氧，则第一级的第一段为干燥段即贫氧富料段，第一级的第二段为干馏段，（均氧均料）（J）反应强烈低NO_X着火燃烧段；此段炉温为100℃～200℃；使其混合燃烧型、多段燃烧型、阶梯滚动燃烧型，切向燃烧型，低NO_X燃烧的炉膛设为扩展伸化分割燃烧室段与切向燃烧室相组合燃烧（炉后设干法催化尾气净化装置）。采用聚四氟乙烯的密封垫，耐高温达到300℃，使其寿命长久；其中层渐式燃烧床采用RTQA122、耐热合金钢Cr25或Ni20铸造而成，能够实现该炉的聚热效果，使得其达到节能的效果。

本发明的洁净煤绿色低氮燃烧高效节能减碳炉，所述控制系统包括储气罐，所述储气罐的顶部通过管路与耐热气缸相连并提供气源，所述管路上设有电磁阀；所述耐热气缸通过汽水分离器连接于储气罐的中部；所述储气罐与螺杆空压机连接，其中螺杆空压机上匹配有制冷干燥机；其中所述电磁阀、螺杆空压机与制冷干燥机连接于控制器上。

由于采用上述结构，数控按时向电磁阀发出指令，由电磁阀启动耐热气缸；将燃料按时间、按程序、按产品所需温度输送到反应燃烧床段。当燃料输送到第一阶段干燥段时，煤料进行热能脱水干燥；当燃料水分被蒸发后进入干馏段；进行贫氧富煤干馏反应；即空气分级分段供给燃烧，燃料分级分段燃烧和发明匹配的燃烧器床层；床层面板U型槽内分别注有还原NO_X和氧化催化SO_x的剂，第一级措施有：低温贫氧空气系数（LEA）；降低空气预热温度干馏段（RAP）和SCR催化还原剂控制NO₂生存。浓淡燃烧器（BBF）；低NO_X燃烧器是采用空气分级供氧；燃料分级供量的燃烧器结构（LNB）；与（PLC）数控来实现控制燃烧温度峰值；可燃物在燃烧反应区的停留时间等。

本发明的洁净煤绿色低氮燃烧高效节能减碳炉，所述储料煤斗的上方设有运送燃料的航吊。

由于采用了上述结构，航吊可方便快速地进行燃料的输送至储料煤斗，可减少人工操作，降低人力成本。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的洁净煤绿色低氮燃烧高效节能减碳炉，通过改善燃料进度与空气控制供给的结合；再结合层渐式炉篦以及滚动挤压燃烧方式的设计；将炉内烟气自产生轴力增大火焰散热面积降低火焰温度；从而控制NO_X生成量。

2、本发明的洁净煤绿色低氮燃烧高效节能减碳炉，在煤加入水或引入蒸气从炉排下随空气负压通入还原段，产生的氢进入燃烧区，加剧氧化段与还原段辐射热，采用合适的二次燃料特别是烃类气体燃料，使再燃区还原段内有足够高的温度和停留时间就可基本完成NO_X的还原，从而减少NO_X的排放，减少环境污染。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的使用状态示意图。

图2是本发明中板式面板的结构示意图；

图3是本发明中孔式面板的结构示意图；

图4是图2和图3中A-A的剖视图；

图5是图2和图3中B-B的剖视图；

图6是图5的左视图；

图7是图6中D-D的剖视图。

图中标记：1-燃料，2-航吊，3-储料煤斗，4-螺杆空压机，5-制冷干燥机，6-储气罐，7-气罐上端，8-阀门，9-汽水分离器，10-控制器，11-电磁阀，12-耐热气缸，13、14、15、16-各反应区内的煤，17-床层面板，17-1-闭式面板，17-2-孔式面板，18-还原剂，19-氧化催化剂，22-浓淡燃烧器、23-封闭板，24-长条孔，26-推块，27-护边，29-炉篦,30-热能。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1至图5所示，本发明的洁净煤绿色低氮燃烧高效节能减碳炉，包括炉体，所述炉体内设有层渐式燃烧床，所述燃烧床的顶部处设有储料煤斗，所述储料煤斗的上方设有运送燃料的航吊；所述燃烧床的底部处设有出渣口；所述层渐式燃烧床由若干床层面板呈层渐搭接形递进式布置，每级床层面板上均设有可相对滑动的燃料推送板，其中关于耐热气缸连接推拉杆，而推拉杆前头连接燃料推送板，当数控向电磁阀发出输送指令后，由螺杆式空压机提供气源，经高压气管，气阀，过滤器，电磁阀自动开启，进入耐热气缸，由气缸轴伸出带动推拉杆和推炭机板，将物料强制向前分级，分段按绿色低氮模式往复输送燃料，紧接着自动返回，周而复始地运行工作。其中位于最顶层床层面板上的燃料推送板配合于储料煤斗的口部处，其余燃料推送板均置于上一级床层面板之下；在所述床层面板的两侧边上设有护边，在床层面板上靠近边部处设置的U形凹槽内布置有还原剂与氧化催化剂；其中床层面板包括闭式面板和孔式面板，其中孔式面板上设有若干的长条孔；其中位于最顶层床层面板采用闭式面板，其余床层面板采用孔式面板；其中所述层渐式燃烧床采用RTQA122、耐热合金钢Cr25或Ni20铸造而成；所述耐热气缸采用聚四氟乙烯制成。所述耐热气缸连接并受控于控制系统上，所述控制系统包括储气罐，所述储气罐的顶部通过管路与耐热气缸相连并提供气源，所述管路上设有电磁阀；所述耐热气缸通过汽水分离器连接于储气罐的底部；所述储气罐与螺杆空压机连接，其中螺杆空压机上匹配有制冷干燥机；其中所述电磁阀、螺杆空压机与制冷干燥机连接于控制器上。

针对现有技术中NO_X呈现恶化大气污染，加剧了对人们身体健康和生态的危害，针对以上的污染危害，本发明根据化石燃料（气、油、煤）燃烧过程，实质就是化学反应的全过程，同时也是污染物制造的过程基理；本发明为了控制NO_X的生成，因燃烧过程产生NO_X中90%以上是NO，其次才是NO₂仅占5%～10%。故发明控制NO着手。发明为使其低氮燃烧技术，抵制NO_X的生成。低氮燃烧技术是发明先将燃料即洁净煤燃烧技术，实现源头氧化治黑烟而无黑烟。用催化还原NO_X实现治NO_X脱硝，同时炉内固硫而脱除SOx，经科学的燃烧实现高效节约资源和能源30%～50%；从而减少CO₂的排放达40%～50%以上！其发明特征是这样实现的。该发明的特征是：（A）以创造空气分级分段燃烧方式；（B）再燃法燃料富集贫氧分级分段燃烧法；（C）匹配低NO_X混合燃烧器床；（D）炉膛扩伸分层渐式低NO_X燃烧床；（E）自然低氮型成燃烧与自然还原气氛还原；（F）发明SCR催化还原剂匹配在炉内绿色低氮燃烧工艺治污还原。燃料在炉内绿色燃烧同时又高效节能而且又实现减少二氧化碳同时又催化治汞，治理项目过程多项控制最经济，最实用最有效的办法，而且也适合中国与发展中国家的国情治污解决方案。

而炉内设混合燃烧器，材质为RTQA122，或耐热合金钢Cr25、Ni20铸造而成。炉篦（G）第一块无缝供氧，则第一级的第一段为干燥段即贫氧富料段，第一级的第二段为干馏段，均氧均料（J）反应强烈低NO_X着火燃烧段；此段炉温为100℃～200℃；（从A～J纳入权利要求）。使其混合燃烧型、多段燃烧型、阶梯滚动燃烧型，切向燃烧型，低NO_X燃烧的炉膛设为扩展伸化分割燃烧室段与切向燃室相组合燃烧（H），（炉后设干法催化尾气净化装置）。

低NO_X燃烧技术其发明以炉内巧妙地设燃烧催化床，布局呈层渐式炉排，每层床板四周设△型槽，床面前设控氧斜板一次性注入SCR催化还原剂，在第二段100℃～200℃受热效反应，催化传质作用下的还原工艺，以燃料中干留时产生碳氢化合物以烃类产生的NH3（氨）为还原剂将NO_X还原成N₂、CO₂和H₂O。

炉内反应室的第二段燃料中含有水分，在炉温及催化作用下产生氢（H₂），碳在干馏反应时产生一氧化碳（CO），两种气体协同NO_X还原N₂和H₂O。

燃料在进入第三阶段时为氧化段。炉篦床△型槽注有催化氧化剂，当燃料煤开始着火燃烧时，通常煤受热缺氧脱氢断链反应就要释放大量的游离碳（黑烟），历经几千年来是无法克服的现象，在该洁净煤绿色低氮燃烧技术三段后端，使聚集的富氧快速渗透到煤粒炭氢支链中，引发强烈的化学氧化反应，致使充分强化燃烧，将黑烟的游离碳提前生成CH₄和CO气体快速充分燃烧胎尽。故无黑烟，既解决了环保业历史困惑难题和当今现实难题，同时化害为利，变害为热能充分有效利用热能；从而实现高效节能。节能就是有效利用能源，合理高效利用，由于炉内科学合理的设计，提高了炉内的热效率达96%～98%；其煤渣都不能带走残余热量，从而节能实现35%～50%的节能效益。

其中自动输送煤是由PLC数控按时向电磁阀；发出指令，由电磁阀启动耐热气缸；将燃料按时间、按程序、按产品所需温度输送到反应燃烧床段。当燃料输送到第一阶段干燥段时；煤料进行热能脱水干燥；当燃料水分被蒸发后进入干馏段；此进行贫氧富煤干馏反应；即空气分级分段供给燃烧，燃料分级分段燃烧和发明匹配的燃烧器床层；床层面板U型槽内分别注有还原NO_X和氧化催SOx的剂，第一级措施有：低温贫氧空气系数（LEA）；降低空气预热温度干馏段（RAP）和SCR催化还原剂控制NO₂生存。浓淡燃烧器（BBF）；低NO_X燃烧器是采用空气分级供氧；燃料分级供量的燃烧器结构（LNB）；与（PLC）数控来实现控制燃烧温度峰值；可燃物在燃烧反应区的停留时间等。

针对上述因素，现代工业必须采用低NO_X燃烧法，因其投资费用低，技术改造相对较容易，会取得相当的减排效果可达85%～95%以上。改善燃料进度与空气控供给科学的结合；结合层渐式炉篦设计；滚动挤压燃烧方式；将炉内烟气自产生轴力增大火焰散热面积降低火焰温度；从而控制NO_X生成量。煤加入水或引入蒸气从炉排下随空气负压通入还原段（4级燃烧段）；产生氢H₂和CO₂进入燃烧区，加剧还原段辐射热，采用合适的二次燃料特别是烃类气体燃料；再燃区还原段内有足够高的温度和停留时间就可基本完成NO_X的还原。再燃区的温度越高停留在还原段的时间越长，还原反应气氛作用越充分，NO_X降低就越多。如NO_X的破坏机理可知，已生成的NO在遇到还原剂、和未完全燃烧产物CO、H₂、C及时会还原成N₂、CO₂和H₂O这些技术措施都是通过炉膛和结构设计源头治本实现的，费用低，有效达到减排的目的。但为了达到最佳效果治理污染物接近零排放，该发明采用曾已发明的回转干燥筒系统干法催化装备脱硫工艺，将蒸气解吸或更改为直接通水洗解吸更节能：以硫酸或硫硝酸产品销售实现产生循环经济效益。环境生态效益、社会效益。为解决气候变化以节能实现减排二氧化碳，以低氮燃烧脱除NO_X还原成无害的氮气回归大自然，以源头固硫治本，杜绝污染物的的排放。为全民族的身体健康，为环保产业的发展，为实现美丽中国梦而奋斗奉献！

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims

1.洁净煤绿色低氮燃烧高效节能减碳炉，其特征在于：它包括炉体，所述炉体内设有层渐式燃烧床，所述燃烧床的顶部处设有储料煤斗，所述燃烧床的底部处设有出渣口；所述燃烧床的层渐篦设有燃料推送板，该燃料推送板通过推杆连接于耐热气缸上，所述耐热气缸连接并受控于控制系统上；所述层渐式燃烧床由若干床层面板呈层渐搭接形递进式布置，每级床层面板上均设有可相对滑动的燃料推送板，其中位于最顶层床层面板上的燃料推送板配合于储料煤斗的口部处，其余燃料推送板均置于上一级床层面板之下；在所述床层面板的两侧边上设有护边，在床层面板上靠近边部处设置的U形凹槽内布置有还原剂与氧化催化剂；其中床层面板包括闭式面板和孔式面板，其中孔式面板上设有若干的长条斜缝孔。

2.如权利要求1所述的洁净煤绿色低氮燃烧高效节能减碳炉，其特征在于：其中位于最顶层床层面板采用闭式面板，其余床层面板采用孔缝式面板；其中所述层渐式燃烧床采用RTQA122、耐热合金钢Cr25或Ni20铸造而成；所述耐热气缸采用聚四氟乙烯制成。

3.如权利要求1至2之一所述洁净煤绿色低氮燃烧高效节能减碳炉，其特征在于：所述控制系统包括储气罐，所述储气罐的顶部通过管路与耐热气缸相连并提供气源，所述管路上设有电磁阀；所述耐热气缸通过汽水分离器连接于储气罐的中部；所述储气罐与螺杆空压机连接，其中螺杆空压机上匹配有制冷干燥机；其中所述电磁阀、螺杆空压机与制冷干燥机连接于控制器上。

4.如权利要求3所述的洁净煤绿色低氮燃烧高效节能减碳炉，其特征在于：所述储料煤斗的上方设有运送燃料的航吊。