CN104676579B - 煤清洁燃烧技术高效节能减排系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤清洁燃烧技术高效节能减排系统，属于环保技术领域。本发明包括炉膛，所述炉膛内设有从进料口至出渣口呈现阶梯型布置的炉排，燃料铺设于炉排上并覆盖住出渣口，使炉膛内被依次区为贫氧区域、富氧区域及厌氧区域；所述富氧区域内的炉排上设有进气孔。本发明煤清洁燃烧技术高效节能减排系统，将煤分级供氧、燃料分段供量科学匹配燃烧，实现低温低氮燃烧聚集富氧催化燃烧无黑烟，有效抵制（NOX）的生成。
Description
技术领域
本发明涉及节能环保技术领域，尤其是煤清洁燃烧技术高效节能减排系统。
背景技术
当前环境污染，尤其是雾霾和气候变化成为世界各国共同焦虑的大问题。我国对大气污染治理和清洁生产技术改造工程，燃煤锅炉、窑炉节能环保提升工程等要求狠抓节能减排；推进能源的清洁化，优化能源结构；优化产业结构和布局；完善经济政策；推进重点工程的实施。
我国能源结构的特点是：富煤、贫油、少气，一直是我国能源短缺、匮乏；主要依赖进口的局面暂无改观的形势下，研究开发和使用更加高效的煤炭燃烧和洁净煤技术显得尤为紧迫。目前煤炭供应消费中占主导地位，而占一次能源消费总量接近70%。在短时间内很难改变。
国务院印发《能源发展战略行动计划》（2014—2020年）明确，推进煤炭清洁高效开发利用是5项战略任务之一；要求“按安全、绿色、集约、高效的原则，加快发展煤炭清洁开发利用技术，不断提高煤炭清洁高效开发利用水平”。其目的，就是要把煤炭转化为能源的效率提上来，把煤炭对环境的负面效应降下去，使煤炭能够更加“有尊严”地为国家能源供应服务。减少污染还要在煤上下功夫，该发明开发和使用更加高效的煤炭燃烧和洁净煤技术与减排温室气体，二氧化碳（CO2）、氧化亚氮（N2O）及低氮氧化物（NOX）燃烧尤为紧迫。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种煤清洁燃烧技术高效节能减排系统，将煤分级供氧、燃料分段供量科学匹配燃烧，实现低氮燃烧聚集富氧催化燃烧无黑烟，有效抵制（NOX）的生成，在源头杜绝了PM10、PM2.5的产生和污染排放；实现了高效节约能源和资源30%—48%，同时减排温室气体35%—48%。
本发明采用的技术方案如下：
本发明的煤清洁燃烧技术高效节能减排系统，包括炉膛，所述炉膛内设有从进料口至出渣口呈现阶梯型布置的炉排，燃料铺设于炉排上并覆盖住出渣口，使炉膛内被依次区为贫氧区域、富氧区域及厌氧区域；所述富氧区域内的炉排上设有进气孔。
由于上述结构，其中燃料从进料口进入到炉膛内的贫氧区域，经过低温低氧预热后具备有一定的温度；在进入到富氧区内，在催化剂的作用下，在氧气中充分燃烧并散发热量；之后，再进入厌氧区对产生的氮氧化物进行高温还原反应，因此该区域需要处于厌氧状态，因此需要将燃料覆盖住出渣口，避免出渣口进入空气，从而使得炉膛降低热能贬质；若出渣口一旦进入空气将使厌氧区域中含有大量的空气，无法继续进行厌氧辐射反应；本发明的煤清洁燃烧技术高效节能减排系统，其主要特征是发明将炉膛向前延伸构成分级供氧、分级供料构成低温低氮低氧燃烧，从而致使无黑烟呈现，以厌氧还原产生高能红外线辐射，从而实现节能35%-48%，减排二氧化碳和氧化亚氮48%-90%。可见本发明根据燃烧过程就是化学反应全过程机理，将煤分级供氧、燃料分段供量科学匹配燃烧，实现低氮低温贫氧燃烧聚集富氧催化燃烧无黑烟；有效抵制（NOX）的生成，在源头杜绝了PM10、PM2.5的产生和污染排放。实现了高效节约能源和资源30%—48%，同时减排温室气体35%—48%。
本发明的煤清洁燃烧技术高效节能减排系统，所述炉膛的顶面设为堆储平台，所述炉膛的进料口设为与堆储平台连通的倒式喇叭斗，所述倒式喇叭斗的小端连接堆储平台，所述倒式喇叭斗的大端连接炉膛内；所述炉膛的出渣口处设有排渣灰料设备。
由于上述结构，倒式喇叭斗的设置，可有效地避免添加燃料时，在进料口处形成堵塞，此举可有效地避免其发生堵塞，确保了整个炉膛的不间断供料；结合炉膛内呈现阶梯型布置的炉排，可充分地给燃料供氧，可见本发明根据燃烧过程就是化学反应全过程机理，将煤分级供氧、燃料分段供量科学匹配燃烧，实现低温贫氧低氮燃烧聚集富氧催化燃烧无黑烟，有效抵制（NOX）的生成，在源头杜绝了PM10、PM2.5的产生和污染排放。实现了高效节约能源和资源30%—48%，同时减排温室气体35%—48%；与此同时在出渣口处设置的排渣灰料设备，可将料渣全部自动化地清除掉，避免人工操作时，冷空气进入到厌氧区域内而降温使热能贬值，同时减小了人力物力，降低了成本。
本发明的煤清洁燃烧技术高效节能减排系统，其中在每级炉排上靠近进料口的边部处设有推料板，所述推料板可将该级炉排上的燃料从一边部推送至另一边部落入下级炉排上，所述推料板以及排渣灰料设备连接并受控于控制系统。
本发明的煤清洁燃烧技术高效节能减排系统，所述推料板通过链杆连接于链接板上，其中每三个链杆形成一组连接到链接板上，所述链接板连接到于气缸上，所述气缸通过连通管连接于汽水分离器，所述连通管上设有电磁阀，所述电磁阀连接于电控柜；所述汽水分离器经通气管连接至储气罐，所述储气罐连接于空压机，所述空压机与过滤制冷机相连。
由于上述结构，可将高压气体作为动力源，推动气缸促使链接板带动链杆运动，从而推动推料板将各级炉排上反应过后的燃料推向下一级，其中同一链接板上连接的三个链杆为一组，且同时运动将三级炉排上的燃料同时推向下一级，从而使得炉膛内的多级反应同时有序地进行，保证其燃烧效率。
本发明的煤清洁燃烧技术高效节能减排系统，所述排渣灰料设备包括连接到气缸上的勾料板、输送带以及运斗，其中所述气缸通过连通管连接于汽水分离器。
由于上述结构，可通过气缸控制勾料板，将料渣推至输送带上，再由输送带传输至运斗，通过拉绳等设施将其拉出，实现料渣的排除。
本发明的煤清洁燃烧技术高效节能减排系统，所述堆储平台处设有燃料搬运的搬运设备，所述搬运设备为吊装机或装载车或铲车。
由于上述结构，搬运设备可将燃料运往堆储平台自动或人工钩料装入上小下大的倒式喇叭斗，炉膛的自动送料，降低了人工成本。
本发明的煤清洁燃烧技术高效节能减排系统，它还包括反应塔，所述反应塔的下部设为集风室，所述集风室上连接有进气机构，所述集风室内密封有圆盘式分流管，所述圆盘式分流管的中心为中道，所述圆盘式分流管的同一圆周上布置有若干通气道，所述圆盘式分流管的底面置于液面之下；其中设于反应塔顶部的搅拌器，其上连接的搅拌叶片穿过中道伸入液面以下；所述圆盘式分流管的上方设有筛板吸收反应器，所述筛板吸收反应器的上方设有汽水分离设备，所述反应塔的顶部设有排气管；所述反应塔的底部连通有反应液容器，所述反应液容器通过上位管连接到筛板吸收反应器。
由于上述结构，搅拌器上的叶片可伸入到反应塔底部的吸收液中，当尾气进入到该吸收液中时，叶片进行充分搅拌，从而使吸收液能够充分传质地吸收尾气中的氮硫及粉尘，使得吸收效果更佳。
本发明的煤清洁燃烧技术高效节能减排系统，所述进气机构包括连接到集风室的引风机，所述引风机上连接有反应器，所述反应器上设有净化口，所述净化口与热能设备连接；所述反应液容器包括依次连接的循环补剂池、澄清池和沉淀池，所述反应塔的底部与循环补剂池连通，所述循环补剂池内设有循环耐蚀潜水泵，所述循环耐蚀潜水泵通过逆流管连接至反应塔的内底部及筛板吸收反应器上。
由于上述结构，尾气进入净化口在引风机负压吸力作用下，进入反应器，经催化床中的催化作用下，打破了污染物分子的化价，经除尘器除尘后，由引风机正压输送到集风室经分流管分别细化分流到潜水喷嘴向潜水中喷射，当产生的液浪和鼓泡时，由搅拌器支配搅拌叶片将吸收液泡搅乱均可，使得气液接触介面扩大，更深层的充分吸收反应，传质扩大且反应更充分。然而气液夹持气膜共同经中道挺进到筛报吸收反应器，接着脱水进入到净化器，经过4级净化后的汽水混合物，共同上升到气，汽水分离设备脱水分离，洁净气体由排气管进行排空；通过循环补剂池、澄清池和沉淀池，可对吸收液进行沉淀处理，从而将反应后的固液分离，重复利用。
本发明的煤清洁燃烧技术高效节能减排系统，所述筛板吸收反应器包括多级布置的筛板，其中每级筛板上靠近边部处均设有堰板，其中逆流管连接至顶层的筛板处，上、下级筛板之间通过回流管连通；在筛板的中部上设有若干过气孔。
由于上述结构，尾气从各级筛板中通过，尾气可与筛板上通过的吸收液反应，从而除去其中的硫和氮、粉尘，吸收液经反应过后，从回流管流回至吸收塔底部，进沉淀后吸收液可进入循环补剂池，进行循环反应。
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、本发明的煤清洁燃烧技术高效节能减排系统，将煤分级供氧、燃料分段供量科学匹配燃烧，实现低氮燃烧聚集富氧催化燃烧无黑烟，有效抵制（NOX）的生成，在源头杜绝了PM10、PM2.5的产生和污染排放；以厌氧还原反应实现了高效节约能源和资源30%—48%，同时减排温室气体CO235%—48%；
2、本发明的煤清洁燃烧技术高效节能减排系统，实现了洁净煤绿色清洁低氮燃烧，厌氧具节能高达35-50%；从而减排NOX为95%，SO2为98%，粉尘及微细颗粒物PM10、PM2.5＞95%，减排CO2为35%—50%。
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和图2是本发明的结构示意图。
图中标记：1-搬运设备，2-堆储平台，2-1-倒式喇叭斗，3-空压机，4-过滤制冷机，5-储气罐，6-通气管，7-汽水分离器，8-电控柜，9-电磁阀，10-连通管，11、27-气缸，12-链接板，13-链杆，14-推料板，15-燃烧反应段，16、17-二级干燥段，18、19、20、21-氧化段，22-炉排面，25-扶梯，26-热能出口，28-排渣灰料设备，29-净化口，30-反应器，31-引风机，32-集风室，33-圆盘式分流管，34-潜水喷嘴，35-搅拌器，36-搅拌叶片，37-中道，37-1-筛板吸收反应器，37-2-净化器，37-3-汽水分离设备，37-4-排气管，38-循环耐蚀潜水泵，39-控阀，40-上位管，41-堰板，42-筛板，43-下水堰，44-回流管，45-水封，46-塔底沉淀池，47-逆流管，48-蝶阀，49-沉淀池，50-澄清池，51-循环补剂池。
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和图2所示，本发明的煤清洁燃烧技术高效节能减排系统，包括分别连接于热能设备上的燃烧炉及尾气处理器，所述燃烧炉包括炉膛，所述炉膛内设有从进料口至出渣口呈现阶梯型布置的炉排，燃料铺设于炉排上并覆盖住出渣口，使炉膛内被依次区为贫氧区域、富氧区域及厌氧区域；所述富氧区域内的炉排上设有进气孔；所述炉膛的顶面设为堆储平台2，所述炉膛的进料口设为与堆储平台2连通的倒式喇叭斗2-1，所述倒式喇叭斗2-1的小端连接堆储平台2，所述倒式喇叭斗2-1的大端连接炉膛内；所述炉膛的出渣口处设有排渣灰料设备28，所述炉膛内设有从进料口至出渣口的呈现阶梯型布置的炉排，其中在每级炉排上靠近进料口的边部处设有推料板14，所述推料板14可将该级炉排上的燃料从一边部推送至另一边部落入下级炉排上，所述推料板14以及排渣灰料设备28连接并受控于控制系统。所述推料板通过链杆13连接于链接板12上，其中每三个链杆13形成一组连接到链接板12上，所述链接板12连接到于气缸上，所述气缸通过连通管10连接于汽水分离器7，所述连通管10上设有电磁阀9，所述电磁阀9连接于电控柜8；所述汽水分离器7经通气管6连接至储气罐5，所述储气罐5连接于空压机3，所述空压机3与过滤制冷机4相连。所述排渣灰料设备28包括连接到气缸上的勾料板、输送带以及运斗，其中所述气缸通过连通管10连接于汽水分离器7。所述堆储平台2处设有燃料搬运的搬运设备1，所述搬运设备1为吊装机或装载车或铲车。
本发明中，所述尾气处理器包括反应塔，所述反应塔的下部设为集风室32，所述集风室32上连接有进气机构，所述集风室32内密封有圆盘式分流管33，所述圆盘式分流管33的中心为中道37，所述圆盘式分流管33的同一圆周上布置有若干通气道，所述圆盘式分流管33的底面置于液面之下；其中设于反应塔顶部的搅拌器35，其上连接的搅拌叶片36穿过中道37伸入液面以下；所述圆盘式分流管33的上方设有筛板吸收反应器，所述筛板吸收反应器的上方设有汽水分离设备，所述反应塔的顶部设有排气管；所述反应塔的底部连通有反应液容器，所述反应液容器通过上位管40连接到筛板吸收反应器。所述进气机构包括连接到集风室32的引风机31，所述引风机31上连接有反应器30，所述反应器30上设有净化口29，所述净化口29与热能设备连接；所述反应液容器包括依次连接的循环补剂池51、澄清池50和沉淀池49，所述反应塔的底部与循环补剂池51连通，所述循环补剂池51内设有循环耐蚀潜水泵38，所述循环耐蚀潜水泵38通过逆流管47连接至反应塔的内底部及筛板吸收反应器上。所述筛板吸收反应器包括多级布置的筛板42，其中每级筛板42上靠近边部处均设有堰板41，其中逆流管47连接至顶层的筛板42处，上、下级筛板之间通过回流管44连通；在筛板42的中部上设有若干过气孔。
本发明煤清洁燃烧技术高效节能减排系统，其方法在于：
在燃烧过程中，将煤分级供氧、燃烧分段控量供料匹配以阶梯式炉篦延伸长；按煤燃烧实质是化学热反应的机理，分为一级供贫氧段使煤处于干燥中，先将燃料由吊装机或装载车或铲车等将燃料运往堆储平台2自动或人工钩料装入上小下大的倒式喇叭斗，由活塞式或螺杆式空压机3提供采集的空气，经过滤制冷机4进入储气罐5在经高压气管或金属管或铝塑管6通入气，汽水分离器7在电控柜8内控箱设有LPC控制系统按时向电磁阀9发出指令，自动打开电磁阀门、空气经连通管10进入气缸11带动链接板12和链杆13在气压力推动作用下，致使推料机14将燃料从料斗下端喇叭口推移动一级贫气的燃烧反应段即干燥段15煤经脱水蒸发进入二级干燥段16和二级干燥段17；当煤续推挤至二级干馏反应段时，受热效反应，煤开始脱氢断链反应，此段为一级贫氧低热低NOX干馏反应三段；产生的少量碳氢化合物和一氧化碳气态经过氧化段时被着火燃烧，当煤推挤滚动到二级氧化段时该级为富氧催化燃烧段；富氧是由发明核心的结构科学地具备了时间与空间的特殊构造，共同作用下形成阶梯式不等量供料和供氧20和21聚集充分的富氧则促进充分的活化氧化、催化，从而充分燃烧。致使破坏了游离碳的形成，故无黑烟呈现，其实早已以CO2和CH4生成升移到火焰中一并被烧殆尽。其热能又被窑内的产品所烧成利用，或锅筒管的水蒸气所利用；从氧化段18-21段都处于低温燃烧段。供进的空气促进燃烧中，化合的NOX主要是一氧化氮NO，本发现在炉排面22设有催化槽，槽中浇注有还原催化剂，受热效反应，催化传质作用下，将大部分NO还原成N2。剩余的NO随负压作用下，进入到四级厌氧还原段；产生CO和NH3及热能红外线24共同将NOX中的NO还原成N2气，从而回归大自然无害排放。此段为厌氧还原段，不需供氧进冷空气造成热能贬质。必须保持气缸26推灰渣厚度，和气缸27自动除渣自密封不漏气28使其炉膛内产生高能辐射长波和短波作用，从而提高炉膛的热效率，从60%提高到98%上下，将能源实现高效利用。同时节能效益30—50%，与此减排温室气体30%—50%，为气候变化作贡献，这是源头节能和低NOX清洁燃烧技术和部分系统前置装备。为了更好地环保达标，从末端尾气中的二氧化硫及粉尘，以SO2干法和湿法解决方案：
1、干法，以活性炭吸附SO2，经催化氧化为SO3，以稀硫酸销售给磷肥厂综合利用。
2、湿法：尾气进入净化口29在引风机负压吸力作用下，进入反应器30，经催化床中的催化作用下，打破了污染物分子的化价，经除尘器除尘后，由引风机31正压输送到集风室32经分流管33分别细化分流到潜水喷嘴34向潜水中喷射，当产生的液浪和鼓泡时，由搅拌器35支配搅拌叶片36将吸收液泡搅乱均可，使得气液接触介面扩大，更深层的充分吸收反应，传质扩大且反应更充分。然而气液夹持气膜共同经中道37挺进到筛报吸收反应器37-1，接着脱水进入到净化器37-2，经过4级净化后的气水混合物，共同上升到气，水分离器37-3脱水分离，洁净气体由排气管37-4链囱排空。
脱水下来的污水经堰板41和筛板42，下水堰43与回流管44，原经水封45到塔底沉淀池46在流向逆留管47自动循环排除，每班定时打开蝶阀48，将脱硫废水排外沉淀池49混合液经沉淀后的清液循环流入到澄清池50当澄清的水再流向循环补剂池51，池中安设有循环耐蚀潜水泵38抽起补充盆的新吸贫液，经控阀39到上位管40，周而复始循环运行。
经前后匹配系统装备净化后，实现了洁净煤绿色清洁低氮燃烧，具节能高达35-50%；从而减排NOX为95%，SO2为98%，粉尘及微细颗粒物PM10、PM2.5＞95%，减排CO2为35%—50%。
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 (8)
1.煤清洁燃烧技术高效节能减排系统，包括炉膛、反应塔，所述炉膛内设有从进料口至出渣口呈现阶梯型布置的炉排，燃料铺设于炉排上并覆盖住出渣口，使炉膛内被依次区分为贫氧区域、富氧区域及厌氧区域；所述富氧区域内的炉排上设有进气孔，其特征在于：所述反应塔的下部设为集风室（32），所述集风室（32）上连接有进气机构，所述集风室（32）内密封有圆盘式分流管（33），所述圆盘式分流管（33）的中心为中道（37），所述圆盘式分流管（33）的同一圆周上布置有若干通气道，所述圆盘式分流管（33）的底面置于液面之下；其中设于反应塔顶部的搅拌器（35），其上连接的搅拌叶片（36）穿过中道（37）伸入液面以下；所述圆盘式分流管（33）的上方设有筛板吸收反应器，所述筛板吸收反应器的上方设有汽水分离设备，所述反应塔的顶部设有排气管；所述反应塔的底部连通有反应液容器，所述反应液容器通过上位管（40）连接到筛板吸收反应器。
2.如权利要求1所述的煤清洁燃烧技术高效节能减排系统，其特征在于：所述炉膛的顶面设为堆储平台（2），所述炉膛的进料口设为与堆储平台（2）连通的倒式喇叭斗（2-1），所述倒式喇叭斗（2-1）的小端连接堆储平台（2），所述倒式喇叭斗（2-1）的大端连接炉膛内；所述炉膛的出渣口处设有排渣灰料设备（28）。
3.如权利要求2所述的煤清洁燃烧技术高效节能减排系统，其特征在于：其中在每级炉排上靠近进料口的边部处设有推料板（14），所述推料板（14）可将该级炉排上的燃料从一边部推送至另一边部落入下级炉排上，所述推料板（14）以及排渣灰料设备（28）连接并受控于控制系统。
4.如权利要求3所述的煤清洁燃烧技术高效节能减排系统，其特征在于：所述推料板通过链杆（13）连接于链接板（12）上，其中每三个链杆（13）形成一组连接到链接板（12）上，所述链接板（12）连接到于气缸上，所述气缸通过连通管（10）连接于汽水分离器（7），所述连通管（10）上设有电磁阀（9），所述电磁阀（9）连接于电控柜（8）；所述汽水分离器（7）经通气管（6）连接至储气罐（5），所述储气罐（5）连接于空压机（3），所述空压机（3）与过滤制冷机（4）相连。
5.如权利要求2或3或4所述的煤清洁燃烧技术高效节能减排系统，其特征在于：所述排渣灰料设备（28）包括连接到气缸上的勾料板、输送带以及运斗，其中所述气缸通过连通管（10）连接于汽水分离器（7）。
6.如权利要求2所述的煤清洁燃烧技术高效节能减排系统，其特征在于：所述堆储平台（2）处设有燃料搬运的搬运设备（1），所述搬运设备（1）为吊装机或装载车或铲车。
7.如权利要求1所述的煤清洁燃烧技术高效节能减排系统，其特征在于：所述进气机构包括连接到集风室（32）的引风机（31），所述引风机（31）上连接有反应器（30），所述反应器（30）上设有净化口（29），所述净化口（29）与热能设备连接；所述反应液容器包括依次连接的循环补剂池（51）、澄清池（50）和沉淀池（49），所述反应塔的底部与循环补剂池（51）连通，所述循环补剂池（51）内设有循环耐蚀潜水泵（38），所述循环耐蚀潜水泵（38）通过逆流管（47）连接至反应塔内的液面以下及筛板吸收反应器上。
8.如权利要求1所述的煤清洁燃烧技术高效节能减排系统，其特征在于：所述筛板吸收反应器包括多级布置的筛板（42），其中每级筛板（42）上靠近边部处均设有堰板（41），其中逆流管（47）连接至顶层的筛板（42）处，上、下级筛板之间通过回流管（44）连通；在筛板（42）的中部上设有若干过气孔。
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