CN105090934B - 一种应用于固定床锅炉的低温洁净燃煤方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于固定床锅炉使煤低温洁净燃烧的方法，具体地说是使煤落入炉排时形成上、下两层，上部是干煤，下部是湿煤，上部的干煤进入炉膛后马上被点燃，下部湿煤中水分被高温蒸发产生水煤气，水煤气进入炉膛气相燃烧区，与冷渣区送入的热风混合后充分燃烧，形成炉膛高温燃烧区，将所有可燃物燃尽；炉排上未燃尽的煤进入主燃区直接燃烧，直至完全燃尽；燃尽的炉渣进入冷渣区冷却后，从炉排尾部排出，本发明实现了固定床燃煤锅炉的高效洁净燃烧，环保性能优良，锅炉热效率高，符合当前国家节能减排的时代需求，对当前建设生态文明有重要意义。

Description

一种应用于固定床锅炉的低温洁净燃煤方法

技术领域：

本发明涉及一种应用于固定床燃煤锅炉的新型燃烧方式，实现了固定床锅炉的燃煤高效利用、低温燃烧、环保排放的优良性能，保留了固定床锅炉原有的易操作、耗电小、故障少、价格低、寿命长等优势。符合当前国家节能减排的时代需求，对当前建设生态文明有重要意义。

背景技术：

固定床燃煤锅炉使用历史悠久，技术成熟，特别是链条炉排锅炉由于其结构简单，操作方便，故障率低，耗电少等优点得到广泛应用，尤其是小容量锅炉，基本上都是固定床炉排锅炉。但固定床炉排锅炉存在煤种适用性窄、热效率低、炉渣易结焦、环保特性差等重大缺陷，限制了其发展和推广。近二十年，流化床锅炉的快速发展和其优越的低温燃烧特性及较高的锅炉热效率，将固定床炉排锅炉逐步取代。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是涉及一种应用在固定床锅炉的新的燃烧方法，能使固定床锅炉适应各类煤种的燃煤，本发明不仅各种热值的燃煤均能燃烧，而且能彻底燃尽，炉渣残碳低，锅炉热效率获得较大幅度的提高。

为解决上述问题，本发明是在落煤仓下部安装有分层给煤机，在分层给煤机下部，安装一个斜挡板，斜挡板下部装一个淋水装置(可以是淋水槽或淋水板或喷水管)，分层给煤机出口安装一个煤层分层调节挡板，煤层分层调节挡板可使落入炉排的煤分成上下两层，淋水装置的水落入下层煤上，控制水量使下层煤均匀加水。这样，落入炉排上的煤，下部是已被加水的湿煤，上部是未加水的干煤。进入炉膛后，上部的干煤首先被火焰点燃，燃烧的热量将下部湿煤中的水分蒸发，蒸发的水蒸汽上行与炽热的燃煤接触，生成一氧化碳，下部的湿煤不断蒸发水分，与上部炽热的煤持续生成大量一氧化碳，直至水分全部蒸发；控制第一风室上部气化区的鼓风量，始终让气化区的煤缺氧燃烧而产生大量水煤气，水煤气和煤中挥发分进入炉膛内气相燃烧区进行气态燃烧；煤层中未燃尽的煤进入第二风室主燃区再进行充分燃烧，直至燃尽，燃尽的炉渣经冷却风室上部的冷却区将炉渣冷至100℃以下排出。

由于落入炉排上的煤，上部是干煤，下部是已被加水的湿煤。煤进入炉排的第一个阶段，即第一风室上部的区域，在这一阶段控制空气的给入量，当给少量的鼓风时，上部的干煤很快被点燃，迅速燃烧，温度快速上升；下部湿煤随着温度的升高，煤中的水很快被汽化，产生水蒸汽，水蒸汽进入燃烧的煤层，产生出大量水煤气，第一阶段是产生水煤气和干馏煤中挥发份等可燃性气体的区域，此阶段处于缺氧燃烧状态，即煤的气化区，煤的部分燃烧与水煤气同时发生并连续进行。水煤气和可燃气体进入炉膛后，在炉膛气相燃烧区燃烧，燃烧需要的氧气由后段炉排冷渣区冷渣后的热风提供。煤层中未燃尽的煤继续在炉排上的主燃区和燃尽区固态燃烧，直至燃尽。燃尽的炉渣经第三风室冷风冷却，冷至100℃以下排出。

本发明由于在煤中加入了适量的水，进入燃烧区后，水在高温煤层中汽化而产生大量的水煤气，水煤气在炉膛中燃烧，而不在煤层中燃烧，使煤层中的可燃物大量减少，煤层实现了低温燃烧，煤层不结焦，剩余的固态煤在链条炉排上继续燃烧，直至燃尽。由于不结焦，煤层通风良好，炉渣燃尽率很高；燃尽的炉渣在炉排上被冷风冷却，冷却至低于100℃以下排出，炉渣中的热量被回收。由于煤层一直处于低温燃烧，氮氧化物产生少，同时由于有水煤气在炉膛内气相燃烧区的二次气体燃烧，部分已生成的氮氧化物在一氧化碳的还原作用下，又还原成氮气，同时低温燃烧使部分硫与渣中的碱类物质中和，因此，烟气中氮氧化物和二氧化硫含量大大降低；实现了煤的洁净燃烧；排出的炉渣残碳低，温度低，锅炉热效率获得较大提高。

本发明炉排下部各风室独立，风室间密封良好并采用与风室参数相匹配的鼓风机，这样各区域可根据燃烧需要采用不同的风源，同时对不同阶段的煤层配以最合适的风压和风量，如第一风室可采用烟气混配风以稀释氧含量，或使用高温风利于点燃等；二风室采用空预器加热后的热风等；三风室使用室外冷风等，根据气化、主燃、燃尽、冷却不同区域需要配以不同的风源，达到最好的燃烧效果和回收部分废热。

本发明是依据水煤气发生原理，在链条炉排上设一段煤气发生段，先让煤缺氧燃烧产生水煤气，水煤气在炉膛内的气相燃烧区充分燃烧，产生大量的热，炉膛温度高，但煤层温度不高，煤层中剩下的残碳在后面的炉排上彻底燃尽。本发明实现了煤先气化再燃烧，完全改变了传统燃煤方式，同时使煤层全程处于低温燃烧，实现了煤的清洁燃烧。本发明不仅使煤的燃烧更加彻底、更加高效、更加环保，同时在一个炉排上完成了气化、主燃、燃尽、冷渣等全部过程，锅炉结构非常简单，设备成本低，运行可靠，操作容易，并可实现全自动锅炉运行，提出了一种煤的低成本高效洁净应用方法。

本发明优点：

1、改变了传统固定床锅炉煤燃烧不彻底，炉渣残碳高，煤的有效利用率低的缺陷。本发明将煤的燃烧分成两段，先将煤气化，再对未燃尽的煤直接燃烧，部分煤变成水煤气进入炉膛气相燃烧区燃烧，剩下的煤在煤层中继续燃烧，使得煤层燃烧温度自始至终处于灰熔点之下，不会发生灰熔，保持了煤层良好的通风性，使得煤层中的煤能彻底燃尽，炉渣残碳降低，煤的利用率高。

2、锅炉热效率高。由于燃烧方式的改变，煤层处于低温燃烧工况并通风均匀，煤层燃烧完全，炉渣残碳低，精细控制各区域鼓风量，减少了过剩空气进入；炉排后段将炉渣中的余热回收利用；虽然锅炉尾部烟气中的水分加大，烟气中的焓值升高，通过尾部的烟气热回收装置，将烟气中的汽化潜热完全回收。因此，本发明的燃烧装置热效率超过90％以上，可比流化床等其他高效率形式燃煤锅炉的热效率。

3、锅炉的环保性能优良。一是整个燃烧过程是低温燃烧，二氧化硫和氮氧化物产生较少，二是产生的水煤气在炉膛的二次燃烧，对氮氧化物有一定的还原作用，减少了烟气中的氮氧化物，三是炉膛一直处在高水分状态，燃烧后烟气中的含水量很高，二氧化硫等可溶于水的污染物随着烟温降低不断地溶于凝聚的水中，形成小雾滴，细粉尘等微小颗粒物被小雾滴团聚，通过对烟气处理，可以实现燃煤锅炉烟气排放指标与燃气锅炉烟气排放指标相同或更好。

4、适应煤种广泛：由于采用了煤气化技术，相当于增加了煤的挥发分，加上合理的炉膛结构，使得低热值煤也很容易被点燃，高热值煤产生水煤气多，煤层温度不会超高，易结焦煤不会灰熔，也不会结焦，煤层自始至终保持良好的通风状态，因此，各类煤种都能很好的燃烧并燃尽，煤种适应性极广。

5、各风室之间密封并采用独立鼓风系统，根据不同区域燃烧工况的需要配以最适合的风压、风量和风源。

6、结构简单：本发明装置结构十分简单，是在传统链条炉排上改进而成，煤气化与固态燃烧及炉渣冷却都在一个炉排上一并完成，结构简单紧凑，耗钢量少，操作容易，可靠性高，维护方便。

7、易于实现全自动化：本发明的燃煤气、固混燃方式，燃烧工况适应性宽，炉排行走缓慢，煤层热惯性较大，系统稳定，各区风量、炉排转速、给煤量等控制十分容易，比起其它燃煤锅炉更容易实现全自动控制。

8、实现综合利用：锅炉烟气经专有配套的烟气深度处理装置处理，烟气中的热量被回收，烟气温度降至40℃以下排放，烟气质量达到燃气锅炉排放标准，灰渣可做工业原料，硫和氮可做肥料等，实现综合利用。

附图说明：

图1为一种用于固定床锅炉低温洁净燃煤方法的示意图。

图中：1、煤仓； 15、出渣螺杆；

2、落煤管； 16、渣室；

3、分层给煤机； 17、横后轨道；

4、淋水装置； 18、风室炉排纵密封；

5、煤层分层调节挡板； 19、后拱；

6、横梁炉排； 20、冷却区；

7、横梁炉排驱动轮； 21、燃尽区；

8、横前轨道； 22、主燃区；

9、细灰室； 23、气化区；

10、第一风室； 24、中拱；

11、进风口； 25、干煤层；

12、带视窗维修门； 26、湿煤层；

13、第二风室； 27、上炉膛；

14、第三风室； 28、保温墙。

具体实施方案：

在垂直落煤管2的下部安装有分层给煤机3，分层给煤机3出口安装一个煤层分层调节挡板5，使落到炉排6上的煤分上、下两层，上层是干煤层25，在分层给煤机3的下部安装有淋水装置4，淋水装置4落下的水落入下层煤，控制水量使下层煤均匀加水，成为湿煤层26。这样，落在横梁炉排6上的煤，上面是干煤层25，下面是湿煤层26。当煤进入炉膛的第一阶段，即第一风室10上的前部区域，在这一阶段，通过气化区23下部的风门控制，提供少量的鼓风，上部的干煤层25很快被点燃，迅速燃烧，温度快速上升；燃烧的热量使下部湿煤层26中的水分蒸发，蒸发的水蒸汽上行与炽热的燃煤接触，生成水煤气，下部的湿煤不断蒸发水分，与上部炽热的煤持续生成大量的水煤气，直至水分全部蒸发。控制第一风室上部气化区的鼓风量，始终让气化区的煤缺氧燃烧而产生大量的水煤气，水煤气和煤中的挥发分进入炉膛内气相燃烧区进行气态燃烧。由于水煤气是在上炉膛27燃烧，而不是在煤层中燃烧，从而实现了煤层的低温燃烧，煤层不结焦。煤层中未燃尽的煤在第二风室13上部的炉排继续固态充分燃烧，直至燃尽。由于煤层一直处于低温燃烧，氮氧化物产生少，同时由于有水煤气在炉膛内的二次气体燃烧，部分已生成的氮氧化物在一氧化碳的还原作用下，又还原成氮气，因此，氮氧化物产生少；低温燃烧产生的二氧化硫相对也较少，实现了煤的洁净燃烧。燃尽的炉渣经第三风室14冷风冷却，冷却至100℃以下排出，排出的炉渣残碳低，温度低。因此，本发明的燃煤锅炉即有优秀的环保性能又有很高的锅炉热效率。

三个风室采用三个独立鼓风机鼓风，变频调节，可满足炉排不同区域的风压和风量需求，同时各风室可采用不同的风源，第一风室10可采用部分烟气混合，减少该区域供氧量；第二风室13采用空气预热器的热风，利于煤层燃烧；第三风室14直接采用室外冷风，更好的冷却炉渣，同时回收炉渣中的热量。

Claims (6)

1.一种应用于固定床锅炉的低温洁净燃煤方法，在落煤仓下部的分层给煤机底部，安装一个煤层分层调节挡板和淋水装置，其特征在于：落入炉排的煤分上下两层，上层是干煤，下层是经淋水装置落下的水变成的湿煤，进入炉膛后，干煤先被点燃，然后使煤气化、燃烧、燃尽、冷渣，全部过程在炉排行进中一并完成；

其中，煤进入炉膛的第一阶段是产生水煤气和干馏煤中挥发份等可燃性气体的阶段，这一阶段煤处于缺氧燃烧状态，煤的部分燃烧与水煤气同时发生并连续进行，水煤气和煤中挥发份进入炉膛内进行有氧充分燃烧；煤层中未燃尽的煤在第二风室上部的炉排继续固态燃烧，直至燃尽。

2.根据权利要求1所述的一种应用于固定床锅炉的低温洁净燃煤方法，其特征在于：上部干煤进入炉膛后马上被点燃，下部湿煤随着煤层温度的升高，煤中的水很快被蒸发，产生水蒸汽，水蒸汽进入燃烧的煤层，产生出大量水煤气，即煤的气化区。

3.根据权利要求1所述的一种应用于固定床锅炉的低温洁净燃煤方法，其特征在于：水煤气在炉膛中燃烧，而不在煤层中燃烧，使煤层中的可燃物大量减少，煤层实现了低温燃烧。

4.根据权利要求1所述的一种应用于固定床锅炉的低温洁净燃煤方法，其特征在于：炉膛内设有一个气相燃烧区，气化区产生的可燃气与后部冷渣区送入的高温风混合后燃烧，在上炉膛产生一个高温燃烧区，将气体中的所有可燃物燃尽。

5.根据权利要求1所述的一种应用于固定床锅炉的低温洁净燃煤方法，其特征在于：燃尽的炉渣经第三风室冷却至100℃以下排出，炉渣中的热量全部回收至炉膛。

6.根据权利要求1所述的一种应用于固定床锅炉的低温洁净燃煤方法，其特征在于：炉排下部分几个独立鼓风风室，风室之间密封隔离，风室与炉排之间有接触型密封机构，各风室风压、风量独立可调，风源可根据需要选用。