CN106196038A - 燃煤气化炉的助燃装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种燃煤气化炉的助燃装置。其包括滑移弧助燃器和气源，所述气源与所述滑移弧助燃器安装有电极主体的通道的一端连通，所述滑移弧助燃器安装有电极主体的通道的另一端借助球形阀和管道经由燃煤气化炉的侧壁与燃煤气化炉的燃烧室连通。该技术利用滑移弧放电产生等离子体进入燃煤燃烧区，既能增加燃烧区氧原子的扩散速度，又能增加使燃煤加速反应的活性离子，同时使氧原子和活性离子与碳的混合更加充分，极大提高燃烧效率，起到煤粉燃烧助燃添加剂的作用。该技术能有效提高燃煤燃烧效率，降低污染，且实施方便，易于实际应用。

Description

燃煤气化炉的助燃装置

技术领域

本发明涉及一种燃煤气化炉的助燃装置。

背景技术

近年来，雾霾已经成为北京大气治理的主要问题。有研究表明，燃煤污染是雾霾产生的主要原因之一。在北方农村，包括北京周边区县，冬季的取暖、农业大棚及规模饲养业主要依靠燃煤，由于其取暖成本较低，煤作为冬季取暖燃料的地位一时难以改变。解决这一矛盾，需要降低燃煤污染。燃煤污染是由煤的非洁净燃烧产生，要实现煤的洁净燃烧，现有的途径有两条，一是煤的预先处理和煤气化技术，二是煤的预先处理和烟气处理技术。上述技术途径主要适合于工业化应用，技术已经接近成熟，但设备庞大、复杂。目前，研究人员在煤气化技术的小型化上进行了探索，研制出适合取暖的燃煤气化炉设备。由于其烟气排放指标完全符合北京地区的大气环保标准，正在北京延庆、怀柔等地推广使用。

燃煤气化炉是燃煤取暖设备的新技术，具有优良的节能、环保特性。但是，该技术仍处于发展初期，特别是燃料为普通煤质时，其燃烧效率较低，不易燃烧。若采用优质煤，极大增加了燃煤取暖成本，经济效益较低。因此，如何解决燃煤气化炉中普通煤质燃烧效率不高的问题是关键。燃煤助燃技术为解决这一问题提供了可行性。

燃煤助燃技术一直是提高煤燃烧效率研究的重点。助燃剂技术研究已有上百年历史，某些研究成果已区域工业化应用。在煤燃烧过程中，使用助燃技术能显著降低煤的着火温度、加快焦炭的燃烧速度，缩短燃烧时间，从而提高煤的燃烧效率。从而促使煤的燃烧更加充分，即减少了不完全燃烧的热损失，又减小了烟尘的排放，达到设备的节能和环保的要求。

目前，广泛采用的技术为助燃添加剂，其作用机理有两种，即氧传递理论和电子转移理论。氧传递理论认为在加热的条件下，助燃剂首先被还原成金属并吸附氧气使金属氧化得到金属氧化物，紧接着碳还原金属氧化物，这样金属一直处于氧化-还原循环中，在金属和氧化物两种状态中来回转换。从宏观上，氧原子不断从金属氧化物传递到碳，加快了氧气扩散速度，使煤燃烧反应加速进行。电子转移理论认为助燃剂中的金属离子在加热的过程中能够被活化，其自身的电子发生转移，金属离子将形成空穴，而碳表面的电子结构也将发生变化。这种电子的迁移将加速某些反应，从而提高整个反应的速度，使煤完全燃烧。

基于上述对燃煤助燃添加机理的认识，目前的添加剂均为固定的金属化合物，如碱金属、碱土金属的盐类添加剂，含铁的化合物添加剂，过度元素的氧化物、氢氧化物添加剂和各种金属离子的混合物组成的复合添加剂，过度元素的氧化物、氢氧化物添加剂，各种金属离子的混合物组成的复合添加剂，等等。由于影响燃煤助燃添加剂效果的因素很多，理论与试验研究的范围还不广泛，多数处于试验研究及半工业试验中。虽然学术和工业界对添加剂进行了长期大量的研究，获得了一定的成果，但是仅有少数的燃煤添加剂走向市场。

发明内容

本发明旨在提供一种新式燃煤助燃技术，解决燃煤燃烧效率低的问题。

为了实现上述目的，本发明提出采用滑移弧技术作为燃煤助燃技术。滑移弧技术是一种在流动气体中产生可移动电弧的技术，其实现装置主要包括电弧激励器、激励电路、气源及气体流动和控制管路等等，滑动电弧等离子体由一对延伸的弧形电极产生。基本原理为：电源在两电极上施加高压，引起电极间流动的气体在电极最窄部分被击穿；一旦击穿发生，电源就以中等电压提供足以产生电弧的强电流，不断放电产生等离子体，电弧在电极的半椭圆形表面上不断膨胀、伸长直到不能维持为止。电弧熄灭后重新起弧，周而复始，其视觉观看滑动电弧放电产生等离子体就像火焰一般，但其平均温度却较低。

本发明提供的燃煤气化炉的助燃装置包括滑移弧助燃器和气源，所述气源与所述滑移弧助燃器安装有电极主体的通道的一端连通，所述滑移弧助燃器安装有电极主体的通道的另一端借助球形阀和管道经由燃煤气化炉的侧壁与燃煤气化炉的燃烧室连通。

优选所述燃煤气化炉的与安装有滑移弧助燃器的侧壁相对的侧壁上安装有排烟通道。

优选所述滑移弧助燃器连接有测量控制系统。

优选所述气源连接有气源控制系统。

优选所述气源输送的是空气与水蒸汽的混合气体。

本发明利用滑移弧放电产生等离子体进入燃煤燃烧区的助燃方法，既能增加燃烧区氧原子的扩散速度，又能增加使燃煤加速反应的活性离子，同时使氧原子和活性离子与碳的混合更加充分，极大提高燃烧效率，起到煤粉燃烧助燃添加剂的作用。该技术能有效提高燃煤燃烧效率，降低污染，且实施方便，易于实际应用。其优点具体表现在：1)降低燃煤标准，扩展燃煤范围；2)减少燃煤消耗，节省能源；3)降低燃烧温度，减少氮氧化物的排放；4)延长燃烧设备的使用寿命；5)助燃设备能耗小，简单可靠，维护方便。

附图说明

图1是燃煤助燃装置示意图。

符号说明

1、水煤气锅炉 2、烟道 3、滑移弧助燃器 3-1、电极主体 3-2、电源 4-气源 5、管道 6、球形阀 7、测量控制系统 8、气源控制系统

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

本发明技术实施主要包括水煤气锅炉1和滑移弧助燃系统，其中水煤气锅炉1是已有装置，其工作原理是煤仓中的煤、水蒸气和空气在一定温度下合成水煤气，通过上炉篦进入锅炉燃烧区，与下炉篦进来的空气在燃烧区混合并燃烧，燃烧后的烟气通过烟道2排出燃烧区。滑移弧助燃系统是锅炉的新增系统，主要包括滑移弧助燃器3和气源4，滑移弧助燃器3利用了成熟的滑移电弧生成技术，其主要包括：电极主体3-1和电源3-2。通过气源提供的气体是空气和水蒸气的混合物，水蒸气量可调。

滑移弧助燃系统的工作原理是：气源4中的气体通过带有球形阀6的管道5流入电极主体3-1形成的流道中，通过控制电极主体3-1上的电压在电极通道的最窄处形成电弧，电弧沿气流方向快速移动，在移动过程中，电弧增大，形成逐渐增多的等离子体，主要成分有氧原子(O)，氧离子(O2+)，氢氧离子(OH-)，氢原子(H)，氢离子(H+)等等，这些离子团是强化学活性的离子团，有些具有强氧化性，有些又极易燃烧。等离子体进入锅炉燃烧区，促进水煤气燃烧。可以通过测量控制系统7监测等离子体的含量，并控制调节控制电极上的电压。并相应通过气源控制系统8调节气源的水蒸气含量。气源中也可以添加其他的气体状的助燃剂。

如附图1所示，方案中两个系统联合工作，滑移弧助燃系统为水煤气锅炉提供助燃气体。具体流程为：开启两系统间的阀门，两个系统通过管道连通；启动滑移弧系统，电极主体产生的有效活性离子团随气流通过管道进入锅炉系统的燃烧区，为锅炉中燃烧的水煤气提供氧化剂，并且增加低燃点的燃烧气体；同时，增加了水燃气与空气，等离子体间的混合，起到助燃作用。期间电源系统、控制系统、气源系统协调配合工作。该方案实施方便，适合市场应用。

Claims (5)

1.一种燃煤气化炉的助燃装置，其特征在于：包括滑移弧助燃器和气源，所述气源与所述滑移弧助燃器安装有电极主体的通道的一端连通，所述滑移弧助燃器安装有电极主体的通道的另一端借助球形阀和管道经由燃煤气化炉的侧壁与燃煤气化炉的燃烧室连通。

2.如权利要求1所述的燃煤气化炉的助燃装置，其特征在于：所述燃煤气化炉的与安装有滑移弧助燃器的侧壁相对的侧壁上安装有排烟通道。

3.如权利要求1所述的燃煤气化炉的助燃装置，其特征在于：所述滑移弧助燃器连接有测量控制系统。

4.如权利要求1所述的燃煤气化炉的助燃装置，其特征在于：所述气源连接有气源控制系统。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的燃煤气化炉的助燃装置，其特征在于：所述气源输送的是空气与水蒸汽的混合气体。