CN108006613A - 降低锅炉氮氧化物排放总量的供风装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低锅炉氮氧化物排放总量的供风装置及方法，所述锅炉包括炉体和炉排，炉排下方的炉体内腔为送风室，所述炉体外壁上设置有料斗，料斗下方设置有液压推送器；所述送风室为封闭送风室，所述供风装置包括鼓风机、控制器以及匀布风控制机构；所述料斗的落料口还设置有定量落料机构；所述控制器的输出端分别与定量落料机构、匀布风控制机构以及鼓风机的受控端连接。本发明使送入炉体的风量变得可控，从而做到有效控制空气过量系数，并实现分级气化燃烧，进一步将锅炉排出的氮氧化物总量降低到100mg/m³以内，不仅解决了现有的锅炉普遍存在的氮氧化物排放总量居高不下的问题，而且还大大减小了热损失，提高了锅炉的运行效率。

Description

降低锅炉氮氧化物排放总量的供风装置及方法

技术领域

本发明涉及燃料锅炉技术领域，特别是一种能够降低锅炉燃烧时产生的氮氧化物排放总量的装置及方法。

背景技术

据统计，我国在役燃料工业锅炉总数约为60万台，其中层燃锅炉约占总数的70%，我国工业锅炉设计效率一般仅比发达国家低1%-3%，但使用效率却低10%以上，其中造成层燃锅炉实际运行效率低、热损失大、氮氧化物排放总量高的主要原因就是层燃锅炉配风不合理、适应性差。在环保意识逐渐增强的趋势下，氮氧化物排放总量成为了考察锅炉性能的重要指标，国标中对燃煤锅炉的氮氧化物排放总量要求控制在200mg/m³以内。

本领域中所述的氮氧化物排放总量是指由氮、氧两种元素组成的化合物，主要是NO和NO2，它们是常见的大气污染物，因此控制氧浓度即空气过量系数即可控制氮氧化物的排放总量。然而，由于传统锅炉燃烧方式存在的送风量不可控、供风装置不密封等问题，造成了氮氧化物的排放总量一直居高不下，无法到国标排放要求。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供了一种降低锅炉氮氧化物排放总量的供风装置及方法，以解决现有的锅炉普遍存在的氮氧化物排放总量居高不下的问题，在提高锅炉运行效率的基础上，降低对环境的污染。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

降低锅炉氮氧化物排放总量的供风装置，所述锅炉包括封闭设置的炉体，炉体的左下角倾斜设置有炉排，炉排下方的炉体内腔为送风室，炉排上方的炉体内腔通过平行于炉排设置在炉体前后侧壁上的炉拱分别为高温气化室和燃烧室，高温气化室与燃烧室之间通过设置在炉拱上的拱口连通；所述炉体外壁上对应炉排顶端的位置设置有料斗，料斗下方设置有行走方向与炉排倾斜方向一致、用于将料斗中的燃料推送至炉排上的液压推送器；所述送风室为封闭送风室，所述供风装置包括设置在封闭送风室前后两侧壁上的鼓风机、控制鼓风机送风量的控制器以及设置在封闭送风室内保证送入炉排的风量均匀一致的匀布风控制机构；所述料斗的落料口还设置有定量落料机构；所述控制器的输出端分别与定量落料机构、匀布风控制机构以及鼓风机的受控端连接，控制器根据锅炉负载所需确定定量落料机构输送的燃料量，并根据燃料量控制鼓风机的送风量和匀布风控制机构的工作状态。

一种降低锅炉氮氧化物排放总量的供风装置，所述匀布风控制机构包括设置在对应送风室的炉体左侧内壁中上部、用于将鼓风机吹入的风均匀分散到送风室内的横向布风板，所述横向布风板上均匀设置有多个排风孔。

一种降低锅炉氮氧化物排放总量的供风装置，所述横向布风板下方紧贴设置有用于控制排风孔开口大小的风量控制机构；所述风量控制机构包括位于横向布风板下方且设置在送风室内壁上的滑轨以及一侧与滑轨相配合能够在滑轨上来回移动的可滑动布风板；所述可滑动布风板上开设有与横向布风板上排风孔分布方式相同的多个通风孔，可滑动布风板的前侧端面上固定连接有平行于滑轨方向设置的丝杠；所述丝杠与设置在炉体外壁上的驱动电机轴连接，所述驱动电机的受控端连接控制器的输出端。

一种降低锅炉氮氧化物排放总量的供风装置，所述封闭送风室内通过风室隔板将送风室分隔为不同送风区，每个送风区两侧的炉体侧壁上均设置有用于连接鼓风机的鼓风机接口。

一种降低锅炉氮氧化物排放总量的供风装置，所述风室隔板上也设置有相配装的横向布风板和风量控制机构。

一种降低锅炉氮氧化物排放总量的供风装置，所述定量落料机构包括设置在料斗壳体内部的下料机构以及设置在料斗壳体内部位于下料机构下方的承重落料机构；所述下料机构和承重落料机构的受控端连接于控制器的输出端。

一种降低锅炉氮氧化物排放总量的供风装置，所述下料机构包括分别固定设置在料斗壳体左侧内壁和右侧内壁上的两个直线轨道以及与直线轨道相配合设置的抽拉挡板，抽拉挡板伸出料斗壳体的一端固定连接有控制抽拉挡板在直线轨道上运动的气缸一，气缸一的受控端连接于控制器的输出端。

一种降低锅炉氮氧化物排放总量的供风装置，所述承重落料机构包括承重板、设置在承重板下方的旋转板以及固定设置在承重板和旋转板之间其信号端连接于控制器输入端的称重传感器；所述旋转板的左侧端面固定连接有旋转轴，旋转轴伸出料斗壳体左侧壁的一端通过联轴器联接于伺服电机的输出端，伺服电机的受控端连接于控制器的输出端；所述旋转板下端设置有固定设置在料斗壳体后侧壁上的固定限位板和穿过料斗壳体前端的移动限位板，移动限位板一端固定连接于气缸二的活塞杆端，气缸二的受控端连接于控制器的输出端。

一种降低锅炉氮氧化物排放总量的供风装置，所述炉排包括方型框架以及设置在方型框架上的多根并列设置的炉条，相邻炉条之间通过依次重叠相扣在炉条上的若干瓦状炉排片连接；所述瓦状炉排片的中部向上凸起且整体倾斜向下设置，上下相邻瓦状炉排片之间设置有用于将风室内的风倾斜向下排出的送风口；所述方型框架上还设置有用于对炉条进行降温的冷却机构，冷却机构包括横向设置在方型框架底端的冷却水总管、横向设置在方型框架顶端的冷却水回水管以及位于炉条内且下两端分别与冷却水回水管和冷却水总管相连通的冷却水分管。

降低锅炉氮氧化物排放总量的供风方法，具体包括以下步骤：

1）确保炉体封闭设置，炉体的进料口通过燃料和液压推送器封堵，炉体的出渣口通过闸板封堵，炉体的热量交换口通过拱口连通；

2）根据锅炉负载所需确定料斗内定量落料机构的单次输送燃料量；

3）根据单次燃料量控制液压推送器的推送频率以及鼓风机的送风量；

4）根据送风量确定匀布风控制机构的工作状态，保证炉排表面送出匀布风。

由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。

本发明通过将炉体改进为封闭式结构，并通过设置定量落料机构和匀布风控制机构，使得送入炉体的风量变得可控，从而做到有效控制空气过量系数，并实现分级气化燃烧，进一步将锅炉排出的氮氧化物总量降低到100mg/m³以内，不仅解决了现有的锅炉普遍存在的氮氧化物排放总量居高不下的问题，满足了国标排放要求，而且还大大减小了热损失，提高了锅炉的运行效率。

本发明所述匀布风控制机构的横向布风板设置在炉排体内部的送风室内壁中上部，且横向布风板上均匀设置有多个排风孔，横向布风板上的排风孔能够使得部分风从炉排片中部排出，余下的风被横向布风板挡住并将其均匀分散到横向布风板两侧，使得风能够十分均匀地从炉排两侧的位置排出，实现了送风室内部风量的分配。发明从炉排中部排出的风量比两侧排出的风量大或者小时，可通过调节风量控制机构来调整排风孔开口大小，进而实现炉排片的中部和两侧风量的均匀布风。

本发明所述的定量落料机构能够实现料斗中的燃料每次定量地送入到炉排体上，且可以调节燃料送入量，大大地提高了锅炉的热效率，避免燃料浪费。

本发明的炉排采用冷却炉条和瓦状炉排片相配的结构，通过相邻瓦状炉排片之间倾斜相下的通风口设置，能够有效地防止燃料落入送风室中，同时使得瓦状炉排片排出的风被燃料燃烧加热后规律地聚集到高温气化室底部，热风从高温气化室底部流转至拱口送入燃烧室，形成热循环，延长了热风流程，提高了锅炉的热效率。

附图说明

图1为本发明所述锅炉的整体结构示意图；

图2为本发明所述匀布风控制机构的结构示意图；

图3为本发明所述送风室的外部结构示意图；

图4为本发明所述料斗及定量落料机构的结构示意图；

图5为本发明所述料斗内部结构剖视图；

图6为本发明所述炉排的局部结构示意图；

图7为供本发明所述供风装置的控制原理框图。

其中：1.炉体，2.送风室，3.高温气化室，4.燃烧室，5.炉排，6.炉拱，7.料斗，8.液压推送器，9.换热室，10.鼓风机接口；11.横向布风板，12.排风孔，13.滑轨，14.可滑动布风板，15.丝杠，16.风室隔板，17.驱动电机；21.抽拉挡板，22.气缸一，23.承重板，24.旋转板，25.旋转轴，26.伺服电机，27.固定限位板，28.移动限位板，29.气缸二；31.炉条，32.瓦状炉排片，33.冷却水总管，34.冷却水回水管，35.送风口。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

一种降低锅炉氮氧化物排放总量的供风装置，其结构如图1所示，锅炉包括封闭设置的炉体1，炉体的左下角倾斜设置有炉排5，炉排下方的炉体内腔为送风室2，炉排上方的炉体内腔通过平行于炉排设置在炉体前后侧壁上的炉拱6分别为高温气化室3和燃烧室4，高温气化室与燃烧室之间通过设置在炉拱上的拱口连通；炉体外壁上对应炉排顶端的位置设置有料斗7，料斗下方设置有液压推送器8，液压推送器活塞杆的行走方向与炉排倾斜方向一致，用于将料斗中的燃料推送至炉排上的；本发明中的送风室为封闭送风室，料斗与炉排进料口之间通过燃料和液压推送器封闭设置，从而保证送入炉体内的风量可控制。

本发明所述的供风装置包括鼓风机、控制器以及匀布风控制机构。其中，鼓风机设置在封闭送风室的前后两侧壁上，对应送风室的炉体前后侧壁上开设有鼓风机构接口，与鼓风机连通。当封闭送风室内通过风室隔板16将送风室分隔为不同送风区时，每个送风区前后两侧的炉体侧壁上均设置有鼓风机接口；采用此种结构可以保证炉排的所有送风口均匀送风。

匀布风控制机构设置在封闭送风室的炉体内壁上，用于保证送入炉排各个部位的风量均匀一致。

匀布风控制机构的结构如图2和图3所示，包括相配装的横向布风板11和风量控制机构。横向布风板11设置在炉体内部的送风室内壁中上部，横向布风板11上均匀设置有多个排风孔12，横向布风板上的排风孔能够使得部分风从炉排中部排出，余下的风被横向布风板挡住并将其均匀分散到横向布风板两侧，使得风能够十分均匀地从炉排两侧的位置排出；风量控制机构紧贴设置在横向布风板下方，用于控制各个排风孔开口大小。

风量控制机构包括滑轨13、可滑动布风板14、丝杠15和驱动电机17。滑轨13位于在横向布风板11下方，设置在对应送风室左侧的炉体内壁上；可滑动布风板14的一侧与滑轨13相配合能够在滑轨13上来回移动，可滑动布风板上开设有多个通风孔，通风孔与横向布风板上排风孔的分布方式相同；丝杠的一端与可滑动布风板的侧端面面固定连接，丝杠与滑轨平行设置；驱动电机固定设置在炉体外壁上，驱动电机的输出轴通过联轴器与丝杠的另一端固定连接驱动电机的受控端连接控制器的输出端，用于在控制器的指令下改变可滑动布风板于横向布风板的相对位置。

为了满足更好地燃烧需求和风量均匀布风需求，避免燃料的不完全燃烧，减少热量的损失，将送风室分隔为多个独立送风区时，每个送风区左侧的隔板上均设置一组匀布风控制机构。

匀布风控制机构的工作原理为：鼓风机通过鼓风机接口将风吹入到送风室内，主要集中在送风室内腔中部的风被横向布风板阻挡住部分风量，被阻挡的风流通到送风室内腔两侧，从炉排两侧排出，未被阻挡的风通过排风孔将风从炉排中部排出，实现了炉体内部的横向均匀布风。

从炉排中部排出的风量比两侧排出的风量大或者小时，可通过调节风量控制机构来调整排风孔开口大小，来实现炉排的中部和两侧风量的均匀布风。控制器根据计算获得驱动信号，控制驱动电机带动丝杠进一步带动可滑动布风板在滑轨上滑动，来控制调整排风孔开口大小。当从炉排中部排出的风量比两侧排出的风量大时，将排风孔开口调节小些；当从炉排中部排出的风量比两侧排出的风量小时，将排风孔开口调节大些。

为实现对送风量的精确控制，本发明在料斗的落料口设置了定量落料机构，控制器根据生产技术指标以及锅炉参数确定单次燃料量，而后通过控制定量落料机构进行准确送料。定量落料机构的结构如图4和图5所示，包括设置在料斗壳体内部的下料机构以及设置在料斗壳体内部位于下料机构下方的承重落料机构；下料机构和承重落料机构的受控端连接于控制器的输出端。

下料机构包括两个直线轨道、一个抽拉挡板21和气缸一22。两个直线轨道分别固定设置在料斗壳体左侧内壁和右侧内壁上；抽拉挡板21左右两侧上设置滚轮，滚轮与直线轨道相配装，方便抽拉挡板在直线轨道内运动；气缸一22的活塞杆端固定连接于抽拉挡板伸出料斗壳体上设置开口端的一端，气缸一的受控端连接于控制器的输出端，控制器能够设定气缸一的动作频率以及抽拉挡板的落料量。

承重落料机构包括承重板23、旋转板24、称重传感器、旋转轴25、伺服电机26、固定限位板27、移动限位板28和气缸二29。承重板设置于料斗壳体内部，位于抽拉挡板下方；旋转板设置在承重板下方；称重传感器固定设置在承重板和旋转板之间，称重传感器的信号端连接于控制器的输入端，称重传感器能够将承重板以及承重板上的燃料重量信号反馈至控制器；旋转轴固定连接在旋转板上，旋转轴转动能够带动旋转板翻转，从而实现将承重板上的燃料送到料斗出料口；伺服电机26通过联轴器联接于旋转轴伸出料斗壳体左侧壁的一端，伺服电机的受控端连接于控制器的输出端；固定限位板27固定设置在料斗壳体后侧壁上，位于设置在旋转板24下端；移动限位板28位于设置在旋转板下端，穿过料斗壳体前侧壁设置的开口；气缸二的活塞杆端固定连接于移动限位板的一端，气缸二的受控端连接于控制器的输出端。

定量落料机构的工作原理为：燃料加入料斗后，控制器控制气缸一泄气，气缸一拉动抽拉挡板向前运动，形成一个落料口，在抽拉挡板上方的燃料落于承重板上；称重传感器对承重板上的燃料重量时时进行称量，并将重量信号反馈至控制器。当称重传感器反馈的重量信号达到控制器设定的重量值时，控制器控制气缸一充气，气缸一拉动抽拉挡板向后运动，将落料口堵住，使得抽拉挡板的上方和下方不再连通；与此同时，控制器控制气缸二泄气，气缸二带动移动限位板抽出料斗壳体；然后，控制器控制伺服电机运作，使得旋转板和承重板顺时针转动90°，而后停止运作，此时，燃料从承重板上落下。燃料从承重板上落下后，控制器控制伺服电机反向转动，旋转板和承重板逆时针转动90°复位；然后控制器控制气缸二充气，移动限位板回到原位置，移动限位板与固定限位板共同作用对承重板和旋转板支撑，以方便下一次承重。

一次给料完成后，称量好的燃料被料斗下方、对应炉排进料口、铰接在炉体上的挡板挡住；控制器控制液压推送器运作，带动液压推送器末端的推料板将燃料推入到炉排斜面上的炉排片上。为保证燃料能够充分布满炉排，本发明液压推送器设置为与炉排倾斜面平行，且液压推送器的最大行程位于炉排倾斜面向下的1/3至1/2处。

为保证炉排能够向其上的燃料均匀送风，并且能够提高炉排的使用寿命，本发明的炉排结构设置为如图2、3和6所示的结构。具体为：炉排包括方型框架以及设置在方型框架上的多根并列设置的炉条，相邻炉条31之间通过依次重叠相扣在炉条上的若干瓦状炉排片32连接；瓦状炉排片32的中部向上凸起且整体倾斜向下设置，上下相邻瓦状炉排片之间设置有送风口35，用于将送风室内的风倾斜向下排出。方型框架上还设置有冷却机构，用于对炉条进行降温，提高炉条使用寿命，冷却机构包括横向设置在方型框架底端的冷却水总管33、横向设置在方型框架顶端的冷却水回水管34以及位于炉条内且下两端分别与冷却水回水管和冷却水总管相连通的冷却水分管。

控制器独立设置于炉体外，控制器与其他受控设备的连接关系如图7所示。控制器具体工作时，可手动输入锅炉的炉排表面机、高温气化室体积以及生产技术指标，据此计算单次燃料量，根据燃料量确定鼓风机的送风量，并根据送风量调节匀布风控制机构的工作状态，从而保证燃料充分高效燃烧的基础上，降低锅炉的氮氧化物排放总量。

一种降低锅炉氮氧化物排放总量的供风方法，具体包括以下步骤：

1）确保锅炉炉体封闭设置，炉体的进料口通过燃料和液压推送器封堵，炉体的出渣口通过闸板封堵，炉体的热量交换口通过拱口连通。

2）根据锅炉负载所需确定料斗内定量落料机构的单次输送燃料量。

3）根据单次燃料量控制液压推送器的推送频率以及鼓风机的送风量。

4）根据送风量确定匀布风控制机构的工作状态，保证炉排表面送出匀布风。

通过上述步骤，可以实现降低锅炉氮氧化物排放总量的目的。

Claims (10)

1.降低锅炉氮氧化物排放总量的供风装置，所述锅炉包括封闭设置的炉体（1），炉体的左下角倾斜设置有炉排（5），炉排下方的炉体内腔为送风室（2），炉排上方的炉体内腔通过平行于炉排设置在炉体前后侧壁上的炉拱分别为高温气化室和燃烧室，高温气化室与燃烧室之间通过设置在炉拱上的拱口连通；所述炉体外壁上对应炉排顶端的位置设置有料斗（7），料斗下方设置有行走方向与炉排倾斜方向一致、用于将料斗中的燃料推送至炉排上的液压推送器（8）；其特征在于：所述送风室为封闭送风室，所述供风装置包括设置在封闭送风室前后两侧壁上的鼓风机、控制鼓风机送风量的控制器以及设置在封闭送风室内保证送入炉排的风量均匀一致的匀布风控制机构；所述料斗的落料口还设置有定量落料机构；所述控制器的输出端分别与定量落料机构、匀布风控制机构以及鼓风机的受控端连接，控制器根据炉排表面积以及炉体内高温气化室的体积确定定量落料机构输送的燃料量，并根据燃料量控制鼓风机的送风量和匀布风控制机构的工作状态。

2.根据权利要求1所述的降低锅炉氮氧化物排放总量的供风装置，其特征在于：所述匀布风控制机构包括设置在对应送风室的炉体左侧内壁中上部、用于将鼓风机吹入的风均匀分散到送风室内的横向布风板（11），所述横向布风板（11）上均匀设置有多个排风孔（12）。

3.根据权利要求2所述的降低锅炉氮氧化物排放总量的供风装置，其特征在于：所述横向布风板（11）下方紧贴设置有用于控制排风孔（12）开口大小的风量控制机构；所述风量控制机构包括位于横向布风板（11）下方且设置在送风室内壁上的滑轨（13）以及一侧与滑轨（13）相配合能够在滑轨上来回移动的可滑动布风板（14）；所述可滑动布风板（14）上开设有与横向布风板上排风孔分布方式相同的多个通风孔，可滑动布风板（14）的前侧端面上固定连接有平行于滑轨方向设置的丝杠（15）；所述丝杠（15）与设置在炉体（1）外壁上的驱动电机（17）轴连接，所述驱动电机的受控端连接控制器的输出端。

4.根据权利要求3所述的降低锅炉氮氧化物排放总量的供风装置，其特征在于：所述封闭送风室内通过风室隔板（16）将送风室分隔为不同送风区，每个送风区两侧的炉体侧壁上均设置有用于连接鼓风机的鼓风机接口。

5.根据权利要求4所述的降低锅炉氮氧化物排放总量的供风装置，其特征在于：所述风室隔板上也设置有相配装的横向布风板和风量控制机构。

6.根据权利要求1所述的降低锅炉氮氧化物排放总量的供风装置，其特征在于：所述定量落料机构包括设置在料斗壳体内部的下料机构以及设置在料斗壳体内部位于下料机构下方的承重落料机构；所述下料机构和承重落料机构的受控端连接于控制器的输出端。

7.根据权利要求6所述的降低锅炉氮氧化物排放总量的供风装置，其特征在于：所述下料机构包括分别固定设置在料斗壳体左侧内壁和右侧内壁上的两个直线轨道以及与直线轨道相配合设置的抽拉挡板（21），抽拉挡板（21）伸出料斗壳体的一端固定连接有控制抽拉挡板在直线轨道上运动的气缸一（22），气缸一（22）的受控端连接于控制器的输出端。

8.根据权利要求6所述的降低锅炉氮氧化物排放总量的供风装置，其特征在于：所述承重落料机构包括承重板（23）、设置在承重板（23）下方的旋转板（24）以及固定设置在承重板和旋转板之间其信号端连接于控制器输入端的称重传感器；所述旋转板（24）的左侧端面固定连接有旋转轴（25），旋转轴（25）伸出料斗壳体左侧壁的一端通过联轴器联接于伺服电机（26）的输出端，伺服电机（26）的受控端连接于控制器的输出端；所述旋转板（24）下端设置有固定设置在料斗壳体后侧壁上的固定限位板（27）和穿过料斗壳体前侧壁上的移动限位板（28），移动限位板（28）一端固定连接于气缸二（29）的活塞杆端，气缸二（29）的受控端连接于控制器的输出端。

9.根据权利要求1所述的降低锅炉氮氧化物排放总量的供风装置，其特征在于：所述炉排包括方型框架以及设置在方型框架上的多根并列设置的炉条，相邻炉条（31）之间通过依次重叠相扣在炉条上的若干瓦状炉排片（32）连接；所述瓦状炉排片（32）的中部向上凸起且整体倾斜向下设置，上下相邻瓦状炉排片之间设置有用于将送风室内的风倾斜向下排出的送风口（35）；所述方型框架上还设置有用于对炉条进行降温的冷却机构，冷却机构包括横向设置在方型框架底端的冷却水总管（33）、横向设置在方型框架顶端的冷却水回水管（34）以及位于炉条内且下两端分别与冷却水回水管和冷却水总管相连通的冷却水分管。

10.降低锅炉氮氧化物排放总量的供风方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

1）确保炉体封闭设置，炉体的进料口通过燃料和液压推送器封堵，炉体的出渣口通过闸板封堵，炉体的热量交换口通过拱口连通；

2）根据锅炉负载所需确定料斗内定量落料机构的单次输送燃料量；

3）根据单次燃料量控制液压推送器的推送频率以及鼓风机的送风量；

4）根据送风量确定匀布风控制机构的工作状态，保证炉排表面送出匀布风。