CN108332192B - 一种锅炉燃烧装置及其改造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锅炉的燃烧装置及其改造方法，所述的燃烧装置包括燃烧室和炉排，炉排设置于燃烧室的下部；所述燃烧室包括连通的主燃烧室和辅助燃烧室，所述辅助燃烧室设置在所述主燃烧室进燃料方向的一侧，主燃烧室和辅助燃烧室相对独立设置；辅助燃烧室包括炉腔、炉顶和上送风装置；本发明的燃烧装置，既能实现送风气流稳定，提高整体燃料的燃烧效率，热能释放效率高；又能实现减少送风，低氮燃烧，有效控制NOx的生成，从而减少脱硝的费用，达到节能环保目的；本发明的改造方法，不需要对原有锅炉进行大范围破坏，仅在主燃烧室一侧加辅助燃烧室，具有局限性小，操作性强，安全可靠，施工简单，改造效率高的技术效果。

Description

一种锅炉燃烧装置及其改造方法

技术领域

本发明属于锅炉燃烧装置及改造技术领域，尤其涉及一种锅炉的燃烧装置及其改造方法。

背景技术

随着经济的发展，我国能源需求与日俱增，但从上世纪90年代起中国的能源消费总量超过了其能源生产总量之后，至今能源供应能力仍然低于能源消费总量。节能减排进一步得到政策和企业的重视，为锅炉的节能改造创造了良好的机遇。

经过多年的快速发展，我国对于燃煤锅炉的研发与生产已经走在世界前列。但燃煤锅炉依旧存在高耗能、热效率低和烟气排放污染大气等弊端，造成对环境的严重污染，直接威胁人类生存。因此，有效加强对燃煤锅炉的节能和环保的改造成为锅炉行业中亟待解决的问题。

传统锅炉烟尘达标排放都是在锅炉后端处理，一般情况下炉排炉出口氮氧化物400mg/Nm³左右，控制炉温也只能370mg/Nm³左右。降低氮氧化物排放成了燃煤锅炉清洁利用煤碳的一难题。

现在超低排放氮氧化物要求50mg/Nm³，从400mg/Nm³降到50mg/Nm³非常困难，需要多极处理，并且还有使用很多的药物才能达标，这样就提高了锅炉运营费用并造成新的污染。

现有的锅炉中烟气排放不达标的主要原因：一是锅炉内燃烧不充分产生黑烟，二是烟气排放中高温氮含量较高，易形成氮氧化合物，污染环境；因此，对锅炉进行的改造，必须从消除黑烟、降低氮氧化合物含量开始。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种锅炉的燃烧装置，既能实现送风气流稳定，提高整体燃料的燃烧效率，热能释放效率高；

又能实现低氮燃烧，有效控制NOx的生成，从而减少脱硝的费用，达到节能环保目的；

本发明的改造方法，不需要对原有锅炉进行大范围破坏，仅在主燃烧室一侧加辅助燃烧室，具有局限性小，操作性强，安全可靠，施工简单，改造效率高的技术效果。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种锅炉的燃烧装置，其特征在于：包括燃烧室和炉排，所述炉排设置于燃烧室的下部；所述燃烧室包括主燃烧室和辅助燃烧室，按照进燃料方向依次设置有所述辅助燃烧室和主燃烧室，所述主燃烧室和所述辅助燃烧室相对独立设置；所述辅助燃烧室设置于所述主燃烧室侧面；所述辅助燃烧室包括炉腔、炉顶和上送风装置。

作为本发明优选的技术方案，所述位于所述主燃烧室下部段炉排底部设置有送水蒸汽装置。

作为本发明优选的技术方案，所述主燃烧室和辅助燃烧室之间设有一挡板，所述主燃烧室和辅助燃烧室在挡板的下部设置有连通口，所述主燃烧室和辅助燃烧室通过连通口进行连通；

所述炉顶沿进燃料方向逐渐向上倾斜；所述炉腔的空间沿进燃料方向逐渐变大。

作为本发明优选的技术方案，所述炉顶的上壁为分体式设置，用块状的耐火砖进行铺设；

所述上送风装置包括三个送风模块，所述送风模块设置在所述炉顶上，每个送风模块中贯穿设置至少一排进风管；

所述送风模块沿进燃料方向排列，依次为第一送风模块、第二送风模块和第三送风模块，第一送风模块中竖直设置有一排进风管；第二送风模块和第三送风模块中分别竖直设置有三排进风管；每一排进风管包括若干根进风管。

作为本发明优选的技术方案，所述炉排为链条式循环炉排或往复式的多段炉排；

作为本发明优选的技术方案，所述往复式炉排为三段炉排，沿进燃料方向依次为第一炉段、第二炉段和第三炉段，所述第一炉段与所述第二炉段、所述第二炉段与所述第三炉段之间为半分离式连接。

作为本发明优选的技术方案，所述的一种锅炉的燃烧装置的改造方法，包括以下方法：

将主燃烧室沿进燃料方向的前端一侧设置辅助燃烧室，所述辅助燃烧室与所述主燃烧室连通；

将辅助燃烧室的炉顶进行倾斜设置，倾斜的方向为沿进燃料方向逐渐向上倾斜；炉腔的空间沿进燃料方向逐渐变大；

上送风装置包括设置在炉顶上的三个送风模块，三个送风模块沿进燃料方向排列，依次为第一送风模块、第二送风模块和第三送风模块，第一送风模块中竖直设置有一排进风管；第二送风模块和第三送风模块中分别竖直设置有三排进风管；以使得上送风装置的送风量沿进燃料方向逐渐增大。

作为本发明优选的技术方案，还包括：将改造前位于主燃烧室下部的炉排作出拉出处理，拉出距离与所述辅助燃烧室的长度相适配，使得所述炉排部分伸出主燃烧室外，位于辅助燃烧室之内；

作为本发明优选的技术方案，在所述主燃烧室下部对应的炉排底部设置送水蒸汽装置，所述送水蒸汽装置用于间歇性地向上喷洒水蒸汽。

作为本发明优选的技术方案，所述改造方法，还包括通过控制主燃烧室排放物中的NO_X的含量来即时调节所述高温区的送风量：当检测到主燃烧室排放物中的NO_X的含量高于150mg/Nm³时，减小所述辅助燃烧室的送风量。

本发明采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：

1）该锅炉的燃烧装置，经过改造后，设有两个相对独立又互相连通的燃烧室，能够使燃料先在辅助燃烧室内进行初步的燃烧，使得初步燃烧更加充分，有利于提高整体的燃烧效率，热能释放效率高, 热效率达到了90.34%；

2）主燃烧室和辅助燃烧室两个燃烧室之间的挡板，将辅助燃烧室形成半封闭状态，可将辅助燃烧室的火焰引入主燃烧室，达到使燃料燃烧更加充分的目的；

3）上送风装置的送风量沿进燃料方向逐渐增大，形成的送风气流稳定，不会对上送风形成扰流，使不同的区域分别送入合理的风量，从而达到分级布风、均匀流化的目的；同时还可降低过量空气系数；

4）在主燃烧室底部的炉排下设置水蒸汽输送装置，一方面能够起到对炉排的降温作用，使得炉排温度不至过高，保护炉排，能保障炉排长期使用；另一方面，水蒸汽遇到高温燃烧的燃料后能够形成新的能源水煤气，使得水蒸汽在高温和灼热的燃料表面迅速发生复杂的化学分解反应、燃料也借此发生裂解反应，快速形成氢气、一氧化碳和氧气，这样，将普通的水变成可以燃烧的“可燃水”，可以提高燃料的燃烧速率，迅速释放能量，燃烧充分；第三，水蒸气的加入可实现减少送风，低氮燃烧，进而有效控制NOx的生成，从而减少了脱硝的费用，达到节能环保目的，减少对环境的污染，节能效果显著, 节煤量达到8%左右；

5）下送风装置小的送风，一方面，可以降低炉排的温度，保障了炉排不会烧坏，延长了炉排的使用寿命，另一方面，使得炉排的表面不产生累积物，扩大了燃料的使用范围，解决了灰尘的累积阻燃问题的技术问题；

6）该锅炉的改造方法，不需要对原有锅炉进行大范围破坏，仅在主燃烧室一侧加辅助燃烧室，具有局限性小，操作性强，安全可靠，施工简单，改造效率高的技术效果；

7）在一台20吨的旧锅炉改造试验结果：锅炉出口氮氧化物150mg/Nm³左右，烟尘排放降低了90%，一氧化碳40mg/Nm³左右，热效率达到了90.34%。这一发明改变了传统燃烧原理，由燃烧煤炭改为先气化后燃烧。进的是煤，烧的是气，无烟排出,简单处理就能达标排放，节煤量达到8%左右，给炉排燃煤锅炉创造了新的生命。

附图说明

图1是本发明的一种锅炉的燃烧装置的结构示意图；

图2是本发明的A-A向剖面结构示意图；

图中，1-主燃烧室，2-炉排，3-辅助燃烧室，4-挡板，5-炉腔，6-耐火砖，8-第一送风模块，9-第二送风模块，10-第三送风模块，12-送水蒸汽装置,13-下送风装置13。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，如图1-2所示，一种锅炉的燃烧装置，包括燃烧室和炉排2；燃烧室按照进燃料方向依次包括辅助燃烧室3和主燃烧室1，所述辅助燃烧室3设置于主燃烧室1侧面。

如图1所示，所述主燃烧室1和所述辅助燃烧室3相对独立设置，并且通过一挡板4相互连通，所述挡板4使得所述辅助燃烧室3形成半封闭状态，所述挡板4可用于将辅助燃烧室3的火焰引入主燃烧室1，目的是使燃料燃烧更加充分；辅助燃烧室3包括炉腔5、炉顶和上送风装置，炉顶沿进燃料方向逐渐向上倾斜；炉腔5的空间沿进燃料方向逐渐变大。

上送风装置包括炉顶上设置若干送风模块8、9、10，本实施例为三个送风模块8、9、10，每个送风模块8、9、10中贯穿设置至少一排进风管；三个送风模块8、9、10沿进燃料方向排列，依次为第一送风模块8、第二送风模块9和第三送风模块10，第一送风模块8中竖直设置有一排进风管；第二送风模块9和第三送风模块10中分别竖直设置有三排进风管；每一排进风管包括若干根进风管。

辅助燃烧室3沿进燃料方向设置有低温区、高温区和气化区；低温区：送风量小低温缺氧燃烧，可以防止氮氧化合物产生，最前端可以无风，也可以送微风，送风量逐渐变大；高温区：送风量大，高温燃烧，产生气体、甲烷等，形成高温高压环境；所述高温区的送风量，由主燃烧室1排放物（主要是氮氧化物）的含量决定，通过控制主燃烧室1排放物中的NO_X的含量来即时调节所述高温区的送风量，具体为：当检测到主燃烧室1排放物中的NO_X的含量高于150mg/Nm³时，减小所述高温区的送风量，对主燃烧室1排放物含量进行实时监控，当主燃烧室1排放物中的NO_X的含量低于150mg/Nm³时，适当增大所述高温区的送风量；当检测到主燃烧室1排放物中的NO_X的含量低于150mg/Nm³时，可以不需要调节送风量大小；上送风装置的送风量沿低温区、高温区和气化区逐渐增大；借此，送风气流稳定，不会对上送风形成扰流，使不同的区域分别送入合理的风量，从而达到分级布风、均匀流化的目的；同时还可降低过量空气系数。

在燃烧方式上，将燃料的燃烧方式由传统的纵向燃烧转换成横向燃烧方式，横向燃烧方式分为挥发分释放和制焦过程、燃焦过程、灰烬余热再利用过程。

炉顶的上壁用块状的耐火砖6进行铺设，为分体式设置，便于局部更换，方便维修，降低维修成本，减小应力集中，避免在骤热骤冷状况下开裂，另一方面有较强的抗热震性能和保温性能，有效避免了热量的散失和延长了使用寿命。

炉排2设置于燃烧室的下部，在主燃烧室1下部的炉排2的底部设置有送水蒸汽装置12，送水蒸汽装置12用于间歇性地向上喷洒水蒸汽；在主燃烧室1下部的炉排2的底部设置水蒸汽输送装置12，一方面能够起到对炉排2的降温作用，使得炉排2温度不至过高，保护炉排2，能保障炉排2长期使用；另一方面，水蒸汽遇到高温燃烧的燃料后能够形成新的能源水煤气，使得水蒸汽在高温和灼热的燃料表面迅速发生复杂的化学分解反应、燃料也借此发生裂解反应，快速形成氢气、一氧化碳和氧气，这样，将普通的水变成可以燃烧的“可燃水”，可以提高燃料的燃烧速率，迅速释放能量，燃烧充分；第三，水蒸气的间歇式加入可实现减少送风，低氮燃烧，进而有效控制NOx的生成，从而减少了脱硝的费用，达到节能环保目的，减少对环境的污染，节能效果显著。

作为另一种实施方式，即实施例2，在实施例1的基础上，在辅助燃烧室3下部的炉排2底端设有送水蒸汽装置12（附图中未示出），也可以实现与在主燃烧室1下部的炉排2的底部设置送水蒸汽装置12相同甚至更好的技术效果。

作为另一种实施方式，即实施例3，在实施例1和/或实施例2的基础上，在三个送风模块沿进燃料方向的后端设有送水蒸汽装置12（附图中未示出），也可以实现与在辅助燃烧室1下部的炉排2的底部设置送水蒸汽装置12相同甚至更好的技术效果。

炉排2底部设置的下送风装置13，所述下送风装置13沿进燃料方向依次设有前端和后端，下送风装置13的前端可能无送风，也可能送有小的微风，小的微风并不起到助燃作用，送小的微风的目的，一方面，可以降低炉排2的温度，保障了炉排2不会烧坏，延长了炉排2的使用寿命，另一方面，使得炉排2的表面不产生累积物，扩大了燃料的使用范围，避免了灰尘的累积阻燃。

作为另一种实施方式，即实施例4，在实施例1和/或实施例2的基础上，炉排2可以为往复式炉排（附图中未示出），所述的往复式炉排为三段式炉排，沿进燃料方向依次为第一炉段、第二炉段和第三炉段，第一炉段与第二炉段、第二炉段与第三炉段之间为半分离式连接，且三段炉段的高度依次降低，当然也可以具有相同的高度；所述的半分离连接，可以将炉段设置为下倾式，也可以将炉段的末端设置成小坡度，方便燃料滚落；借此，往复式炉排2通过往复振动，将炉排2第一炉段的燃料进行全方位的打散、疏松和混合，再依次经过第二炉段与第三炉段，经过炉段之间的高度落差，实现翻滚彻底，借此，提高燃料的干燥和燃烧效率。

实施例5，一种锅炉的燃烧装置的改造方法，包括以下步骤：1）辅助燃烧室3的改造步骤：辅助燃烧室3的改造步骤，包括辅助燃烧室3的位置设置、辅助燃烧室3形状的设置、上送风装置的设置。

辅助燃烧室3的位置设置：将主燃烧室1的沿进燃料方向的前端一侧设置辅助燃烧室3，辅助燃烧室3与主燃烧室1上部通过一挡板4相互独立、隔开，下部通过挡板4的下端连通；使得辅助燃烧室3形成一个半封闭的空间。

辅助燃烧室3形状的设置：A、将辅助燃烧室3的炉顶进行倾斜设置，倾斜的方向为沿进燃料方向逐渐向上倾斜；B、炉腔5的空间沿进燃料方向逐渐变大。

上送风装置的设置：上送风装置包括设置在炉顶上的三个送风模块8、9、10，三个送风模块8、9、10沿进燃料方向排列，依次为第一送风模块8、第二送风模块9和第三送风模块10，第一送风模块8中竖直设置有一排进风管；第二送风模块9和第三送风模块10中分别竖直设置有三排进风管；以使得上送风装置的送风量沿进燃料方向逐渐增大。

2）炉排2的改造步骤：包括炉排2位置拉出和炉排2底部改造；炉排2位置拉出：将改造前位于主燃烧室1下部的炉排2作出拉出处理，拉出距离与所述辅助燃烧室3的长度相适应，使得炉排2部分伸出主燃烧室1外，位于辅助燃烧室3之内。

炉排2底部改造：将位于主燃烧室下部段炉排2底部设置上送水蒸汽装置12；送水蒸汽装置12用于间歇性地向上喷洒水蒸汽。该锅炉的改造方法，不需要对原有锅炉进行大范围破坏，仅在主燃烧室一侧加辅助燃烧室3，操作性强，施工简单。

锅炉的改造方法，还包括辅助燃烧室3上送风量的控制改造步骤：通过控制主燃烧室1排放物中的NO_X的含量来即时调节所述高温区的送风量：当检测到主燃烧室1排放物中的NO_X的含量高于150mg/Nm³时，减小所述高温区的送风量；当检测到主燃烧室1排放物中的NO_X的含量低于150mg/Nm³时，可适当调节送风量大小；所述检测的方式为目测和/或仪器检测；该锅炉的改造方法，不需要对原有锅炉进行大范围破坏，仅在主燃烧室一侧加辅助燃烧室3，具有局限性小，操作性强，安全可靠，改造效率高的技术效果。

综上所述，本发明的一种锅炉燃烧装置，既能实现送风气流稳定，提高整体燃料的燃烧效率，热能释放效率高；又能实现减少送风，低氮燃烧，有效控制NOx的生成，从而减少脱硝的费用，达到节能环保目的；本发明的锅炉改造方法，不需要对原有锅炉进行大范围破坏，仅在主燃烧室一侧加辅助燃烧室，具有局限性小，操作性强，安全可靠，施工简单，改造效率高的技术效果。

本发明的锅炉燃烧装置的改造效果：

（1）采用本发明改造后的锅炉燃烧装置进行燃烧，并对燃烧结果进行检测，检测的结果如下表所述：

备注：以上表格中：

14400KW导热油炉废气排气筒高度H=42 m，直径D=1.2 m，处理设施为布袋除尘+石灰石膏法脱硫+氧化法脱硝；氧基准含量为9.0%；14400KW导热油炉废气处理设施进口直径D=0.95m。

（2）在一台20吨的旧锅炉改造试验结果：锅炉出口氮氧化物150mg/Nm³左右，烟尘排放降低了90%，一氧化碳40mg/Nm³左右，热效率达到了90.34%。这一发明改变了传统燃烧原理，由燃烧煤炭改为先气化后燃烧。进的是煤，烧的是气，无烟排出,简单处理就能达标排放，节煤量达到8%左右，给炉排燃煤锅炉创造了新的生命。

以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种锅炉的燃烧装置，其特征在于：

包括燃烧室和炉排（2），所述炉排（2）设置于燃烧室的下部；

所述燃烧室包括连通的主燃烧室（1）和辅助燃烧室（3），所述辅助燃烧室（3）设置在所述主燃烧室（1）进燃料方向的一侧；

所述主燃烧室（1）和所述辅助燃烧室（3）相对独立设置；

所述辅助燃烧室（3）包括炉腔（5）、炉顶和上送风装置；

所述主燃烧室对应的炉排（2）底部设置有送水蒸汽装置（12）；

所述主燃烧室（1）和辅助燃烧室（3）之间设有一挡板（4），

所述主燃烧室（1）和辅助燃烧室（3）在挡板的下部设置有连通口，所述主燃烧室（1）和辅助燃烧室（3）通过连通口进行连通；

所述炉顶沿进燃料方向逐渐向上倾斜；所述炉腔（5）的空间沿进燃料方向逐渐变大；

所述炉顶的上壁为分体式设置，用块状的耐火砖（6）进行铺设；

所述上送风装置包括三个送风模块（8、9、10），所述送风模块设置在所述炉顶上，每个送风模块（8、9、10）中贯穿设置至少一排进风管；

所述送风模块（8、9、10）沿进燃料方向排列，依次为第一送风模块（8）、第二送风模块（9）和第三送风模块（10），第一送风模块（8）中竖直设置有一排进风管；第二送风模块（9）和第三送风模块（10）中分别竖直设置有三排进风管；每一排进风管包括若干根进风管；

所述辅助燃烧室（3）沿进燃料方向设置有低温区、高温区和气化区；

所述炉排（2）为链条式循环炉排或往复式的多段炉排；

所述往复式炉排为三段炉排，沿进燃料方向依次为第一炉段、第二炉段和第三炉段，所述第一炉段与所述第二炉段、所述第二炉段与所述第三炉段之间为半分离式连接；

所述锅炉的燃烧装置的改造方法，包括以下方法：

将主燃烧室（1）沿进燃料方向的前端一侧设置辅助燃烧室（3），所述辅助燃烧室（3）与所述主燃烧室（1）连通；

将辅助燃烧室（3）的炉顶进行倾斜设置，倾斜的方向为沿进燃料方向逐渐向上倾斜；炉腔（5）的空间沿进燃料方向逐渐变大；

上送风装置包括设置在炉顶上的三个送风模块（8、9、10），三个送风模块（8、9、10）沿进燃料方向排列，依次为第一送风模块（8）、第二送风模块（9）和第三送风模块（10），第一送风模块（8）中竖直设置有一排进风管；第二送风模块（9）和第三送风模块（10）中分别竖直设置有三排进风管；以使得上送风装置的送风量沿进燃料方向逐渐增大；

还包括：将改造前位于主燃烧室（1）下部的炉排（2）作出拉出处理，拉出距离与所述辅助燃烧室（3）的长度相适配，使得所述炉排（2）部分伸出主燃烧室（1）外，位于辅助燃烧室（3）之内；

在所述主燃烧室下部段炉排（2）底部设置送水蒸汽装置（12），所述送水蒸汽装置（12）用于间歇性地向上喷洒水蒸汽；

所述改造方法，还包括通过控制主燃烧室（1）排放物中的NOX的含量来即时调节所述高温区的送风量：当检测到主燃烧室（1）排放物中的NOX的含量高于150mg/Nm3时，减小所述高温区的送风量。

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