CN109323246B - 一种可精确调整和控制的气化燃烧方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃烧领域，特别涉及到一种可精确调整和控制的气化燃烧方法及设备。炉体内设有炉拱，炉拱将炉膛分固相气化燃烧室和气相燃烧室，炉拱上开有一个或多个燃气出口，燃气出口处设有二次风喷管,二次风喷管与燃气喷出方向之间的角度可变,二次风喷管上部设有挡焰墙，挡焰墙与炉拱之间形成燃气混合燃烧区，燃料斗内和炉拱前端下方装有一根或多根液体喷管，液体喷管上开有多个喷口或装有喷头，炉排后设有后风室，后风室上装有炉后风喷管，炉后风喷管出口高度高于炉排表面，炉排下设有多个独立风室，风室装有多介质预混风机。气化燃烧各阶段所需气体的组份、压力、温度可根据需要进行精确调整和控制，结构简单、安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及燃烧领域，特别涉及到一种可精确调整和控制的气化燃烧方法及设备。
背景技术
在现有技术中，一直以来，人们生活和生产的主要能源是通过燃烧一次性能源获得，特别是通过燃烧煤炭、石油和等化石能源获得。
由于需求量巨大和燃烧技术的落后，不仅过多的消耗了能源，而且固体燃烧所产生的氮氧化物、硫化物、粉尘颗粒等还严重污染了大气，给人类自身在造成了巨大的危害。
而天然气等清洁能源的供应与成本又满足不了经济发展和能源安全的需要。与此同时，大面积的秸秆露天焚烧常常导致烟雾产生，造成严重的大气污染和气候变化。
目前固体物质、生物质完全液化和气化技术还不能实现完全的市场化运行，而且限于复杂的技术条件，只适合在工厂内进行大规模的转化利用，无法适应目前需全面广、规模小、分散度高等现状。
按现有燃烧方法设计的气化和燃烧设备（装置、锅炉）存在结构复杂、燃料适应性差、燃烧和气化效率低，氮氧化物、粉尘颗粒物排放高等一系列问题。
因此、发展结构简单，易操作，且能清洁气化燃烧的设备（装置、锅炉）和探索固体物质特别是生物质气化清洁燃烧方法，是解决目前中国能源及环保问题的有效途径之一。
发明内容
本发明是针对上述不足而提供一种可精确调整和控制的气化燃烧方法及设备,利于节能环保。
本发明的技术方案是这样实现的，一种可精确调整和控制的气化燃烧设备，包括炉体，炉体带有燃料斗、炉膛、移动炉排，其特征在于：
炉体内设有炉拱，炉拱将炉膛分为固相气化燃烧室和气相燃烧室，
炉拱上开有一个或多个燃气出口。
燃气出口处设有二次风喷管,二次风喷管与燃气喷出方向之间的角度可变,二次风喷管上部设有挡焰墙，挡焰墙与炉拱之间形成燃气混合燃烧区。
燃料斗内和炉拱前端下方装有一根或多根液体喷管，液体喷管上开有多个喷口或装有喷头。
炉排后设有后风室，后风室上装有炉后风喷管，炉后风喷管出口高度高于炉排表面。
炉排下设有多个独立风室，风室装有独立或共用多介质预混风机，如两个风室共用一台风机。
上述方案中，
炉拱前端与进料口有一斜面。
在炉后风喷管进风的作用下，沿着炉排移动的相反方向，依次形成燃尽区、氧化区、还原区、干馏区、干燥区，还原区、干馏区始终位于燃气出口附近，控制炉排速度和调整进风量可以实现。
二次风喷管连接二次风机，二次风机上设有空气和烟气吸入口，其中空气吸入口设置在燃料斗上方。
风室多介质预混风机吸入口装有空气吸入管、低温烟气吸入管和高温烟气吸入管，每个吸入管上均装有调节阀。
炉拱上开有燃气出口。炉拱上、燃气出口左侧设有二次风主管及二次风喷管。二次风主管上安装有多介质预混风机，风机吸入口装有空气吸入管和烟气吸入管，每个管上均装有调节阀。
气相燃烧室连接第一燃尽室、第二燃尽室及出烟口。
一种可精确调整和控制的气化燃烧方法，其特征在于：
炉体内设有炉拱，炉拱将炉膛分固相气化燃烧室和气相燃烧室，固相气化燃烧室和气相燃烧室之间有燃气出口。
运行和点火时，炉拱下部固相气化燃烧室内燃料斗至燃气出口后完全充满燃料，其气化燃烧开始点位于炉排1中部偏后之处且在燃气出口之后。
运行时，在炉后风喷管喷出空气的作用下，沿着炉排移动的相反方向，依次形成燃尽区，氧化区，还原区，干馏区，干燥区，通过控制炉排速度和调整进风量可使还原区、干馏区始终位于燃气出口处。
炉排下设有多个独立风室，根据炉体大小在每个风室安装有独立或共用多介质预混风机，多介质预混风机分别吸入空气、低温烟气、高温烟气。
气化燃烧高热值燃料停炉时，关闭炉排下多介质预混风机空气吸入管阀门，打开低温烟气吸入管阀门，使炉排底部送入全部为低温烟气，使与炉排接触的高热值燃料迅速熄灭，为炉排降温，保护炉排运行。
二次风机为气相燃烧室提供空气和烟气混合气体，以降低气相燃烧室形成的氮氧化物、硫化物。
本方案采用厚料层堆积气化燃烧，运行和点火时炉拱下部固相气化燃烧室内料斗至燃气出口后需完全充满燃料，其气化燃烧开始点位于炉排中部偏后之处且在燃气出口之后。运行时，在炉后喷管风的作用下，沿着炉排移动的相反方向，依次形成燃尽区、氧化区、还原区、干馏区、干燥区，控制炉排速度和调整进风量可使还原区、干馏区始终位于燃气出口左右。
由于燃料是在固相气化燃烧室内沿炉排长度分阶段气化燃烧，气化燃烧每个阶段所需的空气量、空气温度、空气速度是随着气化燃烧进程而不断变化的，且燃料层的厚度在气化燃烧过程中是沿炉排长度方向不断减薄，燃料气化效率、固相燃烧效率以及气化燃料燃烧过程中产生的氮氧化物，硫化物等主要有害物质除和燃料成分有关外，还和燃料进行反应的气体中的氧浓度及反应温度有关，而燃烧过程已产生氮氧化物、硫化物的抑制、还原、分解、中和又和整个固相气化燃烧空间和气相燃烧空间的燃烧氛围以及各局部燃烧氛围有关。故为了提高燃烧效率、降低有害物质的生成和排放，通过多介质预混风机吸入的烟气量的调整和控制，对燃料不同气化燃烧阶段所需气体的组份、温度进行调整和控制，从而达到对整个气化燃烧空间的燃烧氛围以及各局部燃烧氛围进行精确控制和调整的目的。
本发明的优点是：
1、炉体分固相气化燃烧室、气相燃烧室。固相气化燃烧室物料为厚料层堆积气化燃烧，可实现低温气化。炉排下各独立风室配备多介质预混风机，故送入的气化燃烧各阶段所需气体的组份、压力、温度可根据需要进行精确调整和控制，从而可最大限度的提高气化和燃烧效率，减少氮氧化物的生成和颗粒物的排放。
2、气相燃烧室气体燃烧所需二次风的组份、压力、流量可根据需要进行精确调整和控制，从而可根据需要实现气相低温燃烧或高温裂解燃烧，减少氮氧化物的生成或焦油等有害物质的排放。
3、燃料适应性好。高热值燃料和低热值燃料均可气化燃烧。
4、结构简单、安全可靠。气化燃烧高热值燃料停炉时，可关闭炉排下多介质预混风机空气吸入管阀，打开低温烟气吸入管阀，使炉排底部送入全部为低温烟气，使与炉排接触的高热值燃料迅速熄灭，从而达到保护炉排的目的。
下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。
附图说明
图1是本发明设备结构简图。
图2是图1左视剖面图。
图3是本发明设备整体结构简图。
图4是本发明外形结构简图。
具体实施方式
参见图1－4，零部件名称如下：炉排1，炉体2，除尘器3，引风机4，烟筒5，二次风机6，高温烟气吸入管7，低温烟气总管8，炉后风喷管9，燃气出口10，二次风喷管11，液体喷管12，二次风主管13，炉拱14，炉后鼓风机15，多介质预混风机16，低温烟气吸入管17，二次风机烟气吸入管18，二次风机空气吸入管19，燃料斗20，固相气化燃烧室21，气相燃烧室22，第一燃尽室23，第二燃尽室24，出烟口25，挡焰墙26，燃气混合燃烧区27，后风室28，斜面29，燃尽区30，氧化区31，还原区32，干馏区33，干燥区34，新料区35。
参见图1－4，一种可精确调整和控制的气化燃烧设备，以锅炉为例，包括炉体2，炉体2带有燃料斗20、炉膛、移动炉排1等。
炉体2内设有炉拱14，炉拱14将炉膛分固相气化燃烧室21和气相燃烧室22，炉拱14上开有一个或多个燃气出口10。燃气出口10形状不限，可以是圆孔、方孔、长方孔、条状通道等。
燃气出口10处设有二次风喷管11 ,二次风喷管11上部设有挡焰墙，挡焰墙26与炉拱14之间形成燃气混合燃烧区27,以确保从燃气出口10喷出的可燃气体与二次风喷管11喷出的气体充分混合燃烧。
燃料斗20内和炉拱14前端下方装有一根或多根液体喷管12，液体喷管12上开有多个喷口或装有喷头；运行时可根据物料含水量适当喷出水或者其它液体，以确保干馏区和还原区分界线基本位与燃气出口10处。一旦发生回火，该喷口喷出的液体还可以灭火。
炉排1后设有后风室28，后风室28上装有炉后风喷管9，炉后风喷管9出口高度高于炉排1表面；该喷管喷出的空气流动方向与炉排运动方向相反，可以确保沿着炉排移动的相反方向，依次形成燃尽区、氧化区、还原区、干馏区、干燥区。
参见图2、3，炉排1下设有多个独立风室，风室装有独立或共用多介质预混风机16，多介质预混风机16吸入口装有空气吸入管19(用于固相气化燃烧室氧化和助燃)、低温烟气吸入管17(用于对燃料不同气化燃烧阶段所需气体的组份、温度进行调整和控制，可以降低燃烧温度，控制和减少氮氧化物的生成量。且还可以用于气化燃烧高热值燃料停炉时的炉排降温)和高温烟气吸入管7(用于对燃料不同气化燃烧阶段所需气体的组份、温度进行调整和控制。特别是当物料含水量高时，可提高干燥、干馏阶段从炉排1下送入气体的温度。每个吸入管上均装有调节阀。气化燃烧高热值燃料停炉时，关闭炉排1下多介质预混风机16空气吸入管19阀门，打开低温烟气吸入管17阀门，使炉排1底部送入全部为低温烟气，使与炉排1接触的高热值燃料迅速熄灭的保护炉排1的运行方式，提高炉排使用寿命。
炉拱14前端与进料口有一斜面29（一定角度）,便于加入燃料，固相气化燃烧室前端完全充满燃料。
参见图1，在炉后风喷管9进风的作用下，沿着炉排1移动的相反方向，依次形成燃尽区30、氧化区31、还原区32、干馏区33、干燥区34，还原区32、干馏区33始终位于燃气出口10附近。
参见图2，二次风喷管11连接二次风主管13，二次风主管13与二次风机6相连，二次风机6上设有空气和低温烟气吸入管，每个吸入管上均装有调节阀，其中空气吸入管口设置在燃料斗20上方。运行时通过调整调节阀的开度可以调整空气和烟气的比例。关小烟气进口阀门，二次风喷管喷出气体氧含量提高，可在燃气混合燃烧区27形成高温裂解燃烧。可有效裂解和燃烧焦油等有害物质。开大烟气进口阀门，二次风喷管喷出气体氧含量减少，可在燃气混合燃烧区27形成低温燃烧，可以减少氮氧化物的生成同时烟气对已生成的氮氧化物还有还原作用，最终可以降低氮氧化物的排放。
参见图1，气相燃烧室22连接第一燃尽室23、第二燃尽室24及出烟口25。从气相燃烧室中如有未燃尽的可燃气体和颗粒物可在燃尽室进一步燃烧。同时燃尽室还有降尘作用。
参见图1-4，一种可精确调整和控制锅炉的气化燃烧方法，其特征在于：
将锅炉炉体2内设有炉拱14，炉拱14将炉膛分固相气化燃烧室21和气相燃烧室22，固相气化燃烧室21和气相燃烧室22之间有燃气出口10。
运行和点火时，炉拱14下部固相气化燃烧室21内燃料斗20至燃气出口10后完全充满燃料，其气化燃烧开始点位于炉排1中部偏后之处且在燃气出口10之后。
运行时，在炉后风喷管9管风的作用下，沿着炉排1移动的相反方向，依次形成燃尽区30，氧化区31，还原区32，干馏区33，干燥区34，通过控制炉排速度和调整进风量可使还原区32、干馏区33始终位于燃气出口10处。
炉排1下均设有独立风室，根据炉体2大小在每个风室安装有独立或共用多介质预混风机16，多介质预混风机16分别吸入空气、低温烟气、高温烟气。
气化燃烧高热值燃料停炉时，关闭炉排1下多介质预混风机16空气吸入管阀门，打开低温烟气吸入管阀门，使炉排1底部送入全部为低温烟气，使与炉排接触的高热值燃料迅速熄灭，为炉排1降温，保护炉排1运行。
二次风机6为气相燃烧室22提供空气和烟气混合气体，以降低气相燃烧室22形成的氮氧化物、硫化物。
Claims (3)
1.一种可精确调整和控制的气化燃烧设备，包括炉体（2），炉体（2）带有燃料斗（20）、炉膛、移动的炉排（1），其特征在于：
炉体（2）内设有炉拱（14），炉拱（14）将炉膛分固相气化燃烧室（21）和气相燃烧室（22），炉拱（14）上开有一个或多个燃气出口（10）；
燃气出口（10）处设有二次风喷管（11） , 二次风喷管（11）连接二次风机（6），二次风机（6）上设有空气和烟气吸入口，其中空气吸入口设置在燃料斗（20）上方；二次风喷管（11）上部设有挡焰墙（26），挡焰墙（26）与炉拱（14）之间形成燃气混合燃烧区（27）；
燃料斗（20）内和炉拱（14）前端下方装有一根或多根液体喷管（12），液体喷管（12）上开有多个喷口或装有喷头；
炉排（1）后设有后风室（28），后风室（28）上装有炉后风喷管（9），炉后风喷管（9）出口高度高于炉排（1）表面；
炉排（1）下设有独立风室，风室装有独立或共用多介质预混风机（16），多介质预混风机（16）吸入口装有二次风机空气吸入管（19）、低温烟气吸入管（17）和高温烟气吸入管（7），每个吸入管上均装有调节阀；
所述的气化燃烧设备可精确调整和控制的气化燃烧方法如下：
将锅炉炉体（2）内设有炉拱（14），炉拱（14）将炉膛分固相气化燃烧室（21）和气相燃烧室（22），固相气化燃烧室（21）和气相燃烧室（22）之间有燃气出口（10）；
运行和点火时，炉拱（14）下部固相气化燃烧室（21）内燃料斗（20）至燃气出口（10）后完全充满燃料，其气化燃烧开始点位于炉排（1）中部偏后之处且在燃气出口（10）之后；
运行时，在炉后风喷管（9）管风的作用下，沿着炉排（1）移动的相反方向，依次形成燃尽区（30）、氧化区（31）、还原区（32）、干馏区（33）、干燥区（34），通过控制炉排速度和调整进风量可使还原区（32）、干馏区（33）始终位于燃气出口（10）处；
炉排（1）下设有多个独立风室，根据炉体（2）大小在每个风室安装有独立或共用多介质预混风机（16），多介质预混风机（16）分别吸入空气、低温烟气、高温烟气；
气化燃烧高热值燃料停炉时，关闭炉排（1）下多介质预混风机（16）空气吸入管阀门，打开低温烟气吸入管阀门，使炉排（1）底部送入全部为低温烟气，使与炉排接触的高热值燃料迅速熄灭，为炉排（1）降温，保护炉排（1）运行；
二次风机（6）为气相燃烧室（22）提供空气和烟气混合气体，以降低气相燃烧室（22）形成的氮氧化物、硫化物。
2.按照权利要求1所述的可精确调整和控制的气化燃烧设备，其特征在于：炉拱（14）前端与进料口有一斜面（29）。
3.按照权利要求1或2所述的可精确调整和控制的气化燃烧设备，其特征在于：气相燃烧室（22）连接第一燃尽室（23）、第二燃尽室（24）及出烟口（25）。
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