CN110848737A - 一种有机物高温气化低氧分级燃烧方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有机物高温气化低氧分级燃烧方法，具体包括以下步骤：推料机构将燃料推入到阶梯往复式炉排上；启炉；通过鼓风机构鼓入空气，气化后的热气进入到气化室内；阶梯往复式炉排间歇性进行落料；监测系统a对气化室进行监测；气化室内气化后的热气进入到高温绝热低氧燃烧室，高温烟气经烟气流转通道排入换热系统换热；监测系统b进行监测；PLC控制器根据监测系统a和监测系统b的监测信息形成一个数据组，与内部设定数据值进行比较，判断是否需要对气化室的产气量进行控制。本发明通过实时监控不同燃烧段的温度来控制各风室的调风阀开度，实现精准给风，提高炉排燃烧效率，减少无效风的带入，减少热损失。

Description

一种有机物高温气化低氧分级燃烧方法

技术领域

本发明涉及锅炉燃烧装置技术领域，特别是一种有机物高温气化低氧分级燃烧方法。

背景技术

工业锅炉是锅炉、热风炉、热载体炉的心脏。烟气的黑烟和氮氧化物生成及还原与燃烧技术直接相关，热能设备的换热效率与燃烧温度直接相关。据统计，我国工业锅炉总数约为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。

工业锅炉在实际运行中，为保证一次风对炉排上的煤层具有较强穿透性、强化煤层着火和较早燃尽，作业工人往往是将风机置于较大开度且在炉排燃烧的燃烧区和主燃区将其风室的风门全开以送入强风。如此一来，虽然能够保证燃料的燃尽，但引发了两个问题：1)炉排因炉温较低，炉内生成的NOx基本上是燃料型NOx(其生成量严重依赖燃烧区域的过量空气系数)，燃烧前中期送入大量强风，其结果是煤中的燃料氮在富氧气氛下析出并氧化成NOx，导致炉排NOx排放达到约300mg/m³的水平；2)大量强风以强刚性、高速度穿透炉排上的着火煤层，虽保证了煤颗粒扩散燃烧所需的空气，但大量穿煤层而过的空气成为过剩空气并最终从炉膛出口排出，使排烟含氧量高达10～15％，炉膛出口过剩空气系数1.9～3.5(明显高于设计值1.3～1.4)，致使锅炉排烟损失偏高，锅炉效率低下。

为了解决该问题，现有的工业锅炉多采用低氧燃烧的方法，低氧燃烧是指使用较低的过量空气系数，使燃烧后烟气中剩余氧很少的燃烧技术。一般，炉膛出口处过量空气系数控制在低于1.05，最好控制a＝1.02—1.03，这时，对于燃油炉，烟气中的剩余氧约在0.4％—0.65％之间。但是现有的工业锅炉无法很好地控制空气含量，很容易造成通入的空气含量过低，进而导致燃料无法充分燃烧，或者通入的空气含量过多，而造成锅炉排烟损失偏高。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供了一种有机物高温气化低氧分级燃烧方法，以解决现有的工业锅炉送入强风过多，致使锅炉排烟损失偏高，锅炉效率低下的问题，以及现有的工业锅炉无法很好地控制空气含量的问题，以达到有机物高温气化低氧分级燃烧的目的，以降低排烟损失，提高锅炉效率，以降低NOx生成生成量。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种有机物高温气化低氧分级燃烧方法，具体包括以下步骤：

S1、PLC控制器控制推料机构将从落料机构内落出的燃料推入到燃烧炉内设置的阶梯往复式炉排上端；启炉，待加热到一定温度时，再利用推料机构将物料慢慢送入到整个阶梯往复式炉排上；

S2、通过鼓风机构向阶梯往复式炉排内鼓入空气，在由阶梯往复式炉排与倾斜炉拱以及燃烧炉侧壁形成特定体积的气化室内使得燃料实现不完全燃烧情况下的气化，气化后的热气进入到气化室内；

S3、阶梯往复式炉排上的燃料在燃烧一段时间后，间歇性由上而下进行落料；

S4、气化室内设置的监测系统a对气化室的热气出口处氧含量、温度、二氧化碳含量以及烟气流速进行监测，并将监测信息反馈至PLC控制器；

S5、气化后的热气经倾斜炉拱降低流速后，穿过热气出口，使得气化室内气化后的热气进入到高温绝热低氧燃烧室，高温绝热低氧燃烧室内的高温烟气经烟气流转通道降低流速、沉降飞灰、增加烟气流程后从出火口排入换热系统换热；

S6、高温绝热低氧燃烧室内设置的监测系统b对高温绝热低氧燃烧室出口处的氧含量、温度、二氧化碳含量以及烟气流速进行监测，并将监测信息反馈至PLC控制器；

S7、PLC控制器实时根据监测系统a和监测系统b的监测信息形成一个数据组，与内部设定数据值进行比较，判断是否需要对气化室的产气量进行控制；若形成的数据组与内部设定数据值相同，则无需对气化室的产气量进行控制；若形成的数据组与内部设定数据值不相同，则PLC控制器来控制气化室的给风量和送料量，进而控制气化室的产气量。

进一步优化技术方案，所述步骤S2中，鼓风机构向阶梯往复式炉排内鼓入空气过程如下：

S21、PLC控制器控制鼓风机动作，同时控制调节风阀的开度，鼓风机将空气鼓入进风管道，再通过输气管道进入到扁平状风管；

S22、扁平状风管中的空气由扁平状风管顶部开设的出风孔b喷出，喷出后的气体由风冷动炉排右侧壁中部设置的出风孔a排入气化室，同时对风冷动炉排进行冷却，部分气体因风冷动炉排的顶壁和右侧壁的阻挡作用折回到等压风箱内部，再由水冷静止炉排上的锥形出风孔排入气化室。

进一步优化技术方案，在步骤S2进行的同时，通过通水管道向水冷静止炉排的通水口内通入循环冷却水，对水冷静止炉排进行冷却。

进一步优化技术方案，所述步骤S3中，阶梯往复式炉排间歇性由上而下进行落料的过程如下：

S31、PLC控制器依次设定各推动机构的推动作业时间以及推动时间间隔，且上部的推动机构推动作业时间早于下部的推动机构推动时间，各推动机构推动时间间隔相同；

S32、推动机构推动风冷动炉排向右进行满行程运动，将水冷静止炉排上的燃料推入到下一风冷动炉排上，进而实现间歇性由上而下进行落料。

进一步优化技术方案，所述步骤S5中，高温绝热低氧燃烧室内的热气的停留时间大于2S。

进一步优化技术方案，所述步骤S7中，PLC控制器控制气化室的给风量和送料量过程如下：

S71、PLC控制器控制调节风阀的开度来控制向气化室内的给风量；

S72、PLC控制器控制推料机构的推料间隔来控制气化室的送料量。

进一步优化技术方案，所述燃料为生物质燃料、煤兰炭、固废或污泥。

进一步优化技术方案，所述气化室的温度控制在500-800℃。

进一步优化技术方案，所述高温绝热低氧燃烧室的温度控制在800-1200℃，氧含量控制在6-10％，NOx生成量低于100mg/m³或30mg/m³。

进一步优化技术方案，所述高温绝热低氧燃烧室的温度控制是由气化室内的燃料在燃烧过程中加热高温绝热低氧燃烧室蓄热到800-1200℃。

由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。

本发明通过实时监控不同燃烧段的温度来控制各风室的调风阀开度，实现精准给风，提高炉排燃烧效率，减少无效风的带入，减少热损失。本发明设有气化室和高温绝热低氧燃烧室(二燃室)两部分，在气化室内燃料气化后，可燃气体伴随着气化室的高温火焰，进入高温绝热低氧燃烧室(二燃室)进行充分混合燃烧，产生的高温输出用来做功，进而实现分级燃烧的目的。

本发明倾斜炉拱采用低炉拱设计，对阶梯往复式炉排上的燃料进行强热辐射，控制气化室的温度在800℃，使燃料在气化室部分燃烧并高温高速气化。此外，倾斜炉拱的设置能够有效地降低气化后热气的流速。由于精准给风和水冷静止炉排的冷却作用，燃料在气化过程中不易结焦，气化量大，挥发析出完全，燃烧充分，炉渣热灼减率低于2％，残渣中的热损失小。

本发明高温绝热低氧燃烧室特殊设计，烟气在炉内湍流燃烧，不产生炽热点，高温绝热低氧燃烧室内停留时间大于2s，采用隔温蓄热炉墙，保证高温绝热低氧燃烧室内预期稳定的温度场，使可燃气体在高温绝热低氧燃烧室完全燃烧，同时烟气流速低，再加上折流挡墙的合理设计，颗粒物在炉内沉降效率高，确保烟气中的颗粒浓度较低。由于高温绝热低氧燃烧室基本不补氧，炉膛内的氧量低，为6-10％，使炉内NOx生成低，约100mg/m³，如果加上SNCR脱硝，NOx排放可低于30mg/m³，满足更加严格的环保要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明所述阶梯往复式炉排的结构示意图；

图4为本发明所述阶梯往复式炉排剖开后的第一视角示意图；

图5为本发明所述阶梯往复式炉排剖开后的第二视角示意图；

图6为本发明所述阶梯往复式炉排剖开后的主视图；

图7为本发明所述水冷静止炉排的左视图；

图8为图7中A-A向剖面图。

其中：1、落料机构；2、推料机构；3、燃烧炉；4、气化室，41、倾斜炉拱，42、热气出口；5、高温绝热低氧燃烧室，51、第一竖直固定折流挡墙，52、第二竖直固定折流挡墙，53、第三竖直固定折流挡墙；6、阶梯往复式炉排，61、炉排架体，62、水冷静止炉排，621、锥形出风孔，622、通水口，623、通水管道，63、风冷动炉排，631、出风孔a，632、定位轴，64、等压风箱，641、风箱隔板，65、鼓风机构，651、鼓风机，652、进风管道，653、调节风阀，654、输气管道，66、推动机构，661、推动气缸，67、扁平状风管，671、出风孔b；7、渣灰收集槽。

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。

一种有机物高温气化低氧分级燃烧装置，结合图1至8所示，包括燃烧炉3和PLC控制器，燃烧炉3的前端设置有落料机构1以及推料机构2，推料机构2的受控端连接于PLC控制器的输出端。燃烧炉3的内部设置为炉膛，炉膛的底端设置为阶梯往复式炉排6，阶梯往复式炉排6的顶端倾斜设置，阶梯往复式炉排6可以降低炉排温度，防止烧坏炉排。推料机构2的推料方向与阶梯往复式炉排6的顶端倾斜方向相同，能够将从落料机构1落出的燃料推入到阶梯往复式炉排6上，进而实现燃料的燃烧。

本发明中的落料机构1采用呈锤筒状的落料斗。推料机构2采用推料气缸，也可采用液压缸或其他形式的推动机构。

阶梯往复式炉排6包括炉排架体61、水冷静止炉排62、风冷动炉排63、等压风箱64、鼓风机构65和推动机构66，鼓风机构65和推动机构66的受控端分别连接于PLC控制器的输出端。

炉排架体61的竖直截面呈三角形，用于定位水冷静止炉排62和风冷动炉排63。

风冷动炉排63和水冷静止炉排62相互交错，且高度依次降低，呈阶梯状依次设置在炉排架体61上，即风冷动炉排-水冷静止炉排-风冷动炉排-水冷静止炉排依次交错设置。从炉排架体61的最顶端起首先设置的为风冷动炉排，从炉排架体61的最顶端起每一个风冷动炉排与它相邻的水冷静止炉排形成一个炉排组。每一个炉排组底端分别形成一个等压风箱64，等压风箱64按照30-50cm的长度设置在每一个炉排组的底端，来实现精确给风。

各等压风箱64均由鼓风机构65进行鼓风，共用一个鼓风机构65。各等压风箱64之间由倾斜设置在炉排架体61底端内壁与水冷静止炉排62底端面之间的风箱隔板641进行间隔，风箱隔板641的设置保证各等压风箱64之间不会相连通。

风冷动炉排63呈“n”形结构，风冷动炉排63的左端侧壁底边沿的高度高于右端侧壁底边沿的高度。

风冷动炉排63的左端侧壁内固定穿设有定位轴632，与风冷动炉排63的定位轴632同高度的炉排架体61的内壁上开设有滑槽，使得风冷动炉排63通过定位轴632定位到滑槽内并在滑槽内进行滑动。

风冷动炉排63的右端侧壁中上部开设有出风孔a631，改变现有炉排出风孔设置在风冷动炉排右端侧壁底端的情况，保证阶梯往复式炉排6在进行燃料燃烧时燃料不会通过出风孔a631进入到等压风箱64内部。

每一层风冷动炉排63分别通过一个推动机构66进行推动，推动机构66包括两个推动气缸661，两个推动气缸661的定位端固定设置在燃烧炉3的左侧壁上，两个推动气缸661的活塞杆端穿过炉排架体61的左侧壁并分别与风冷动炉排63的定位轴632的两端相固定，两个推动气缸661对风冷动炉排63进行同步推动，推动气缸661的受控端连接于PLC控制器的输出端。

本发明中，每层风冷动炉排63均由若干片独立设置的扣板式小炉排并列扣装在定位轴632上形成，当单片小炉排损坏时，可通过推动机构满行程推出该层风冷动炉排，使整层风冷动炉排全部裸露在上层水冷静炉排的外部，直接从定位轴上取下损坏的小炉排更换即可，非常方便检修。

水冷静止炉排62固定设置在炉排架体61上，呈矩形块状。水冷静止炉排62的左右两端连通设置有锥形出风孔621，锥形出风孔621的内径从左至右依次减小，保证位于水冷静止炉排62右端的燃料或燃灰不会轻易地从锥形出风孔621进入到等压风箱64内部，同时还能够保证等压风箱64内部的风能够有效地从锥形出风孔621排出。

为了进一步保证水冷静止炉排62能够起到水冷的作用，本发明在水冷静止炉排62的前后两端连通设置有通水口622，通水口622设置在锥形出风孔621的上端，与锥形出风孔621不相连通，通水口622与设置在炉排架体61外侧的通水管道623相连通，通水管道623内通入有循环冷却水。

为了保证燃料在阶梯往复式炉排6上能够完全地进行落料，且为了进一步地保证从鼓风机构65和等压风箱64吹出的风为均匀风，便于鼓风机构65对风冷动炉排63和水冷静止炉排62吹风量的控制，本发明在水冷静止炉排62的顶端面上固定设置有扁平状风管67，扁平状风管67的上部开设有多个吹风孔，具体地开设在扁平状风管67的顶端面上。扁平状风管67位于水冷静止炉排62的顶端面上左侧，保证风冷动炉排63在满行程运动下，其右端侧壁不会触碰到扁平状风管67。扁平状风管67的顶端与风冷动炉排63左侧壁的底边沿之间有一定的间距，进而保证风冷动炉排63在进行运动时，风冷动炉排63左侧壁不会触碰到扁平状风管67，进而能够实现风冷动炉排63的无阻碍推料作业。

扁平状风管通过输风结构与鼓风机构相连接，输风结构包括与鼓风机构65相连通的输气管道654。扁平状风管67的左端通过输气管道654与鼓风机构65相连通，能够保证从鼓风机构65鼓出的风有效地被排出，使得鼓风机构65能够有效地控制阶梯往复式炉排6的排风量。若不加输气管道654，由鼓风机构65鼓出的风需要经过等压风箱64内较大的空间才能够由阶梯往复式炉排6排出，所以需要鼓风机构65鼓出的风充满整个等压风箱64，导致阶梯往复式炉排6排出的风量不易控制。而本发明中设置的扁平状风管67以及输气管道654能够解决该问题，保证了阶梯往复式炉排6排出的风量能够得到有效地控制。

鼓风机构65包括鼓风机651、进风管道652和调节风阀653，鼓风机651设置有一个，鼓风机651和调节风阀653的受控端分别连接于PLC控制器的输出端。同时，鼓风机651还连接有变频器，变频器的受控端连接于PLC控制器的输出端，通过控制变频器来控制鼓风机651的频率。

每一个等压风箱64分别连通设置有一个进风管道652，进风管道652与设置在所对应的等压风箱64内的输气管道654相连通，各进风管道652均连接鼓风机651，各进风管道652上分别设置有一个调节风阀653，通过控制调节风阀653的开度来调节鼓风机651向输气管道654内的送风量。

位于阶梯往复式炉排6上方的炉膛被划分成气化室4(一燃室)和高温绝热低氧燃烧室5(二燃室)，进而实现分级燃烧的目的。

气化室4由第一竖直固定折流挡墙51、倾斜炉拱41、阶梯往复式炉排6以及燃烧炉3的内壁围设而成。第一竖直固定折流挡墙51竖直设置在炉排架体61上。倾斜炉拱41的一端固定设置在燃烧炉3内壁上且另一端固定设置在第一竖直固定折流挡墙51侧壁上。倾斜炉拱41的左端开设有热气出口42，保证阶梯往复式炉排6上的燃料燃烧产生的热气能够进入到高温绝热低氧燃烧室5，且阶梯往复式炉排6底部产生的热气能够沿倾斜炉拱41运动至热气出口42处，再进入到高温绝热低氧燃烧室5内。

倾斜炉拱41采用低炉拱设计，对阶梯往复式炉排6上的燃料进行强热辐射，控制气化室4的温度在800℃，使燃料在气化室4部分燃烧并高温高速气化。此外，倾斜炉拱41的设置能够有效地降低气化后热气的流速。

由于精准给风和水冷静止炉排的冷却作用，燃料在气化过程中不易结焦，气化量大，挥发析出完全，燃烧充分，炉渣热灼减率低于2％，残渣中的热损失小。

高温绝热低氧燃烧室5内设置有折流结构，折流结构用于降低烟气流速、保证飞灰沉降、避免产生高热点，折流结构包括多处折流挡墙，分别为设置在倾斜炉拱41上的第二竖直固定折流挡墙52、设置在燃烧炉3顶壁上的第三竖直固定折流挡墙53以及位于倾斜炉拱41上方的第一竖直固定折流挡墙51。第二竖直固定折流挡墙52与第三竖直固定折流挡墙53之间形成烟气流转通道，第三竖直固定折流挡墙53与第一竖直固定折流挡墙51之间以及第一竖直固定折流挡墙51与燃烧炉3的右侧内壁之间也形成烟气流转通道，折流挡墙的设置使得烟气在炉内湍流燃烧，能够增加烟气流转通道，避免产生高热点，颗粒物在炉内沉降效率高，确保烟气中的颗粒浓度较低。

倾斜炉拱41的一端固定设置在燃烧炉3内壁上，倾斜炉拱41的另一端固定设置在第一竖直固定折流挡墙51上。

第二竖直固定折流挡墙52的最顶端高度低于第三竖直固定折流挡墙53的最底端高度，第三竖直固定折流挡墙53的最底端高度低于第一竖直固定折流挡墙51的最顶端高度，进而能够保证烟气在烟气流转通道内的行程更长。

高温绝热低氧燃烧室5采用隔温蓄热炉墙，保证高温绝热低氧燃烧室内预期稳定的温度场，使可燃气体在高温绝热低氧燃烧室完全燃烧，同时烟气流速低。

气化室4内设置有监测系统a，监测系统a用于对气化室4的热气出口42处氧含量、温度、二氧化碳含量以及烟气流速进行监测，并将监测信息反馈至PLC控制器。监测系统a包括用于检测氧含量的氧含量传感器a、用于检测温度的温度传感器a、用于检测二氧化碳含量的二氧化碳传感器a以及用于检测烟气流速的流速传感器a，氧含量传感器a、温度传感器a、二氧化碳传感器a和流速传感器a的信号输出端分别连接于PLC控制器的输入端。

高温绝热低氧燃烧室5内设置有监测系统b，监测系统b用于对高温绝热低氧燃烧室5出口处的氧含量、温度、二氧化碳含量以及烟气流速进行监测，并将监测信息反馈至PLC控制器。监测系统b包括用于检测氧含量的氧含量传感器b、用于检测温度的温度传感器b、用于检测二氧化碳含量的二氧化碳传感器b以及用于检测烟气流速的流速传感器b，氧含量传感器b、温度传感器b、二氧化碳传感器b和流速传感器b的信号输出端分别连接于PLC控制器的输入端。

位于阶梯往复式炉排6右侧的燃烧炉3底壁上开设有渣灰收集槽7，渣灰收集槽7用于收集从阶梯往复式炉排6上落下的渣灰。

第一竖直固定折流挡墙51上开设有矩形口，能够保证渣灰从阶梯往复式炉排6上顺利地落入到渣灰收集槽7内。

一种有机物高温气化低氧分级燃烧方法，该方法是根据一种有机物高温气化低氧分级燃烧装置进行，具体包括以下步骤：

S1、PLC控制器控制推料机构2将从落料机构1内落出的燃料推入到燃烧炉3内设置的阶梯往复式炉排6上端。启炉，待加热到800℃时，再利用推料机构2将物料慢慢送入到整个阶梯往复式炉排6上。

S2、通过鼓风机构65向阶梯往复式炉排6内鼓入空气，在由阶梯往复式炉排6与倾斜炉拱以及燃烧炉侧壁形成特定体积的气化室4内使得燃料实现不完全燃烧情况下的气化，气化后的热气进入到气化室4内。

步骤S2中，鼓风机构65向阶梯往复式炉排6内鼓入空气过程如下：

S21、PLC控制器控制鼓风机651动作，同时控制调节风阀653的开度，鼓风机651将空气鼓入进风管道652，再通过输气管道654进入到扁平状风管67。

S22、扁平状风管67中的空气由扁平状风管67顶部开设的出风孔b671喷出，喷出后的气体由风冷动炉排63右侧壁中部设置的出风孔a631排入气化室4，同时对风冷动炉排63进行冷却，部分气体因风冷动炉排63的顶壁和右侧壁的阻挡作用折回到等压风箱64内部，再由水冷静止炉排62上的锥形出风孔621排入气化室4，进而实现送风。

在步骤S2进行的同时，通过通水管道623向水冷静止炉排62的通水口622内通入循环冷却水，对水冷静止炉排62进行冷却。

燃料在高温下快速裂解气化，并伴有部分燃烧产生，气化燃烧产生的高温一部分用来维持气化室的高温，以保证高温热解气化燃烧反应的连续进行；另一部分气化后未完全燃烧的可燃气体，进入高温绝热低氧燃烧室(二燃室)，再次进行充分混合燃烧。

S3、阶梯往复式炉排6上的燃料在燃烧一段时间后，间歇性由上而下进行落料。

步骤S3中，阶梯往复式炉排6间歇性由上而下进行落料的过程如下：

S31、PLC控制器依次设定各推动机构66的推动作业时间以及推动时间间隔，且上部的推动机构66推动作业时间早于下部的推动机构66推动时间，各推动机构66推动时间间隔相同；

S32、推动机构66推动风冷动炉排63向右进行满行程运动，将水冷静止炉排62上的燃料推入到下一风冷动炉排63上，进而实现间歇性由上而下进行落料。

S4、气化室4内设置的监测系统a对气化室4的热气出口42处氧含量、温度、二氧化碳含量以及烟气流速进行监测，并将监测信息反馈至PLC控制器。

S5、气化后的热气经倾斜炉拱41降低流速后，穿过热气出口42，使得气化室4内气化后的热气进入到高温绝热低氧燃烧室5，高温绝热低氧燃烧室5设计足够的的可燃气体燃烧反应空间，合理设置挡火墙，用来改变烟气流向，增加飞灰的碰壁次数，使大颗粒飞灰落入燃烧室底部，从排灰口排出，减少飞灰进入换热系统；加长烟气流程，避免局部产生炽热点，温度分布均匀，从而大幅降低NOx的生成。

高温绝热低氧燃烧室5内的高温烟气经烟气流转通道降低流速、沉降飞灰、增加烟气流程后从出火口排入换热系统换热。

步骤S5中，高温绝热低氧燃烧室5内的热气的停留时间大于2S。

S6、高温绝热低氧燃烧室5内设置的监测系统b对高温绝热低氧燃烧室5出口处的氧含量、温度、二氧化碳含量以及烟气流速进行监测，并将监测信息反馈至PLC控制器。

S7、PLC控制器实时根据监测系统a和监测系统b的监测信息形成一个数据组，与内部设定数据值进行比较，判断是否需要对气化室的产气量进行控制。

若形成的数据组与内部设定数据值相同，则无需对气化室4的产气量进行控制。

若形成的数据组与内部设定数据值不相同，则需要通过PLC控制器来控制气化室4的给风量和送料量，进而控制气化室4的产气量。

步骤S7中，PLC控制器控制气化室4的给风量和送料量过程如下：

S71、PLC控制器控制调节风阀653的开度来控制向气化室4内的给风量；

S72、PLC控制器控制推料机构2的推料间隔来控制气化室4的送料量。

本发明中的燃料为生物质燃料、煤兰炭、固废或污泥。

为了使进入炉膛的燃料完全燃烧，避免和减少化学和机械不完全燃烧损失，送入炉膛的空气总量总是比理论空气量多，即炉膛内有过剩的氧。例如，当炉膛出口过剩空气系数α为1.31时，烟气中的含氧量为5％；当α为1.17时，含氧量为3％，根据现有技术水平，如果炉膛出口的烟气含氧量能控制在1％对应的过剩空气系数，α为1.05或以下，而且能保证燃料完全燃烧，则是属于低氧燃烧。

本发明将气化室4的温度控制在500-800℃。PLC大数据包控制模块使气化室4的温度严格控制在800℃以下，生物质中所含的硅酸盐和钠盐、钾盐等低挥发性盐类物质不会释放到烟气中，从而保证了换热区的换热面不结焦。

高温绝热低氧燃烧室5的温度控制在800-1200℃，氧含量控制在6-10％，NOx生成量低于100mg/m³，约100mg/m³如果加上SNCR脱硝，NOx排放可低于30mg/m³，满足更加严格的环保要求。

本发明的工作原理为：

高温绝热低氧燃烧室5的温度控制是由气化室4内的燃料在燃烧过程中加热高温绝热低氧燃烧室5，高温绝热低氧燃烧室5蓄热到800-1200℃。由于高温绝热低氧燃烧室5温度高、气化后的气体较多，不单独送风，因此可以实现高温气化低氧绝热燃烧的目的。高温绝热低氧燃烧室5的燃烧状态取决于气化室4的气化量、送风量和送料量。

本发明整个燃烧设备分为两部分，一部分是气化室，一部分是高温绝热低氧燃烧室，气化室利用燃料燃烧产生800℃左右的温度场后，然后逐渐把燃料送入气化室，燃料会在合适的温度场内进行裂解气化。

此时产生的可燃气体，随着部分燃料完全燃烧产生的火焰进入高温绝热低氧燃烧室，高温绝热低氧燃烧室为绝热燃烧室，有足够的保温性，减少散热损失。当部分燃料充分燃烧产生的高温火焰，随可燃气体进入高温绝热低氧燃烧室，可燃气体借助高温火焰，在燃烧室混合燃烧，温度会逐渐增至900-1100℃，这时高温气化分级燃烧开始发生。

逐步开启鼓风风，来保证气化燃烧的高效持续进行，输出热能进行做功。

可燃气体在高温绝热低氧燃烧室内燃烧，此时的温度场为900-1100℃，当温度场≥800℃，大大超过了可燃气体的着火点，只要遇到氧气，就会发生剧烈的化学反应，着火、燃烧的稳定性极好。

1、NOx的低排放原理

当温度场≥900℃，即使含氧量在5％，仍可获得稳定的燃烧火焰。

在高温绝热低氧燃烧室(二燃室)，由于不再注入氧气，二燃室的氧气主要来自气化室气化未用尽的氧气，气化室的氧气含量为11-15％。在足够空间的高温绝热低氧燃烧室(二燃室)内，借助气化室来的高温，让从气化室来的可燃气体迅速燃烧。由于高温绝热低氧燃烧室(二燃室)的温度在800-1100℃，即使氧气含量很低(5-9％)，也可使从气化室来的可燃气体迅速充分燃烧。

此时，由于可燃气体与氧的燃烧反应活化能，远低于氧原子与氮气的反应活化能，所以可燃气体首先与氧气发生燃烧反应，当氧有剩余时，才能与氮原子发生反应，生成NOx。足够的温度和燃烧空间扩展了火焰燃烧区域，高温绝热低氧燃烧室(二燃室)不出现炽热点，而且温度分布均匀，从而大幅降低NOx的生成，实现低氮排放。

因炉排采用水冷炉排TFWG(Tilt fixed water-cooled grate)，炉床温度很低，低炉床温度也会降低NOx的生成。

2、SO₂的低排放原理

同上原理，燃料为含硫燃料时，可燃气体优先与氧气发生燃烧反应，当氧有剩余时，才能与硫发生反应，生成SO₂，同样也会降低SO₂的生成，从而实现原始低硫排放。

3、二噁英的低排放原理

设备运行时，燃烧室内的温度，在800-1100℃。设计足够大的燃烧室，有效降低了烟气的流速，并预设n段挡火墙，使烟气在此高温环境中，停留时间≥2s，合理设计换热器，使排烟温度不低于500℃，有效遏制二噁英等有害物质的合成。

4、颗粒物的低排放原理

颗粒物是燃料中的不可燃烧组分、燃料中有机组分的杂原子，以及未燃尽的含碳颗粒。

燃烧过程中，颗粒物随烟气流向流动，当烟气进入二燃室后，在二燃室进行切圆燃烧、扰动燃烧，并设置多处挡灰墙，在改变烟气流向的同时，增加颗粒物的碰壁次数，下落至预设的出灰口，防止颗粒物随烟气流向进入换热部分，大大降低了颗粒物的排放。

5、飞灰粘结的处理原理

燃料在燃烧过程中，产生的燃料油滴在被充分氧化之前，与炽热壁面接触，发生液相裂化和高温分解，容易出现结焦。飞灰和油滴的混合物与换热管壁接触，会降低换热管束的换热效率。

当混合气体进入二燃室，由于二燃室较高的温度场和足够容积的燃烧仓，会让燃料油滴充分氧化燃烧，使飞灰不再携带燃料油滴，从而避免粘附在换热管壁。

因高温绝热低氧燃烧室5实现了高温气化低氧绝热燃烧的目的，具有以下优点：1、送风量和烟气量减小使排烟热损失下降，锅炉效率提高，并使鼓风机耗电量减小；2、烟气中剩余氧浓度降低，金属高温氧化的可能性降低，并能降低五氧化二钒的生成量，能有效地减轻受热面的高温腐蚀和防止出现高温粘结灰；3、能使三氧化硫生成量下降，烟气露点温降低，有利于防止受热面的低温腐蚀；4、减少氮氧化合物生成量，有利于环境保护。

Claims (10)

1.一种有机物高温气化低氧分级燃烧方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、PLC控制器控制推料机构(2)将从落料机构(1)内落出的燃料推入到燃烧炉(3)内设置的阶梯往复式炉排(6)上端；启炉，待加热到一定温度时，再利用推料机构(2)将物料慢慢送入到整个阶梯往复式炉排(6)上；

S2、通过鼓风机构(65)向阶梯往复式炉排(6)内鼓入空气，在由阶梯往复式炉排(6)与倾斜炉拱以及燃烧炉侧壁形成特定体积的气化室(4)内使得燃料实现不完全燃烧情况下的气化，气化后的热气进入到气化室(4)内；

S3、阶梯往复式炉排(6)上的燃料在燃烧一段时间后，间歇性由上而下进行落料；

S4、气化室(4)内设置的监测系统a对气化室(4)的热气出口(42)处氧含量、温度、二氧化碳含量以及烟气流速进行监测，并将监测信息反馈至PLC控制器；

S5、气化后的热气经倾斜炉拱(41)降低流速后，穿过热气出口(42)，使得气化室(4)内气化后的热气进入到高温绝热低氧燃烧室(5)，高温绝热低氧燃烧室(5)内的高温烟气经烟气流转通道降低流速、沉降飞灰、增加烟气流程后从出火口排入换热系统换热；

S6、高温绝热低氧燃烧室(5)内设置的监测系统b对高温绝热低氧燃烧室(5)出口处的氧含量、温度、二氧化碳含量以及烟气流速进行监测，并将监测信息反馈至PLC控制器；

S7、PLC控制器实时根据监测系统a和监测系统b的监测信息形成一个数据组，与内部设定数据值进行比较，判断是否需要对气化室的产气量进行控制；若形成的数据组与内部设定数据值相同，则无需对气化室(4)的产气量进行控制；若形成的数据组与内部设定数据值不相同，则PLC控制器来控制气化室(4)的给风量和送料量，进而控制气化室(4)的产气量。

2.根据权利要求1所述的一种有机物高温气化低氧分级燃烧方法，其特征在于，所述步骤S2中，鼓风机构(65)向阶梯往复式炉排(6)内鼓入空气过程如下：

S21、PLC控制器控制鼓风机(651)动作，同时控制调节风阀(653)的开度，鼓风机(651)将空气鼓入进风管道(652)，再通过输气管道(654)进入到扁平状风管(67)；

S22、扁平状风管(67)中的空气由扁平状风管(67)顶部开设的出风孔b(671)喷出，喷出后的气体由风冷动炉排(63)右侧壁中部设置的出风孔a(631)排入气化室(4)，同时对风冷动炉排(63)进行冷却，部分气体因风冷动炉排(63)的顶壁和右侧壁的阻挡作用折回到等压风箱(64)内部，再由水冷静止炉排(62)上的锥形出风孔(621)排入气化室(4)。

3.根据权利要求1所述的一种有机物高温气化低氧分级燃烧方法，其特征在于，在步骤S2进行的同时，通过通水管道(623)向水冷静止炉排(62)的通水口(622)内通入循环冷却水，对水冷静止炉排(62)进行冷却。

4.根据权利要求1所述的一种有机物高温气化低氧分级燃烧方法，其特征在于，所述步骤S3中，阶梯往复式炉排(6)间歇性由上而下进行落料的过程如下：

S31、PLC控制器依次设定各推动机构(66)的推动作业时间以及推动时间间隔，且上部的推动机构(66)推动作业时间早于下部的推动机构(66)推动时间，各推动机构(66)推动时间间隔相同；

S32、推动机构(66)推动风冷动炉排(63)向右进行满行程运动，将水冷静止炉排(62)上的燃料推入到下一风冷动炉排(63)上，进而实现间歇性由上而下进行落料。

5.根据权利要求1所述的一种有机物高温气化低氧分级燃烧方法，其特征在于，所述步骤S5中，高温绝热低氧燃烧室(5)内的热气的停留时间大于2S。

6.根据权利要求1所述的一种有机物高温气化低氧分级燃烧方法，其特征在于，所述步骤S7中，PLC控制器控制气化室(4)的给风量和送料量过程如下：

S71、PLC控制器控制调节风阀(653)的开度来控制向气化室(4)内的给风量；

S72、PLC控制器控制推料机构(2)的推料间隔来控制气化室(4)的送料量。

7.根据权利要求1所述的一种有机物高温气化低氧分级燃烧方法，其特征在于，所述燃料为生物质燃料、煤兰炭、固废或污泥。

8.根据权利要求1所述的一种有机物高温气化低氧分级燃烧方法，其特征在于，所述气化室(4)的温度控制在500-800℃。

9.根据权利要求1所述的一种有机物高温气化低氧分级燃烧方法，其特征在于，所述高温绝热低氧燃烧室(5)的温度控制在800-1200℃，氧含量控制在6-10％，NOx生成量低于100mg/m³或30mg/m³。

10.根据权利要求9所述的一种有机物高温气化低氧分级燃烧方法，其特征在于，所述高温绝热低氧燃烧室(5)的温度控制是由气化室(4)内的燃料在燃烧过程中加热高温绝热低氧燃烧室(5)蓄热到800-1200℃。

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