CN112032708A - 一种固体燃料高温贫氧燃烧方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种固体燃料高温贫氧燃烧方法，是将固体燃料置于固体燃料高温贫氧燃烧装置内燃烧的过程；高温贫氧燃烧装置的炉膛内设置有层燃炉排和炉膛高温补氧管，炉膛的下部通过燃烧器与气体燃烧室的下部连通；燃烧器连接有补氧管；高温贫氧燃烧装置内分为三个燃烧区，第一燃烧区在层燃炉排上下面区域；第二燃烧区在层燃炉排下面和燃烧器之间区域；第三燃烧区在燃烧器和气体燃烧室内；调节供氧量让固体燃料在第一燃烧区处于半气化燃烧，未充分燃烧的可燃物在第二燃烧区继续燃烧，产生的可燃混合气体在第三燃烧区充分燃烧；燃烧过程处于负压状态下分区逐级供氧气燃烧，实现低含氧量条件下燃烧，减少氮氧化合物的产生，燃料燃烧充分，燃烧效率高。

Description

一种固体燃料高温贫氧燃烧方法及装置

技术领域

本发明涉及固体燃料燃烧的技术领域，具体是一种固体燃料高温贫氧燃烧方法及装置。

背景技术

随着世界工业经济的发展、人口的剧增、人类欲望的无限上升和生产生活方式的无节制，世界气候面临越来越严重的问题，碳/氮氧化合物排放量越来越大，地球臭氧层正遭受前所未有的危机，全球灾难性气候变化屡屡出现，已经严重危害到人类的生存环境和健康安全。即使人类曾经引以为豪的高速增长或膨胀的GDP也因为环境污染、气候变化而大打折扣（也因此，各国曾呼唤“绿色GDP”的发展模式和统计方式）。

所谓低碳/氮经济，是指在可持续发展理念指导下，通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段，尽可能地减少煤炭石油等高碳能源消耗，减少温室气体排放，达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。低碳/氮经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，是人类社会继农业文明、工业文明之后的又一次重大进步。

燃烧装置是利用燃料在其内燃烧产生热能的设备，通过热交换后可以产生热风、热油、热油、热水和或蒸汽，燃烧装置是在各种工业企业中提供生产和供暖所需的热源所必不可少的设备。

然而，现有的固体燃烧装置在将固体燃料在其内直接燃烧过程中，固体燃料是采用层燃、正烧、富氧燃烧方式，存在燃料燃烧不充分，热转换效率低，温度场不均匀、容易造成氮氧化物等大气排放物超标等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种固体燃料高温贫氧燃烧方法及装置，该固体燃料高温贫氧燃烧方法采用高温贫氧燃烧技术将固体燃料置于固体燃料高温贫氧燃烧装置内燃烧的过程，将固体燃料的燃烧过程分为三个燃烧阶段，分别在三个相通的燃烧区内实现分区逐级高温贫氧燃烧，实现低含氧量条件下燃烧，减少氮氧化合物的产生，燃料燃烧充分，燃烧效率高。

为了实现本发明的目的，所采取的技术方案为：

一种固体燃料高温贫氧燃烧方法，是将固体燃料置于固体燃料高温贫氧燃烧装置内燃烧的过程；所述的高温贫氧燃烧装置的炉膛内设置有层燃炉排和炉膛高温补氧管，炉膛的下部通过燃烧器与气体燃烧室的下部连通；燃烧器连接有为燃烧器补充氧气的补氧管；高温贫氧燃烧装置内分为三个相通的燃烧区，第一燃烧区为固体燃料半气化燃烧区，其在层燃炉排上下面区域；第二燃烧区为碳和气体燃烧区，其在层燃炉排下面和燃烧器之间区域；第三燃烧区为气体燃烧区，其在燃烧器和气体燃烧室内；

具体过程是：将固体燃料置于层燃炉排上，将其点燃后，在烟气引风机负压吸力的作用下，抽吸总需氧量，炉膛高温补氧管给层燃炉排上方的燃料补氧燃烧，在燃烧过程中，层燃炉排表面的燃料形成碳粒层，固体燃料燃烧形成的火焰和未完全燃烧的可燃物在烟气引风机的作用下随着气流穿过层燃炉排的间隙进入第二燃烧区；同时在燃烧产生的烟气穿过层燃炉排表面的碳粒层进行继续燃烧和裂解气化；产生的可燃混合气体和未完全燃烧的可燃物通过适量补氧，在第二燃烧区继续燃烧、裂解气化，产生的可燃混合气体随着气流进入第三燃烧区，通过补氧管进行补氧后充分燃烧；最终烟气由烟气引风机吸引用于物料烘干等用途或经过热交换装置进行热交换后排出；燃烧工况正常后，从炉膛高温补氧管通入的空气与烟火进行热交换，提供温度大于300度的空气，加速固体燃料的干燥、燃烧和气化，为固体燃料快速营造快速燃烧条件，全程均处于高温贫氧燃烧状态。

参考固体燃料完全燃烧的基氧量9-11%，本方法设定的基氧量低于6%，来计算总需氧量，根据各燃烧区燃烧的性质与程度，将总需氧量按区域分配，第一燃烧区占82%～87%，第二燃烧区占3%～5%，其余为第三燃烧区。根据总需氧量和各区域的需氧量来设定烟气引风机和供氧管径大小及进气管的进气量调节范围。

所述的固体燃料高温贫氧燃烧装置，包括炉座和炉体，炉体安装在炉座上；炉体内设置有炉膛，炉膛前部的炉体上设置有排灰口和炉门；炉膛内设置有层燃炉排；所述的炉膛的后侧或侧面设置有气体燃烧室；气体燃烧室的下部通过燃烧器与炉膛的下部连通，气体燃烧室的上部直接与安装有烟气引风机的烟气管连接，或通过热交换装置与安装有烟气引风机的烟气管连接；热交换装置通过热交换能产生热风、热油、热水和或蒸汽；炉膛设置有炉膛高温补氧管，炉膛高温补氧管为炉膛提供高温空气；燃烧器连接有补氧管，补氧管为燃烧器补充氧气；炉膛高温补氧管和补氧管分别连接有进气管，进气管调节分别调节炉膛高温补氧管和补氧管的进气量，使燃料在贫氧状态下燃烧。固体燃料在炉膛内燃烧，未完全燃烧的可燃物在燃烧器和气体燃烧室内继续燃烧，产生的高温烟气进入热交换装置热交换后排出。在正常工况下，从炉膛高温补氧管通入的空气与烟火进行热交换，形成温度大于300度的高温空气，快速营造固体燃料燃烧条件，利于整个燃烧过程处于高温贫氧燃烧，实现燃料充分燃烧，抑制氮氧化物的生成。炉膛和气体燃烧室的四周设置储热保温层，储热保温层采用耐火砖或其它耐火保温材料制成。在正常燃烧工况下，固体燃料高温贫氧燃烧装置的燃烧区的环境温度高于可燃物的自燃温度，只需补给适量的氧气就能燃烧，满足高温贫氧燃烧条件；通过在炉膛和气体燃烧室的四周设置储热保温层的集储热量和燃烧过程产生的热量，使燃烧区环境温度高于可燃物的自燃温度；炉膛高温补氧管通过提供高温空气加速层燃炉排上方的固体燃料干燥、燃烧与气化，并提高整个燃烧过程的高温贫氧燃烧效果。

优选的：所述的炉膛高温补氧管从炉膛后侧的下部两侧伸到炉膛前端，再折弯往上至层燃炉排上方，最后伸到炉膛后侧，炉膛高温补氧管上开设有多个给氧孔。正常燃烧后，利用烟火的热量加热炉膛高温补氧管，与炉膛高温补氧管内的空气进行热交换使空气变成热空气，实现炉膛高温补氧管为炉膛提供高温空气。

优选的：所述的炉膛的炉膛壁设置有夹水套或集水管；所述的层燃炉排为水冷炉排，水冷炉排与夹水套或集水管连通；所述的热交换装置为大锅筒，大锅筒设置在炉膛的上部，利用炉膛热辐射及烟火热量加热产生热水和或蒸汽；所述的大锅筒上设置有安全阀座、蒸汽出口和补水口；大锅筒内横向贯穿设置有多根蒸汽过热管和水加热管，蒸汽过热管位于水加热管的上部；大锅筒的两端分别设置有过烟室和排烟室；排烟室设置有排烟口；大锅筒的两侧通过侧墙管与夹水套或集水管连通；气体燃烧室的上部与水加热管的一端连通，水加热管的另一端与过烟室连通；蒸汽过热管的一端也与过烟室连通，蒸汽过热管的另一端与排烟室连通。固体燃料在层燃炉排上半气化燃烧后，未完全燃烧的可燃物第二燃烧区燃烧，产生的可燃混合气体在燃烧器和气体燃烧室内继续燃烧，产生的高温烟气依次经过水加热管、过烟室、蒸汽过热管和排烟室，最后从排烟口排出，排烟口连接有烟气管，烟气管上安装有烟气净化装置及烟气引风机。所述的过烟室和排烟室都设置有清渣口，方便清理灰尘。

优选的：所述的炉膛的炉膛壁设置有夹水套或集水管；所述的层燃炉排为水冷炉排，水冷炉排与夹水套或集水管连通；所述的热交换装置为风筒，风筒设置在炉膛的上部，利用炉膛热辐射及烟火热量加热产生热风；所述的风筒内部空间为风腔，风腔的一端设置有进风口，风腔的另一端设置有出风口；风腔内贯穿设置有多根热交换管，热交换管的一端与气体燃烧室的上部连通，热交换管的另一端连通有排烟室，排烟室设置有排烟口。

优选的：所述的水冷炉排采用单层水管或上下双层水管结构的炉排。所述的上下双层水管结构的炉排由多根横向炉排管和纵向炉排管组成，横向炉排管设置在纵向炉排管的下部或上部，纵向炉排管的前后两端分别通过导通总管与夹水套或集水管连通，横向炉排管的两端分别与夹水套或集水管连通。

优选的：所述的纵向炉排管后端的导通总管还分别通过后墙管和安装设置在气体燃烧室内的导通管与大锅筒连通。

优选的：所述的大锅筒的筒内设置有将其上下分为蒸汽过热腔和蒸汽发生腔的分隔板，蒸汽过热腔和蒸汽发生腔通过过汽口连通，水加热管设置在蒸汽发生腔内，蒸汽过热管设置在蒸汽过热腔内。补水口设置在蒸汽发生腔处，蒸汽出口设置在蒸汽过热腔顶部的一端。

优选的：所述的水冷炉排下部的炉膛内还安装有二次燃烧炉排。二次燃烧炉排接住从层燃炉排上掉落未完全燃烧的固体可燃物，未完全燃烧的固体可燃物在二次燃烧炉排上能继续燃烧和裂解气化，避免堆积无法完全燃烧。

优选的：所述的燃烧器为高温贫氧助燃器，其包括通火管，所述的通火管将炉膛和气体燃烧室连通；通火管的外部设置有外环罩，外环罩与通火管密封连接，外环罩与通火管之间的空腔为通氧腔，通氧腔内的通火管上设置有多个进氧孔，补氧管与通氧腔连通。所述的进氧孔在通火管上呈螺旋线式布置，且与管壁的水平切面呈15-30度角。

优选的：所述的高温贫氧助燃器位于气体燃烧室内的部分外部包裹设置有利用烟火加热辅助产生蒸汽的小锅筒，小锅筒通过导通管与大锅筒连通。

优选的：所述的大锅筒上还设置有压力表座和人孔。

优选的：所述的夹水套或集水管的底部设置有排污口。

优选的：所述的补氧管补充的氧气为高温空气，在正常工况下，从补氧管通入的空气与烟火进行热交换，形成高温空气。

本固体燃料高温贫氧燃烧方法的优点：

1、本固体燃料高温贫氧燃烧方法是将固体燃料置于固体燃料高温贫氧燃烧装置中采用分区逐级高温贫氧燃烧方式，固体燃料高温贫氧燃烧装置根据各个区域的主要燃烧性质不同，设有三个相通燃烧区，第一燃烧区为固体燃料半气化燃烧区，其在层燃炉排上下面区域；第二燃烧区为碳和气体燃烧区，其在层燃炉排下面和二次燃烧炉排之间区域；第三燃烧区为气体燃烧区，其在燃烧器和气体燃烧室内。本方法将固体燃料的燃烧过程分为三个区域燃烧，把固体燃料的燃烧行程延长，燃烧正常后利用固体燃料燃烧产生的热量对补氧管和炉膛高温补氧管加热，使其内通入的空气加热形成高温空气，炉膛高温补氧管的高温空气的温度能大于300度，通过炉膛高温补氧管输送到炉膛内，加速固体燃料的干燥、燃烧和气化，营造快速燃烧条件，使得固体燃料快速裂解燃烧和气化，正常燃烧工况下全程均处于高温贫氧燃烧状态，实现燃料充分燃烧，提高热转换效率，减少氮氧化物的生成，消除黑烟，达到高效节能环保的目的，同时实现燃烧装置的温度场均匀，避免局部高温，延长燃烧装置的寿命。

2、由于采用高温补氧，在低含氧量条件下燃烧，火焰体积均衡放大，温度场均匀，避免燃烧过程的产生局部高温，提高设备使用寿命。

3、水冷炉排下部的炉膛内安装有二次燃烧炉排，二次燃烧炉排接住从水冷炉排上掉落未完全燃烧的固体可燃物，未完全燃烧的固体可燃物在二次燃烧炉排上能继续燃烧和裂解气化，避免堆积无法完全燃烧，利于实现燃料充分燃烧。

附图说明

图1是实施例3中固体燃料高温贫氧燃烧装置的结构示意图；

图2是图1的右视示意图；

图3是图2的俯视示意图；

图4是图1的A-A向示意简图；

图5是图2的B-B向示意图；

图6是燃烧器的安装结构示意图；

图7是图6中进氧孔的布置意图；

图8是小锅筒的安装位置示意图；

图9是图8中小锅筒安装关系的左视图；

图10是实施例4中固体燃料高温贫氧燃烧装置的结构示意图；

图中序号的部件名称为：

1、炉座，2、排灰口，3、炉门，4、炉体，5、压力表座，6、人孔，7、安全阀座，8、蒸汽出口，9、大锅筒，10、排烟口，11、进气管，12、排污口，13、夹水套，14、横向炉排管，15、纵向炉排管，16、导通总管，17、侧墙管，18、蒸汽发生腔，19、分隔板，20、蒸汽过热管，21、蒸汽过热腔，22、导通管，23、水加热管，24、后墙管，25、炉膛高温补氧管，26、补氧管，27、二次燃烧炉排，28、燃烧器，29、炉膛，30、过汽口，31、过烟室，32、气体燃烧室，33、排烟室，34、通火管，35、进氧孔，36、通氧腔，37、外环罩，38、小锅筒，39、进风口，40、热交换管，41、风筒，42、风腔，43、出风口，44、烟气引风机。

具体实施方式

为了使本申请的技术方案和优点更加清楚，下面结合实施例和附图，对本技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

一种固体燃料高温贫氧燃烧方法，是将固体燃料置于固体燃料高温贫氧燃烧装置内燃烧的过程；所述的高温贫氧燃烧装置的炉膛内设置有层燃炉排和炉膛高温补氧管，炉膛的下部通过燃烧器与气体燃烧室的下部连通；燃烧器连接有为燃烧器补充氧气的补氧管；高温贫氧燃烧装置内分为三个相通的燃烧区，第一燃烧区为固体燃料半气化燃烧区，其在层燃炉排上下面区域；第二燃烧区为碳和气体燃烧区，其在层燃炉排下面和燃烧器之间区域；第三燃烧区为气体燃烧区，其在燃烧器和气体燃烧室内；具体过程是：将固体燃料置于层燃炉排上，将其点燃后，在烟气引风机负压吸力的作用下，抽吸总需氧量，炉膛高温补氧管给层燃炉排上方的燃料补氧燃烧，在燃烧过程中，层燃炉排表面的燃料形成碳粒层，固体燃料燃烧形成的火焰和未完全燃烧的可燃物在烟气引风机的作用下随着气流穿过层燃炉排的间隙进入第二燃烧区；同时在燃烧产生的烟气穿过层燃炉排表面的碳粒层进行继续燃烧和裂解气化；产生的可燃混合气体和未完全燃烧的可燃物通过适量补氧，在第二燃烧区继续燃烧、裂解气化，产生的可燃混合气体随着气流进入第三燃烧区，通过补氧管进行补氧后充分燃烧；最终烟气由烟气引风机吸引用于物料烘干等用途或经过热交换装置进行热交换后排出；燃烧工况正常后，从炉膛高温补氧管通入的空气与烟火进行热交换，提供温度大于300度的空气，加速固体燃料的干燥、燃烧和气化，为固体燃料快速营造快速燃烧条件，全程均处于高温贫氧燃烧状态。

所述的固体燃料高温贫氧燃烧装置，包括炉座1和炉体4，炉体4安装在炉座1上；炉体4内设置有炉膛29，炉膛29前部的炉体4上设置有排灰口2和炉门3；炉膛29内设置有层燃炉排；所述的炉膛29的后侧或侧面设置有气体燃烧室32；气体燃烧室32的下部通过燃烧器28与炉膛29的下部连通，气体燃烧室32的上部直接与安装有烟气引风机44的烟气管连接用于将烟气输送去烘干物料等用途；炉膛29设置有炉膛高温补氧管25，炉膛高温补氧管25为炉膛29提供高温空气；燃烧器28连接有补氧管26，补氧管26为燃烧器28补充氧气；炉膛高温补氧管25和补氧管26分别连接有进气管11。固体燃料在炉膛29内燃烧，烟火从燃烧器28穿过进入气体燃烧室32，并从气体燃烧室32的上部进入热交换装置热交换后排出。所述的炉膛高温补氧管25从炉膛29后侧的下部两侧伸到炉膛29前端，再折弯往上至层燃炉排上方，最后伸到炉膛29后侧，炉膛高温补氧管25上开设有多个给氧孔。所述的燃烧器28为高温贫氧助燃器，包括通火管34，所述的通火管34将炉膛29和气体燃烧室32连通；通火管34的外部设置有外环罩37，外环罩37与通火管34之间的空腔为通氧腔36，通氧腔36内的通火管34上设置有多个进氧孔35，补氧管26与通氧腔36连通。

实施例2

一种固体燃料高温贫氧燃烧方法，是将固体燃料置于固体燃料高温贫氧燃烧装置内燃烧的过程；所述的高温贫氧燃烧装置的炉膛内设置有层燃炉排和炉膛高温补氧管，炉膛的下部通过燃烧器与气体燃烧室的下部连通；燃烧器连接有为燃烧器补充氧气的补氧管；高温贫氧燃烧装置内分为三个相通的燃烧区，第一燃烧区为固体燃料半气化燃烧区，其在层燃炉排上下面区域；第二燃烧区为碳和气体燃烧区，其在层燃炉排下面和燃烧器之间区域；第三燃烧区为气体燃烧区，其在燃烧器和气体燃烧室内；具体过程是：将固体燃料置于层燃炉排上，将其点燃后，在烟气引风机负压吸力的作用下，抽吸总需氧量，炉膛高温补氧管给层燃炉排上方的燃料补氧燃烧，在燃烧过程中，层燃炉排表面的燃料形成碳粒层，固体燃料燃烧形成的火焰和未完全燃烧的可燃物在烟气引风机的作用下随着气流穿过层燃炉排的间隙进入第二燃烧区；同时在燃烧产生的烟气穿过层燃炉排表面的碳粒层进行继续燃烧和裂解气化；产生的可燃混合气体和未完全燃烧的可燃物通过适量补氧，在第二燃烧区继续燃烧、裂解气化，产生的可燃混合气体随着气流进入第三燃烧区，通过补氧管进行补氧后充分燃烧；最终烟气由烟气引风机吸引用于物料烘干等用途或经过热交换装置进行热交换后排出；燃烧工况正常后，从炉膛高温补氧管通入的空气与烟火进行热交换，提供温度大于300度的空气，加速固体燃料的干燥、燃烧和气化，为固体燃料快速营造快速燃烧条件，全程均处于高温贫氧燃烧状态。

所述的固体燃料高温贫氧燃烧装置，包括炉座1和炉体4，炉体4安装在炉座1上；炉体4内设置有炉膛29，炉膛29前部的炉体4上设置有排灰口2和炉门3；炉膛29内设置有层燃炉排；所述的炉膛29的后侧或侧面设置有气体燃烧室32；气体燃烧室32的下部通过燃烧器28与炉膛29的下部连通，气体燃烧室32的上部通过热交换装置与安装有烟气引风机44的烟气管连接；炉膛29设置有炉膛高温补氧管25，炉膛高温补氧管25为炉膛29提供高温空气；燃烧器28连接有补氧管26，补氧管26为燃烧器28补充氧气；炉膛高温补氧管25和补氧管26分别连接有进气管11。所述的炉膛高温补氧管25从炉膛29后侧的下部两侧伸到炉膛29前端，再折弯往上至层燃炉排上方，最后伸到炉膛29后侧，炉膛高温补氧管25上开设有多个给氧孔。

所述的炉膛29的炉膛壁设置有夹水套13或集水管；所述的层燃炉排为水冷炉排，水冷炉排与夹水套13或集水管连通；所述的热交换装置为用于产生蒸汽的大锅筒9，大锅筒9设置在炉膛29的上部，利用炉膛29热辐射及烟火热量加热产生热水和或蒸汽；所述的大锅筒9上设置有安全阀座7、蒸汽出口8和补水口；大锅筒9内横向贯穿设置有多根蒸汽过热管20和水加热管23，蒸汽过热管20位于水加热管23的上部；大锅筒9的两端分别设置有过烟室31和排烟室33；排烟室33设置有排烟口10；大锅筒9的两侧通过侧墙管17与夹水套13或集水管连通；气体燃烧室32的上部与水加热管23的一端连通，水加热管23的另一端与过烟室31连通；蒸汽过热管20的一端也与过烟室31连通，蒸汽过热管20的另一端与排烟室33连通。所述的过烟室和排烟室都设置有清渣口，方便清理灰尘。固体燃料在炉膛29内燃烧，未完全燃烧的可燃物在燃烧器28和气体燃烧室32内继续燃烧，产生的高温烟气依次经过水加热管23、过烟室31、蒸汽过热管20和排烟室33，最后从排烟口10排出燃烧装置，排烟口10连接有烟气管，烟气管上安装有烟气净化装置及烟气引风机。在正常工况下，从炉膛高温补氧管25通入的空气与烟火进行热交换，形成温度大于300度的高温空气，使整个燃烧过程处于高温贫氧燃烧，实现燃料充分燃烧，抑制氮氧化物的生成。

所述的水冷炉排由多根横向炉排管14和纵向炉排管15组成，横向炉排管14设置在纵向炉排管15的下部，纵向炉排管15的前后两端分别通过导通总管16与夹水套13或集水管连通，横向炉排管14的两端分别与夹水套13或集水管连通。

所述的纵向炉排管15后端的导通总管16还分别通过后墙管24和安装设置在气体燃烧室32内的导通管22与大锅筒9连通。

所述的大锅筒9的筒内设置有将其上下分为蒸汽过热腔21和蒸汽发生腔18的分隔板19，蒸汽过热腔21和蒸汽发生腔18通过过汽口30连通，水加热管23设置在蒸汽发生腔18内，蒸汽过热管20设置在蒸汽过热腔21内。补水口设置在蒸汽发生腔处，蒸汽出口设置在蒸汽过热腔顶部的一端。

所述的水冷炉排下部的炉膛29内还安装有二次燃烧炉排27。二次燃烧炉排27接住从炉排上掉落未完全燃烧的固体可燃物，未完全燃烧的固体可燃物在二次燃烧炉排27上能继续燃烧和裂解气化，避免堆积无法完全燃烧。

所述的燃烧器28为高温贫氧助燃器，其包括通火管34，所述的通火管34将炉膛29和气体燃烧室32连通；通火管34的外部设置有外环罩37，外环罩37与通火管34之间的空腔为通氧腔36，通氧腔36内的通火管34上设置有多个进氧孔35，补氧管26与通氧腔36连通。所述的进氧孔35在通火管34上呈螺旋线式布置，且与管壁的水平切面呈15-30度角。

实施例3

一种固体燃料高温贫氧燃烧方法，是将固体燃料置于固体燃料高温贫氧燃烧装置内燃烧的过程；所述的高温贫氧燃烧装置的炉膛内设置有层燃炉排和炉膛高温补氧管，炉膛的下部通过燃烧器与气体燃烧室的下部连通；燃烧器连接有为燃烧器补充氧气的补氧管；高温贫氧燃烧装置内分为三个相通的燃烧区，第一燃烧区为固体燃料半气化燃烧区，其在层燃炉排上下面区域；第二燃烧区为碳和气体燃烧区，其在层燃炉排下面和燃烧器之间区域；第三燃烧区为气体燃烧区，其在燃烧器和气体燃烧室内；具体过程是：将固体燃料置于层燃炉排上，将其点燃后，在烟气引风机负压吸力的作用下，抽吸总需氧量，炉膛高温补氧管给层燃炉排上方的燃料补氧燃烧，在燃烧过程中，层燃炉排表面的燃料形成碳粒层，固体燃料燃烧形成的火焰和未完全燃烧的可燃物在烟气引风机的作用下随着气流穿过层燃炉排的间隙进入第二燃烧区；同时在燃烧产生的烟气穿过层燃炉排表面的碳粒层进行继续燃烧和裂解气化；产生的可燃混合气体和未完全燃烧的可燃物通过适量补氧，在第二燃烧区继续燃烧、裂解气化，产生的可燃混合气体随着气流进入第三燃烧区，通过补氧管进行补氧后充分燃烧；最终烟气由烟气引风机吸引用于物料烘干等用途或经过热交换装置进行热交换后排出；燃烧工况正常后，从炉膛高温补氧管通入的空气与烟火进行热交换，提供温度大于300度的空气，加速固体燃料的干燥、燃烧和气化，为固体燃料快速营造快速燃烧条件，全程均处于高温贫氧燃烧状态。

所述的固体燃料高温贫氧燃烧装置，包括炉座1和炉体4，炉体4安装在炉座1上；炉体4内设置有炉膛29，炉膛29前部的炉体4上设置有排灰口2和炉门3；炉膛29内设置有层燃炉排；所述的炉膛29的后侧或侧面设置有气体燃烧室32；气体燃烧室32的下部通过燃烧器28与炉膛29的下部连通，气体燃烧室32的上部通过热交换装置与安装有烟气引风机44的烟气管连接；炉膛29设置有炉膛高温补氧管25，炉膛高温补氧管25为炉膛29提供高温空气；燃烧器28连接有补氧管26，补氧管26为燃烧器28补充氧气；炉膛高温补氧管25和补氧管26分别连接有进气管11。所述的补氧管补充的氧气为高温空气，在正常工况下，从补氧管通入的空气与烟火进行热交换，形成高温空气。

所述的炉膛高温补氧管25从炉膛29后侧的下部两侧伸到炉膛29前端，再折弯往上至层燃炉排上方，最后伸到炉膛29后侧，炉膛高温补氧管25上开设有多个给氧孔。

所述的炉膛29的炉膛壁设置有夹水套13；所述的层燃炉排为水冷炉排，水冷炉排与夹水套13连通；所述的夹水套13的底部设置有排污口12。所述的热交换装置为用于产生蒸汽的大锅筒9，大锅筒9设置在炉膛29的上部，利用炉膛29热辐射及烟火热量加热产生热水和或蒸汽；所述的大锅筒上还设置有压力表座和人孔。所述的大锅筒9上设置有安全阀座7、蒸汽出口8和补水口；大锅筒9内横向贯穿设置有多根蒸汽过热管20和水加热管23，蒸汽过热管20位于水加热管23的上部；大锅筒9的两端分别设置有过烟室31和排烟室33；排烟室33设置有排烟口10；大锅筒9的两侧通过侧墙管17与夹水套13连通；气体燃烧室32的上部与水加热管23的一端连通，水加热管23的另一端与过烟室31连通；蒸汽过热管20的一端也与过烟室31连通，蒸汽过热管20的另一端与排烟室33连通。所述的过烟室和排烟室都设置有清渣口，方便清理灰尘。固体燃料在炉膛29内燃烧，未完全燃烧的可燃物在燃烧器28和气体燃烧室32内继续燃烧，产生的高温烟气依次经过水加热管23、过烟室31、蒸汽过热管20和排烟室33，最后从排烟口10排出燃烧装置，排烟口10连接有烟气管，烟气管上安装有烟气净化装置及引风机。

所述的水冷炉排由多根横向炉排管14和纵向炉排管15组成，横向炉排管14设置在纵向炉排管15的下部，纵向炉排管15的前后两端分别通过导通总管16与夹水套13连通，横向炉排管14的两端分别与夹水套13连通。

所述的纵向炉排管15后端的导通总管16还分别通过后墙管24和安装设置在气体燃烧室32内的导通管22与大锅筒9连通。

所述的大锅筒9的筒内设置有将其上下分为蒸汽过热腔21和蒸汽发生腔18的分隔板19，蒸汽过热腔21和蒸汽发生腔18通过过汽口30连通，水加热管23设置在蒸汽发生腔18内，蒸汽过热管20设置在蒸汽过热腔21内。补水口设置在蒸汽发生腔处，蒸汽出口设置在蒸汽过热腔顶部的一端。

所述的水冷炉排下部的炉膛29内还安装有二次燃烧炉排27。二次燃烧炉排27接住从炉排上掉落未完全燃烧的固体可燃物，未完全燃烧的固体可燃物在二次燃烧炉排27上能继续燃烧、裂解和气化，避免堆积无法完全燃烧。

所述的燃烧器28为高温贫氧助燃器，其包括通火管34，所述的通火管34将炉膛29和气体燃烧室32连通；通火管34的外部设置有外环罩37，外环罩37与通火管34之间的空腔为通氧腔36，通氧腔36内的通火管34上设置有多个进氧孔35，补氧管26与通氧腔36连通。所述的进氧孔35在通火管34上呈螺旋线式布置，且与管壁的水平切面呈15-30度角。

所述的高温贫氧助燃器的位于气体燃烧室32端的外部包裹设置有利用烟火加热辅助产生蒸汽的小锅筒38，小锅筒38通过导通管22与大锅筒9连通。

实施例4

一种固体燃料高温贫氧燃烧方法，是将固体燃料置于固体燃料高温贫氧燃烧装置内燃烧的过程；所述的高温贫氧燃烧装置的炉膛内设置有层燃炉排和炉膛高温补氧管，炉膛的下部通过燃烧器与气体燃烧室的下部连通；燃烧器连接有为燃烧器补充氧气的补氧管；高温贫氧燃烧装置内分为三个相通的燃烧区，第一燃烧区为固体燃料半气化燃烧区，其在层燃炉排上下面区域；第二燃烧区为碳和气体燃烧区，其在层燃炉排下面和燃烧器之间区域；第三燃烧区为气体燃烧区，其在燃烧器和气体燃烧室内；具体过程是：将固体燃料置于层燃炉排上，将其点燃后，在烟气引风机负压吸力的作用下，抽吸总需氧量，炉膛高温补氧管给层燃炉排上方的燃料补氧燃烧，在燃烧过程中，层燃炉排表面的燃料形成碳粒层，固体燃料燃烧形成的火焰和未完全燃烧的可燃物在烟气引风机的作用下随着气流穿过层燃炉排的间隙进入第二燃烧区；同时在燃烧产生的烟气穿过层燃炉排表面的碳粒层进行继续燃烧和裂解气化；产生的可燃混合气体和未完全燃烧的可燃物通过适量补氧，在第二燃烧区继续燃烧、裂解气化，产生的可燃混合气体随着气流进入第三燃烧区，通过补氧管进行补氧后充分燃烧；最终烟气由烟气引风机吸引用于物料烘干等用途或经过热交换装置进行热交换后排出；燃烧工况正常后，从炉膛高温补氧管通入的空气与烟火进行热交换，提供温度大于300度的空气，加速固体燃料的干燥、燃烧和气化，为固体燃料快速营造快速燃烧条件，全程均处于高温贫氧燃烧状态。

所述的固体燃料高温贫氧燃烧装置，包括炉座1和炉体4，炉体4安装在炉座1上；炉体4内设置有炉膛29，炉膛29前部的炉体4上设置有排灰口2和炉门3；炉膛29内设置有层燃炉排；所述的炉膛29的后侧或侧面设置有气体燃烧室32；气体燃烧室32的下部通过燃烧器28与炉膛29的下部连通，气体燃烧室32的上部通过热交换装置与安装有烟气引风机44的烟气管连接；热交换装置通过热交换产生热风；炉膛29设置有炉膛高温补氧管25，炉膛高温补氧管25为炉膛29提供高温空气；燃烧器28连接有补氧管26，补氧管26为燃烧器28补充氧气；炉膛高温补氧管25和补氧管26分别连接有进气管11。所述的补氧管补充的氧气为高温空气，在正常工况下，从补氧管通入的空气与烟火进行热交换，形成高温空气。

所述的炉膛高温补氧管25从炉膛29后侧的下部两侧伸到炉膛29前端，再折弯往上至层燃炉排上方，最后伸到炉膛29后侧，炉膛高温补氧管25上开设有多个给氧孔。

所述的炉膛29的炉膛壁设置有夹水套13或集水管；所述的层燃炉排为水冷炉排，水冷炉排与夹水套13或集水管连通；所述的热交换装置为风筒41，风筒41设置在炉膛29的上部，利用炉膛29热辐射及烟火热量加热产生热风；所述的风筒41内部空间为风腔42，风腔42的一端设置有进风口39，风腔42的另一端设置有出风口43；风腔42内贯穿设置有多根热交换管40，热交换管40的一端与气体燃烧室32的上部连通，热交换管40的另一端连通有排烟室33，排烟室33设置有排烟口10。

所述的水冷炉排由多根横向炉排管14和纵向炉排管15组成，横向炉排管14设置在纵向炉排管15的下部，纵向炉排管15的前后两端分别通过导通总管16与夹水套13连通，横向炉排管14的两端分别与夹水套13连通。

所述的水冷炉排下部的炉膛29内还安装有二次燃烧炉排27。二次燃烧炉排27接住从炉排上掉落未完全燃烧的固体可燃物，未完全燃烧的固体可燃物在二次燃烧炉排27上能继续燃烧、裂解和气化，避免堆积无法完全燃烧。

所述的燃烧器28为高温贫氧助燃器，其包括通火管34，所述的通火管34将炉膛29和气体燃烧室32连通；通火管34的外部设置有外环罩37，外环罩37与通火管34之间的空腔为通氧腔36，通氧腔36内的通火管34上设置有多个进氧孔35，补氧管26与通氧腔36连通。所述的进氧孔35在通火管34上呈螺旋线式布置，且与管壁的水平切面呈15-30度角。

实施例3中固体燃料高温贫氧燃烧装置的工作流程为：在大锅筒9中通入水，水也进入到水冷炉排、夹水套13和小锅筒38中，利用燃料在炉膛29中燃烧，产生辐射热，对大锅筒9、水冷炉排和夹水层31中的水进行热交换产生蒸汽；由于烟气引风机的作用，在炉膛29中燃烧，未完全燃烧的可燃物进入到高温贫氧助燃器（燃烧器28）和气体燃烧室32中再次燃烧，烟火从高温贫氧助燃器（燃烧器28）进入到气体燃烧室32内，再从大锅筒9的蒸汽发生腔18中的水加热管23进入到过烟室31，再从大锅筒9中蒸汽过热腔34的蒸汽过热管20中通过进入到排烟室33内并从排烟口10排出；水加热管23中的烟气继续与蒸汽发生腔18中的水进行热交换，蒸汽发生腔18中的水被加热形成蒸汽，且通过过汽口30上升到蒸汽过热腔34中，蒸汽与蒸汽过热管20中的烟气继续热交换形成过热蒸汽，过热蒸汽从蒸汽出口8排出。利用燃料燃烧产生的热量对补氧管26和炉膛高温补氧管25加热，使其内通入的空气加热形成温度大于300度的高温空气，通过炉膛高温补氧管25输送到炉膛29内，加速固体燃料的干燥、燃烧和气化，燃烧过程需要的氧气少，实现3%-5%的低基氧量条件下燃烧，减少氮氧化物的生成；在水冷炉排上未完全燃烧的固体可燃物掉落到二次燃烧炉排27上继续燃烧、裂解和气化；空气通过补氧管26输送到高温贫氧助燃器（燃烧器28）处，炉膛内产生的可燃混合气体经过高温贫氧助燃器（燃烧器28）处，与其通火管34的进氧孔35通入的氧气接触燃烧，使燃烧物（可燃混合气体、未充分燃烧颗粒物）在高温补氧助燃器（燃烧器28）和气体燃烧室32内充分燃烧，提高燃烧效率，减少黑烟，易实现大气排放物达标排放。

上述说明并非是对本申请的限制，本申请也并不限于上述实例，本技术领域的普通技术人员，在本申请的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，都应属于本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种固体燃料高温贫氧燃烧方法，其特征在于：是将固体燃料置于固体燃料高温贫氧燃烧装置内燃烧的过程；所述的高温贫氧燃烧装置的炉膛内设置有层燃炉排和炉膛高温补氧管，炉膛的下部通过燃烧器与气体燃烧室的下部连通；燃烧器连接有为燃烧器补充氧气的补氧管；高温贫氧燃烧装置内分为三个相通的燃烧区，第一燃烧区为固体燃料半气化燃烧区，其在层燃炉排上下面区域；第二燃烧区为碳和气体燃烧区，其在层燃炉排下面和燃烧器之间区域；第三燃烧区为气体燃烧区，其在燃烧器和气体燃烧室内；具体过程是：将固体燃料置于层燃炉排上，将其点燃后，在烟气引风机负压吸力的作用下，抽吸总需氧量，炉膛高温补氧管给层燃炉排上方的燃料补氧燃烧，在燃烧过程中，层燃炉排表面的燃料形成碳粒层，固体燃料燃烧形成的火焰和未完全燃烧的可燃物在烟气引风机的作用下随着气流穿过层燃炉排的间隙进入第二燃烧区；同时在燃烧产生的烟气穿过层燃炉排表面的碳粒层进行继续燃烧、裂解和气化；产生的可燃混合气体和未完全燃烧的可燃物通过适量补氧，在第二燃烧区继续燃烧、裂解气化，产生的可燃混合气体随着气流进入第三燃烧区，通过补氧管进行补氧后充分燃烧；最终烟气由烟气引风机吸引用于物料烘干或经过热交换装置进行热交换后排出。

2.根据权利要求1所述的固体燃料高温贫氧燃烧方法，其特征在于：所述的总需氧量是依据基氧量低于6%来计算，且将总需氧量按燃烧区分配，第一燃烧区占82%～87%，第二燃烧区占3%～5%，其余为第三燃烧区。

3.根据权利要求1所述的固体燃料高温贫氧燃烧方法，其特征在于：所述的固体燃料高温贫氧燃烧装置，包括炉座（1）和炉体（4），炉体（4）安装在炉座（1）上；炉体（4）内设置有炉膛（29），炉膛（29）前部的炉体（4）上设置有排灰口（2）和炉门（3）；炉膛（29）内设置有层燃炉排；所述的炉膛（29）的后侧或侧面设置有气体燃烧室（32）；气体燃烧室（32）的下部通过燃烧器（28）与炉膛（29）的下部连通，气体燃烧室（32）的上部直接与安装有烟气引风机（44）的烟气管连接，或通过热交换装置与安装有烟气引风机（44）的烟气管连接；炉膛（29）设置有炉膛高温补氧管（25），炉膛高温补氧管（25）为炉膛（29）提供高温空气；燃烧器（28）连接有补氧管（26），补氧管（26）为燃烧器（28）补充氧气；炉膛高温补氧管（25）和补氧管（26）分别连接有调节进气量的进气管（11）。

4.根据权利要求3所述的固体燃料高温贫氧燃烧方法，其特征在于：所述的炉膛高温补氧管（25）从炉膛（29）后侧的下部两侧伸到炉膛（29）前端，再折弯往上至层燃炉排上方，最后伸到炉膛（29）后侧，炉膛高温补氧管（25）上开设有多个给氧孔。

5.根据权利要求3所述的固体燃料高温贫氧燃烧方法，其特征在于：所述的炉膛（29）的炉膛壁设置有夹水套（13）或集水管；所述的层燃炉排为水冷炉排，水冷炉排与夹水套（13）或集水管连通。

6.根据权利要求5所述的固体燃料高温贫氧燃烧方法，其特征在于：所述的水冷炉排采用单层水管或上下双层水管结构的炉排。

7.根据权利要求6所述的固体燃料高温贫氧燃烧方法，其特征在于：所述的上下双层水管结构的炉排由多根横向炉排管（14）和纵向炉排管（15）组成，横向炉排管（14）设置在纵向炉排管（15）的下部或上部，纵向炉排管（15）的前后两端分别通过导通总管（16）与夹水套（13）或集水管连通，横向炉排管（14）的两端分别与夹水套（13）或集水管连通。

8.根据权利要求5所述的固体燃料高温贫氧燃烧方法，其特征在于：所述的水冷炉排下部的炉膛（29）内还安装有二次燃烧炉排（27）。

9.根据权利要求3所述的固体燃料高温贫氧燃烧方法，其特征在于：所述的燃烧器（28）为高温贫氧助燃器，其包括通火管（34），所述的通火管（34）将炉膛（29）和气体燃烧室（32）连通；通火管（34）的外部设置有外环罩（37），外环罩（37）与通火管（34）之间的空腔为通氧腔（36），通氧腔（36）内的通火管（34）上设置有多个进氧孔（35），补氧管（26）与通氧腔（36）连通。

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