CN1834535A

CN1834535A - 一种无烟尘的燃煤锅炉及其燃气合成设备

Info

Publication number: CN1834535A
Application number: CNA2006100675445A
Authority: CN
Inventors: 周开根
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2026-03-16
Also published as: CN1834535B

Abstract

一种无烟尘的燃煤锅炉及其燃气合成设备，涉及一种节能环保的新型燃煤锅炉，在燃烧过程中不产生污染物，实现环境友好地燃烧煤炭。本发明把煤炭先行热解气化后再进行燃烧，又用燃烧的热能来对煤炭进行热解气化，生成氢气、一氧化碳、甲烷等可燃性气体，把热解气通过脱硫/脱氯后再进入到二次燃烧室中进行重整、裂解制取富氢合成燃气。本发明可在获得热能的同时又制取合成燃气供炉灶或其它热能设备燃用，与一般的气化燃煤锅炉相比，本发明的煤炭气化率高、合成的燃气品位高，而且本发明从水蒸汽中制取氢气参与燃烧，增加了燃烧热值，从而降低了煤耗，提高煤炭资源的使用效益，减轻企业的燃料成本负担。

Description

一种无烟尘的燃煤锅炉及其燃气合成设备

所属技术领域

本发明涉及一种锅炉，特别是涉及一种节能环保的新型燃煤锅炉。

背景技术

环境保护和能源问题越来越紧密地影响到人们的生活和国民经济的发展，环境污染已经成为当前我国发展中的一个重大问题，我国的“十一五”规划中提出了两项目标，就是在今后五年，单位GDP的增长，能源消耗要降低20％，污染物的排放要降低10％。我国是煤炭生产大国，也是煤炭消耗大国，在我国的能源结构中，煤炭是第一能源，主要用作锅炉燃料。煤炭是常规能源中较为廉价的一种能源，长期以来，其燃烧工艺以直接燃烧为主，普遍存在燃烧不充分、热效率低、煤炭资源浪费严重、严重污染大气环境的现象。燃煤产生的污染物主要为烟尘、粉尘、二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳、高氧化氮以及灰渣、氯化物等，为了消除燃煤锅炉排放的污染物对环境及城市景观的破坏作用，许多城市已禁止在市区范围内使用燃煤锅炉，改用燃油锅炉或燃气锅炉，由于燃油及燃气的成本高出燃煤的好几倍，致使企业的生产成本增加。

针对当前煤炭的不合理燃烧工艺所存在的资源严重浪费及严重污染环境的现象，我国政府的相关部门及科技工作者都相当重视，在燃煤的节能和减少污染物的排放方面做了大量的研究和开发，把煤炭进行气化后再燃烧可以提高煤炭资源的利用率及减少对环境的污染。

经检索专利文献，中国专利申请公开号CN 1478869A的“等离子体进行煤气化的方法及装置”公开了太原理工大学申请的发明专利，该发明专利公开了一种煤气化的方法及装置，其特征是通过等离子体炬辅助进行煤的气化的方法及装置，将煤粉和部分氧化剂先与等离子体射流相互作用，脱除煤粉中的挥发份和部分燃烧，灼热的炭粒与煤粉、气化剂、氧化剂的混合流进行反应，生成CO和H₂；在气化反应装置中，有一电弧等离子体发生器，垂直安装在气化反应器上部，其轴线与气化反应器轴线重合，气化反应器上部至少对称安装有二个煤粉输入管，煤粉输入管与气化反应器轴向成35度至45度的夹角；气化反应器下部，至少对称安装有二个气化进料管，并以切线方向与反应器相连，气化溶渣以液态方式排出；产生等离子体射流的气体是空气或氧气；进入等离子体射流的煤粉的粒度和气化用的煤粉的粒度70％以上小于70微米～80微米；煤粉燃烧或部分燃烧的氧化剂是空气或氧气，350℃以上的过热水蒸汽用作气化剂。该发明的优点是通过等离子体炬辅助进行煤的气化，改变了常规煤气化的氧化剂过量而造成的产品气中氧含量和CO₂含量高的缺陷，但该发明需把原料煤的粒度制成小于70微米～80微米的煤粉，增加了制煤粉设备的投资及运行费用，并且该发明作为非供热设备对煤燃烧时放出的热能不能得到有效的利用。

另有中国专利授权公告号CN 2660397Y的“气化燃烧环保锅炉”公告了吉林东泰环保锅炉制造有限公司的实用新型专利，它包括外炉体、锅筒、烟火管、下集箱、水冷壁、前烟箱、后烟箱、进水口、出水口、前拱、后拱、炉门、链驱动炉排、进风口，其特殊之处在于：在外炉体内设置的前拱至后拱之间立置炉墙，前拱与第一个炉墙的空间为气化燃烧室，第一个炉墙与第二个炉墙的空间为炭化燃烧室，第二个炉墙至第三个炉墙的空间为燃烬室，第三个炉墙与外墙体的空间为沉灰室。该实用新型专利是对现有锅炉进行技术改造，其燃烧效率及对环境的污染将有所改善，但该实用新型的气化燃烧室、炭化燃烧室、燃烬室、沉灰室依链驱动炉排及烟气的运动方向呈水平排列，容易发生机械不完全燃烧和化学不完全燃烧的现象，影响到燃烧效率及环保效果。

又有中国专利授权公告号CN 2596200Y的“无烟尘气化旋转锅炉”公告了车俊燮先生的实用新型专利，其主要结构是锅炉底座上部设置有双层的锅炉筒体，筒体下侧既底座上部设有的灰槽室上部设置有环形风箱，环形风箱内侧圆周面上设有环绕排列的一次风口，环形风箱上侧设有管式旋风道，每个管式旋风道上端内侧面上设置有二次旋转风口，每个管式旋风道上设有风量调节器，环形风箱内侧装有炉箅子，炉胆上部设有横水管和排烟口。该实用新型在直燃锅炉的基础上增设了二次供风装置，能提高燃烧效率及减少对环境的污染，但其气化率不高，存在煤燃烧时产生的硫化物对环境的污染作用。

再有中国专利申请公开号CN 1687637A的“燃煤锅炉综合治理无污染物排放技术”公开了史汉祥先生的发明专利，以“缓释CO₂气肥”为核心，由“空气分离制O₂”、“电解水制H₂、O₂”、“燃煤锅炉”、“烟气除尘”、“分子筛制造”、“烟气净化”、“CO₂提纯”、“缓释CO₂气肥制备”、“CO₂利用”等多项工艺过程组合而成。燃煤产生的灰渣为主要原料生产燃煤灰渣分子筛，分子筛吸附燃煤烟气中的CO₂成为缓释CO₂气肥，气肥施入土壤，特别适合于干旱缺水、沙质盐渍的土壤。另外还可以供有机合成之用，可以直接用于食品行业，用作萃取剂、致冷剂、熏蒸剂、油田洗井剂等。所有燃煤产生的污染物都得到处理利利用，因而实现无污染物排放。该发明对燃煤产生的污染物提供一种综合治理方案，极具科学性，但该发明的系统过于复杂，操作太烦琐，增加了运行成本，不适合中、小型分散使用的燃煤锅炉。

为了合理地利用煤炭资源，在燃烧过程中不产生污染物，实现环境友好地燃烧煤炭，本发明提供一种新型的节能环保锅炉——“一种无烟尘的燃煤锅炉及其燃气合成设备”。

发明内容

本发明的目的是要设计制造出一种既节能又不产生污染物的节约型加环境友好型的燃煤锅炉，并且在获得热能的同时又能制取富氢合成燃气供炉灶或其它热能设备燃用，既是一种供热设备，又是一种生产能源的设备。本发明的工艺流程为：把煤炭先行热解气化后再进行燃烧，又用燃烧的热能来对煤炭进行热解气化，生成氢气、一氧化碳、甲烷等可燃性气体，把热解气通过脱硫/脱氯后进入到二次燃烧室中进行重整、裂解制取富氢合成燃气，在获得热能的同时又制取合成燃气，热解气经过重整、裂解后，成为不含焦油的以氢气和一氧化碳为主要成分的富氢合成燃气；煤炭热解后的残炭在一次燃烧室中与从等离子体燃烧器中喷出来的经过活化和分解的水分子及其生成物进行反应燃烧，生成氢气、一氧化碳、甲烷等可燃性气体，这些可燃性气体也进入到二次燃烧室进行重整、裂解为富氢合成气；残炭在燃烧过程中，被等离子体吹焰粉碎成小颗粒后再被吹焰吹入炭燃烬室继续燃烧至燃尽，灰渣通过水封式排渣口排出；利用燃烧的热能来对新进入到炉内的煤炭进行热解气化，余热也进入到二次燃烧室和后烟室被加以利用；对炉中产生的富氢合成燃气进行余热回收降温、除尘后，通过压缩、冷却，把富氢合成燃气储存在气柜内，再通过管道或钢瓶供应给燃气用户使用；或对炉中产生的富氢合成气进行转化、净化吸收处理，精制氢气，回收二氧化碳；当不需要制取合成燃气时，通过二次鼓风装置把氧气或空气鼓入二次燃烧室，对热解气及合成燃气进行补氧燃烧，这时燃烧产生的生成物是二氧化碳和水蒸汽，没有烟尘；当鼓入空气时，燃烧的烟气产物中还含有氮气及氮氧化物，可对燃烧所产生的烟气进行余热利用后把烟气成分中二氧化碳利氮气进行分离/提纯回收利用；当烟气排量较小时，也可直接排入大气或通过引风设备排入大气；残炭燃烬后，其活性较好，可用于建筑材料。本发明的主要特征是用等离子体燃烧器作为一次燃烧助燃装置，等离子体是在电离层或放电现象下所形成的正离子和电子的数量大体相同并且以相当大的浓度存在的一种状态，伴随着放电现象将会生成激发原子、激发分子、离解原子、游离原子团、原子或分子离子群的活性化学物以及它们与其它的化学物碰撞而引起的反应，当用水蒸汽作为工作气体进入到等离子体燃烧器中时，放电作用使得水分子失去外层电子而形成离子状态，经相互碰撞而分解为氢和氧，同时产生高温，温度可达几百万度，用这种方法来活化分解水分子，效率高、能耗低，本发明把过热水蒸汽作为工作气体送入等离子体燃烧器中进行活化和分解后，再喷进锅炉的一次燃烧室与煤炭进行燃烧，把煤炭作为吸氧或吸氢元件，用煤炭的燃烧来与水分子的分解物进行化合反应，从水蒸汽中制取氢气参与燃烧，使燃烧的热值增加；煤炭的热解及燃烧均在隔离空气的环境中进行，在发出热值的同时将产生高品位的富氢合成燃气，残炭和热解气都能得到充分燃烧，不会有机械或化学不完全燃烧的现象，整个燃烧过程中没有污染物排放，原煤或散煤可直接进入炉内气化燃烧，也可以用垃圾、生物质来代替煤炭燃料。本发明的一次燃烧助燃装置还可由燃油燃烧器或燃气燃烧器及鼓风设备组成，用燃油或燃气进行预燃，待炉内的煤炭的燃烧趋于稳定时，停止燃油燃烧器或燃气燃烧器运行，仅通入氧气或空气助燃。

本发明的无烟尘的燃煤锅炉及其燃气合成设备主要由热解气缓冲室、热解室、一次燃烧室、炭燃烬室、灰渣分离室、二次燃烧室、蓄热炉墙、锅筒或锅壳、受热管束、后烟室、蒸汽过热器、燃烧助燃装置、引风设备组成；其中：热解气缓冲室、热解室、一次燃烧室在同一个空间内，煤炭通过进煤机进入到热解室，热解室在一次燃烧室的上方，热解气缓冲室在热解室的上方，热解室与热解气缓冲室之间还有除尘装置及脱硫/脱氯装置，当采用把脱硫/脱氯剂拌入煤中一起燃烧时，可取消脱硫/脱氯装置；炭燃烬室、灰渣分离室、二次燃烧室之间相通，灰渣分离室在炭燃烬室的上方，二次燃烧室在灰渣分离室的上方，灰渣分离室在炭燃烬室与二次燃烧室之间形成一个偏心喉口，使燃尽的灰渣在这里加速撞上炉墙而落入灰槽，灰渣分离室内有落灰槽，落灰槽与水封式出灰口相通；热解气缓冲室与二次燃烧室之间有通道连通或通过引风装置连通，煤炭热解气化生成的燃气通过通道或引风装置进入到二次燃烧室，二次燃烧室还有二次燃烧助燃装置的接口，锅炉吸收热能的主要受热面在二次燃烧室内；二次燃烧室的烟气通过炉内烟气通道进入到后烟室，后烟室内有蒸汽过热器；一次燃烧室与炭燃烬室之间有通道相通，在一次燃烧室及炭燃烬室的下部有一次燃烧助燃装置，一次燃烧助燃装置优选为等离子体燃烧器，但也可以由燃油燃烧器或燃气燃烧器及鼓风设备组成，用燃油或燃气进行预燃，待炉内的煤炭的燃烧趋于稳定时，停止燃油燃烧器或燃气燃烧器运行，仅通入氧气或空气助燃；二次燃烧助燃装置优选为等离子体燃烧器′，也可由二次鼓风设备组成，通入氧气或空气助燃。当一次燃烧助燃装置由燃油燃烧器或燃气燃烧器及鼓风设备组成，通入氧气或空气助燃时，或对进入到第二燃烧室的热解气进行二次通风补氧燃烧时，产生的烟气是没有烟尘的废气，比燃油锅炉排放的烟气还洁净，可在余热利用后回收二氧化碳用作化工原料、回收氮气用作制造氮肥及硝酸等化工原料，当排量较小时，可直接排入大气或通过引风设备排入大气。从后烟室排气接口至燃气输出装置之间的烟气余热回收降温、除尘、压缩、冷却、气柜/或二氧化碳分离回收设备，均采用公知技术制造。

本发明的电气控制系统由交流电源、控制器直流工作电源、手动开关、锅炉压力传感器、锅炉水位传感器、热解温度传感器、光敏元件、比较器A、比较器B、比较器C、放大器、程序控制器、等离子体燃烧器工作电源、等离子体燃烧器冷却控制执行元件、吹扫/喷燃切换开关、等离子体燃烧器工作气体输入控制执行元件、热解室温度调节执行元件、锅炉水位控制执行元件、引风启动/停止执行元件、二次燃烧室鼓风执行元件、煤层厚度传感器、自动煤层控制器、锅炉进煤控制执行元件组成，受控制的设备有：等离子体燃烧器、等离子体燃烧器′、冷却剂循环泵、空压机或鼓风机、引燃燃料输送装置、工作气体电磁阀、热解室蒸汽喷嘴、锅炉给水泵、引风机或压缩机、鼓风机、进煤机。其中：交流电源连接到控制器直流工作电源、等离子体燃烧器工作电源、等离子体燃烧器冷却控制执行元件、吹扫/喷燃切换开关、等离子体燃烧器工作气体输入控制执行元件、热解室温度调节执行元件、锅炉水位控制执行元件、引风启动/停止执行元件、二次燃烧室鼓风执行元件、锅炉进煤控制执行元件；控制器直流工作电源连接到自动煤层控制器、程序控制器；手动开关连接到程序控制器的信号输入端；锅炉压力传感器连接到比较器A的输入端，比较器A的输出端连接到程序控制器的信号输入端；锅炉水位传感器连接到比较器B的输入端，比较器B的输出端连接到程序控制器的信号输入端；热解温度传感器连接到比较器C的输入端，比较器C的输出端连接到程序控制器的信号输入端；光敏元件连接到放大器的输入端，放大器的输出端连接到程序控制器的信号输入端；程序控制器的各功能输出端分别连接到等离子体燃烧器工作电源的控制端、等离子体燃烧器冷却控制执行元件的控制端、吹扫/喷燃切换开关的控制端、等离子体燃烧器工作气体输入控制执行元件的控制端、热解室温度调节执行元件的控制端、锅炉水位控制执行元件的控制端、引风启动/停止执行元件的控制端、二次燃烧室鼓风执行元件的控制端；等离子体燃烧器工作电源正、负极分别连接到等离子体燃烧器和等离子体燃烧器′的阳极、阴极；等离子体燃烧器冷却控制执行元件输出的交流电源连接到冷却剂循环泵的马达；吹扫/喷燃切换开关输出的交流电源分别连接到空压机或鼓风机、引燃燃料输送装置的马达或电磁线圈；等离子体燃烧器工作气体输入控制执行元件输出的交流电源连接到工作气体电磁阀的线圈；热解室温度调节执行元件输出的交流电源连接到热解室蒸汽喷嘴的电动马达或电磁线圈；锅炉水位控制执行元件输出的交流电源连接到锅炉给水泵的马达；引风启动/停止执行元件输出的交流电源连接到引风机或压缩机的马达；二次燃烧室鼓风执行元件输出的交流电源连接到鼓风机的马达；煤层厚度传感器连接到自动煤层控制器的信号输入端，自动煤层控制器的功能输出端连接到锅炉进煤控制执行元件的控制端，锅炉进煤控制执行元件输出的交流电源连接到进煤机的马达。

本发明的有益效果是：把煤炭先行热解气化后再燃烧，使煤炭得到充分的燃烧，燃烧效率高，不排放污染物，实现了环境友好地燃用煤炭。与一般的气化燃煤锅炉相比，本发明的煤炭气化率高、合成的燃气品位高，而且从水蒸汽中制取氢气参与燃烧，增加了燃烧热值，从而降低了煤耗，本发明在获得热能的同时制取富氢合成燃气供炉灶或其它热能设备燃用，提高煤炭资源的使用效益，减轻企业的燃料成本负担。

附图说明

本发明提供下列附图作进一步的说明，但各附图及以下所述的具体实施方式均不构成对本发明的限制：

图1是本发明优选方案的系统工艺流程方框图。

图2是本发明第二方案的系统工艺流程方框图。

图3是本发明第三方案的系统工艺流程方框图。

图4是本发明第四方案的系统工艺流程方框图。

图5是本发明第五方案的系统工艺流程方框图。

图6是本发明第六方案的系统工艺流程方框图。

图7是本发明第七方案的系统工艺流程方框图。

图8是本发明的其中一个实施例结构图。

图9是图7中的灰渣分离室结构图。

图10是本发明锅炉烟气重力引风系统的结构图。

图11是本发明的电气控制系统方框图。

图中：1.蒸汽过热器，2.锅炉烟气出口，3.炉内烟气通道，4.受热管束，5.防爆阀，6.下降管，7.下锅筒，8.二次燃烧布风板，9.下锅筒排污阀接口，10.二次风道，11.蝶阀，12.二次风鼓风机，13.蓄热炉墙，14.灰尘通道，15.水封，16.落灰槽，17.蓄热隔墙，18.光敏元件，19.炭燃烬室入口，20.一次燃烧布风板，21.等离子体燃烧器，22.等离子体燃烧器的工作气体入口，23.冷却剂入口，24.等离子体燃烧器的冷却剂出口，25.布风板冷却剂出口，26.水套，27.煤层厚度传感器，28.螺旋式进煤机，29.煤斗，30.热解气温度传感器，31.防爆阀，32.除尘百叶，33.脱硫/脱氯剂，34.保温层，35.防爆阀，36.热解气引风机，37.蝶阀，38.二次燃烧室热解气入口，39.等离子体燃烧器′，40.上锅筒内的汽水分离隔板，41.上锅筒，42.蒸汽出口，43.落灰通道，44.水封式灰渣出口，45.水封，46.自动排气阀，47.储热水箱，48.热水出口，49.储热水箱的补充水输入口，50.储热水箱的排污阀接管，51.储热水箱的循环水出口，52.换热器的进水口，53.烟气沉降室，54.烟气输出接口，55.排气温度表，56.换热器，57.烟气入口，58.换热器的出水口，59.储热水箱的循环水进口；I.后烟室，II.二次燃烧室，III.灰渣分离室，IV.炭燃烬室，V.一次燃烧室，VI.热解室，VII.热解气缓冲室。

具体实施方式

本发明的优选方案如图1的方框图所示，设备用于既需获得热能制备热水及供暖气又需制取燃气供烹饪炉灶及其它热能设备燃用的场合，如宾馆、饭店使用。该方案中：在炉内加足了煤炭(或垃圾、生物质)燃料，一次燃烧室经过预燃炉温已升高，煤炭的燃烧达到稳定状态时，把过热的水蒸汽作为工作气体进入到等离子体燃烧器，在电场和电弧的作用下，水分子失去外层电子而形成离子状态，经相互碰撞而分解为氢和氧，同时产生高温并发生化学反应：

……

……水分子被生成高温的活性化学物：H₂O^*、H₂O⁺、H₂ ^*、O₂ ^*、H₂、O₂、H^*、O^*、H⁺、O⁺、HO^*、HO⁺、HO、H、O；这些高温的活性化学物被喷进一次燃烧室，形成焰炬射流，对一次燃烧室内的煤炭发生剧烈的燃烧，等离子体焰炬把残炭冲刷成小颗粒吹进炭燃烬室，残炭在炭燃烬室得到进一步的燃烧直至燃尽，灰渣排入水封式灰渣槽；在一次燃烧室进行的热化学反应为：

……在一次燃烧室生成的主要化学物是H₂、CH₄、C_nH_m、CO、CO₂，这些化学物与燃烧发出的热能量合成炽热的气流上升到热解室，对热解室中的煤炭(或垃圾、生物质)进行加热分解，把煤炭(或垃圾、生物质)热解为半焦炭、炭、焦油、H₂、CH₄、C_nH_m、……；分解的炭与一次燃烧室上升来的二氧化碳进行化学反应：

过热的水蒸汽进入到热解室与灼热的碳发生化学反应生成一氧化碳和氢气：

煤中的硫组分也被分解了出来，这时热解室的混合热解气的主要成分为：H₂、CH₄、C_nH_m、CO、S及汽态焦油；当燃料中含有城市垃圾时，混合热解气中还含有氯组分，经过脱硫/脱氯后，混合热解气中的硫组分及氯组分被脱除，但还含有焦油；主要成分为H₂、CH₄、C_nH_m、CO含有焦油的混合热解气进入到二次燃烧室，同时等离子体燃烧器′也向二次燃烧室内喷入水分子的活化物H₂O^*、H₂O⁺、H₂ ^*、O₂ ^*、H₂、O₂、H^*、O^*、H⁺、O⁺、HO^*、HO⁺、HO、H、O，对混合热解气中CH₄、C_nH_m及焦油进行重整、裂解，其主要的化学方程式为：

……这时二次燃烧室尾部烟气的主要成分为氢气和一氧化碳，这是热值很高的富氢合成气体燃料；对炉内生成以富氢合成燃气通过余热回收降温后，再通过除尘、压缩、冷却，储存在气柜，供应给燃气用户燃用；当不需要制取合成气而需要热能时，停止等离子体燃烧器′向二次燃烧室喷活性化学物，而通过二次鼓风设备向二次燃烧室送入氧气(或空气)，令混合热解气在二次燃烧室内补氧完成燃烧，贡献热能，这时在二次燃烧室进行燃烧时的热化学反应的主要方程式为：

燃烧反应生成的是二氧化碳和水蒸汽；当用空气鼓入二次燃烧室助燃时，烟气中还含有氮气、二氧化氮成分，烟气中的二氧化碳很容易回收，把二氧化碳进行回收可用于消防灭火剂、制冷剂、蔬菜瓜果保鲜剂、粮食贮存薰蒸剂、食品加工的萃取剂、以及工业原料，把氮气进行回收可用于制造氮肥、硝酸等化工原料。

本发明的第二方案如图2所示，适合于以制取合成燃气为主要目的的场合，如燃气供应中心使用，该方案取消了二次鼓风装置，也就没有二氧化碳、氮气产物，因此没有二氧化碳和氮气的回收装置，其燃烧工艺流程与上一方案相同。

本发明的第三方案如图3所示，适合于以制取热能为主要目的的场合，如工业生产、供暖、供开水、供热水等场合使用，该方案中，在二次燃烧室鼓入氧气(或空气)把混合热解气在二次燃烧室中进行直接燃烧获取热能，在锅炉烟气中的主要成分是二氧化碳和水蒸汽，不含烟尘，对二氧化碳和氮气进行回收，废气排入大气。其中的引风装置，可以是机械引风装置，也可以用重力引风装置实现自然引风。

图4所示的是本发明的第四方案，该方案以制取氢气为主要目的，是在第二方案的基础上，把炉中产生的富氢合成气通过余热回收利用后，用除尘器除去灰尘，再通过一氧化碳转化装置，在催化剂存在的条件下，用过热的水蒸汽和一氧化碳进行转化反应，生成氢气和二氧化碳，再通过净化吸收装置，精制氢气，回收二氧化碳。

图5所示的是本发明的第五方案，该方案与第三方案的工艺流程相同，不同之处是用油燃烧器/或燃气燃烧器及一次鼓风装置来取代第三方案中的等离子体燃烧器，由油燃烧器/或燃气燃烧器引燃一次燃烧室内的煤炭，待炉温升高及煤炭的燃烧趋于稳定时，停止油燃烧器/或燃气燃烧器工作，仅由一次鼓风装置送入氧气或空气助燃，为了能把燃烧的残炭吹入炭燃烬室，对一次燃烧室采用回馈废气方式的强力鼓风，这时在一次燃烧室发生的是一般的燃烧化学反应：、、，其它的工艺流程与第三方案相同。

图6所示的是本发明的第六方案，该方案与第三方案相比，仅脱硫/脱氯方法不同，该方案采用把脱硫/脱氯剂拌入煤中的脱除方法，不在热解室与二次燃烧室之间设置脱硫/脱氯的装置。

图7所示的是本发明的第七方案，该方案与第二方案相比，仅脱硫/脱氯方法不同，该方案采用把脱硫/脱氯剂拌入煤中的脱除方法，不在热解室与二次燃烧室之间设置脱硫/脱氯的装置。

图8是本发明的其中的一个实施例结构图，由一次燃烧室(V)、热解室(VI)、水套(26)、热解气缓冲室(VII)、炭燃烬室(IV)、灰渣分离室(III)、二次燃烧室(II)、上锅筒(41)、受热管束(4)、下锅筒(7)、蓄热炉墙(13)、后烟室(I)、等离子体燃烧器(21)、等离子体燃烧器′(39)、热解气引风机(36)、二次风鼓风机(12)、螺旋式进煤机(28)、煤斗(29)组成，其中：一次燃烧室(V)、热解室(VI)、热解气缓冲室(VII)在同一个炉腔内，热解室(VI)在一次燃烧室(V)的上方，热解气缓冲室(VII)在热解室(VI)的上方；炭燃烬室(IV)、灰渣分离室(III)、二次燃烧室(II)相互之间连通，灰渣分离室(III)在炭燃烬室(IV)的上方，二次燃烧室(II)在灰渣分离室(III)的上方，灰渣分离室(III)在炭燃烬室(IV)与二次燃烧室(II)之间形成一个偏心喉口；一次燃烧室(V)与炭燃烬室(IV)之间有通道(19)相通；热解室(VI)与热解气缓冲室(VII)之间有除尘百叶(32)、脱硫/脱氯剂(33)；热解气缓冲室(VII)与二次燃烧室(II)之间通过热解气引风机(36)连通；二次燃烧室(II)与后烟室(I)之间由炉内烟气通道(3)连通；受热管束(4)连接于上锅筒(41)和下锅筒(7)之间，下降管(6)用绝热材料保温连接在上锅筒与下锅筒之间；蒸汽过热器(1)置于后烟室(I)内；一次燃烧室(V)、炭燃烬室入口(19)及炭燃烬室(IV)的下方有一次燃烧布风板(20)；一次燃烧布风板(20)的下方有等离子体燃烧器(21)；二次燃烧室(II)的侧下方有二次燃烧布风板(8)，二次燃烧室(II)的围护炉体上还有热解气入口(38)和等离子体燃烧器′(39)的喷入口，二次燃烧室内有上锅筒(41)、受热管束(4)、下锅筒(7)的受热面；灰渣分离室(III)的蓄热隔墙(17)上有落灰槽(16)；二次风鼓风机(12)通过二次风道(10)向二次燃烧室(II)供风，二次风道(10)的下方有灰尘通道(14)及水封(15)，二次风鼓风机(12)与二次风道(10)之间有蝶阀(11)；热解气缓冲室(VII)与热解气引风机(36)之间有蝶阀(37)；热解气引风机(36)与二次燃烧室(II)之间有蝶阀；螺旋式进煤机(28)的出煤口伸进热解室(VI)的上部，煤斗(29)安装在螺旋式进煤机(28)的进煤口上；等离子体燃烧器(21)上有工作气体输入口(22)、冷却剂入口(23)、冷却剂出口(24)；一次燃烧布风板(20)的冷却剂入口与等离子体燃烧器(21)的冷却剂入口并联，一次燃烧布风板(20)的冷却剂通过出口(25)排出；防爆阀(5)、(31)、(35)分别安装在二次燃烧室(II)、热解室(VI)、热解气缓冲室(VII)的围护体上；炭燃烬室入口的围护体上有光敏元件(18)；热解室(VI)的围护体上装有煤层厚度传感器(27)、热解气温度传感器(30)；上锅筒(41)内有汽水分离隔板(40)，上锅筒(41)的顶部有蒸汽出口(42)；下锅筒有排污阀接口(9)。为了防止热解室(VI)及一次燃烧室(V)内的煤炭结焦，热解室(VI)及一次燃烧室(V)的围护体由金属水套(26)构成，水套(26)内侧的水冷壁成为一次燃烧室(V)及热解室(VI)的受热面；为了能使残炭得到充分燃烧至燃烬，提高炭燃烬室(IV)及灰渣分离室(III)及二次燃烧室(II)的炉温，炭燃烬室(IV)及灰渣分离室(III)的围护体由耐火的蓄热炉墙(13)构成。另外，锅炉产品还应有安全阀接口、压力表接口、水位计接口、进水口及人孔、手孔、观火孔、炉温检测、烟气检测等，这些都是公知的规范要求，图中没有示出。

图9所示的是图8实施例结构图中的灰渣分离室(III)部位的结构图，在灰渣分离室(III)中，灰渣分离室(III)在炭燃烬室(IV)与二次燃烧室(II)之间形成一个偏心喉口，使燃尽的灰渣在这里加速，撞上蓄热隔墙(17)而落入落灰槽(16)，经过落灰通道(43)进入到水封式灰渣出口(44)，再穿过水封(45)沉入灰渣槽。

图10所示的是本发明的烟气重力引风系统的结构图，该结构的功能是实现自然引风，锅炉的烟气通过烟气入口(57)进入到烟气沉降室(53)内，烟气的热量被换热器(56)吸收而密度增大，使得烟气的重度增加而下沉，由烟气输出接口(54)排出，实现了自然重力的引风作用；换热器(56)把吸收到的热量通过水的循环作用移进了储热水箱(47)，储热水箱(47)通过热水出口(48)向外供应热水又把热量转移出去。在换热器(56)与储热水箱(47)连接的系统中，换热器(56)内的水受热后，密度变小，重量变轻，于是通过出水口(58)经储热水箱的循环水进口(59)进入到储热水箱(47)，换热器(56)的补充水则由储热水箱(47)下部的循环水出口(51)通过换热器的进水口(52)进入到换热器(56)内，水被加热后通过出水口(58)经储热水箱的循环水进口(59)进入到储热水箱(47)，如此形成自动循环。自动排气阀(46)的作用是当系统中发生汽化时，能及时排除汽体，以有利于循环。储热水箱的补充水通过输入口(49)接入的供水管中获得。

本发明的电气控制系统由图11的方框图所示，电气控制系统由交流电源、控制器直流工作电源、手动开关、锅炉压力传感器、锅炉水位传感器、热解温度传感器、光敏元件、比较器A、比较器B、比较器C、放大器、程序控制器、等离子体燃烧器工作电源、等离子体燃烧器冷却控制执行元件、吹扫/喷燃切换开关、等离子体燃烧器工作气体输入控制执行元件、热解室温度调节执行元件、锅炉水位控制执行元件、引风启动/停止执行元件、二次燃烧室鼓风执行元件、煤层厚度传感器、自动煤层控制器、锅炉进煤控制执行元件组成，受控制的设备有：等离子体燃烧器、等离子体燃烧器′、冷却剂循环泵、空压机或鼓风机、引燃燃料输送装置、工作气体电磁阀、热解室蒸汽喷嘴、锅炉给水泵、引风机或压缩机、鼓风机、进煤机。其中：交流电源连接到控制器直流工作电源、等离子体燃烧器工作电源、等离子体燃烧器冷却控制执行元件、吹扫/喷燃切换开关、等离子体燃烧器工作气体输入控制执行元件、热解室温度调节执行元件、锅炉水位控制执行元件、引风启动/停止执行元件、二次燃烧室鼓风执行元件、锅炉进煤控制执行元件；控制器直流工作电源连接到自动煤层控制器、程序控制器；手动开关连接到程序控制器的信号输入端；锅炉压力传感器连接到比较器A的输入端，比较器A的输出端连接到程序控制器的信号输入端；锅炉水位传感器连接到比较器B的输入端，比较器B的输出端连接到程序控制器的信号输入端；热解温度传感器连接到比较器C的输入端，比较器C的输出端连接到程序控制器的信号输入端；光敏元件连接到放大器的输入端，放大器的输出端连接到程序控制器的信号输入端；程序控制器的各功能输出端分别连接到等离子体燃烧器工作电源的控制端、等离子体燃烧器冷却控制执行元件的控制端、吹扫/喷燃切换开关的控制端、等离子体燃烧器工作气体输入控制执行元件的控制端、热解室温度调节执行元件的控制端、锅炉水位控制执行元件的控制端、引风启动/停止执行元件的控制端、二次燃烧室鼓风执行元件的控制端；等离子体燃烧器工作电源正、负极分别连接到等离子体燃烧器和等离子体燃烧器′的阳极、阴极；等离子体燃烧器冷却控制执行元件输出的交流电源连接到冷却剂循环泵的马达；吹扫/喷燃切换开关输出的交流电源分别连接到空压机或鼓风机、引燃燃料输送装置的马达或电磁线圈；等离子体燃烧器工作气体输入控制执行元件输出的交流电源连接到工作气体电磁阀的线圈；热解室温度调节执行元件输出的交流电源连接到热解室蒸汽喷嘴的电动马达或电磁线圈；锅炉水位控制执行元件输出的交流电源连接到锅炉给水泵的马达；引风启动/停止执行元件输出的交流电源连接到引风机或压缩机的马达；二次燃烧室鼓风执行元件输出的交流电源连接到鼓风机的马达；煤层厚度传感器连接到自动煤层控制器的信号输入端，自动煤层控制器的功能输出端连接到锅炉进煤控制执行元件的控制端，锅炉进煤控制执行元件输出的交流电源连接到进煤机的马达。锅炉运行时，启动开关，程序控制器将按预先设定的顺序开机，先起动引风机及吹扫装置，用压缩空气或鼓、引风把炉内残存的易燃气体排尽，再起动冷却剂循环泵，实行对等离子体燃烧器、一次燃烧布风板的冷却，再把引燃燃料与空气混合后作为工作气体送入等离子体燃烧器中，通过等离子体燃烧器对一次燃烧室进行点火预燃，同时对二次燃烧室按设定的方案启动等离子器体燃烧器′或二次鼓风助燃，使预燃燃烧充分，当炉内的温度达到设定值及煤的燃烧趋于稳定时，把等离子体燃烧器的工作气体换成过热的水蒸汽，用水分子的活化分解物喷进一次燃烧室与煤进行热化学反应；在运行过程中，程序控制器将根据热解温度传感器、光敏元件、锅炉压力传感器、锅炉水位传感器的信息，自动调整水蒸汽的喷入量及等离子体燃烧器的工作参数，并进行锅炉水位的自动控制，如把锅炉的进水方式设为手动时，则由人工控制锅炉的水位，当锅炉的水位超高或偏低时，则会报警；根据煤层厚度传感器的信息，自动煤层控制器对锅炉进行自动进煤，把炉内的煤层厚度控制在设定的厚度。

Claims

1.一种无烟尘的燃煤锅炉及其燃气合成设备，包括燃烧工艺流程，其特征是把煤炭先行热解气化后再进行燃烧，又用燃烧的热能来对煤炭进行热解气化，生成氢气、一氧化碳、甲烷等可燃性气体，再对可燃性气体在二次燃烧室中进行重整、裂解制取富氢合成燃气或输入二次风补氧燃烧，在获得热能的同时又制取富氢合成燃气；

一种无烟尘的燃煤锅炉及其燃气合成设备主要由热解气缓冲室、热解室、一次燃烧室、炭燃烬室、灰渣分离室、二次燃烧室、锅筒或锅壳、受热管束、蓄热炉墙、后烟室、蒸汽过热器、燃烧助燃装置、引风设备组成；其中：热解气缓冲室、热解室、一次燃烧室在同一个空间内，煤炭通过进煤机进入到热解室，热解室在一次燃烧室的上方，热解气缓冲室在热解室的上方；炭燃烬室、灰渣分离室、二次燃烧室之间相通，灰渣分离室在炭燃烬室的上方，二次燃烧室在灰渣分离室的上方，灰渣分离室内有落灰槽；热解气缓冲室与二次燃烧室之间有通道连通或通过引风装置连通，煤炭热解气化生成的燃气通过通道或引风装置进入到二次燃烧室，二次燃烧室还有二次燃烧助燃装置的接口，锅炉吸收热能的主要受热面在二次燃烧室内；二次燃烧室的烟气通过炉内烟气通道进入到后烟室，后烟室内有蒸汽过热器；一次燃烧室与炭燃烬室之间有通道相通，在一次燃烧室及炭燃烬室的下部有一次燃烧助燃装置。

2.根据权利要求1所述的一种无烟尘的燃煤锅炉及其燃气合成设备，其特征是在热解室与热解气缓冲室之间还有除尘装置及脱硫/脱氯装置；当采用向煤中加入脱硫/脱氯剂方法运行时，可取消脱硫/脱氯装置。

3.根据权利要求1所述的一种无烟尘的燃煤锅炉及其燃气合成设备，其特征是燃烧助燃装置为等离子体燃烧器，把过热水蒸汽作为工作气体送入等离子体燃烧器中进行活化和分解后，再喷进锅炉的燃烧室与煤炭或热解气进行燃烧，把煤炭或热解气作为吸氧或吸氢元件，在隔离空气的环境下用煤炭或热解气的燃烧来与水分子的分解物进行化合反应。

4.根据权利要求1所述的一种无烟尘的燃煤锅炉及其燃气合成设备，其特征是一次燃烧助燃装置还可由燃油燃烧器或燃气燃烧器及鼓风设备组成，用燃油或燃气进行预燃，待炉内的煤炭燃烧趋于稳定时，停止燃油燃烧器或燃气燃烧器运行，仅通入氧气或空气助燃。

5.根据权利要求1所述的一种无烟尘的燃煤锅炉及其燃气合成设备，其特征是二次燃烧助燃装置还可由二次鼓风设备组成，仅通入氧气或空气助燃。

6.根据权利要求1、2所述的一种无烟尘的燃煤锅炉及其燃气合成设备，其特征是煤炭的热解及燃烧均在隔离空气的环境中进行，在发出热值的同时将产生富氢合成燃气，对炉中产生的富氢合成燃气进行余热回收降温、除尘后，通过压缩、冷却，把富氢合成燃气储存在气柜内，再通过管道或钢瓶供应给燃气用户使用；或对炉中产生的富氢合成气进行转化、净化吸收处理，精制氢气。

7.根据权利要求1、2或3所述的一种无烟尘的燃煤锅炉及其燃气合成设备，其特征是当燃烧助燃装置由燃油燃烧器或燃气燃烧器及鼓风设备组成，通入氧气或空气助燃时，或对进入到第二燃烧室的热解气进行二次通风补氧燃烧时，可对烟气在余热利用后进行二氧化碳回收用作化工原料，或者当排量小时，可直接排入大气或通过引风设备排入大气。

8.根据权利要求1、2或3所述的一种无烟尘的燃煤锅炉及其燃气合成设备，其特征是原煤或散煤可直接进入炉内气化燃烧。

9.根据权利要求1、2或3所述的一种无烟尘的燃煤锅炉及其燃气合成设备，其特征是可以用垃圾、生物质来代替煤炭燃料。

10.一种无烟尘的燃煤锅炉及其燃气合成设备，其特征是电气控制系统由交流电源、控制器直流工作电源、手动开关、锅炉压力传感器、锅炉水位传感器、热解温度传感器、光敏元件、比较器A、比较器B、比较器C、放大器、程序控制器、等离子体燃烧器工作电源、等离子体燃烧器冷却控制执行元件、吹扫/喷燃切换开关、等离子体燃烧器工作气体输入控制执行元件、热解室温度调节执行元件、锅炉水位控制执行元件、引风启动/停止执行元件、二次燃烧室鼓风执行元件、煤层厚度传感器、自动煤层控制器、锅炉进煤控制执行元件组成，受控制的设备有：等离子体燃烧器、等离子体燃烧器′、冷却剂循环泵、空压机或鼓风机、引燃燃料输送装置、工作气体电磁阀、热解室蒸汽喷嘴、锅炉给水泵、引风机或压缩机、鼓风机、进煤机；其中：

交流电源连接到控制器直流工作电源、等离子体燃烧器工作电源、等离子体燃烧器冷却控制执行元件、吹扫/喷燃切换开关、等离子体燃烧器工作气体输入控制执行元件、热解室温度调节执行元件、锅炉水位控制执行元件、引风启动/停止执行元件、二次燃烧室鼓风执行元件、锅炉进煤控制执行元件；

控制器直流工作电源连接到自动煤层控制器、程序控制器；

手动开关连接到程序控制器的信号输入端；

锅炉压力传感器连接到比较器A的输入端，比较器A的输出端连接到程序控制器的信号输入端；

锅炉水位传感器连接到比较器B的输入端，比较器B的输出端连接到程序控制器的信号输入端；

热解温度传感器连接到比较器C的输入端，比较器C的输出端连接到程序控制器的信号输入端；

光敏元件连接到放大器的输入端，放大器的输出端连接到程序控制器的信号输入端；

程序控制器的各功能输出端分别连接到等离子体燃烧器工作电源的控制端、等离子体燃烧器冷却控制执行元件的控制端、吹扫/喷燃切换开关的控制端、等离子体燃烧器工作气体输入控制执行元件的控制端、热解室温度调节执行元件的控制端、锅炉水位控制执行元件的控制端、引风启动/停止执行元件的控制端、二次燃烧室鼓风执行元件的控制端；

等离子体燃烧器工作电源正、负极分别连接到等离子体燃烧器和等离子体燃烧器′的阳极、阴极；

等离子体燃烧器冷却控制执行元件输出的交流电源连接到冷却剂循环泵的马达；

吹扫/喷燃切换开关输出的交流电源分别连接到空压机或鼓风机、引燃燃料输送装置的马达或电磁线圈；

等离子体燃烧器工作气体输入控制执行元件输出的交流电源连接到工作气体电磁阀的线圈；

热解室温度调节执行元件输出的交流电源连接到热解室蒸汽喷嘴的电动马达或电磁线圈；

锅炉水位控制执行元件输出的交流电源连接到锅炉给水泵的马达；

引风启动/停止执行元件输出的交流电源连接到引风机或压缩机的马达；

二次燃烧室鼓风执行元件输出的交流电源连接到鼓风机的马达；

煤层厚度传感器连接到自动煤层控制器的信号输入端，自动煤层控制器的功能输出端连接到锅炉进煤控制执行元件的控制端，锅炉进煤控制执行元件输出的交流电源连接到进煤机的马达。