[發明專利]一種預燃式機械爐排解耦燃燒爐及其燃燒方法

有效

• 申請號: 201110322136.0
• 申請日: 2011-10-21
• 公開（公告）號: CN102563614A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 郝江平;高士秋;李靜海;白健康;尚校;蔡連國;許光文
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: F23B10/02
• 分類號: F23B10/02
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇

技術領域

本發明涉及煤炭燃燒設備領域，具體地說，本發明涉及一種預燃式機械爐排解耦燃燒爐及其燃燒方法。

背景技術

我國燃煤工業鍋爐總數約55萬臺，年耗煤量近5億t，主要采用層燃方式且多為鏈條爐，普遍存在燃燒效率低、污染物排放量高等問題。其中，工業鍋爐排放的氮氧化物(NO_x)占我國NO_x總排放量的15％～20％。因此，必須研發相關的減排技術，來降低工業鍋爐NO_x排放量。

適用于燃煤工業鍋爐的低NO_x燃燒技術主要有低氧燃燒技術、煙氣再循環燃燒技術、空氣分級燃燒技術、燃料再燃燒技術等。這些技術主要對現有中小型燃煤鍋爐進行燃燒方式的改進來降低氮氧化物的排放，但是受到鍋爐燃燒效率低、耗電量大、運行成本高等各種問題的限制，上述技術都沒有得到廣泛應用。因此研究開發效率高、低污染物排放的新型中小型燃煤鍋爐作為替代產品，逐步淘汰現有技術落后設備，是符合中國能源結構，徹底解決燃煤污染問題的良好途徑。

傳統機械爐排爐采用依靠爐膛輻射傳熱的上部點火方式，由于上層煤首先燃燒，然后逐漸向下層燃燒，燃燒區始終在上部，氧氣從下部上行，沒有較強的還原氣氛階段，煤中的燃料氮較大部分被氧化，因而燃燒的NO_x的排放較高。同時煤層加熱速度慢，著火距離長，下部煤層燃盡困難，導致機械爐排的漏煤損失增大，機械不完全燃燒損失增大。特別是對難燃的煤種，采用分層給煤裝置時，粒度較大的煤在煤層下部，難以燃盡，使爐渣含碳量增加，反而使機械不完全燃燒損失增大。

中國專利號為ZL95102081.1的專利提出了一種抑制氮氧化物的無煙燃煤方法及燃煤爐，通過將煤的燃燒過程分解為缺氧干餾和干餾生成氣通過半焦層燃燒，實現低NO_x排放和無煙燃燒。由于煤的干餾速度遠小于燃燒速度，因此該專利技術僅適用于容量較小的小型燃煤鍋爐。為了在較大容量的鍋爐上實現低NO_x燃燒，中國專利號為ZL01131238.6的專利提出在機械爐排層燃爐前部設置預燃室和氣化室，將10～50％的煤送入預燃室，50％～90％的煤送入氣化室，經氣化后進入主燃室燃盡，從而實現了低NO_x燃燒。但由于該專利在普通機械爐排層燃爐前部增加了結構非常復雜的預燃室和氣化室，導致其成本較高、操作控制難度大、故障率較高，因此實際應用困難。中國專利號為ZL200610011353.7的專利提出在層燃爐爐膛之外設置流化床氣化爐，將煤燃燒分解為煤的流化床部分氧化氣化和所生成半焦和可燃氣于爐排式燃燒爐中燃燒兩步，達到降低NO_x排放的目的。但由于該專利所提出的流化床氣化爐位于層燃爐爐膛之外，連接通道的結構對半焦的流動性以及流化床內的燃料的流化影響很大，流化床內氣化與層燃爐內的燃燒較難匹配。流化床內氣化可看做前置燃燒(前置燃燒常被稱為預燃)，層燃爐內的燃燒則為主燃燒區內的燃燒。如果主燃燒區負荷大于前置設備的燃燒負荷，就會使主燃燒區燃料供給不足，使燃燒中斷；如果前置燃燒的負荷大于主燃燒負荷，則會造成主燃燒區燃料堆積，不能正常工作。因此，后續的公開號為CN101368724的中國專利申請提出在層燃爐的爐體內部設置氧化熱解室，同樣實現低NO_x的解耦燃燒。但是，位于機械爐排上方的氧化熱解室的熱解速度仍然難以有效控制，進而導致前置燃燒的負荷與主燃燒負荷不能很好地匹配。公開號為CN101650025的中國專利申請提出了一種新的解耦燃燒爐及解耦燃燒方法，雖然較大程度地解決了以往解耦燃燒鍋爐熱解速度較慢的問題，但是，該方案預燃區與主燃燒區共用一套爐排控制機構，也沒有保持預燃火源的措施，且預燃速度較慢，當負荷較大要求爐排運行速度提高時，點火源不能在預燃區維持住，會被爐排移動到主燃燒區，結果造成預燃區燃燒中斷，最終主燃燒也不能維持，導致燃燒中斷。因此，該方案中，預燃室的燃燒負荷難以大幅度提高，因而只能滿足容量小于10t/h的中小型鍋爐的設計要求。

綜上所述，當前迫切需要一種能夠降低NO_x排放，能夠更有效地對燃燒進行控制，且能夠適用于較大燃燒負荷而不出現燃燒中斷問題的預燃式解耦燃燒爐及其燃燒方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種能夠降低NO_x排放，能夠更有效地對燃燒進行控制，且能夠適用于較大燃燒負荷而不出現燃燒中斷問題的預燃式解耦燃燒爐及其燃燒方法。