[發(fā)明專利]一種同時(shí)降低煙塵、二氧化硫和氮氧化物排放的高效燃煤采暖爐及采暖方法和用途

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710318278.7
• 申請(qǐng)日: 2017-05-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107238111A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白丁榮;王振平;梁斌;劉新華;張海燕;白浩隆;馬喜紅;郝江平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 兗礦集團(tuán)有限公司;中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所
• 主分類號(hào): F24B1/183
• 分類號(hào): F24B1/183;F24B1/191;F24B1/193;C10B53/04
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 鞏克棟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃煤燃燒設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種燃煤采暖爐及采暖方法和用途，尤其涉及一種同時(shí)降低煙塵、二氧化硫和氮氧化物排放的高效燃煤采暖爐及采暖方法和用途。

背景技術(shù)

民用燃煤爐主要指以散煤為燃料(包括煙煤及無(wú)煙煤)，以炊事或取暖為目的的家用小型燃煤爐具；民用燃煤爐也包括用蜂窩煤和煤球?yàn)槿剂系臓t具。

目前，市面上民用爐具的主要型式有兩種：

正燒爐(圖1(a))：即傳統(tǒng)的最簡(jiǎn)單也是最普遍的直燃方式，固體燃料燃燒時(shí)火焰順熱煙氣自然流動(dòng)方向傳播，燃燒強(qiáng)度高，火力旺，能滿足用戶炊事需求。正燒爐適用于無(wú)煙煤等揮發(fā)分低的燃料。正燒爐雖然具有良好的炊事能力，但在使用煙煤散煤或以煙煤為原料制成的型煤時(shí)，由于燃煤加入后受熱升溫，揮發(fā)分析出，隨煙氣立即排出，揮發(fā)分難以燃盡，導(dǎo)致大量黑煙(焦油，CO，VOC，硫和氮的氧化物等)冒出，嚴(yán)重污染環(huán)境。此外，正燒爐用于采暖時(shí)，需要頻繁加煤，且加煤時(shí)燃燒強(qiáng)度，污染物排放大幅變化，具有很強(qiáng)的不穩(wěn)定性和周期性。

反燒爐(圖1(b))：即固體燃料燃燒時(shí)火焰逆熱煙氣自然流動(dòng)方向傳播的燃燒方式，具有能延緩揮發(fā)分析出速度的特點(diǎn)，爐溫高、燃燒充分，可基本消除黑煙，顆粒物排放濃度低，適用于煙煤等揮發(fā)分高的燃料，適合采暖。然而，反燒燃燒強(qiáng)度高，燃燒區(qū)溫度高，導(dǎo)致SO₂和氮氧化物排放濃度高。為了有效消煙，反燒爐多采用多回程煙道，因而炊事火力較弱，不適宜于炊事，只能取暖，難以被大部分老百姓接受。

經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)研究表明，目前市面上的民用爐具均存在爐具燃燒周期性強(qiáng)、負(fù)荷不易調(diào)節(jié)，封火時(shí)間短，耗煤量大等缺陷。不論是正燒爐還是反燒爐，其在加煤后會(huì)迅速升溫，揮發(fā)分快速析出，導(dǎo)致大量的硫及氮氧化物急劇析出排放。

爐具與原料煤不匹配，導(dǎo)致?tīng)t膛燃燒溫度及過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)高，不僅經(jīng)常出現(xiàn)爐膛結(jié)焦影響正常使用，NO_x排放濃度升高，并且不利于爐內(nèi)燃燒過(guò)程中的煤灰的自固硫或添加的固硫劑的固硫。高揮發(fā)分含量(Vdaf大于15％左右)的煙煤在傳統(tǒng)正燒爐中燃燒，有大量黑煙冒出；在反燒爐中燃燒，會(huì)使?fàn)t膛及尾部煙道中有大量煤焦油附著，影響換熱效果的同時(shí)造成煙道堵塞，影響通風(fēng)，難以清洗。

針對(duì)傳統(tǒng)正燒爐和反燒爐中存在的問(wèn)題，人們又研究出可同時(shí)應(yīng)用于炊事和采暖的民用燃煤爐-氣化爐(如CN 201212696Y和CN 201555250U等)。氣化爐本質(zhì)上屬于正燒爐，不同于傳統(tǒng)的正燒爐，其將燃煤析出的揮發(fā)分在隨煙氣排出前，經(jīng)過(guò)二次風(fēng)燃燒，降低排煙黑度。然而有的氣化爐，如圖2所示，在每次加煤前都要將切換拉桿到供暖狀態(tài)，進(jìn)而使加煤時(shí)爐內(nèi)燃燒狀態(tài)變化較大(如火力強(qiáng)弱和污染物的排放量等)。并且，氣化爐在炊事時(shí)依然為“正燒”，使用煙煤炊事時(shí)依然冒煙，并未從根本上解決穩(wěn)定燃燒和降低SO₂，染氣體排放的問(wèn)題。

作為民用燃煤爐有效降低氮氧化物的低氮燃燒技術(shù)，CN 1110776公開(kāi)了一種抑制氮氧化物的無(wú)煙燃燒方法及燃煤爐。該燃燒方法稱為分級(jí)燃燒方法，其要點(diǎn)是在煤爐內(nèi)將煤層分為預(yù)熱干餾區(qū)和一次燃燒區(qū)，經(jīng)爐箅進(jìn)入的空氣僅通過(guò)一次燃燒區(qū)，預(yù)熱干餾區(qū)缺氧干餾產(chǎn)生的可燃物直接經(jīng)煤層導(dǎo)向進(jìn)入一次燃燒區(qū)，與其中的煤(焦和半焦)和空氣混合燃燒，未燃盡的可燃物進(jìn)入二次燃燒區(qū)進(jìn)一步燃燒，排出物潔凈無(wú)煙。分級(jí)燃燒可以有效降低燃煤過(guò)程氮氧化物排放，其基本原理如圖3所示。當(dāng)煤從加煤口加入后，首先被從焦炭燃燒區(qū)傳來(lái)的熱量加溫，逐漸在貧氧環(huán)境中進(jìn)行干餾、熱解。產(chǎn)生的焦油，揮發(fā)分和半焦一起向下流動(dòng)到半焦燃燒區(qū)。在半焦燃燒區(qū)，一次燃燒空氣從進(jìn)風(fēng)口流入，使焦油、半焦和揮發(fā)分燃燒，同時(shí)熱解氣和半焦發(fā)生如下反應(yīng)：

C+2NO＝CO₂+N₂；

2CO+2NO＝2CO₂+N₂；

NH₃+NO+O₂＝N₂+3/2H₂O

其結(jié)果是，煤自身產(chǎn)生的還原性物質(zhì)半焦(C)、CO和NH₃，有效還原煤燃燒生產(chǎn)的NO，實(shí)現(xiàn)了擬制和降低氮氧化物的目的。

然而已有分級(jí)燃燒爐主要針對(duì)燃燒散煤而設(shè)計(jì)。由于散煤尺寸不均勻，煤粒/塊間空隙小，所以爐體高度低，半焦燃燒區(qū)熱強(qiáng)度大，燃燒溫度高達(dá)1300℃以上，雖然有利于消煙和焦炭燃盡，但一定程度上增加了半焦氮生成氮氧化物的趨勢(shì)，抵消了分級(jí)燃燒對(duì)NO_x的減排作用。