[實用新型]一種同時降低煙塵、二氧化硫和氮氧化物排放的高效燃煤采暖爐

有效

• 申請號: 201720502109.4
• 申請日: 2017-05-08
• 公開（公告）號: CN206831570U
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）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（專利權）人: 兗礦集團有限公司;中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: F24B1/183
• 分類號: 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

技術領域

本實用新型屬于燃煤燃燒設備領域，涉及一種燃煤采暖爐，尤其涉及一種同時降低煙塵、二氧化硫和氮氧化物排放的高效燃煤采暖爐。

背景技術

民用燃煤爐主要指以散煤為燃料(包括煙煤及無煙煤)，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為燃料的爐具。

目前，市面上民用爐具的主要型式有兩種：

正燒爐(圖1(a))：即傳統的最簡單也是最普遍的直燃方式，固體燃料燃燒時火焰順熱煙氣自然流動方向傳播，燃燒強度高，火力旺，能滿足用戶炊事需求。正燒爐適用于無煙煤等揮發分低的燃料。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，由于燃煤加入后受熱升溫，揮發分析出，隨煙氣立即排出，揮發分難以燃盡，導致大量黑煙(焦油，CO，VOC，硫和氮的氧化物等)冒出，嚴重污染環境。此外，正燒爐用于采暖時，需要頻繁加煤，且加煤時燃燒強度，污染物排放大幅變化，具有很強的不穩定性和周期性。

反燒爐(圖1(b))：即固體燃料燃燒時火焰逆熱煙氣自然流動方向傳播的燃燒方式，具有能延緩揮發分析出速度的特點，爐溫高、燃燒充分，可基本消除黑煙，顆粒物排放濃度低，適用于煙煤等揮發分高的燃料，適合采暖。然而，反燒燃燒強度高，燃燒區溫度高，導致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。

經大量實驗研究表明，目前市面上的民用爐具均存在爐具燃燒周期性強、負荷不易調節，封火時間短，耗煤量大等缺陷。不論是正燒爐還是反燒爐，其在加煤后會迅速升溫，揮發分快速析出，導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，導致爐膛燃燒溫度及過量空氣系數過高，不僅經常出現爐膛結焦影響正常使用，NO_x排放濃度升高，并且不利于爐內燃燒過程中的煤灰的自固硫或添加的固硫劑的固硫。高揮發分含量(Vdaf大于15％左右)的煙煤在傳統正燒爐中燃燒，有大量黑煙冒出；在反燒爐中燃燒，會使爐膛及尾部煙道中有大量煤焦油附著，影響換熱效果的同時造成煙道堵塞，影響通風，難以清洗。

針對傳統正燒爐和反燒爐中存在的問題，人們又研究出可同時應用于炊事和采暖的民用燃煤爐-氣化爐(如CN 201212696Y和CN 201555250U等)。氣化爐本質上屬于正燒爐，不同于傳統的正燒爐，其將燃煤析出的揮發分在隨煙氣排出前，經過二次風燃燒，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，進而使加煤時爐內燃燒狀態變化較大(如火力強弱和污染物的排放量等)。并且，氣化爐在炊事時依然為“正燒”，使用煙煤炊事時依然冒煙，并未從根本上解決穩定燃燒和降低SO₂，染氣體排放的問題。

作為民用燃煤爐有效降低氮氧化物的低氮燃燒技術，CN 1110776公開了一種抑制氮氧化物的無煙燃燒方法及燃煤爐。該燃燒方法稱為分級燃燒方法，其要點是在煤爐內將煤層分為預熱干餾區和一次燃燒區，經爐箅進入的空氣僅通過一次燃燒區，預熱干餾區缺氧干餾產生的可燃物直接經煤層導向進入一次燃燒區，與其中的煤(焦和半焦)和空氣混合燃燒，未燃盡的可燃物進入二次燃燒區進一步燃燒，排出物潔凈無煙。分級燃燒可以有效降低燃煤過程氮氧化物排放，其基本原理如圖3所示。當煤從加煤口加入后，首先被從焦炭燃燒區傳來的熱量加溫，逐漸在貧氧環境中進行干餾、熱解。產生的焦油，揮發分和半焦一起向下流動到半焦燃燒區。在半焦燃燒區，一次燃燒空氣從進風口流入，使焦油、半焦和揮發分燃燒，同時熱解氣和半焦發生如下反應：

C+2NO＝CO₂+N₂；

2CO+2NO＝2CO₂+N₂；

NH₃+NO+O₂＝N₂+3/2H₂O

其結果是，煤自身產生的還原性物質半焦(C)、CO和NH₃，有效還原煤燃燒生產的NO，實現了擬制和降低氮氧化物的目的。

然而已有分級燃燒爐主要針對燃燒散煤而設計。由于散煤尺寸不均勻，煤粒/塊間空隙小，所以爐體高度低，半焦燃燒區熱強度大，燃燒溫度高達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，抵消了分級燃燒對NO_x的減排作用。