专利名称：一种前流态化、后层状燃烧的混合装置的制作方法
煤炭燃料在工业上利用的燃烧形式有固定炉排、活动炉排、煤粉炉及沸腾炉四种主要形式。固定炉排、活动炉排属于层状燃烧；而煤粉炉和沸腾炉则属于流态化燃烧。
层状燃烧是目前工业窑炉、工业锅炉采用的最主要燃烧方式。固定炉排由于在操作过程中燃料是加在已经燃烧并即将燃尽的燃料层上，依靠原燃料的热能完成新加燃料的干燥、着火过程。因此，只要下边有足够的底火，新燃料一定会着火燃烧。因此，着火条件基本上是没有限制的，所以习惯称之为“无限制着火条件”或“无限着火条件”。具有对煤种适应性广，允许煤质可以有较大的差异。如果燃煤级配合理，精心操作，可以使炉渣含炭量达到10％以下。但是这种炉型操作条件十分恶劣，而且不能连续运行。因此这种设备仅仅用于工业窑炉及容量较小的民用及工业锅炉方面。
活动炉排的加料过程却不同。它是通过将燃料先均匀分布在运动着的炉排上，依靠炉内的高温辐射传导过来的热量及组织炉内高温烟气的流动方向，将已经燃烧的细小煤粒夹带到刚刚入炉的煤层上，完成新入炉燃料的干燥、挥发份析出、着火等过程。因此，这种炉型的着火条件，对燃料及炉子内部结构都有一定的要求和限制，所以叫做“有限着火条件”。挥发份较低的煤种往往不容易着火。燃料供应的品种改变，往往需要一个较长的时间来进行调整、适应。由于燃料在炉内停留有一定的时间要求，这种燃烧方式最大的缺陷是燃料的燃烧不充分，固体不完全燃烧损失大。特别是燃料细粉含量多，粒径级配不合理时，不但漏煤多，燃烧过程易出现火口，而且炉渣含炭量高，造成煤炭资源的极大浪费。这种炉型还不能燃用劣质煤。使用原煤时，固硫效果很差。使用国内现在已有的型煤生产技术所生产的商品型煤时，由于型煤强度高、表面光滑，更增加了着火的困难，更不容易烧透，固硫效果提高的辐度也不大。
但是活动炉排却是我国除了大型火力发电站以外的企业事业单位的主力炉型。在我国具有丰富的设计、生产制造及运行管理的经验。生产制造的成本也低。体积小，操作简单，运行可靠。所存在的各种弊病，如对各种煤种适应性差，固体不完全燃烧损失大，不适应现有型煤生产技术所生产的型煤等，均是由于其着火条件有限所引起的。活动炉排如果能够变有限条件着火为无限条件或半无限条件着火，那么就可以使上列种种弊病得到解决。在这种情况下，再综合实施国内外业已成熟的型煤技术和固硫技术，完全可以达到煤炭燃料高效低污染利用的目的。
流态化燃烧方式是电站锅炉的主要燃烧方式。由于补入的新燃料在瞬间即能与已经着火的燃料混合，因此其着火条件是无限的。具有煤种适应广，燃烧效率高等优点。比如煤粉炉的燃烧效率可以达到96％，燃烧温度可以达到1500℃以上。因为炉温高，锅炉的热效率也高。而且体积小，造价低。但是煤粉炉的污染却日益为环境保护所不容。干法及湿法烟气脱硫因为多种原因而难以实施，大量的粉煤灰因为没有可靠的消费市场而需要占用耕地，并造成污染。因此，煤粉炉属于能够实现高效燃烧，却不能低污染利用的一种炉型。
能够实现高效低污染利用的是80年代先后研制成功的循环流化床及其系列装置。这是国外工业发达国家在煤炭利用环节向外输出的主要高技术产品之一。现在已经广泛的应用在大容量的工业锅炉及电站锅炉上。利用这一先进的燃烧技术改造我国现有的包括煤粉炉在内的其他形式电站锅炉燃烧装置，加速研制能够自主设计100MW循环流化床锅炉及配套的各种辅机成套设备生产能力，掌握更大容量的循环流化床锅炉设计及制造技术，是我国重点高技术产业化领域中一个十分重要的研究课题。
但是，我国工业实践证明这种循环流化床燃烧装置自身还有许多方面的技术需要完善。其中由于设备自身要求而难以实现完美的缺陷主要有以下几点1.炉温不能太高，不能因为燃烧温度高而使燃料结渣，否则将酿成停炉事故；2.因为炉温较低，迫使锅炉必须要设置更多的受热面，使得制造成本大幅度上升，体积增大。
3.因为燃料要呈沸腾状燃烧，燃烧过程送风的风压较大，造成辅助能耗较多；而且燃料中的细粉在来不及燃烧的情况下就会被吹走，需要在炉内分离后循环重复燃烧。这不但使内部构造复杂；而且运动着的燃料颗粒对密相区的埋管及炉墙和水冷壁磨损较大，也缩短了使用寿命。
4.已经燃尽的呈分散颗粒状的残渣含有大量的物理显热不容易得到利用，干法排渣并且利用其中的显热时，设备庞大，而且利用率低。
采用本发明并且结合本人的另外两项专利申请技术(1.一种球状工业型煤，98114689.9；2.一种复合陶粒生产技术，98122922.0)可以达到下列效果●装置中的活动炉排部分的着火条件，由有限着火转变为无限着火。
●煤质燃料的品种、质量，基本上不受限制。可以同时燃用劣质煤，也可以同时使用两种不同品种的煤种，还可以使用现有活动炉排都不能使用的其他型煤生产技术、设备所生产的一切型煤。
●在使用同质等量的固硫剂条件下进行在燃烧过程中固硫，其效果高于目前在散煤中固硫的效果，也高于现有其它型煤生产方法的固硫效果。
●可以大辐度的减少流态化燃烧部分的粉末量，因此可以有效的减少炉墙及水冷壁的磨损；也可以大辐度的降低活动炉排部分的粉尘含量。由于烟气温度的提高和流程增长，粉煤灰含炭量低。
●和现有的活动炉排相比，燃料的燃尽率和热效率有大幅度的提高。
●可以不再考虑流态化燃烧部分排出的高温残渣所含显热在系统内外的利用及排除方法。
●所产的大量炉渣及粉煤灰，可以100％就地转化为建筑制品或建材原料。
之所以能达到上述效果，是由下列因素决定的▲专利申请技术“一种球状复合工业型煤”是采用了数学上的叠加原理而研制成功的一种型煤生产技术。它可以根据燃烧设备对燃料的特殊要求和型煤生产、运输、储存过程中所需要的各种物理、化学性能，通过两次以上成球的加工工序，将所需性能通过选用适宜的材料，一层层的复合到型煤上。因此这种型煤既可以具有满足生产运输过程需要的强度及防水性能，又具有作为燃料使用所要求的适宜热强度及强化燃烧所需要的多种性能。通过复合的方法将固硫剂富集到球形型煤的外壳上来进行燃烧过程脱硫和脱硫剂均匀分散到型煤或散煤中在燃烧过程中脱硫相比，效果要好。再分解率也小。
▲由于流态化燃烧后呈单粒分散状的灼热残渣直接铺在活动炉排上作为新燃料层的底火，因此活动炉排的着火条件便由有限着火条件改变为无限着火条件。因此，即使是含有大量(1mm的粉煤原煤散烧，也不会发生漏煤现象。而且布风均匀，不致于因为将细粒原煤吹走而形成火口。所鼓入的新鲜冷空气经过大约850℃以上高温的残渣，不但可以迅速点燃新燃料，而且可以有效的提高活动炉排区域的燃烧温度，也使流化燃烧排出的残渣显热得到了直接而充分的利用。待新燃料燃尽后，一并从出渣口排出体系。
▲当将两种燃烧方式设计到一个系统中时，装置内部的烟气温度是一个两种燃烧方式的烟气混合温度(thh)，它高于流态化装置燃烧的烟气温度(tlt)，低于该装置活动炉排部分的烟气温度(thd)。理论上thh应当由燃料的发热量及助燃空气量并根据炉型确定。但thh大于tlt是肯定的。采取合理的组织烟气流动、混合的结构措施时，thh应和现在在役的活动炉排烟气温度相近似。因此与流态化燃烧装置相比，可以获得强化内部传热的积极效果，从而获得体积减小，造价降低的经济效益。
▲由于活动炉排着火条件改变，将使得除了专利申请98114689.9所述的方法以外其他多种型煤生产方法所生产的型煤在本装置中进行正常燃烧使用。也使得即使使用低热值燃料直接或制成型煤后在活动炉排上利用成为可能。只要调整各自的燃烧强度和燃料耗量就能满足劣质燃料的充分燃烧要求。由于其他技术都有许多优点或独到之处，因此在实施本方案进程中，期望得到更多的支持，以实现获得期望的良好结果，应当是不无根据的。
▲专利申请技术98122922.0是在开发98114689.9的过程中，衍生出来的关于建材方面的一个技术成果。该技术在炉渣及粉煤灰利用方面的技术实质在于将具有多孔结构的炉渣的显气孔用一种极其廉价的材料先行封闭后再用。对于粉煤灰及炉渣粉末，则先制成陶粒，根据用途再复以一层球壳，利用球壳受力性能优异的特性，与内芯共同抵抗建筑构件所承受的外力。因此具有明显的性能优良、成本较低的优点。以制成常用的炉渣空心砌块为例等强度时，其水泥用量比现在的生产方法少1/2；等水泥时，强度可以提高一倍以上，而且表面光整，无麻点。
本发明为进一步使用该技术提供了十分有益的条件。由于流态化燃烧排出的残渣在燃烧过程中不能出现液相，因此相对强度较低。使用型煤时，残渣的强度更低。但是在混合装置中这些残渣经过活动炉排后，将因为燃烧温度高而出现液相，从而使其强度大为提高。这样的结果无异是轻型建材所期望的。如果在燃用型煤时，再补入足够的钙质，不但有助于脱硫，而且可以直接形成多种水泥熟料，社会需用量很大，这同样也是我国工业实施可持续发展战略所期望的。
本发明的具体实施方案可以用下列附图
来加以说明。
(图一)混合装置在一个系统中。该方案特别适合新设计的火力发电站使用。当单独采用图示的第二种燃烧方法时，是本发明的一种特例。由于高温烟气对燃料供给系统具有加热功能，因此可以将其着火条件视为半无限着火条件。
(图二)混合装置为两个子系统，燃料串联，烟气混合后使用。该方案特别适合于现有火力发电站的增容改造使用。图中虚线所示为第一种燃烧方式为煤粉炉时的组合形式。采用这种形式，可以比较容易进行现有煤粉锅炉进行负荷调峰。
(图三)混合装置为两个独立的子系统。仅仅将燃料串联使用。各自所生产的工质及负荷都不作变动。该方案主要用于已有两套各自独立运行的装置的情况或仅有一种装置需要实施节能及环保改造时使用。也可以供新设计的单位锅炉选择方案时使用。
权利要求
1.一种前流态化、后层状燃烧的混合装置，其基本特征在于该燃烧装置中的第一种燃烧方式是具有沸腾床和煤粉炉结构的流态化燃烧，第二种燃烧方式是具有活动炉排结构的层状燃烧两种不同的方式所组成。
2.根据权利要求1，其特征在于可以将这两种燃烧方式统一设计到一个系统中，也可以分别设计或利用现有装置改造成两个子系统，联合运行。
3.根据权利要求2，不论将两种燃烧方式统一设计到一个系统中，还是设计或改造现有设备成两个子系统，其特征在于装置的燃料利用是串联的。
4.根据权利要求1、2、3，其特征是利用第一种燃烧方式所排出的具有一定数量显热和化学能的灼热残渣及时供给到活动炉排的合适位置是改善第二种燃烧方式着火条件及燃烧状态并使活动炉排对煤质燃料的适用范围扩大、燃烬效果良好、热效率提高的根本原因。
5.根据权利要求4所说的及时供给到活动炉排的合适位置，其特征是当两种燃烧方式在一个系统中时，经过流态化燃烧的粗颗粒灼热残渣，在溢出后就直接供给到尚没有补入新燃料的活动炉排上，随着炉排向前移动，活动炉排燃烧所需要的新燃料通过自身的供给系统均布在其上；当两种燃烧方式为两个子系统时，流化燃烧溢出的灼热残渣，应当在绝热的条件下，输送到尚没有补入新燃料的活动炉排上。
6.根据权利要求1、2、3、4、5，其特征是第二种燃烧方式的燃料供给仓可以置于炉内并处于高温烟气包围之中；也可以置于炉外。
7.根据权利要求6，当燃料仓处于炉内时，应采取适当措施，使燃料分布到炉排上之后再猛烈燃烧的要求。
8.根据权利要求7所说的适当措施，其特征是燃料仓除出料口外，其它面都不与高温烟气直接接触，并且配合隔热措施使所储燃料在仓内不发生燃烧。
9.根据权利要求6、7、8，其特征是将燃料供给仓置于炉内并且通过隔热措施，使燃料在分布到炉排上之后，就具备燃烧的条件，这一方案可以单独应用到现在所使用的活动炉排上。
全文摘要
一种前流态化、后层状燃烧的混合装置。该装置利用流态化燃烧所产生的残渣含有大量的热能并且颗粒较大、分散、不粘接、透气性好的特点,通过综合设计,将其排出时在灼热状态下作为活动炉排用燃料的垫层,从而使其由原来的有限着火条件改变为无限着火或半无限着火条件。不但充分利用了其中所载有的热能,解决了高温排渣的困难,而且可以克服现在流化燃烧技术和活动炉排层状燃烧技术许多难以克服的弊病和难点。其原理可以应用到工业窑炉、工业锅炉及各种火力发电站锅炉的设计上,也可以用于现有的窑炉及锅炉改造设计上,提高煤炭等化石燃料的利用率及环保效果,具有广泛的应用价值。
文档编号F23C10/02GK1264011SQ0010243
公开日2000年8月23日 申请日期2000年2月21日 优先权日2000年2月21日
发明者许绍良 申请人:许绍良