专利名称：燃煤锅炉的低污染高效率燃烧方法及燃烧装置的制作方法
技术领域：
本发明属于洁净能源技术领域，涉及一种应用于燃煤锅炉的无烟、抑制氮氧化物和有效进行炉内脱硫的高效率燃烧方法及基于该燃烧方法的燃烧装置。该燃烧方法和燃烧装置特别适合应用于各种大容量的燃煤工业锅炉。
背景技术：
煤在我国的一次能源中占70％以上，而其中近1/3，即大约4.5吨标准煤又消耗在大约53万台各型工业锅炉的直接燃烧上。我国的工业锅炉现今所采用的主要燃烧技术仍是链条和往复式炉排层燃(占所有锅炉的95％以上)，不仅热效率低下(55-65％)，其排放的烟尘和SO2也占到了我国烟尘和SO2总排放量的30％以上，而且还排放大量的NOx。出于环保因素的考虑，2002年国家环保法已禁止容量0.7MW以下的小型手烧锅炉使用原煤，但对于1.0蒸吨以上的工业用锅炉将仍不得不以原煤为燃料。这不仅由我国的“多煤、贫气、少油”的资源状况所决定，近年的油气价格高涨更使得使用煤是企业唯一可行的选择。因此，提高工业锅炉的效率和降低其污染排放是我国洁净煤技术发展的关键内容和不可缺少的重要环节。如果我国工业锅炉能达到发达国家同类产品的同等效率(80-85％)，则每年可节省1亿吨原煤左右、节约开支大约300亿元(对现在的煤价来说)、而且相对于目前的总污染排放量可减少SO2，烟尘，NOx和CO2排放量5-10％。
链条或往复炉排层燃锅炉热效率低下的关键原因是不完全燃烧和过大的过剩空气系数(＞2.0)。现场测量发现在很多情况下炉排灰渣含炭量达30-40％，而锅炉飞灰含炭量高至60-70％。除燃烧控制以外，炉排灰渣含炭量高的重要原因是所使用原煤中的细颗粒(如＜5mm)大量透过炉排缝隙而于未燃状态掉入灰渣室。另一方面，层燃技术本身难于实现炉内脱硫和低NOx燃烧，因为燃料层为固定床形式。在固定床中不利于脱硫剂分散并与SOx接触反应，而所发生燃烧为自下而上的温度渐低单向方式。由此，这种层燃方式使燃料热解产生的黑烟无法经过高温燃烧区而予以充分燃烧。即使采用二次空气，也可能致使大量黑烟和NOx排放。为此，克服现今工业锅炉的低效率和高污染问题必须依赖于新燃烧方法的应用和操作控制的程序化。
本申请人于1995年的专利技术CN95102081.1中提出了一种抑制NOx生成的无烟燃煤方法和燃煤炉。它通过将煤的燃烧过程分解为绝氧热解干馏和干馏生成气通过所生成半焦层燃烧两个步骤，成功地降低了燃烧过程中的NOx生成。最近的研究表明(Jingdong He et a1.，2005，投稿于Fuel Processing Technology)，其降低NOx生成的主要原因在于通过单独的热解干馏使在该干馏中所释放的氮化合物(如NH3，HCN等)在进入燃烧的焦炭层时被快速氧化生成NOx，而该NOx进而在通过焦炭层时与炭相互作用被还原成N2。这里所指的热解干馏和半焦燃烧是在相互连通的固定床中进行的。干馏半焦在自身重力作用下进入半焦燃烧区，而热解干馏的生成气则通过密闭干馏室而使其逆重力方向进入半焦燃烧区。所以，煤热解干馏所需的热量主要来自由半焦及干馏生成气燃烧所产生的高温燃烧区的热辐射和热传导。显然，这些热传递途径是缓慢和有限的(因无热对流)，以致使煤热解干馏进行的很慢。受此局限，运用1995年的专利技术目前仅成功开发了0.5MW以下的小容量热水锅炉。
为了在更大容量的层燃炉上运用上述专利技术所发明的低NOx燃烧方法，中国专利CN01131238.6通过在链条炉排层燃炉的前方追加一往复炉排煤热解气化器将煤燃烧分解为部分氧化气化和气化生成半焦及可燃气燃烧两步，从而实现了类似原理的低NOx燃烧(称为解耦燃烧)。这里，部分氧化气化通过使用空气作为氧化剂，解决了CN95102081.1技术中向热解干馏区供热慢而难的问题。但是，部分氧化仍在固定床炉中进行，使得自煤部分氧化气化区向链条炉半焦燃烧区的半焦移动依然困难。由此，专利CN01131238.6所发明的技术仍难应用于大容量工业锅炉。实际上，现场试验曾发现于往复炉排上的部分氧化气化严重滞后、使得对链条炉排半焦燃烧炉的燃料供应跟不上是该2001年专利技术所存在的最大缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无烟、抑制NOx生成、实施有效炉内脱硫、并可应用于各种不同能量容量，特别是大容量工业锅炉的低污染燃煤方法，解决传统链条和往复炉排层燃锅炉的高烟尘、高SOx、高NOx的排放问题，并通过实现燃料的完全燃烧而提高锅炉的热效率。
本发明的技术方案如下本发明提供的用于燃煤锅炉的低污染高效率燃烧方法，特点在于，该燃烧方法将煤燃烧分解为煤的上游流化床部分氧化气化和其所生成半焦及可燃气于下游炉排式燃烧炉中的燃烧两步进行；所述上游的流化床部分氧化气化为在流化床气化炉中供入煤燃料，并使所供入的煤燃料在流化床气化炉中被从该流化床气化炉底部供入的空气流化，进而通过与所供入空气中的氧气相互作用发生部分氧化气化，生成半焦和可燃气；所述下游的半焦及可燃气于炉排式燃烧炉中的燃烧为经上游流化床部分氧化气化所生成的半焦和可燃气不经分离、于高温状态下通过移动床式输送通道被输送到炉排式燃烧炉，在那里与通过该燃烧炉炉排而供入该炉的一次空气和供于该燃烧炉燃烧室的二次空气中的氧气相互作用而进行快速燃烧、完全燃烧，以转化煤燃料化学能为锅炉可利用的燃烧热。
在所述上游的流化床部分氧化气化中，与所供入流化床气化炉的煤燃料一起按煤中的含硫量摩尔比的0-5倍加入含有金属碳酸盐、氢氧碱以及氧化物的脱硫剂，脱除在该流化床气化炉中所生成的硫化物和在下游半焦及可燃气于炉排式燃烧炉中燃烧而生成的硫氧化物；在所述下游的半焦和可燃气于炉排式燃烧炉的燃烧中，可燃气的燃烧在移动床式输送通道和炉排式半焦燃烧炉中的高温半焦层及该高温半焦层表面附近进行。
在所述上游的流化床部分氧化气化中，经流化床气化炉底部所供入的空气量以维持该气化炉的温度于500至1000℃之间而调控。
本发明提供的用于燃煤锅炉的低污染高效率燃烧装置，包括一个置于上游的流化床部分氧化气化炉1，一个置于该流化床化炉1下游的链条炉排燃烧炉2，以及连通所述两炉并置于两炉之间的输送通道3；所述流化床气化炉1底部设风箱91，中部为流化颗粒床层7，上部为颗粒层上部空间71；在所述流化床气化炉1上远离输送通道3的一侧设煤燃料和脱硫剂供给口A，自流化颗粒层7的底部设通向输送通道3的底部排出口50；所述颗粒层上部空间71与输送通道3相通；所述风箱91顶部为流化床分散板11，在该分散板11下的风箱91的底部或侧面设空气供给9；所述链条炉排燃烧炉2为活动式链条炉排燃烧炉，其链条炉排12始于输送通道3正下方，在所述链条炉排12下方设燃烧炉2的一次空气供给10，在所述燃烧炉2的燃烧室14中设二次空气供给15，所述燃烧室14连通锅炉换热器4，链条炉排12的未端接排灰渣口13。
所述输送通道3由流化床气化炉1的流化床后墙51和该流化床的风箱后墙52构成其左侧壁，由锅炉换热器4的前墙6构成其右侧壁；底部排出口50位于所述流化床后墙51和风箱后墙52之间；锅炉换热器前墙6的下端高于风箱后墙52的下端，该前墙6的下端接近链条炉排12的上表面，在该换热器前墙6的下端和链条炉排12的上表面之间有半焦燃烧层8。
所述输送通道3的右侧壁由下段的燃气火箅子16和上段的锅炉换热器前墙61组合而成；所述构成输送通道3的左侧臂的流化床后墙51和风箱后墙52自下而上向链条炉燃烧炉2方向倾斜，其倾斜角度为0-20°。
本发明提供的用于燃煤锅炉的低污染高效率燃烧装置，包括一个置于上游的流化床部分氧化气化炉1，一个置于该流化床化炉1下游的固定床燃烧炉22，以及连通所述两炉并置于两炉之间的输送通道3；所述流化床气化炉1底部设风箱91，中部为流化颗粒床层7，上部为颗粒床层上部空间71；在所述流化床气化炉1上远离输送通道3的一侧设煤燃料和脱硫剂供给口A，自流化颗粒层7的底部设通向输送通道3的底部排出口50；所述颗粒层上部空间71与输送通道3相通；所述风箱91顶部为流化床分散板11，在该分散板11下的风箱91的底部或侧面设空气供给9；所述固定床燃烧炉22的排输为固定式炉排212，所述输送通道3向下开口于固定床燃烧炉22，所述固定式炉排212之下设第一灰渣仓213，所述灰渣仓213底端设该燃烧炉22的一次空气供给210，在该燃烧炉的燃烧室214中设置二次空气供给215，燃烧室214连通锅炉换热器24，其右下角设置燃烧室第二灰渣仓217。
所述的输送通道3由流化床气化炉1的流化床后墙51和该流化床的风箱后墙52构成其左侧壁，由锅炉换热器24的前墙62构成其右侧壁；锅炉换热器前墙62下端低于风箱后墙52下端，在横向位置上位于固定床燃烧炉22横断面的中央或中央稍偏换热器24方向。
所述输送通道3的右侧壁由下段的燃气火箅子16和上段的锅炉换热器前墙61组合而成；所述固定床燃烧炉22的燃烧口设在该炉内固定床半焦层28与该炉燃烧室214在自换热器前墙62向右的交接面处，具有燃烧口火箅子216；燃烧口火箅子216自换热器前墙62向右朝下倾斜，其倾斜小于45度。
所述固定式炉排212朝向锅炉换热器24方向向下倾斜；在固定床燃烧炉22靠近燃烧口火箅子216高端位置的另一侧设有辅助空气310。
本发明所述方法的工作原理示于附图1。煤的燃烧过程分两步依次进行流化床部分氧化气化和其生成半焦及可燃气体于炉排式燃烧炉中的燃烧。煤燃料供给设于上游的流化床部分氧化气化炉上，通常从该气化炉内被空气流化的燃料颗粒床层表面以上供入。在该流化床中经与来自流化床底部分散板的空气相互作用发生部分氧化气化。所生成的半焦和可燃气体(包括焦油)不经分离、于高温状态下通过同一移动床式的输送通道被送往下游的炉排式燃烧炉。因此，可燃气的燃烧可被设计在其通过输送通道及炉排式燃烧炉中的半焦燃料层时或在这些半焦层的表面附近进行。根据需要，可燃气燃烧可于还原状态下发生于炉排上的半焦燃烧层之上，进而在该还原燃烧区之上供给二次空气实现气体燃料完全燃烧。炉排可以为固定炉排(小容量情形)或运动炉排(大容量情形)。运动炉排通常指通过机械而运动的链条或往复式炉排。半焦和可燃气的燃烧产生高温燃烧气，同时在炉排上形成炙热的燃烧半焦堆积层，产生热辐射。应用于锅炉时，这些高温燃烧气和热辐射被进一步用来与锅炉的换热器进行热交换，生产热水或蒸汽。而半焦完全燃烧后所残留的灰渣将自炉排式燃烧炉相对于半焦和可燃气送入端的另一端排出炉排式燃烧炉。高温燃烧气中的飞灰的捕集与传统锅炉相同。即在锅炉后通过静电除尘器或布袋过滤器等予以捕集(图中未示)。
流化床部分氧化气化炉和炉排式半焦及可燃气燃烧炉具有独立的空气供给，可按各自的要求进行调控。供入流化床气化炉的空气应足以流化所处理的煤颗粒(通过设计适当的流化床截面大小而确保足够高的气速)，同时作为氧化剂燃烧部分由煤热解气化生成的可燃气或半焦，以维持该流化床部分氧化气化炉的温度于所希望的值。锅炉用煤的粒径一般在25mm以下(最大不超过40mm)，其中可能含有大约50％的小于6mm的颗粒。因此，流化这种煤在技术上毫无问题。供入下游的半焦/可燃气燃烧炉的空气(包括还原燃烧区之上的二次空气)应足以保证所有燃料的完全燃烧、但又应使过剩空气系数尽可能低。过大的过剩空气系数会增大随烟气排放的热损失，从而降低整体热效率。原则上，燃烧炉的一次空气必须确保炉排上半焦的完全燃烧，由此可确定一次空气的量。进而，通过测量排烟中的氧浓度来计算实际的过剩空气系数，由此可确定二次空气的量。最理想的过空气系数是1.0。但为在实际应用中实现完全燃烧，过剩空气系数必定大于1.0。实际可能的最优过剩空气系数是1.2至1.5，其对应的烟气中的氧气浓度在3-6％。所以，本发明限定炉排式半焦及可燃气燃烧炉的过剩空气系数为1.0-2.0。
流化床部分氧化气化炉的操作要求煤颗粒在床中不发生由于煤灰的熔融引起的颗粒熔聚。这实际上决定了部分氧化气化炉的实际可操作温度上限。对于煤来说，不发生灰熔融的最高温度通常在1000℃左右，即部分氧化气化炉的操作温度应通常在该温度以下。另一方面，该部分氧化气化炉应确保完成煤颗粒的热分解，以释放其可能导致黑烟的所有挥发分。这要求流化床气化炉温度必须在一定的值以上，如高于500℃。否则煤的热解速度将过于缓慢。向该流化床气化炉所供给的空气应使床内的煤颗粒达到该所指定的温度，即500-1000℃。这通常通过调节相对煤供给速率的空气比来控制。对于流化床部分氧化气化来说，该空气比一般介于0.1至0.5之间，通常为0.3(随燃料水分、挥发分、热值等而不同)。很多流化床气化研究表明，在所指定的空气比下床内的温度通常为700-1000℃。这也正是本发明所希望的流化床部分氧化气化炉的通常温度。
炉排式半焦燃烧炉的温度控制等与现存的同类型工业锅炉相同。因此，可采用现有锅炉的对应部分所采用的构型、材料及控制手法等。如，对于链条炉来说，链条炉排的回转速度必须与半焦的燃烧速度协调，进而使半焦层厚度在很大程度上决定燃烧室及半焦燃料层本身的温度(均可参考现有链条工业锅炉进行控制)。
相比于固定床部分氧化气化(CN01131238.6采用)，流化床部分氧化气化可使生成的半焦向炉排燃烧炉的输送变得容易，而且在流化床中比在固定床中能更快完成燃料热分解和快速均匀提升煤颗粒温度到设定值，如上述的700-1000℃。同时，流化床可对应灵活的能量容量，使得基于本发明燃烧方法的燃烧装置不仅可应用于大容量的链条炉排工业锅炉，还可将其燃烧原理推广到小型固定床燃烧式锅炉。
流化床部分氧化气化中将释放部分燃料氮生成NH3，HCN等含氮气体组分。在同其它可燃性气体组分一道流经半焦输送通道(移动床式)和下游炉排式燃烧炉中的高温半焦层时它们可在炭的作用下被转换成N2，从而降低燃烧过程NOx的生成。同时，可燃气的燃烧可能在所指半焦层的表面附近发生，以在炉排式燃烧炉中的半焦燃烧之上形成燃烧还原区(即发生俗称的燃料再燃)。这将进一步降低由炉排上的半焦燃烧所发生的NOx。所以，本发明的燃烧方法同专利技术CN95102081.1和CN01131238.6所发明的燃烧方法一样，能有效抑制煤燃烧中氮氧化物的生成，属于低NOx燃烧方法。其降低NOx的技术途径包括解耦燃烧和燃料再燃。
依据所使用煤的种类，流化床部分氧化气化中所产生的可燃气体中可能含有黑烟成分(特别对烟煤)。在流经半焦输送通道(移动床式)和下游的炉排式燃烧炉中的燃烧半焦层时或在这些半焦层表面附近，通过与供入炉排式燃烧炉中的空气(一次+二次)相接触会在完全燃烧可燃气体的同时被完全烧掉，使燃烧排气无烟。所以，本发明的燃烧方法也同CN95102081.1和CN01131238.6所发明的方法一样，属于无烟燃烧方法。无黑烟燃烧不仅可减轻环境污染，也有利于燃烧效率的改善，因为黑烟含有未燃尽的炭黑和可燃性气体。
流化床部分氧化气化炉中温度均匀，可控制在高至800-1000℃的高温。而在煤的部分氧化气化中会生成H2S，COS等含硫气体。为此，可与燃料煤一起供入含Ca、Mg、Fe等金属元素的碳酸盐(通常矿物质)、氢氧碱或氧化物作为脱硫剂。这些脱硫剂在常压、800-1000℃的部分氧化气化炉中会很快被热分解(即烧成)为活性的氧化物(如果其本身不是氧化物的话)，进而现场吸收前述各种含硫的还原性硫化物以实现炉内脱硫。显然，于流化床中进行所述脱硫剂的烧成活化及其与气相硫化物的反应较在固定床炉中更容易和更快。在固定床和传统链条炉排燃烧炉中，除非预先混合煤和脱硫剂它是难以实现炉内脱硫的。同时，于普通炉排燃烧炉中直接燃烧煤，挥发分和半焦同时发生燃烧使燃料层的温度可能局部达到1000-1500℃。在这些高温下前述脱硫剂会发生烧结，使其具有极低的吸收硫氧化物，即SOx的能力。所以，对于现有各种锅炉，即使预先在煤中混合脱硫剂其所能达到的脱硫效果将远不如本发明的燃烧方法可能实现的效果。在本发明燃烧方法中通过分离挥发分和半焦的燃烧可在一定程度上降低半焦燃烧层的温度，抑制脱硫剂的烧结。另一方面，于上游的流化床部分氧化气化炉中所活化的脱硫剂可均匀分散于半焦颗粒之间，或更进一步吸附于半焦颗粒表面及其所拥有的微孔中。由此，所加入的脱硫剂在无局部高温(＞1000℃)的下游炉排式半焦燃烧炉中可更有效地脱除半焦燃烧所产生的SOx。而在流化床部分氧化气化炉中吸收气相硫化物所生成的CaS、MgS等金属硫化物在下游的半焦及可燃气燃烧中将很难被氧化成SO2而排放为酸性雨气体。即使被氧化也是被转换成CaSO4、MgSO4等硫酸盐。所以，相对传统的锅炉燃烧，具有上游前置的流化床部分氧化气化炉的本发明燃烧方法可实现更高效率的炉内脱硫。
而所应加入的脱硫剂量类似已经工业化的循环流化床燃烧技术，依据所期望的脱硫效果和所燃烧煤中的含硫量而确定。对于本发明来说，原则上可加入不足以影响燃烧的任意量，如通常可按相对煤中含硫量的0至5倍摩尔比而加入。加入量越多越利于脱硫，但成本会更高，而且一定程度量以上所增加的脱硫效果会有限。按摩尔比小于1.0加入脱硫剂时不可能完全除去气化和燃烧中产生的硫化物和硫氧化物，但能最有效利用脱硫剂。值得指出的是，所指摩尔比0实际上意味着不加入脱硫剂进行炉内脱硫。
通过前置的流化床部分氧化气化，半焦和可燃气可在高至800-1000℃的温度下被送到后续的炉排式燃烧炉。而传统的链条炉排燃烧炉直接被加入原煤，链条的前半部分必定处于低温状态，直到所供给原煤的温度被升到能开始燃烧的程度。即使开始了燃烧，最初的燃烧速度也很慢。这部分低温链条炉排，如低于800℃，可能占整个炉排的1/3至1/2，而且随操作变动大。其结果使链条炉排本身巨长，而所供给的燃料也难于实现完全燃烧。这可能是我国工业锅炉效率低下的最根本原因之一。通过本发明的燃烧方法，所述问题能得以充分改善，因为进入炉排的燃料(即半焦/可燃气)具有达800-1000℃的高温，致使整个炉排可进行快速燃烧。另一方面，这也说明本发明的燃烧方法可使用更短的链条炉排，或说整个炉排的快速燃烧可保证燃料的完全燃烧，因此可显著降低灰渣的含碳量和提高燃烧效率。
上述特点所蕴含的另一个优点是即使本发明在链条炉排燃烧炉上游使用了流化床部分氧化气化炉，但整个燃烧装置的成本可能没有明显增加。即，被缩短的链条炉排部分与上游的流化床气化炉可以在成本上相抵消，以使设备投入不会有太多增加。而且，将所添加的燃料颗粒升到同样的温度，在流化床中无疑比在链条炉排上更快。说明基于本发明燃烧方法的燃烧设备甚至会更紧凑和小型。
我国自制的传统链条/往复炉排燃烧炉中的细燃料颗粒(如＜3mm)经常透过炉排而落入灰渣箱，造成低燃烧效率。通过本发明的燃烧方法，细燃料颗粒可能在流化床气化炉及在向炉排燃烧炉被输送的过程中被完全转换，可望降低透过炉排的小颗粒燃料损失。这无疑也是获得高燃烧效率的保证之一。
上游的流化床部分氧化气化炉无气固分离，且细颗粒燃料可能在该流化床气化中被完全转换。少量未完成转换、经气流夹带出的细颗粒燃料又可随飞灰在气流通过输送通道中的半焦层时被截住，在那里随可燃气的燃烧一起被进一步完全转换。所以，虽然本发明所使用的上游流化床部分氧化气化炉操作在鼓泡流化流域，但它没有通常的鼓泡流化燃烧锅炉所可能有的细颗粒燃料飞散问题，为高效率燃烧提供了重要保证。同时，由于流化床部分氧化气化炉的气流最后经下游的炉排式半焦/可燃气燃烧炉排出，所以本发明所使用的流化床气化炉不会增加任何飞灰排放。相反，在该流化床中由转换细小颗粒形成的飞灰在经过输送通道时可被通道中的半焦层过滤和拦截，使进入炉排式燃烧炉的飞灰得以一定程度上的控制。因此，对于本发明燃烧方法来说飞灰的控制可采用现有工业锅炉中所使用的相同技术。
很明显，上述本发明的燃烧方法可应用于任何操作压力，但应用于燃煤工业锅炉时通常操作在常压下。而所指的煤燃料为各种可被流化的原煤。其粒径、水分等特性可等同现在链条工业锅炉所使用的煤，如粒径小于30mm、6mm以下50％左右。
综上所述，本发明的低污染高效率煤燃烧方法的技术特点可概括如下燃烧过程被分为两步顺次进行流化床部分氧化气化和其生成半焦及可燃气体于炉排式燃烧炉中的燃烧。燃料被供入上游的流化床部分氧化气化炉，经按空气比为0.1-0.5供入该流化床的空气流化并发生贫氧燃烧(即部分氧化气化)而升温至500-1000℃，完成煤热解而产生半焦和可燃气体。所产生的半焦和可燃气体不经分离，一同于所述的高温状态被输送到下游的固定或运动炉排燃烧炉中，在那里与充分但被优化控制的空气相互作用而被完全燃烧。所指可燃气燃烧以发生于燃烧的半焦层中或在其表面附近为特点，而随同燃料煤供给可同时向流化床部分氧化气化炉加入脱硫剂。运动炉排通常指利用机械而运动的链条或往复式炉排。
利用本发明的上述技术特点所能实现的技术效果是(1)消除燃烧黑烟和抑制燃烧中NOx的生成。通过分解燃烧过程为部分氧化气化和其所生成半焦及可燃气在炉排式燃烧炉中的燃烧，可使在部分氧化气化中产生的含黑烟和NH3、HCN等还原性氮化合物的可燃气体在穿过燃烧中的高温半焦层时或在这些半焦层表面附近进行燃烧，因此能完全消除燃烧黑烟。而所指可燃气中的氮化合物通过与高温半焦炭相互作用被转换成N2(解耦燃烧原理)，并且通过炉排式半焦燃烧炉的燃烧室中形成还原性可燃气燃烧区进一步除去由于半焦燃烧产生的NOx(燃料再燃技术原理)。
(2)能应用于不同能量容量的工业锅炉。通过使用流化床部分氧化气化炉，可简单实现自上游的该部分氧化气化炉向下游炉排式燃烧炉的高温半焦输送，从而使所发明燃烧技术不仅适于小容量民用锅炉，还可同样应用于大容量工业锅炉。
(3)实现高效率燃烧。通过在上游使用流化床部分氧化气化炉，可使所供给的煤燃料经过快速热解转换成温度为500-1000℃，通常800-1000℃的高温半焦，该半焦并于所述高温状态下被输送到下游固定或运动炉排燃烧炉中进行快速燃烧。相对于普通的炉排式燃烧炉，如链条炉，在炉排上无缓慢的燃料升温过程而使快速燃烧发生于整个炉排上，因而可保证半焦的完全燃烧。同时，于燃烧的半焦层中或其表面附近完全燃烧由部分氧化气化所产生的可燃气不仅控制了污染物(黑烟、NOx)的发生，还实现了所供给燃料挥发分的完全燃烧。并且，上游无气固分离流化床部分氧化气化炉可有效转换小颗粒燃料，因此可减少在普通链条炉排燃烧炉中经常发生的细颗粒燃料透过炉排落入灰渣箱所引起的燃料损失。无疑，所有这些由本发明所产生的效果能保证高效率燃烧，从而提高运用本发明燃烧技术的锅炉的热效率。
(4)使炉排式燃烧炉小型化。按本发明的燃烧技术，炉排式燃烧炉将不再有缓慢的燃料颗粒升温过程。因此，对于链条炉排而言可采用更短的链条炉排，从而使炉排式燃烧炉小型化。虽然本发明所使用的上游流化床气化炉会加大整个燃烧装置，但小型化的炉排燃烧炉可抵消因为流化床气化炉所加大的部分，从而使燃烧装置整体具有可与普通链条/往复炉排燃烧炉相比拟的尺寸和设备成本。
(5)使炉内脱硫更加有效。本发明所使用的上游流化床部分氧化气化炉可有效实施脱硫剂烧成活化、脱硫剂对含硫气体(H2S、COS)的吸收、以及活性脱硫剂在半焦颗粒之间及半焦颗粒上的分散。同时，通过分离挥发分和半焦燃烧到不同空间，可一定程度抑制下游的半焦燃烧层的局部超高温(可使脱硫剂烧结的高于1000℃的温度)，从而使在流化床气化炉中被分散的活性脱硫剂可在半焦燃烧中较有效地实施炉内脱硫。因此，通过同燃料供给一起向上游的流化床部分氧化气化炉添加脱硫剂(通常为含Ca、Mg、Fe等的碳酸盐，氢氧碱及氧化物)，如按相对于所燃烧煤中含硫量的0至5倍摩尔比添加(0意味不添加脱硫剂)，可望实现比普通链条/往复炉排燃烧炉效率更高的炉内脱硫。
附图1本发明的低污染高效率燃煤锅炉的燃烧方法原理示意图；附图2实施本发明燃烧方法的一种具有链条燃烧炉的燃烧装置结构示意图；
附图3实施本发明燃烧方法的另一种具有链条燃烧炉的燃烧装置结构示意图；附图4实施本发明燃烧方法的第三种具有链条燃烧炉的燃烧装置结构示意图；附图5实施本发明燃烧方法的一种具有固定床燃烧炉的燃烧装置结构示意图；附图6实施本发明燃烧方法的另一种具有固定床燃烧炉的燃烧装置结构示意图；具体实施方式
附图2为实施附图1所示本发明燃烧方法的一种应用于大容量工业锅炉的具有链条炉排燃烧炉的燃烧装置结构示意图。该燃烧装置主要由流化床气化炉1，链条炉排半焦燃烧炉2，链条燃烧炉2的燃烧室14的上部空间所连通的锅炉换热器4，和由左侧壁的颗粒流化床后墙51和该流化床的风箱后墙52与右侧壁的锅炉换热器前墙6(被向下延伸)所形成的输送通道3构成。煤燃料以及脱硫剂从相对于输送通道3的另一侧供入流化床气化炉1。为方便该燃料及脱硫剂供给，供给口A设在气化炉1中被空气供给9所流化的物料床层7的上表面以上。在流化床气化炉1中所供给煤与来自空气供给9的氧气相互作用而发生贫氧燃烧。其所生成的高温半焦和可燃气溢流过流化床后墙51而进入输送通道3。同时，在流化床的颗粒床层7的底部(正好流化床分散板11的上面)设置底部排出口50，以排放原煤中可能含有的石头及由大煤颗粒生成的大半焦颗粒(即排出口50的大小限制在仅排出所使用煤中的大颗粒燃料部分)。溢流和底部排出的半焦在输送通道3中形成充填半焦层31，其上表面一般在流化床底部排出口50的附近(通过合适的设计和控制保证)。随着回转的链条炉排12自左向右的运动将紧贴炉排上的半焦带走后，输送通道3中充填的半焦依靠自身重力由上至下而移动到新转来的链条炉排12之上，以实现自流化床气化炉1向链条燃烧炉2的半焦移动和输送。同时，在流化床气化炉1中所产生的可燃气也同样经输送通道3而由上至下流动(因流化床气化炉1无其它出口，其中的压力会稍高于燃烧炉2中的压力)。受锅炉换热器前墙6对气体流动的限制作用，该可燃气可在附图2中虚线圆环所圈定的区域中与来自燃烧炉空气供给10的空气相接触。由于半焦和可燃气本身具有500-1000℃，通常800-1000℃(即900℃左右)的温度，可燃气因此可在所圈定的区域中被快速燃烧，表明可燃气燃烧发生于高温的半焦层中和这些半焦层的表面附近。由于大量的可燃气汇于虚线所示有限区域内，该区域可能发生氧气不足的还原性燃烧。因此，在该可燃气还原燃烧的上部(在实际炉可依据火焰高度确定位置)供给二次空气15，以实现可燃气的完全燃烧。
流化床气化炉1和链条炉排燃烧炉2具有各自独立的空气供给9和10，并且相对10设置二次空气供给15。这使得对两炉的空气供给量可以独立调节和控制。正如在发明原理中所述，向流化床气化炉1的空气供给9的量应以维持该炉的温度于500-1000℃(通常900℃左右)为调控基准，而供于链条炉排燃烧炉2的空气10和15应足以完全燃烧半焦和可燃气，并同时确保尽可能低的过剩空气系数。在实际操作上，向流化床气化炉1的空气供给9以相对燃料煤供给速率的空气比来定量。对于部分氧化气化来说，该空气比通常为0.1-0.5，但具体的微调节应依据流化床气化炉中的燃料颗粒温度而进行。温度太高时调低空气比，太低时则增大空气比。对于链条燃烧炉2，二次空气15的目的是实现可燃气的完全燃烧，而一次空气10必须保证炉排上半焦的完全燃烧。因此，一次空气10应根据供入炉排的半焦的量而决定，如相对送入半焦速率的空气比为1.2-1.5。这样，二次空气就可基于整个燃烧炉的过剩空气系数或自锅炉换热器4的排气(烟气)中的氧气浓度来确定。即，根据所测得的烟气氧浓度计算过剩空气系数。该系数太高时应调低空气供给15，反之应加大供给15。而过剩空气系数应尽可能低。本发明限定其为1.0-2.0，而对过剩空气系数的调低依赖于燃烧温度、半焦在炉中停留时间(即链条长度/回转速度)等因素。值得注意的是，对链条燃烧炉2实施所述空气控制的前提是空气供给10提供了足以完全燃烧链条炉排12上的半焦的空气(相对半焦的空气比为1.2-1.5)。
很明显，在实际锅炉中上述对空气供给9，10和15的调控应通过反馈式控制程序而实施。对应所述空气供给，附图2所示燃烧装置正好实现附图1所示的低污染高效率燃烧方法。具体为煤燃料经过在流化床气化炉1中的贫氧燃烧被转换成高温半焦和可燃气。二者自该气化炉1溢流进入输送通道3，并通过流化床底部排出口50将不可燃物和大尺寸半焦也同时送入该通道。半焦和可燃气经过输送通道3被输送到链条炉排12。在那里与来自空气供给10的空气相作用立即开始高速燃烧(因移入的半焦和可燃气保持着高温)。可燃气燃烧发生于图中虚线圆环所标示的高温半焦层中和半焦层表面附近，并通过进一步与燃烧炉二次空气15相互作用可完全燃烧可燃气和彻底消除黑烟。同时，籍与半焦层中的炭和在半焦层表面附近形成的可燃气还原燃烧区的作用还能有效抑制燃烧中NOx的生成(工作原理见前述燃烧方法的有关论述)。而发生于整个链条炉排上的高速半焦燃烧(因无燃料升温和预热过程)又能保证其完全燃烧。通过燃料完全燃烧，即半焦完全燃烧+可燃气完全燃烧可实现燃烧的高效率。同时，与煤燃料供给可同时简单地添加脱硫剂于流化床气化炉1中，如按相对所燃烧原煤中含硫量的0至5倍摩尔比加入(0意味不加入脱硫剂)。遵循前述燃烧方法中的工作原理该脱硫剂可实施较有效的炉内脱硫。由于自上游部分氧化气化炉1向下游链条炉排燃烧炉2的半焦输送主要通过被流化颗粒的溢流和移动床式输送通道3，所发明的该燃烧装置因此可克服上下游间燃料移动的困难，从而使该燃烧装置能应用于不同能量容量的锅炉。
因此，流化床气化炉1的设计基本要求是确保所供给煤燃料在其中的完全热解，以释放可能导致燃烧黑烟的各种挥发分。热解能否进行完全取决于流化床气化炉1的操作温度和所供给煤燃料在该气化炉中的停留时间。温度越高，煤热解进行速度越快，由此允许煤颗粒在流化床气化炉中停留较短的时间。在上述中指出，流化床气化炉1的操作温度通常在800-1000℃或说900℃左右。因此，依据这些温度下的煤部分氧化热解动力学参数确定煤颗粒在气化炉1中所必需的的停留时间，进而确定对应的流化床尺寸是设计该流化床气化炉的必要步骤。流化床气化炉1中的燃料停留时间也是被流化的燃料层7的高度的函数。而燃料层7的高度可通过调节流化床后墙5的高度而进行调节。
相应地，对链条炉排燃烧炉2的基本要求是包括最大尺寸的半焦在该炉中停留足够长的时间以使其能完全燃烧，因相对于给定燃料处理量(吨/小时)所供入该炉的空气量(一次+二次)基本一定，如相对于半焦及可燃气的空气比为1.2-1.5。这即要求链条炉排12应有足够的长度。但从设备小型化和降低成本来说，该链条炉排又应尽可能短。为此，燃烧炉2的设计要求半焦燃烧的动力学数据并通过实际的炉燃烧试验予以验证和优化。
对于所发明燃烧装置的另一个重要部件是输送通道3的大小。它应保证从流化床气化炉1至链条炉排燃烧炉2的半焦和可燃气的无障碍输送，并同时在输送通道3中保持一定高度的半焦充填床层，以实现可燃气通过半焦层后而燃烧。因此，输送通道3的截面大小可以根据换热器前墙6下所存在的链条炉排12上的燃料层纵向截面来决定，即大致相同或更大。输送通道3的截面越大，越有利于半焦的顺利输送和确保可燃气通过高温半焦层而燃烧(在半焦层中和其表面附近)。另一方面，链条炉排上燃料层截面的大小必须与燃料处理量(供给速率)相协调，特别是在链条炉排回转速度已由半焦所要求的停留时间所决定的情况下。实际上，所供入的煤燃料经过流化床气化炉1热解气化后，被转变为半焦和可燃气而经过输送通道3被输送到链条炉排燃烧炉2。物料平衡必须要求在流化床和链条炉排上的燃料运动速度相互协调。这就需要研究流化床热解气化后的物质分配规律，以作为设计锅炉换热器前墙6下端与链条炉排12间的间距的基础。
附图2所示本发明的低污染高效率燃烧装置的启动和连续运转方法基本同一般的链条工业锅炉燃烧装置。不同之处仅在于启动时煤的燃烧首先从流化床气化炉1开始。当流化床气化炉1所生成的半焦通过溢流被输送到链条炉排12之上并于输送通道3中充填到所希望高度的半焦层后才开始链条炉排12的运动。而运动链条炉排12而启动链条燃烧炉2的技术方法同一般的链条炉排工业锅炉。
所发明的低污染高效率燃烧装置可操作在加压环境下，但作为工业锅炉用的煤燃烧装置时将主要操作在常压下。但是，流化床气化炉1和链条炉排燃烧炉2间具有微小的压差，以实现气体由气化炉1，经输送通道3至燃烧炉2的流动。
由此可见，在技术上附图2所示本发明的低污染高效率燃烧装置是完全可行的，从而使得所发明的燃烧装置在应用于工业锅炉时可使燃烧无烟化、抑制NOx生成、在炉内有效脱除SOx和实现燃烧高效率化。这些可使我国工业锅炉的低效率和高污染现状予以彻底改善。值得一提的是，应用本发明燃烧装置的工业锅炉的换热器4可以采用现在所使用的技术和系统。也即是说，本发明的燃烧方法可用来改装现有的工业锅炉，以最低的成本获得高效率化和低污染化。
附图3至附图6为实施附图1所示本发明所述低污染高效率燃煤方法的其它几种燃烧装置的结构示意图。他们也同样实施本发明的方法原理和技术路线，但具有下述各自相对于附图2所示实施例的技术或工艺特征。
在附图2所示的燃烧装置中，可燃气全部被引到链条炉排12上的半焦燃料层，并通过该燃料层而燃烧。这可能在输送通道中导致较大压降，增大流化床气化炉1与链条燃烧炉间的压差。同时，大量可燃气的燃烧发生于锅炉换热器前墙6的下端附近，可致使该区域的极端高温。不但有烧坏附近的炉壁的可能性，还会导致高NOx生成。为此，附图3所示燃烧装置通过采用更短的换热器前墙61(具有小的向下延伸)，而在该前墙的下端设置一燃气火箅子16进一步扩大了可燃气的燃烧区域。该火箅子的高度与输送通道3中半焦层31的高度相当，以保持可燃气经半焦层而发生燃烧(即燃气火箅子16的上端通常在输送通道3中半焦充填层31的上表面附近)。很明显，取决于来自空气供给10的空气于半焦层31中的分布，可燃气燃烧可发生于输送通道半焦层31中和在火箅子16向燃烧室14的整个侧面上。后者使燃烧室中在炉排半焦燃烧层以上形成一可燃气燃烧区。在该燃烧区通常进行还原性燃烧，而可燃气的完全燃烧发生于二次空气供给15处。所述还原燃烧区的存在可转换大部分来自于炉排12上的半焦燃烧所产生的NOx为N2，并降低N2O的生成(燃料再燃技术原理)。相对于附图2所示的燃烧装置，本装置具有更大的可燃气流出界面和可燃气燃烧区(参见虚线环圈定的区域)，能降低由于可燃气流动所引起的压降并分散由燃烧该可燃气所产生的热量。其结果是使流化床气化炉1与链条燃烧炉2可操作在极小的压差下，而输送通道3和炉排12上的半焦层中将不形成极度高温区，有利于燃烧控制和抑制燃烧中NOx的生成。
附图3所示燃烧装置的另一个特点是通过使用向输送通道3倾斜的分散板110，可促进大颗粒碳渣及半焦颗粒自燃料输入口A侧移动到输送通道3侧通过流化床底部排出口50进入输送通道3。由于链条炉所使用的原煤中可能含有直径高达30-40mm的矸石和原煤，他们可能难以被完全流化。为此，倾斜的分散板可利用大颗粒自身重力，使其在流化床底部被气流振动的同时被运送到排出口50。
附图4所示实施本发明燃烧方法的燃烧装置经由进一步改进附图3所示燃烧装置而形成。其特点是它具有自左下向右上，即自下而上向链条炉排燃烧炉2方向倾斜的流化床气化后墙510和风箱后墙520。倾斜程度以不影响流化床后墙510上的燃料颗粒流化为限，如不大于20度。倾斜的流化床后墙510可使从流化床底部排出口50而排出的大颗粒半焦及矸石位于输送通道3中的半焦层31的左侧。当链条炉排12自左向右移动以剪切方式带走半焦燃料时这些较大颗粒的物料能被置于炉排的最低部。相应地，通过溢流而进入到输送通道3的较小半焦颗粒则处于输送通道半焦层31的右侧。在被向右运动的链条炉排12带走时可能被置于半焦层31左侧大颗粒燃料的上面。这种在链条炉排上的下大上小的燃料层有利于减少透过炉排缝隙而掉入灰渣室的燃料损失，从而进一步保证高燃烧效率。值得一提的是，虽然经过上游的流化床部分氧化气化会完全转换大部分特别细的颗粒，但大颗粒煤可能发生爆破进一步产生小颗粒。所以，进入链条炉排12的仍可能有直径小于5mm的小半焦颗粒，它们有未经燃烧而掉入灰渣室的可能。所以，使用附图4所示倾斜流化床后墙510而实现半焦燃料在炉排12上的下大上小的层次分布是必要的。另外，在本发明的链条燃烧炉2中无燃料升温和干燥过程，且链条炉排短。这些无疑也可减少小颗粒燃料透过炉排的损失。
采用倾斜的气箱后墙520可在链条炉排12上于燃气火箅子16与该气箱后墙520之间形成更大的半焦容纳空间。该更大的半焦容纳空间至少有以下两方面功能。首先是提供更大的半焦充填层以燃烧在流化床气化炉1中产生的、通过输送通道3而被送来的可燃气体，有利于实现低NOx燃烧。其次是它使燃烧控制更容易，因为输送通道3和链条炉排12间的空间实际上是连接流化床气化炉1和链条半焦燃烧炉2的半焦储存缓冲空间。该空间越大就越能缓和两炉间在处理速率对等性上所要求的严格性，允许更有余地地控制两炉的燃料处理速度。如，即使自气化炉1来的半焦供给速度一时较慢，也不至于使在链条炉排上进行的半焦燃烧立即受到影响，因为缓冲空间内的半焦可在一段时间内补充上所要求的半焦。在这一段时间内系统控制能使气化炉恢复正常，从而维持整个燃烧装置所设计的低污染高效率燃烧。
附图2至4所示本发明的低污染高效率燃烧装置采用了机械链条炉排燃烧炉2来燃烧来自上游流化床气化炉1的半焦和可燃气。这种煤燃烧装置适合于1蒸吨以上的较大能量容量工业锅炉。基于附图1所示本发明低污染高效率燃烧方法的基本原理和技术路线，下游的半焦和可燃气燃烧同样可于固定床燃烧炉中进行。附图5所示实施例就是整合流化床气化炉1和固定床半焦燃烧炉22的煤燃烧装置。其中，流化床气化炉1与附图2至4所示燃烧装置中的气化炉1相同。同样通过被流化燃料颗粒的溢流和底部排出口50将在气化炉1中所生成的半焦送入到输送通道3。输送通道3同样由左侧壁的流化床后墙51和风箱后墙52与右侧壁的锅炉换热器前墙62(被向下延伸)之间的间隔空间而形成，向下开口于固定床燃烧炉22。换热器前墙62在横向位置上几乎处于固定床燃烧炉22断面的中央位置或稍偏向锅炉换热器24。而固定床燃烧炉22的燃烧口设在该燃烧炉内固定床半焦层28与该炉燃烧室214在自换热器前墙62向右的交接面处，并为向下倾斜的燃烧口。为该燃烧口也设置火箅子216以防止燃料(半焦)颗粒大量溢入该燃烧炉燃烧室214。燃烧室的右下部有燃烧室灰渣仓217，收集在燃烧室沉降的飞灰和通过燃烧口火箅子216而可能溢出的碳渣和未燃尽半焦。固定床燃烧炉的炉排212可能为任何形式固定炉排或手动/机械往复和转动炉排。其空气供给210通过炉排下灰渣仓213和炉排212而进行(链条炉排12下几乎无灰渣)。
为保证于流化床气化炉1中产生的可燃气于通过该炉燃烧口火箅子216以下的半焦层时和在其表面附近进行燃烧，固定床半焦燃烧炉中的半焦充填高度应高于燃烧口及其火箅子216。由此，换热器前墙62的下端通常应低于风箱后墙52的下端(参见附图5)。这可使超过燃烧口的半焦层能常时维持于两墙下端之间的空间而使来自于气化炉1的可燃气确实在通过半焦层时和这之后而被燃烧，达到有效抑制NOx生成的目的。同样，附图5用虚线环标示了可燃气的可能燃烧区域，并在固定床燃烧炉22的燃烧室214设置二次空气215确保可燃气的完全燃烧。
附图5所示燃烧装置的固定床燃烧炉的燃烧口及其火箅子216设于燃烧炉的上端面的右侧。因此，自灰渣室213的空气供给210经炉排212后必定偏流于设置有燃烧口的右半侧，从而使得在右半侧的半焦燃烧速度快。而另一方面，本燃烧炉所使用的炉排(固定或手动/机械往复和转动炉排)水平安装，致使燃料由左至右的水平移动几乎不可能。所以，附图5所示燃烧装置仅适用于较小型的锅炉。对于较此更大容量的锅炉，可采用附图6所示改进型具有固定床半焦燃烧炉的燃烧装置。
相对附图5所示燃烧装置，所述改进型具有固定床半焦燃烧炉的燃烧装置的特点是其固定床燃烧炉22具有向该炉燃烧口火箅子216方向逐渐向下倾斜的炉排312，而在该燃烧炉上的燃烧口火箅子216对侧设置辅助空气供给310，以向左则的半焦燃料层供给空气。倾斜炉排312不仅可使半焦燃料易于从左至右移动，而且在固定床燃烧炉22中形成相对于燃烧口及其火箅子216厚度均匀的半焦充填层。这可使空气供给210在燃料层中更均匀地流动到燃烧口，抑制向右侧(燃烧口火箅子216侧)的偏流。其结果是在燃烧炉的整个燃料床层上形成更均匀的燃烧，致使燃料层的消耗速度更一致。但是，依靠倾斜炉排312很难完全抑制空气供给210向燃烧口火箅子216方向的偏流。为此，在附图6所示的倾斜炉排固定床半焦燃烧炉中右侧的燃料消耗速度仍会在一定程度上高于左侧的速度。在有的情况下这种燃烧不均匀是可以接受的，因为自左向下而倾斜的炉排正好能使燃烧慢的左侧半焦向燃烧快的右侧区域移动。同时，通过在固定床燃烧炉左侧(燃烧口火箅子216对侧)向那里的半焦燃料层供给辅助空气310可使左侧的燃烧速度加快，从而使自左向右的整个燃料层的燃烧均匀。这里，辅助空气供给310的使用应相应减少空气供给210，以保持向燃烧炉22的空气总供给量恒定。
相比于附图2至4所示采用连续运动的链条炉排半焦燃烧炉的燃烧装置而言，附图5和6所示采用固定床半焦燃烧炉22的燃烧装置更易于控制，因为后者在半焦燃烧速度和流化床气化速度上不要求有严格的对等关系。也即，二者的对应关系可在更大的允许范围内调节控制，因下游的固定床半焦燃烧炉22具有较大的容积，有较大能力(余地)适应来自流化床气化炉1的半焦在量上的变动。但是，这种利用固定床半焦燃烧炉的燃烧装置仅适合小容量、小负荷的应用，如应用于1.0蒸吨以下的热水锅炉和小型蒸汽锅炉。对于附图5所示的燃烧装置，固定床燃烧炉22在横端面上的不均匀燃烧使得其仅适用于特别小规模的热水锅炉。
最后需要提及的是，对于附图3至6所示本发明的各种燃烧装置，它们的炉内脱硫的实施将按发明原理中所论述的方式和方法同样进行(因此脱硫剂供给同样示于附图3-6中)，并遵循相同的工作原理和过程实现有效的炉内脱硫。而所有这些燃烧装置实现无烟、低NOx和高效率燃烧的工作过程和方式也类似或等同于对附图2所示燃烧装置所作的相应说明。为此，在说明附图3至6时未再重复。
虽然在附图2至6示意了实施本发明应用于燃煤锅炉的低污染高效率燃烧方法的几种具体燃烧装置，依据本发明的基本原理和技术工艺要点还可有很多其它不同的实施方式。例如，本说明书在利用固定床燃烧炉实施半焦燃烧时，仅图示了平面状的固定式炉排来说明所发明的技术，但固定床燃烧炉也可使用其他非平面状的炉排。而且，示于附图3和4的流化床气化炉1的倾斜分散板、倾斜风箱后墙等可以同样原理和方法适用于附图5和6所示的具有固定床炉排燃烧炉的燃烧装置。本说明书通过链条炉排来说明了所发明的低污染高效率燃烧方法对大型机械炉排燃烧炉的应用，实际上该应用可扩展到任何其他大型炉排的燃烧炉。同样，按本发明原理的上游流化床气化炉和下游炉排式半焦燃烧炉可利用不同于本说明书所示意的各种其他技术方法和工艺进行耦合，以实现低污染和高效率的煤燃烧。但是，在所有这些变动和变形中，只要采用上游流化床热解气化、下游炉排式半焦燃烧和通过半焦层及在半焦层表面附近燃烧可燃气的技术路线，它们将均隶属于本发明的方法和原理，不超出本发明的权利要求。
权利要求
1.一种燃煤锅炉的低污染高效率燃烧方法，其特征在于，该燃烧方法将煤燃烧分解为煤的上游流化床部分氧化气化和其所生成半焦及可燃气于炉排式燃烧炉中的燃烧两步进行；所述上游的流化床部分氧化气化为在流化床气化炉中供入煤燃料，并使所供入的煤燃料在流化床气化炉中被从该流化床气化炉底部供入的空气流化，进而通过与所供入空气中的氧气相互作用发生部分氧化气化，生成半焦和可燃气；所述下游的半焦及可燃气于炉排式燃烧炉中的燃烧为经上游流化床部分氧化气化所生成的半焦和可燃气不经分离、于高温状态下通过移动床式输送通道被输送到炉排式燃烧炉，在那里与通过该燃烧炉炉排而供入该炉的一次空气和供于该燃烧炉燃烧室的二次空气中的氧气相互作用而进行快速燃烧、完全燃烧，以转化煤燃料化学能为锅炉可利用的燃烧热。
2.按权利要求1所述的燃煤锅炉的低污染高效率燃烧方法，其特征在于，在所述上游的流化床部分氧化气化中，与所供入流化床气化炉的煤燃料一起按煤中的含硫量摩尔比的0-5倍加入含有金属碳酸盐、氢氧碱以及氧化物的脱硫剂，脱除在该流化床气化炉中所生成的硫化物和在下游半焦及可燃气于炉排式燃烧炉中燃烧而生成的硫氧化物；在所述下游的半焦和可燃气于炉排式燃烧炉的燃烧中，可燃气的燃烧在移动床式输送通道和炉排式半焦燃烧炉中的高温半焦层及该高温半焦层表面附近进行。
3.按权利要求1所述的燃煤锅炉的低污染高效率燃烧方法，其特征在于，在所述上游的流化床部分氧化气化中，经流化床气化炉底部所供入的空气量以维持该气化炉的温度于500至1000℃之间而调控。
4.一种权利要求1所述燃烧方法的燃煤锅炉的低污染高效率燃烧装置，其特征在于，包括一个置于上游的流化床部分氧化气化炉(1)，一个置于该流化床化炉(1)下游的链条炉排燃烧炉(2)，以及连通所述两炉并置于两炉之间的输送通道(3)；所述流化床气化炉(1)底部设风箱(91)，中部为流化颗粒床层(7)，上部为颗粒层上部空间(71)；在所述流化床气化炉(1)上远离输送通道(3)的一侧设煤燃料和脱硫剂供给口(A)，自流化颗粒层(7)的底部设通向输送通道(3)的底部排出口(50)；所述颗粒层上部空间(71)与输送通道(3)相通；所述风箱(91)顶部为流化床分散板(11)，在该分散板(11)下的风箱(91)的底部或侧面设空气供给(9)；所述链条炉排燃烧炉(2)为活动式链条炉排燃烧炉，其链条炉排(12)始于输送通道(3)正下方，在所述链条炉排(12)下方设燃烧炉(2)的一次空气供给(10)，在所述燃烧炉(2)的燃烧室(14)中设二次空气供给(15)，所述燃烧室(14)连通锅炉换热器(4)，链条炉排(12)的未端接排灰渣口(13)。
5.按权利要求4所述的燃烧装置，其特征在于，所述输送通道(3)由流化床气化炉(1)的流化床后墙(51)和该流化床的风箱后墙(52)构成其左侧壁，由锅炉换热器(4)的前墙(6)构成其右侧壁；底部排出口(50)位于所述流化床后墙(51)和风箱后墙(52)之间；锅炉换热器前墙(6)的下端高于风箱后墙(52)的下端，该前墙(6)的下端接近链条炉排(12)的上表面，在该换热器前墙(6)的下端和链条炉排(12)的上表面之间有半焦燃烧层(8)。
6.按权利要求4或5所述的燃烧装置，其特征在于，所述输送通道(3)的右侧壁由下段的燃气火箅子(16)和上段的锅炉换热器前墙(61)组合而成；所述构成输送通道(3)的左侧臂的流化床后墙(51)和风箱后墙(52)自下而上向链条炉燃烧炉(2)方向倾斜，其倾斜角度为0-20°。
7.一种权利要求1所述燃烧方法的用于燃煤锅炉的低污染高效率燃烧装置，其特征在于，包括一个置于上游的流化床部分氧化气化炉(1)，一个置于该流化床化炉(1)下游的固定床燃烧炉(22)，以及连通所述两炉并置于两炉之间的输送通道(3)；所述流化床气化炉(1)底部设风箱(91)，中部为流化颗粒床层(7)，上部为颗粒床层上部空间(71)；在所述流化床气化炉(1)上远离输送通道(3)的一侧设煤燃料和脱硫剂供给口(A)，自流化颗粒层(7)的底部设通向输送通道(3)的底部排出口(50)；所述颗粒层上部空间(71)与输送通道(3)相通；所述风箱(91)顶部为流化床分散板(11)，在该分散板(11)下的风箱(91)的底部或侧面设空气供给(9)；所述固定床燃烧炉(22)的排输为固定式炉排(212)，所述输送通道(3)向下开口于固定床燃烧炉(22)，所述固定式炉排(212)之下设第一灰渣仓(213)，所述灰渣仓(213)底端设该燃烧炉(22)的一次空气供给(210)，在该燃烧炉的燃烧室(214)中设置二次空气供给(215)，燃烧室(214)连通锅炉换热器(24)，其右下角设置燃烧室第二灰渣仓(217)。
8.按权利要求7所述的燃烧装置，其特征在于，所述的输送通道(3)由流化床气化炉(1)的流化床后墙(51)和该流化床的风箱后墙(52)构成其左侧壁，由锅炉换热器(24)的前墙(62)构成其右侧壁；锅炉换热器前墙(62)下端低于风箱后墙(52)下端，在横向位置上位于固定床燃烧炉(22)横断面的中央或中央稍偏换热器(24)方向。
9.按权利要求7或8所述的燃烧装置，其特征在于，所述输送通道(3)的右侧壁由下段的燃气火箅子(16)和上段的锅炉换热器前墙(61)组合而成；所述固定床燃烧炉(22)的燃烧口设在该炉内固定床半焦层(28)与该炉燃烧室(214)在自换热器前墙(62)向右的交接面处，具有燃烧口火箅子(216)；燃烧口火箅子(216)自换热器前墙(62)向右朝下倾斜，其倾斜小于45度。
10.按权利要求7至9所述的燃烧装置，其特征在于，所述固定式炉排(212)朝向锅炉换热器(24)方向向下倾斜；在固定床燃烧炉(22)靠近燃烧口火箅子(216)高端位置的另一侧设有辅助空气(310)。
全文摘要
本发明涉及燃煤锅炉的低污染高效率燃烧方法及装置，将煤燃烧分解为煤的流化床部分氧化气化和所生成半焦和可燃气于炉排式燃烧炉中燃烧两步；流化床部分氧化气化生成的半焦和可燃气不经分离、在高温下通过移动床式输送通道输送到炉排式燃烧炉进行燃烧；可燃气燃烧发生在输送通道和炉排式半焦燃烧炉中的高温半焦层中和该半焦层表面附近，可消除燃烧黑烟并抑制NO
文档编号F23B10/02GK101025266SQ20061001135
公开日2007年8月29日 申请日期2006年2月23日 优先权日2006年2月23日
发明者许光文, 高士秋, 刘新华 申请人:中国科学院过程工程研究所