一种煤的高效洁净多梯度燃烧装置及其使用方法与流程

本发明涉及煤燃烧环保技术，属燃烧工程领域，提供了一种高温条件下源头抑制粉尘、NOx和SO₂产生的燃烧装置。

背景技术：

我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，也是世界上为数不多的以煤炭为主要一次能源的国家之一(煤炭占全国能耗的67％)。当前，煤炭为我国提供了70％以上的发电燃料，60％的化工原料和80％的民用燃料。根据预测，即使到了2050年，煤炭仍占50％以上。

燃煤所造成的污染是制约我国国民经济和社会持续发展的一个重要因素，也已成为国际上，特别是周边国家和地区对中国关注的热点，如不采取有力的治理措施，如京津冀雾霾这种局面将还会加速恶化。

我国煤燃烧所释放的SO₂占到全国总排放的85％，CO₂占到85％，NOx占到60％，粉尘占到了70％，据2015年中国统计年鉴记载，我国2014年烟尘排放量1740.75万吨，SO₂排放量1974.42万吨，NOx排放量2078.00万吨，煤炭燃烧所带来的环境污染是制约我国可持续发展的一个重要因素。我国酸雨受灾地区不断扩大，另外，重金属和PM2.5的排放日益增加，对人类的健康和生态环境带来了巨大的危害。

对常规燃煤技术而言，NOx主要通过燃料型生成途径而产生。NOx的生成与破坏与以下因素有关：(1)煤的燃烧方式、燃烧工况，其产生量依赖于燃烧温度水平；(2)煤种特性；(3)炉膛内反应区烟气的气氛，即烟气内氧气，氮气，NO的含量；(4)燃料及燃料产物在火焰高温区和炉膛内的停留时间；SO₂的产生主要来自于煤种中的含硫量，高硫煤产生的SO₂势必会更多。

常用的燃烧技术有旋流燃烧和直流燃烧，旋流煤粉燃烧技术在我国有着较广泛的应用，尤其是近几年投产的大容量机组，多采用旋流煤粉燃烧技术，相比于直流燃烧技术，采用旋流煤粉燃烧器锅炉有以下几个优点：(1)可以避免采用直流燃烧器产生的过热区热偏差；(2)每个燃烧器独立组织燃烧，不发生相互影响，启停方便；(3)对炉膛形状没有严格的要求，有利于尾部对流受热面的布置；(4)燃烧器均匀布置于前墙或后墙，输入炉膛的热量分配也比较均匀，减少了炉膛中部燃烧区因温度偏高而造成结渣的可能性；(5)当机组容量增大时，只需相应增大炉膛宽度及增加燃烧器只数和排数，不需要炉膛接近正方形，同时单只燃烧器的热功率也可不用增大。

随着环境问题的日益严峻及我国动力用煤变差，对于采用旋流煤粉燃烧技术的锅炉机组，降低NOx排放量、提高煤种适应性、防止锅炉结渣及保证锅炉机子的安全稳定运行越来越重要。开发出拥有我们自己知识产权的，适应我国煤质的高效旋流燃烧技术是十分必要的。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：一种煤的高效利用多梯度燃烧装置在煤的燃烧过程中实现污染物的减排以及能源的高效利用。本发明的思想是实现污染物的过程控制，减少NOx，SO₂以及颗粒物的排放，实现煤的清洁高效利用。

一种煤粉高效洁净多梯度燃烧装置，其特征在于多梯度燃烧装置由多梯度燃烧装置燃烧室和排渣室组成；多梯度燃烧装置燃烧室由顶盖，泄压口，点火烧嘴，燃烧观察窗孔，风口，旋流炉膛，烟道，多梯度燃烧装置炉体构成；其中，在多梯度燃烧装置炉体内置6对成中心对称的风口，由高到低分别为一次风口，二次风口，三次风口，四次风口，五次风口，六次风口；一次风口前端设有进煤口和鼓风喷吹管。

进一步的多梯度燃烧装置炉体外部为焊接钢结构，内部为耐火材料浇注而成；同时在多梯度燃烧装置燃烧室顶部设有呈倒锥台型的顶盖。

进一步的在纵向上，多梯度燃烧装置炉体设计成可活动拆分的六段，并能根据实际使用要求调整多梯度燃烧装置炉体的高度和风口数量，以及在多梯度燃烧装置炉体顶部加装预热室；在燃烧段尾部，设有一个截面呈圆柱形的烟道，烟道位于多梯度燃烧装置炉体尾部，内层铺设有耐火材料。

进一步的排渣室由排渣室观察孔，液流孔，挡渣墙，排渣室底塞构成；其中，挡渣墙和排渣室底塞由耐火材料浇筑而成，均呈矩形；排渣孔呈现由内至外为逐步缩小的圆形。

如上所述的一种高效洁净多梯度燃烧装置的使用方法，其特征在于：首先，把添加剂、煤粉通过进煤口随空气从一次风口输送到多梯度燃烧装置燃烧室内，并沿着多梯度燃烧装置燃烧室从壁面到中心、从顶部到底部形成稳定的温度梯度、气相浓度梯度、固相粒度和流量梯度的燃烧空间，同时，在多梯度燃烧装置燃烧室上部煤粉被点火烧嘴点燃，随着燃烧的进行，多梯度燃烧装置燃烧室内的温度逐渐升高，煤粉燃尽剩下的煤灰被高温融化并落入到排渣室中；

其中，部分助燃空气作为载体，携带固硫固氮剂、煤渣改质剂和煤粉通过一次风口输送到多梯度燃烧装置燃烧室内，其余剩余助燃空气以及氧气按照不同比例分别从二次风口，三次风口，四次风口，五次风口，六次风口进入燃烧室内燃烧煤粉；

排渣室内熔融的灰渣，在燃烧过程中一部分液态煤渣从排渣孔排出，一部分未熔融灰渣在积累一定时间后通过排渣室底塞排出。

进一步的通过调节多梯度燃烧装置炉体上的六对进风口来以及添加合适的固硫固氮剂、煤渣改质剂来控制煤粉的燃烧气氛和改质煤渣，达到高效洁净燃烧和制备高附加值产品的目的。

进一步的在燃烧期间，排渣孔在不使用时利用不定型耐火材料胶泥堵住，耐火材料通过自身烧结便可堵住孔道，以防止渣液的自行排出；排渣室底塞由高温耐火材料构成，在燃烧过程中由螺母固定在炉墙上，燃烧一段时间后拔出排渣室底塞，并清理排渣室内灰渣。

本发明的优点是：煤粉在炉膛的燃烧过程中实现氮氧化物、二氧化硫以及颗粒物的生成量的减少，在煤粉高效燃烧的同时实现煤粉的清洁燃烧，一方面提高了锅炉的燃烧效率，实现了节能的目的，另一面，减少了污染物的排放，达到了减排效果。该装置适用范围广，可用于多种煤种的燃烧，对于劣质煤种同样有较好的燃烧效果。

附图说明

图1是本发明装置的主视图

图2是图1的A-A剖面图

图3是图1的B-B剖面图

图4是一次风口4的剖面图

附图中标号表示：1、顶盖，2、泄压口，3、炉体外壳，4、一次风口，5、二次风口，6、三次风口，7、四次风口，8、五次风口，9、六次风口，10、多梯度燃烧装置燃烧室，11、液流孔，12、烟道，13、高温耐火材料层，14、保温耐火材料层，15、顶盖把手，16、排渣室，17、点火烧嘴，18、燃烧观察窗孔，19、底塞把手，20、排渣室观察孔，21、多梯度燃烧装置炉体，22、挡渣墙，23、排渣室底塞，24、进煤口，25、鼓风喷吹管。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围和应用范围不限于以下实施例：

实施例1：

烟煤，球磨过200目标准筛，粒径<0.075mm，灰分含量12.27％。

向点火烧嘴17内通入液化石油气和空气，点燃该气体混合物，燃烧产生的热量逐渐预热炉体内部空间和耐火材料。待二次风段处温度逐渐升至750～800℃，三次风段处温度逐渐升至650～750℃，通过进煤口24和鼓风喷吹管25，由一次风口4向炉膛内喷吹煤粉。在点火烧嘴17的作用下，喷入炉内的煤粉被点燃，炉膛内各区域温度进一步升高。控制煤粉喷吹量为20～40kg/h，总鼓风量为280～350m³/h，经过一段时间喷吹燃烧并达到稳定后，一次风口4处的温度可稳定在1200～1300℃，三次风口6处温度可稳定在1410～1450℃，烟道12的温度可稳定在1100～1150℃。烟道12尾部氮氧化物浓度范围为400～800mg/m³，二氧化硫的浓度范围为200～900mg/m³，颗粒物中PM2.5浓度为40～100mg/m³。

实施例2：

烟煤和无烟煤，球磨过200目标准筛，粒径<0.075mm，烟煤灰分含量12.27％，无烟煤灰分含量15.8％。

向点火烧嘴17内通入液化石油气和空气，点燃该气体混合物，燃烧产生的热量逐渐预热炉体内部空间和耐火材料。待二次风段处温度逐渐升至750～800℃，三次风段处温度逐渐升至650～750℃，通过进煤口24和鼓风喷吹管25，由一次风口4向炉膛内喷吹按照一定比例混合的烟煤和无烟煤的混合煤粉。在点火烧嘴17的作用下，喷入炉内的煤粉被点燃，炉膛内各区域温度进一步升高。在燃烧过程中于二次风口5和五次风口8处配加一定量的氧气。控制煤粉喷吹量为30～40kg/h，总鼓风量为280～400m³/h，经过一段时间喷吹燃烧并达到稳定后，一次风口4处的温度可稳定在1450～1500℃，三次风口6处温度可稳定在1500～1550℃，烟道12的温度可稳定在1150～1200℃。烟道12尾部氮氧化物浓度范围为500～700mg/m³，二氧化硫的浓度范围为800～1600mg/m³，颗粒物中PM2.5浓度为20～100mg/m³。

实施例3：

烟煤和无烟煤，球磨过200目标准筛，粒径<0.075mm，烟煤灰分含量12.27％，无烟煤灰分含量15.8％，添加剂，球磨过200目标准筛。

向点火烧嘴17内通入液化石油气和空气，点燃该气体混合物，燃烧产生的热量逐渐预热炉体内部空间和耐火材料。待二次风段处温度逐渐升至750～800℃，三次风段处温度逐渐升至650～750℃，通过进煤口24和鼓风喷吹管25，由一次风口4向炉膛内喷吹按照一定比例混合的烟煤和无烟煤以及加入一定添加剂的混合煤粉。在燃烧过程中于二次风口5和五次风口8处配加一定量的氧气。在点火烧嘴17的作用下，喷入炉内的煤粉被点燃，炉膛内各区域温度进一步升高。控制煤粉喷吹量为30～40kg/h，总鼓风量为280～350m³/h，经过一段时间喷吹燃烧并达到稳定后，一次风口4处的温度可稳定在1450～1500℃，三次风口6处温度可稳定在1500～1550℃，烟道12的温度可稳定在1150～1200℃。烟道12尾部氮氧化物浓度范围为400～700mg/m³，二氧化硫的浓度范围为800～1200mg/m³，颗粒物中PM2.5浓度为20～100mg/m³。