扼制氮氧化物生成的七区段燃烧炉膛结构的制作方法
【专利摘要】本发明扼制氮氧化物生成的七区段燃烧炉膛结构涉及燃煤工业锅炉【技术领域】。该结构利用氮气必须在高温和氧化环境下才能生成氮氧化物的特性，在炉膛内的前拱与后拱之间特制一“┐”型中拱，把炉膛分成了前、后、上三个区域共七个区段，并赋予了不同的功能，使之在不同的区段通过分段供风装置控制不同的风量和温度，从而达到扼制氮氧化物-NOx的生成量，实现减少污染排放的目的。本发明技术将氮氧化物-NOx生成后处理变为生成前处理，以简单的方式扼制了氮氧化物-NOx的生成，达到了燃煤工业锅炉洁净燃烧的目的。
【专利说明】扼制氮氧化物生成的七区段燃烧炉膛结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃煤工业锅炉【技术领域】，具体地说是一种能扼制氮氧化物生成的七区段燃烧炉膛结构。
【背景技术】
[0002]李克强总理在政府工作报告中提出了向雾霾宣战的要求。而燃煤工业锅炉是目前我国主要大气污染源之一，要减少雾霾，必须尽快地拿出治理方案并加紧进行治理。
[0003]中小型工业锅炉中的层燃结构，利用燃料在炉膛内燃烧，释放大量的热并生成二氧化碳。煤碳从进入炉膛到燃烧完毕，一般要经历四个阶段:①水分蒸发干燥。当温度达到105°C左右时，水分全部被蒸发。②挥发份着火阶段。煤不断吸收热量后，温度继续上升，挥发物随之析出，当温度达到着火点时，挥发物开始燃烧，挥发物燃烧速度快，一般只为煤整个燃烧时间的1/10左右。③焦碳燃烧阶段。煤中的挥发物着火燃烧后，余下的碳和灰组成的固体物便是焦碳。此时焦碳温度上升很快，固定碳剧烈燃烧，放出大量的热量。煤的燃烧速度和燃烬程度主要取决于这个阶段。④燃烬阶段。这个阶段使灰渣中的焦碳尽量烧完，以降低锅炉热损失，提高效率。良好的燃烧必须具备三个条件:1、温度。温度越高，化学反应速度快，燃烧就愈快。层燃炉温度通常在1100--130(TC。2、空气。空气冲刷碳表面的速度愈快，碳和氧接触愈好，燃烧就愈快。3、时间。要使煤在炉膛内有足够的燃烧时间。 [0004]在碳燃烧释放热量的过程中，不仅生成二氧化碳，而且在氧化氛围和高温的条件下，空气中的氮气与氧气氧化生成氮氧化物-N0X，如N2+202=2N02、N2+02=2N0。
[0005]Ν0、Ν02通常称为氮氧化物-NOx，温度越高一1350°C以上、氧化氛围越强，生成的氮氧化物越多。氮氧化物的排放是锅炉燃烧后的主要污染源。而氮氧化物一旦生成，处理难度和处理成本都很大，那么，如何抑制氮氧化物的生成，减少氮氧化物的排放，是目前燃煤工业锅炉的一个主要污染控制项目。
【发明内容】
[0006]本发明是根据碳和氮气燃烧特性及生成条件，利用氮气必须在高温和氧化环境下才能生成氮氧化物的特殊特性，在炉膛内的前拱与后拱之间特制一 “Π ”形中拱，设计成特殊的七区段燃烧炉膛结构，把炉膛分成三个区域七个区段并赋予不同的功能，使之在不同的区段通过控制不同的风量和温度，从而达到扼制氮氧化物-NOx的生成量，实现减少污染排放的目的。本发明技术将氮氧化物-NOx生成后处理变为生成前处理，以简单的方式扼制了氮氧化物-NOx的生成，达到燃煤工业锅炉洁净燃烧的目的。
[0007]本发明所采取的技术方案是:在炉膛内的前拱与后拱之间特制一 “π ”形中拱，“Π ”形中拱的下部有一垂直向下的直墙，直墙与炉排上煤层之间有空档，形成CO后出口 ；“π ”形中拱的上部横向向前倾斜，把炉膛分为前、后、上三个区域；在前区域，前拱、“π ”形中拱与炉排之间形成煤炭干燥段、挥发份着火段、碳燃烧段及CO积聚区；在该区域，煤炭在煤炭干燥段时，因温度很低，不可能产生NOx;当煤炭进入挥发份着火段，因煤炭刚点火，这时煤炭层的温度也较低，燃烧动力不足，也不可能产生NOx ;当煤炭进入碳燃烧段后，因有前拱和“Π ”形中拱的辐射热，而且没有水冷壁的吸热，使煤炭层温度快速增高，下层煤炭高速燃烧大量生成CO2，当控制进风量后，使空气过量系数小于1，在上层的灼热碳因氧气不足与下层的燃烧产物CO2还原为CO，并吸收热量，这时，在碳燃烧段的高温区内，因燃烧环境在还原的情况下，难以生成NOx ;在后区域，后拱、“π ”形中拱与炉排之间形成燃烬段和过氧区；在该区域，燃烬段将没有燃烧完的C继续燃烧，但由于C的存量较少，从CO后出口流出的CO也不多，因而过氧区燃烧动力不足，加之CO在过氧区被大风量稀释，温度在1200°C以下，也难以生成NOx ;在上区域，前拱、后拱与“π ”形中拱组成CO燃烧区；在该区域，大量的CO从CO前出口涌向CO燃烧区，并与从过氧区过来的含氧烟气混合后在CO燃烧区继续燃烧时，因有水冷壁吸热的原因，炉膛温度一般在1000°C左右，NOx生成条件不足，使NOx生成量降低。
[0008]所述的“π ”形中拱的前端出口高度比前拱的出口高度低，从而形成CO前出口，“Π ”形中拱的后端上部比后拱的出口低，比后拱的后端高。
[0009]本发明与原技术相比，一是本发明在传统的燃煤工业锅炉炉膛内的前拱与后拱之间特制一 “Π ”形中拱，把炉膛分为三个区域，改原四段燃烧为七区段燃烧，使燃烧更为充分，利用率也就越高。
[0010]二是在燃烧过程中能有效控制氮氧化物的生成条件，从而扼制氮氧化物的生成量，减少燃煤工业锅炉的污染排放，以减少雾霾天气的生成条件，实现燃煤工业锅炉洁净燃烧的目的，有效提升社会效益。
[0011]三是通过对炉膛结构的改造，把氮氧化物生成后处理变为生成前处理，以简单的方式扼制了氮氧化物的生成，这种化繁为简的方式不仅降低了氮氧化物的处理难度，还提升了处理效果，同时还能通过避免氮氧化物生成后处理而节约大量的人力、物力及设备投资，具有明显的经济效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明炉膛结构示意图。
[0013]图中1.煤炭干燥段 2.挥发份着火段 3.前拱 4.CO积聚区 5.CO前出口
6.碳燃烧段7.CO燃烧区8.“π ”形中拱9.炉排10.CO后出口 11.0)2出口 12.过氧区13.分段供风装置14.燃烬段15.后拱16.锅炉部件。
【具体实施方式】
[0014]如图1所示，在炉膛内的前拱3与后拱15之间特制一 “π ”形中拱8，特制的“π ”形中拱8的后端上部比后拱15的出口低，比后拱15的后端高，特制的“π ”形中拱8的前端出口高度比前拱3的出口高度低，从而形成CO前出口 5，特制的“π ”形中拱8的下部有一垂直向下的直墙，直墙与炉排9上煤层之间有空档，形成CO后出口 10，特制的“π ”形中拱8的上部横向向前倾斜，把炉膛分为前、后、上三个区域。
[0015]在前区域，前拱3、“π ”形中拱8与炉排9之间形成煤炭干燥段1、挥发份着火段
2、碳燃烧段6及CO积聚区4。在该区域，通过分段供风装置13把煤炭干燥段I和挥发份着火段2的风门按正常链条炉排的燃烧方式调整。当煤碳进入煤炭干燥段1，温度达到105°C左右时，水分全部被蒸发，当进入挥发份着火段2后，煤不断吸收热量，温度继续上升，挥发物随之析出，温度达到着火点时，挥发物开始燃烧，但此时煤炭刚点火，煤层的温度较低，挥发物燃烧速度又快，燃烧温度不足1000°c，无法产生NOx ;当煤碳进入到碳燃烧段6时，因有前拱3和“π ”形中拱8的辐射热，而且没有水冷壁的吸热，使煤炭层温度快速增高，下层煤炭高速燃烧大量生成CO2,当通过分段供风装置13把碳燃烧段6的风门调小后，控制上层煤炭空气过量系数小于1，使在上层的灼热碳因氧气不足与下层的燃烧产物CO2还原为CO并吸收热量，被还原的CO在CO积聚区4大量积聚，此时虽在碳燃烧段6的高温区内，但因燃烧环境在还原的情况下，NOx生成条件被扼制，难以生成N0X。
[0016]在后区域，后拱15、“π ”形中拱8与炉排9之间形成燃烬段14和过氧区12。在该区域，燃烬段14将没有燃烧完的C继续燃烧，但由于C的存量较少，从CO后出口 10流出的CO也不多，虽然通过分段供风装置13把燃烬段14的风门调大，使空气过量系数大于1，但因过氧区12燃烧动力不足，加之在过氧区12的CO被大风量稀释，燃烧温度在1200°C以下，NOx生成条件不足,也难以生成NOx。
[0017]在上区域，前拱3、后拱15与“π ”形中拱8组成CO燃烧区7。在该区域，大量的CO从CO前出口 5涌向CO燃烧区7，并与从过氧区12过来的含氧烟气在CO燃烧区7内混合。当CO进入CO燃烧区7并与含氧烟气混合继续燃烧时，因有水冷壁吸热的原因，炉膛温度不会太高，一般在1000°C左右，NOx生成条件被水冷壁吸热所扼制，使NOx生成量降到最低值。
【权利要求】
1.扼制氮氧化物生成的七区段燃烧炉膛结构，其特征是:在炉膛内的前拱(3)与后拱(15)之间特制一 “π ”形中拱(8)，“π ”形中拱⑶的下部有一垂直向下的直墙，直墙与炉排(9)上煤层之间有空档，形成CO后出口(10) ”形中拱(8)的上部横向向前倾斜，把炉膛分为前、后、上三个区域；在前区域，前拱(3)、“π ”形中拱(8)与炉排(9)之间形成煤炭干燥段(I)、挥发份着火段(2)、碳燃烧段(6)及CO积聚区(4);在该区域，煤炭在煤炭干燥段(I)时，因温度很低，不可能产生NOx ;当煤炭进入挥发份着火段(2)时，因煤炭刚点火，这时煤炭层的温度也较低，燃烧动力不足，也不可能产生NOx;当煤炭进入碳燃烧段(6)后，因有前拱(3)和“π ”形中拱(8)的辐射热，而且没有水冷壁的吸热，使煤炭层温度快速增高，下层煤炭高速燃烧大量生成CO2，当控制进风量后，使空气过量系数小于1，在上层的灼热碳因氧气不足与下层的燃烧产物CO2还原为CO，并吸收热量，这时，在碳燃烧段(6)的高温区内，因燃烧环境在还原的情况下，难以生成NOx ;在后区域，后拱(15)、“π ”形中拱⑶与炉排(9)之间形成燃烬段(14)和过氧区(12);在该区域，燃烬段(14)将没有燃烧完的C继续燃烧，但由于C的存量较少，从CO后出口(10)流出的CO也不多，因而过氧区(12)燃烧动力不足，加之CO在过氧区(12)被大风量稀释，温度在1200°C以下，也难以生成NOx ;在上区域，前拱(3)、后拱(15)与“π ”形中拱⑶组成CO燃烧区(7);在该区域，大量的CO从CO前出口(5)涌向CO燃烧区(7)，并与从过氧区(12)过来的含氧烟气混合后在CO燃烧区(7)继续燃烧时，因有水冷壁吸热的原因，炉膛温度一般在1000°C左右，NOx生成条件不足，使NOx生成量降低。
2.根据权利要求1所述的扼制氮氧化物生成的七区段燃烧炉膛结构，其特征还在于:所述的“Π ”形中拱⑶的前端出口高度比前拱⑶的出口高度低，从而形成CO前出口(5)，“Π ”形中拱⑶的后端上部比后拱(15)的出口低，比后拱(15)的后端高。
【文档编号】F23M5/06GK103925611SQ201410179278
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】华佛根, 张垂德, 秦安军, 程金成, 王桂林 申请人:江苏维德锅炉有限公司