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CN100529529C - 固态燃料的洁净燃烧和增值燃烧的设备 - Google Patents

固态燃料的洁净燃烧和增值燃烧的设备 Download PDF

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CN100529529C CN 200610092937 CN200610092937A CN100529529C CN 100529529 C CN100529529 C CN 100529529C CN 200610092937 CN200610092937 CN 200610092937 CN 200610092937 A CN200610092937 A CN 200610092937A CN 100529529 C CN100529529 C CN 100529529C
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Abstract

固态燃料的洁净燃烧和增值燃烧的工艺及其设备，涉及以煤、垃圾、生物质为燃料的热能设备。本发明的燃烧系统主要由燃料供给装置、水蒸汽输入装置、气化燃烧室、炉膛、上层水冷式或风冷式炉排、下层固定炉排/或活动炉排、空气预热器、一次供风装置、二次供风装置、高温烟气反馈装置组成，其中：气化燃烧室为准封闭状态；水蒸汽输入装置包括水蒸汽喷嘴或等离子体发生器。本发明把固态燃料在气化燃烧室内进行预热、烘干、气化、脱硫/脱氯、挥发物逸出燃烧、燃料层燃烧，燃烧所产生的高温烟气穿过上层炉排上的炽热燃料层进入到炉膛进行二次燃烧，消除了煤烟，同时把水蒸汽送入到气化燃烧室内，用来抑制煤烟的生成，实现洁净燃烧和增值燃烧。

Description

固态燃料的洁净燃烧和增值燃烧的设备
所属技术领域
本发明涉及固态燃料的燃烧工艺，特别涉及以煤、垃圾、生物质为燃料的热能设备。
背景技术
环境保护和能源问题越来越紧密地影响到人们的生活和国民经济的发展，环境污染已经成为当前我国发展中的一个重大问题，我国的“十一五”规划中提出了两项目标，就是在今后五年，单位GDP的增长，能源消耗要降低20％，污染物的排放要降低10％。国务院总理温家宝在第六次全国环境保护大会上发表重要讲话中强调：“保护环境关系到我国现代化建设的全局和长远发展，是造福当代、惠及子孙的事业。我们一定要充分认识我国环境形势的严峻性和复杂性，充分认识加强环境保护工作的重要性和紧迫性，把环境保护摆在更加重要的战略位置，以对国家、对民族、对子孙后代高度负责的精神，切实做好环境保护工作，推动经济社会全面协调可持续发展。”到目前为止，人类的能源结构仍然是以燃煤和燃油为主，并且在未来的20年内不会改变，然而，随着环境保护形势的日益严峻及化石燃料的日渐枯竭，人类必须实现能源的“开源节流”，即：一是提高燃料燃烧的效率以减少资源消耗，并同时实现清洁燃烧以减少对环境的污染；二是开发新能源，并积极利用可再生能源。
我国是煤炭生产大国，也是煤炭消耗大国，在我国的能源结构中，煤炭是第一能源，主要用作锅炉燃料。煤炭是常规能源中较为廉价的一种能源，燃煤锅炉的燃料成本只有燃油锅炉或燃气锅炉的五分之一，但是长期以来，燃煤设备的燃烧工艺以直接燃烧为主，普遍存在燃烧不充分、热效率低、煤炭资源浪费严重、严重污染大气环境的现象。燃煤产生的污染物主要为煤烟、粉尘、二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳、高氧化氮(NOx)以及灰渣等，在这些污染物中，煤烟和粉尘所占的比例最大，固态燃料在燃烧的初期极易产生煤烟，煤烟是由碳氢燃料的脱氢、聚合或缩合而生成的，在一般的热能设备中，煤烟一旦形成再将其烧掉是很困难的。目前的燃煤设备还不能达到完全消除燃煤对环境的污染。
生物质能是太阳能通过光合作用转化而来的，主要以农林作物的形式存在，是一种唯一可再生的碳源。我国生物质资源十分丰富，有大量的农业废弃物、薪柴林、木材加工废料可供使用，仅秸秆、谷壳之类的农业废弃物每年就有7亿多吨，折合标准煤3亿多吨，而其它的生物质资源尚无统计。目前，这些生物质资源未能得到有效利用，除小部分农村用来发酵生产沼气外，大部分都被直接燃烧、填埋掉了。生物质在直接燃烧过程中或在一般的锅炉中燃烧易产生煤烟、飞灰、一氧化碳和二氧化碳污染环境。
固态燃料除了煤炭和生物质外，还有垃圾可作为燃料使用，垃圾随着我国国民经济的发展及城市规模的不断扩大而迅速增加，对这些垃圾如不进行及时处理，将会污染环境，影响到人们的生活。采用填埋法处理城市生活垃圾，不但需占用大量的土地、浪费资源，而且容易造成二次污染；采用焚烧法处理城市生活垃圾，可以做到无害化、减量化、资源化处理，回收的热能用于发电或供热，因此，焚烧法是各国所采用的处理城市生活垃圾的主要方法。焚烧垃圾容易生成剧毒物二恶英及产生恶臭、煤烟、二氧化碳、二氧化硫、氯化氢等污染物破坏环境，影响人们的身体健康。目前的垃圾焚烧设备存在结构复杂、价格高、热效率低的情况。
经检索专利文献，中国专利授权公告号CN 2660397Y的“气化燃烧环保锅炉”公告了吉林东泰环保锅炉制造有限公司的实用新型专利，它包括外炉体、锅筒、烟火管、下集箱、水冷壁、前烟箱、后烟箱、进水口、出水口、前拱、后拱、炉门、链驱动炉排、进风口，其特殊之处在于：在外炉体内设置的前拱至后拱之间立置炉墙，前拱与第一个炉墙的空间为气化燃烧室，第一个炉墙与第二个炉墙的空间为炭化燃烧室，第二个炉墙至第三个炉墙的空间为燃烬室，第三个炉墙与外墙体的空间为沉灰室。该实用新型专利是对现有锅炉进行技术改造，其燃烧效率及对环境的污染将有所改善，但该实用新型的气化燃烧室、炭化燃烧室、燃烬室、沉灰室依链驱动炉排及烟气的运动方向呈水平排列，容易发生机械不完全燃烧和化学不完全燃烧的现象，一旦燃料在前期的燃烧过程中所形成的煤烟将很难消除，影响到燃烧效率及环保效果。
为了实现能源的“开源节流”，提高燃料燃烧的效率以减少资源消耗，积极利用可再生能源，并同时实现清洁燃烧以减少对环境的污染，本发明提供固态燃料的洁净燃烧和增值燃烧的工艺及其设备。
发明内容
本发明的固态燃料的洁净燃烧和增值燃烧的工艺流程方案其设备燃烧系统主要由燃料供给装置、水蒸汽输入装置、气化燃烧室、炉膛、上层水冷式炉排或风冷式炉排、下层固定炉排/或活动炉排、空气预热器、一次供风装置、二次供风装置组成，其中：气化燃烧室为准封闭状态的结构，气化燃烧室由烘顶、炉墙或炉胆构成，设备的上层水冷式炉排或风冷式炉排构成气化燃烧室的底，上层炉排上的燃料层构成气化燃烧室与炉膛之间的物理隔离带，进煤口由燃料供给装置上的煤层进行与外界的隔离。固态燃料在气化燃烧室内进行预热、烘干、气化、脱硫/脱氯、挥发物逸出燃烧、燃料层燃烧。运行时，把固态燃料通过燃料供给装置进入到气化燃烧室内，并被撒布在上层炉排上，当燃料中含有煤或垃圾时，把脱硫/脱氯剂掺入燃料中一起送入气化燃烧室，把水蒸汽作为气化剂送入气化燃烧室内，用来抑制煤烟的生成并与炽热的炭化合为气体燃料，以实现增值燃烧，经过预热的空气由一次供风装置通过风嘴或布风板送入气化燃烧室燃料层的上部，燃料层由上而下进行燃烧，燃料在干馏过程中逸出的硫组分或氯组分被脱硫/脱氯所吸收，燃烧所产生的高温烟气穿过上层炉排上的炽热燃料层进入到炉膛，水蒸汽(包括燃料中被烘出的水蒸汽)及未燃烬的挥发物也随高温烟气一起穿过炽热的燃料层，其中水蒸汽与炽热的炭发生化学，生成气态还原物—氢气和一氧化碳，在气化燃烧室中未燃烬的挥发物及生成的气态还原物在炉膛中得到由二次供风装置送来的二次风而进行二次燃烧，在这一过程中，气化燃烧室中产生的煤烟及CnHm也在穿过炽热的燃料层时以及在炉膛的二次燃烧中遇高温和空气而燃烬。燃煤逸出挥发物后的固态炭由上层炉排的间隙漏落到下层炉排上继续燃烧，再由下层活动炉排运送进炉膛、经主燃烧区至燃烬区继续燃烧，直至燃烬。炭燃烧所需的空气由一次供风装置提供经过预热的空气。通过调节进入到气化燃烧室中水蒸汽的量来调节气化燃烧室内的温度，把气化燃烧室内的温度控制在合适的程度上。本发明还采取把水蒸汽作为工作气体送入等离子体发生器，等离子体是在电离层或放电现象下所形成的正离子和电子的数量大体相同并且以相当大的浓度存在的一种状态，伴随着放电现象将会生成了激发原子、激发分子、离解原子、游离原子团、原子或分子离子群的活性化学物以及它们与其它的化学物碰撞而引起的反应，在等离子体发生器中，放电作用使得水分子失去外层电子而形成离子状态，经相互碰撞而分解为氢和氧，用这种方法来活化分解水分子，效率高、能耗低，把经过活化后的水分子再喷入气化燃烧室的措施，来获取更高的气化率，生成更多的气体燃料。本发明所述的等离子体发生器为一只以上至少一只。为了加速炉膛中空气与燃料混合以促进燃烧，同时也为了实现低氧燃烧，以减少有害物NOx的生成，本发明把一部分锅炉尾部的高温烟气反馈进炉膛，用反馈的高温烟气来扰动炉膛的气流。本发明的燃烧工艺在固体燃料的燃烧过程没有煤烟产生，也没有二氧化硫、氯化氢之类的污染物生成，当燃烧垃圾燃料时，由于在燃烧的初期就脱去了氯组分，因而也不会生成剧毒物二恶英；可通过控制炉膛的温度或实现低氧燃烧来抑制有害物高氧化氮(NOx)的生成；烟气中粉尘可通过除尘装置除去，二氧化碳可通过分离净化装置予以回收用作化工原料。本发明的上述措施使得固态燃料的洁净燃烧和增值燃烧的目的得以实现。
本发明所述的的上层炉排包括水冷式或风冷式的固定炉排和水冷式或风冷式的振动炉排，采用钢管材料，管内通入水或空气冷却炉排，当采用通入水来冷却炉排时，上层固定炉排可作为锅炉水循环系统的组成部分，或用作水蒸汽发生器，产生的水蒸汽送入到气化燃烧室内作为气化剂；当通入空气来冷却上层炉排时，上层炉排可作空气预热器，作为一次供风装置或二次供风装置的组成部分。下层炉排包括活动炉排或固定炉排，所述的活动炉排包括往复炉排/或链条炉排/或摇动炉排/或振动炉排，往复炉排或链条炉排由电机通过变速箱驱动，通过炉排的行进把燃炭依次送入主燃烧区、燃烬区、灰渣室，在行进炉排的下方有风室，按照各区段供风量要求的不同，各风室相互间用隔板隔开，各风室有独立的调节风门；下层炉排也可以是固定炉排，当下层炉排为固定炉排时，上层炉排漏下的燃炭在下层固定炉排上燃烬，燃尽的灰渣由人工清出。本发明还把高温烟气反馈到上层炉排的下方，用反馈的高温气冲刷上层炉排的间隙，促使气化燃烧室底层的燃炭漏落到下层炉排上，加速燃烧。
本发明所述的固态燃料包括煤、垃圾、生物质燃料中的其中一种或数种混合燃料，当燃料为煤或垃圾时或燃料中含有煤或垃圾时，把脱硫/脱氯剂掺入到燃料中一起送入气化燃烧室进行燃烧。脱硫/脱氯剂可采用石灰石或白云石，在气化燃烧室中，燃料在干馏过程中逸出的硫组分或氯组分将被石灰石或白云石吸收。
本发明所述的设备包括锅炉、窑炉、垃圾焚烧炉、热交换装置、气化设备，所述的锅炉包括燃煤锅炉及生物质锅炉，锅炉的整个运行系统主要由燃烧系统、锅筒、炉膛辐射受热面、对流受热面、尾部余热回收装置、除尘装置组成，为了实现无污染排放，运行系统中还有烟气净化装置、二氧化碳回收装置，其中锅筒、炉膛辐射受热面、对流受热面、尾部余热回收装置、除尘装置、烟气净化装置、二氧化碳回收装置均按公知的技术设计制造；所述的窑炉运行系统主要由燃烧系统、窑道、尾部余热回收装置、除尘装置组成，其中窑道、尾部余热回收装置、除尘装置采用目前公知的技术设计制造；所述的垃圾焚烧炉运行系统主要由燃烧系统、锅筒、炉膛辐射受热面、对流受热面、尾部余热回收热交换装置、除尘装置、烟气净化装置组成，其中锅筒、炉膛辐射受热面、对流受热面、尾部余热回收热交换装置、除尘装置、烟气净化装置采用公知的技术设计制造；所述的热交换装置包括暖气媒水加热装置及生活热水加热装置，运行系统主要由燃烧系统、集热器、热交换器、澎胀水箱或热水箱、媒水或热水输出装置、自动排气装置、测温装置、回水装置组成；所述的气化设备包括煤气化设备、生物质气化设备、有机质垃圾气化设备，设备的运行系统主要由燃烧系统、余热锅炉、对流受热面、尾部余热回收装置、除尘装置、净化分离装置、压缩机、冷却装置、气柜组成，其中余热锅炉、对流受热面、尾部余热回收装置、除尘装置、净化分离装置、压缩机、冷却装置、气柜采用公知的技术设计制造。
本发明的设备燃烧系统主要由燃料供给装置、水蒸汽输入装置、气化燃烧室、炉膛、上层水冷式或风冷式炉排、下层固定炉排/或活动炉排、空气预热器、一次供风装置、二次供风装置、高温烟气反馈装置组成，其中：燃料供给装置为机械抛煤机或风力-机械抛煤机，抛煤机安装在气化燃烧室的抛煤口外侧；水蒸汽输入装置包括水蒸汽喷嘴或等离子体发生器，水蒸汽输入装置安装在气化燃烧室的上部，所述的等离子体发生器为一只以上至少一只；气化燃烧室在炉膛的前端，气化燃烧室由烘顶、炉墙或炉胆构成，炉墙的其中一侧有拨火门，正面炉墙上有抛煤口，抛煤口装有抛煤机，抛煤机煤斗内的燃料层起到隔离作用，气化燃烧室的底为水冷式或风冷式炉排，炉排上的燃料层构成气化燃烧室与炉膛之间的物理隔离带，气化燃烧室还有风嘴/或布风板，风嘴布置在抛煤机上或炉墙上，布风板在气化燃烧室的上部，布风板上有风室、布风孔及风管接入口，经预热的空气由风管接入口进入风室，再由布风孔进入到气化燃烧室内；下层固定炉排/或活动炉排在气化燃烧室和炉膛的下方，所述的活动炉排为机械往复炉排/或机械链条炉排/或摇动炉排/或振动炉排；空气预热器安装在尾部的对流区，空气预热器的出口风输送到气化燃烧室的风嘴或布风板风室、活动炉排底下的风室及炉膛二次供风的风嘴；一次供风装置二次供风装置及高温烟气反馈装置由鼓风机、风门调节器及风管组成，风管外围用绝热材料进行保温，一次供风装置向气化燃烧室、活动炉排的下方提供经过预热的空气，二次供风装置向炉膛提供经过预热的空气，高温烟气反馈装置把设备尾部的高温烟气反馈进炉膛，用来扰动炉膛内的气流及冲刷气化燃烧室底层的燃炭，加速空气与燃料的混合并促进燃烧，实现低氧燃烧；当设备为煤气化设备/或生物质气化设备/或有机质垃圾气化设备时，不需设置二次供风装置。
本发明所述固态燃料的洁净燃烧和增值燃烧的设备主要由抛煤机、水蒸汽输入装置、气化燃烧室、炉膛/或窑道、烟气通道、蒸汽过热器、省煤器、空气预热器、除尘器、一次供风装置、二次供风装置、高温烟气反馈装置、引风机组成，其中：抛煤机包括机械抛煤机或风力-机械抛煤机，抛煤机安装在气化燃烧室的抛煤口外侧；水蒸汽输入装置包括水蒸汽喷嘴或等离子体发生器，水蒸汽输入装置安装在气化燃烧室的上部，所述的等离子体发生器为一只以上至少一只；气化燃烧室由炉墙/或水套、烘顶/或布风板、上层炉排构成准封闭结构，气化燃烧室与炉膛相邻并用耐火炉墙隔开，气化燃烧室与炉膛的下方有下层的往复炉排/或链条炉排，炉膛内有锅炉的辐射受热面，烟气通道内有锅炉的对流受热面，蒸汽过热器、省煤器、空气预热器安装在尾部烟气通道内，除尘器安装在烟气的出口，引风机的吸入口与除尘器的出气口相连接，设备系统排出的烟气经过净化装置及二氧化碳回收，无污染的废气排入大气。一次供风装置向气化燃烧室及往复炉排/或链条炉排的底部提供经过预热的空气，二次供风装置向炉膛内提供经过预热的空气，高温烟气反馈装置把设备尾部的高温烟气反馈进炉膛，用来扰动炉膛内的气流及冲刷气化燃烧室底层的燃炭。
本发明的有益效果是：合理的燃烧工艺有效地消除了煤烟，实现了固态燃料的洁净燃烧和增值燃烧，减少了对环境的污染，并且提高燃料燃烧的效率，减少了资源消耗，实现了能源的“开源节流”，不但可减轻了企业的燃料成本负担，而且对缓解常规能源的紧张局面有积极的意义。
附图说明
本发明提供下列附图作进一步的说明，但各附图及以下所述的具体实施方式均不构成对本发明的限制：
图1是本发明的锅炉设备基本构成及烟气流程的方框图。
图2是本发明的燃烧工艺中用水蒸汽作气化剂的锅炉设备构成及烟气流程方框图。
图3是本发明的燃烧系统中装有等离子体发生器的锅炉设备构成及烟气流程方框图。
图4是本发明的用高温烟气反馈进燃烧区的锅炉设备构成及烟气流程方框图。
图5是本发明的暖气媒水加热设备构成方框图。
图6是本发明的生活热水加热设备的构成方框图。
图7是本发明的煤气化设备或生物质气化设备或有机质垃圾气化设备的构成方框图。
图8是本发明的窑炉设备构成及烟气流程方框图。
图9是本发明其中一个方案的锅炉本体结构图。
图10是本发明另一个方案的锅炉本体结构图。
图中：1.锅筒，2.烟气管，3.烟气输出接口，4.后烟室，5.水冷壁，6.进入侧面排管区的烟气窗，7.炉膛后部的隔墙，8.后烘，9.下降管，10.防焦箱的手孔，11.防焦箱，12.出渣口，13.燃烬区风室，14A.下层的往复炉排，14B.下层的链条炉排，15.主燃烧区风室，16.调节风门，17.上升管，18A.扰动风喷嘴，18B.冲刷风喷嘴，19.炭燃烧区风室，20.点火/拨火门，21.防焦箱，22.上层的水冷式固定炉排，23.炉排驱动装置，24.水冷炉排的下集箱，25A.风力-机械抛煤机，25B.机械抛煤机，26.供风喷口，27.水蒸汽喷嘴，28.气化燃烧室，29.水冷炉排的上集箱，30.温度传感器，31.气化燃烧室的炉墙，32.由侧面排管区折入到前烟箱的烟气窗，33.前烟箱，34.炉膛，35.压力表接口，36.安全阀接口，37.总汽阀接口，38.保温层，39.布风板，40.预热空气接入口，41.等离子体发生器。
具体实施方式
图1至图4为本发明实施例中的锅炉设备构成及烟气流程方框图，其中图1所示的实施例为本发明锅炉的基本构成，由气化燃烧室、预燃区、炭燃烧区、炭燃烬区、炉膛、供风装置、对流传热通道、尾部余热回收装置、除尘装置、烟气净化装置组成，其中预燃区在气化燃烧室与炉膛的接合部，预燃区的燃料层构成气化燃烧室与炉膛之间的物理隔离带，炭燃烧区及炭燃烬区在炉膛的下部，炭燃烧区及炭燃烬区由炉排、风室和炉膛的相对位置构成，炭在炉排上燃烧。设备使用煤、有机质垃圾、生物质其中的一种或数种混合燃料，当燃料中含有煤或垃圾时，把脱硫/脱氯剂掺入燃料中一起送入气化燃烧室进行燃烧。锅炉运行时，固态燃料和空气加入到气化燃烧室内，燃料在气化燃烧内完成预热、烘干、气化、脱硫/脱氯、挥发物逸出燃烧，烟气的流程为：气化燃烧室→穿过预燃区的炽热燃料层→炉膛→对流传热通道→尾部余热回收装置→除尘装置→烟气净化装置→大气。在烟气穿过燃烧的燃料层时，二氧化碳与炭反应生成一氧化碳、水蒸汽与炭反应生成一氧化碳和氢气，反应所生成一氧化碳和氢气在炉膛中进行二次燃烧而燃烬，在气化燃烧室内产生的煤烟及CnHm也在穿过燃烧的燃料层时或在炉膛的二次燃烧过程中被转化燃烬。图2所示的实施例是在图1的实施例基础上增加了水蒸汽输入装置，把水蒸汽作为气化剂送入到气化燃烧室内，来抑制煤烟及实现增值燃烧，设置二次供风装置，把经过预热的空气送入炉膛，以保证燃料在炉膛的二次燃烧中予以燃烬，还在尾部的烟气排入大气前，对烟气进行分离净化、回收二氧化碳。图2的锅炉设备系统主要由水蒸汽输入装置、气化燃烧室、预燃区、炭燃烧区、炭燃烬区、炉膛、一次供风装置、二次供风装置、对流传热通道、蒸汽过热器、省煤器、空气预热器、除尘装置、烟气净化装置、二氧化碳回收装置组成，使用煤、有机质垃圾、生物质中的其中一种或数种混合燃料，当燃料中含有煤或垃圾时，把脱硫/脱氯剂掺入燃料中一起送入气化燃烧室进行燃烧。图2实施例的烟气流程为：气化燃烧室→穿过预燃区的炽热燃料层→炉膛→对流传热通道→蒸汽过热器→省煤器→空气预热器→除尘装置→烟气净化装置→大气。图3所示的实施例是在图2实施例的基础上增设了等离子体发生器，先把水蒸汽送入等离子体发生器，在以水蒸汽为工作气体的等离子体发生器中，水分子被生成活性化学物：H2O*、H2O+、H2 *、O2 *、H2、O2、H*、O*、H+、O+、HO*、HO+、HO、H、O，把经过活化后的水分子喷进气化燃烧室，可以更好与煤烟、焦油、CnHm进行化合、转化，以更有效的消除煤烟、实现增值燃烧，所述的等离子体发生器为一只以上至少一只。图4所示的实施例是在图3实施例的基础上把锅炉尾部的高温烟气反馈到炉膛内，用反馈的高温烟气来扰动炉膛的气流，以加速炉膛中空气与燃料的混合来促进燃烧，以此来实现低氧燃烧，以减少有害物NOx的生成，还把高温烟反馈炉膛的前端，用反馈的高温气冲刷上层炉排的间隙，促使气化燃烧室底层的燃炭漏落到下层炉排上，加速燃烧，提高锅炉的出力。
图5所示的实施例为本发明的暖气媒水加热装置的设备构成及烟气流程框图，设备主要由燃烧系统、集热器、热交换器、媒水输出装置、回水装置、膨胀水箱构成，设备使用煤、生物质其中的一种或二种混合的燃料，其中：燃烧系统由燃料供给装置、水蒸汽发生及输入装置、气化燃烧室、炭燃烧层、一次供风装置、二次供风装置、炉膛组成；水循环系统主要由集热器、暖气媒水输出装置、暖气终端设备(图中未示出)、回水装置、膨胀水箱、自动排气阀、测温装置组成。
图6所示的实施例为本发明的生活热水加热装置的设备构成及烟气流程框图，设备主要由燃烧系统、集热器、热交换器、热水箱、回水管、排气装置、排污装置构成，设备使用煤、生物质其中的一种或二种混合的燃料，其中：燃烧系统由燃料供给、水蒸汽发生及输入装置、气化燃烧室、炭燃烧层、一次供风装置、二次供风装置、炉膛组成；水循环系统主要由集热器、热水箱、回水管、热交换器、排气装置组成。
图7所示的实施例为本发明的煤气化设备或生物质气化设备或有机质垃圾气化设备的构成及合成燃气流程框图，设备主要由水蒸汽输入装置(包括一只以上至少一只的等离子体发生器)、气化燃烧室、预燃区、炭燃烧区、炭燃烬区、炉膛、一次供风装置、对流传热通道、尾部余热回收、除尘装置、净化分离装置、二氧化碳回收装置、压缩机、冷却装置、气柜、合成燃气输出装置组成。设备使用煤、有机质垃圾、生物质其中的一种或数种混合的燃料，当燃料中含有煤或垃圾时，把脱硫/脱氯剂掺入燃料中一起送入气化燃烧室。预燃区在气化燃烧室与炉膛的接合部，预燃区的燃料层构成气化燃烧室与炉膛之间的物理隔离带。炭燃烧区及炭燃烬区在炉膛的下部，炭燃烧区及炭燃烬区由炉排、风室及炉膛的相应位置构成，炭在炉排上燃烧。设备运行时，固态燃料和空气、水蒸汽加入到气化燃烧室内，燃料在气化燃烧内完成预热、烘干、气化、脱硫/脱氯、挥发物逸出燃烧。对流传热通道包括余热锅炉，尾部余热回收装置包括蒸汽过热器、省煤器、空气预热器。烟气及合成燃气的流程为：气化燃烧室→预燃区的炽热燃料层→炉膛→对流传热通道→蒸汽过热器→省煤器→空气预热器→除尘装置→净化分离装置→压缩机→冷却装置→气柜→合成燃气输出装置。
图8所示的实施例为本发明的窑炉设备的构成及烟气流程框图，设备主要由水蒸汽输入装置(包括一只以上至少一只的等离子体发生器)、气化燃烧室、预燃区、炭燃烧区、炭燃烬区、一次供风装置、二次供风装置、主窑道、窑道、尾部余热回收、除尘装置、烟气净化装置、二氧化碳回收装置组成，设备使用煤、有机质垃圾、生物质其中的一种或数种混合的燃料，当燃料中含有煤或垃圾时，把脱硫/脱氯剂掺入燃料中一起送入气化燃烧室。预燃区在气化燃烧室与主窑道的接合部，预燃区的燃料层构成气化燃烧室与炉膛之间的物理隔离带。炭燃烧区及炭燃烬区在窑道的下部，炭燃烧区及炭燃烬区由炉排和风室构成，炭在炉排上燃烧。设备运行时，固态燃料和空气、水蒸汽加入到气化燃烧室内，燃料在气化燃烧内进行预热、烘干、气化、脱硫/脱氯、挥发物逸出燃烧、燃料层燃烧。尾部余热回收装置包括余热锅炉、蒸汽过热器、省煤器、空气预热器、热交换装置。烟气的流程为：气化燃烧室→预燃区的炽热燃料层→主窑道→窑道→余热锅炉→蒸汽过热器→省煤器→空气预热器→除尘装置→烟气净化装置→大气。
图9所示的实施例为本发明其中一个方案的锅炉本体结构图，主要由气化燃烧室(28)、上层的水冷式固定炉排(22)、炉膛(34)、下层的机械往复炉排(14A)、锅筒(1)、前烟箱(33)、后烟室(4)、烟气输出接口(3)组成，其中：气化燃烧室(28)由防焦箱(21)、水冷式固定炉排(22)、水冷炉排的上集箱(29)、水冷炉排的下集箱(24)及耐火烘顶和炉墙(31)组成，水冷式固定炉排(22)构成气化燃烧室(28)的底，水冷式固定炉排(22)上的燃料层构成气化燃烧室(28)与炉膛(34)之间的物理隔离带，气化燃烧室(28)的正面炉墙上有抛煤口，抛煤口的外侧装有风力-机械抛煤机(25A)，风力-机械抛煤机(25A)上煤斗内的燃料层起到气化燃烧室(28)与外界的封闭作用，抛煤机(25A)上的供风喷口(26)向气化燃烧室(28)内提供经过预热的空气，气化燃烧室(28)的其中一侧炉墙上有拨火门，拨火门上有观火窗，气化燃烧室(28)的侧面炉墙上还安装有水蒸汽喷嘴(27)和温度传感器(30)；气化燃烧室(28)与炉膛(34)相邻并用炉墙(31)隔开，气化燃烧室(28)的下方与炉膛(34)的下部有机械往复炉排(14A)，往复炉排(14A)的两侧有防焦箱(11)，往复炉排(14A)的下方有炭燃烧区风室(19)、主燃烧区风室(15)、燃烬区风室(13)，炭燃烧区风室(19)、主燃烧区风室(15)、燃烬区风室(13)均有各自独立的调节风门；炉膛(34)的炭燃烧区域有点火/拨火门(20)；水冷式固定炉排(22)的下方有冲刷风喷嘴(18B)，炉膛(34)的前部有搅动风喷嘴(18A)，冲刷风喷嘴(18B)及搅动风喷嘴(18A)风源为锅炉尾部的高温烟气反馈而来，二次风经过预热后也通过冲刷风喷嘴(18B)及搅动风喷嘴(18A)进入到炉膛(34)内；锅筒(1)的炉膛暴露面和水冷壁(5)构成炉膛(34)内的辐射受热面；烟气管(2)贯穿于锅筒(1)内，与前烟箱(33)、烟气输出接口(3)构成烟气通道；锅筒(1)上有压力表接口(35)、安全阀接口(36)、总汽阀接口(37)、水位计接口(图中未示出)、人孔(图中未示出)；在气化燃烧室(28)、炉膛(34)及烟气通道的部位还应按国家有关规定设置检查孔、防爆门或防爆阀(图中未示出)，在防焦箱、下集箱设置手孔及排污装置(图中未示出)。本实施例的气化燃烧室(28)及炉膛(34)前端的围护体采用耐火炉墙材料，具有蓄热的作用，因此燃料的适用范围很广，劣质煤、低热值的垃圾均可实现稳定燃烧，由于采用水冷式炉排及防焦箱，所以燃用灰分高或灰熔点低的煤种也不易结焦。采用往复炉排，使燃料层松动前进，增加炭与空气的接触，易于燃烬。锅炉运行时，抛煤机(25A)把新燃料抛入气化燃烧室(28)内，均匀地抛撒在水冷式固定炉排(22)上的炽热燃料层上，经过预热的空气由抛煤机(25A)上的供风喷口(26)喷入气化燃烧室(28)内助燃，燃料在气化燃烧内经过预热、烘干、气化、脱硫/脱氯、挥发物逸出燃烧、燃料层燃烧阶段，产生的烟气向下穿过燃烧的燃料层进入炉膛(34)，燃炭漏落到下层的往复炉排(14A)上继续燃烧，并由炉排带动进入炉膛的主燃烧区、燃烬区，直至燃烬。本实施例把水蒸汽通过水蒸汽喷嘴(27)喷入气化燃烧室(28)内，以抑制煤烟的生成及实现增值燃烧，并且通过安装在气化燃烧室(28)侧面炉墙上的温度传感器(30)来获得气化燃烧室(28)内的温度，根据气化燃烧室(28)内的温度来调节喷入气化燃烧室(28)内的水蒸汽的量，把气化燃烧室(28)内的温度控制在合适的程度上。本实施例的烟气流程为三回程：气化燃烧室(28)内产生的高温烟气穿过水冷式固定炉排(22)上的燃料层进入到炉膛(34)进行二次燃烧，然后与炭燃烧产生的热气流混合通过炉膛后部隔墙(7)的窗口进入后烟室(4)，再由后烟室(4)通过烟气窗(6)折进两侧的排管受热区(图中未示出)，再由侧面排管区通过烟气窗(32)折入到前烟箱(33)，再由前烟箱(33)通过烟气管(2)到达烟气输出接口(3)，再由烟气输出接口(3)通过蒸汽过热器、省煤器、空气预热器、除尘装置、烟气净化装置排入大气(图中未示出)。本实施例的烟气流程也可以是二回程形式，下层的炉排也可采用链条炉排。
图10所示的实施例为本发明另一个方案的锅炉本体结构图，其主要结构、运行方式及烟气流程与图9的实施例相同。在图10的实施例中，下层的机械炉排为链条炉排(14B)；抛煤口外侧的燃料供给装置为机械抛煤机(25B)；气化燃烧室(28)的烘顶为布风板(39)，布风板(39)上有预热空气接入口(40)、风室及喷风孔，经过预热的空气由布风板(39)上的空气接入口(40)进入风室，再通过喷风孔喷入气化燃烧室(28)内助燃，布风板(39)上还装有等离子体发生器(41)一只或多只，等离子体发生器(41)上有工作气体输入接口，把水蒸汽作为工作气体送入等离子体发生器(41)内，水分子将被活化及分解为氢和氧，再把水分子的活化物喷入气化燃烧室(28)内，与煤烟、焦油、CnHm进行转化、化合，可以更有效的消除煤烟、实现增值燃烧。图10实施例的烟气流程也是三回程的，但也可以是二回程形式，下层的炉排也可采用往复炉排。

Claims (2)

1.固态燃料的洁净燃烧和增值燃烧的设备，其特征是所述的设备主要由燃料供给装置、水蒸汽输入装置、气化燃烧室、炉膛、上层水冷式或风冷式炉排、下层固定炉排或活动炉排、空气预热器、一次供风装置、二次供风装置组成，其中：燃料供给装置为机械抛煤机或风力-机械抛煤机，抛煤机安装在气化燃烧室的抛煤口外侧；水蒸汽输入装置包括水蒸汽喷嘴或等离子体发生器；气化燃烧室在炉膛的前端，气化燃烧室包括烘顶或布风板、炉墙或炉胆，炉墙的其中一侧有拨火门，正面炉墙上有抛煤口，抛煤口装有抛煤机，抛煤机煤斗内的燃料层起到隔离作用，气化燃烧室的底为水冷式或风冷式炉排，炉排上的燃料层构成物理隔离带；当气化燃烧室包括烘顶时，气化燃烧室还有风嘴，风嘴布置在抛煤机上或炉墙上；当气化燃烧室包括布风板时，布风板在气化燃烧室的上部，布风板上有风室、布风孔及风管接入口，经预热的空气由风管接入口进入风室，再由布风孔进入到气化燃烧室内；下层固定炉排或活动炉排在炉膛的下方；空气预热器安装在尾部的对流区，空气预热器的出口风输送到气化燃烧室的风嘴或布风板风室、下层炉排底下的风室及炉膛二次供风的风嘴；一次供风装置及二次供风装置由鼓风机、风门调节器及风管组成，风管外围用绝热材料进行保温，一次供风装置向气化燃烧室、下层炉排的下方提供经过预热的空气，二次供风装置向炉膛提供经过预热的空气；当设备为煤气化设备或生物质气化设备时，不设置二次供风装置。
2.固态燃料的洁净燃烧和增值燃烧的设备，其特征是所述的设备主要由抛煤机、水蒸汽输入装置、气化燃烧室、炉膛或窑道、烟气通道、蒸汽过热器、省煤器、空气预热器、除尘器、一次供风装置、二次供风装置、引风机组成，其中：水蒸汽输入装置包括水蒸汽喷嘴或等离子体发生器；气化燃烧室由炉墙或水套、烘顶或布风板、上层炉排构成准封闭结构，气化燃烧室与炉膛相邻，炉膛或窑道的下方有下层往复炉排或链条炉排，炉膛内有锅炉的辐射受热面，烟气通道内有锅炉的对流受热面，蒸汽过热器、省煤器、空气预热器安装在尾部烟气通道内，除尘器安装在烟气的出口，引风机的吸入口与除尘器的出气口相连接，一次供风装置向气化燃烧室及往复炉排或链条炉排的底部提供经过预热的空气，二次供风装置向炉膛内提供经过预热的空气；当设备为煤气化设备或生物质气化设备时，不设置二次供风装置。
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