固體燃料清潔燃燒裝置及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種固體燃料清潔燃燒裝置，及固體燃料的清潔燃燒方法，屬于固體燃料燃燒技術領域。
【背景技術】
[0002]目前，霧霾已經成為中國不少地區災害性的天氣，進而引起了全社會的熱點關注。2014年，中國從國家層面提出了通過“減壓燃煤、嚴格控車、調整產業、強化管理、聯防聯控、依法治理”來嚴控PM2.5指數、防治霧霾污染的要求。所以，制霾防霾已成為目前中國社會環境治理的重要工程。
[0003]霧霾的形成，究其原因是特定的氣候條件和人類活動相互作用的結果；人類經濟及社會活動的大力發展，排放的大量細微顆粒隨著排放量的增加而濃度增大，加之特定氣候條件下空氣流通度很差，從而形成了靜穩天氣下的顆粒物聚集。從源頭來講，“霾”的來源主要包括汽車尾氣、燃煤采暖廢氣、工業排放的廢氣、建筑及道路揚塵以及可生長顆粒。其中，工業排放的廢氣中，諸如冶金、窯爐、鍋爐領域都涉及因燃燒排放的廢氣。可見，在“霾”的來源中，因燃燒排放占比很大。所以，制“霾”工程中治理燃燒排放廢氣屬重中之重，而治理燃燒排放廢氣的根本就是要將燃燒調整為清潔燃燒。
[0004]燃燒主要涉及兩個主體要素，一為燃料，另一為燃爐。對于燃料，常用的都是固體燃料，包括煤炭、木材、秸桿等，固體燃料在燃燒時，除燃燒固體燃料中所含固定碳外，還會燃燒固體燃料在燃燒過程中氣化得到的揮發份。而清潔燃燒則需要揮發份和固定碳都能夠得到充分燃燒，從而表現為燃燒后排放的煙氣的林格曼黑度為0且煙氣中的C0含量為0。對于燃爐，常用的以固體燃料為能源的包括承壓爐、立式常壓爐、窯爐、冶金爐、燒烤爐和節能爐等。如中國專利文獻CN2605473Y公開了一種雙向燃燒裝置，在爐體上部設有可翻轉的煤倉蓋，爐體中下部的一側設有燃燒口，燃燒口端面的傾角為45-60度，爐體的下部設有爐條，爐條的橫截面是菱形，爐體的深度在1000-1600mm，爐體另一側設有觀察孔，爐體的最下部設有水封槽。
[0005]上述燃爐工作時，一般都是在固體燃料燃燒殆盡前才加入新的固體燃料以補充燃料，但是，加入的燃料都是有限的，因為一旦加入少許燃料就會在煙氣排放口看到黑煙產生，所以現有燃爐僅在加料環節就無法實現清潔燃燒。此外，固體燃料在上述燃爐中燃燒時也會不定時的排放出大量黑煙，且燃燒后廢氣中的C0含量仍然較高，這主要是由于固體燃料中的揮發分和固定碳在上述燃爐中都無法得到充分燃燒造成的，那么如何能夠使得揮發分和固定碳在固體燃燒爐中充分燃燒，避免黑煙產生同時盡可能降低C0排放量，目前現有技術中還沒有給出解決手段。
[0006]真正的清潔燃燒，是要達到揮發分和固定碳的平衡燃燒，具體的參數表征是燃燒后排放的煙氣的林格曼黑度為0級，煙氣中C0的含量為0。林格曼黑度大于0級或C0含量大于0均表示固體燃燒燃燒不充分，這就是現有的燃燒狀態，用肉眼觀察即可以看到黑煙。
[0007]就平衡燃燒而言，是燃燒中最難以控制的，它要求在整個燃燒過程中，揮發分與固定碳始終都要按照二者在燃料中所含的比例進行燃燒。
【發明內容】
[0008]本發明所要解決的技術問題是現有技術在燃燒過程尤其是在加料環節無法實現燃料中揮發分和固定碳的平衡燃燒，從而無法實現固體燃料的清潔燃燒，進而在理想燃燒理論與平衡燃燒技術的基礎上提出一種使固體燃料的揮發分和固定碳平衡燃燒的固體燃料清潔燃燒裝置。
[0009]為解決上述技術問題，本發明提供了一種固體燃料清潔燃燒裝置，包括，
爐體，在所述爐體的上部或頂部設置有上進風口，下部設置有下進風口，在所述爐體內部設置有爐腔；
出火口，設置于所述爐體側部，所述出火口的設置位置低于所述上進風口，且高于所述下進風口 ；
爐排，設置于所述爐腔內，位于所述下進風口上方且不高于所述出火口的下端；
在所述爐腔內位于所述爐排上方的空間為固體燃料容納腔，所述固體燃料容納腔由上而下分為備燃區和燃燒區，所述備燃區的高度大于150mm;
所述爐排的最大幅面寬度與所述出火口的高度比不大于1.5 ；
所述固體燃料容納腔與所述出火口的高度差不小于150mm。
[0010]所述出火口的高度不小于200mm。
[0011]所述爐腔由上至下包括縮口段和擴張段，在所述縮口段與擴張段的交界處，沿垂直于所述擴張段的軸向方向延伸形成所述出火口，所述爐排沿所述出火口的底部橫向延伸設置。
[0012]沿出火口軸向截開的爐體豎直面上，所述縮口段和擴張段的交界點與所述爐排和出火口的交界點的連線與水平方向的夾角ct為固體燃料的安息角。
[0013]所述下進風口和出火口設置在所述爐體的兩側。
[0014]還包括側進風口，所述側進風口設置于所述爐體的下部，并位于所述下進風口的上方。
[0015]所述出火口的高度大于500mm。
[0016]一種固體燃料清潔燃燒的方法，固體燃料由上至下依次進行備燃和燃燒，備燃高度大于150mm ;固體燃料的最大燃燒幅面的寬度與出火口高度的比不大于1.5 ;固體燃料備燃高度和燃燒高度之和與出火口高度之差不小于150_。
[0017]將固體燃料容納腔內填充滿固體燃料，由上進風口和下進風口向固體燃料容納腔內通空氣，使固體燃料由上至下依次進行備燃和燃燒，固體燃料燃燒后的灰燼透過爐排由所述下進風口排出，產生的熱量由出火口擴散出。
[0018]本發明與現有技術方案相比具有以下有益效果:
(1)本發明所述的固體燃料清潔燃燒裝置，通過限定上述裝置中備燃區的高度、爐排最大幅面寬度與出火口高度的比例，以及固體燃料容納腔與出火口的高度差，可將由上進風口和下進風口流向固體燃料的空氣量關系確定下來，配合爐內溫度由上至下逐漸升高的設置，能使固體燃料和新加入的燃料在燃燒過程中伴隨著下降過程依次經備燃區、燃燒區，在輻射與熱傳導作用下，備燃區內固體燃料逐漸升溫，由上進風口進入的風自上而下穿過備燃區進行冷卻，確保了備燃區內具有穩定的溫度場，從而能夠緩慢、穩定地產生揮發分進行燃燒，燃燒過程中，上進風口主要為固體燃料的揮發分燃燒供氧，下進風口主要為固體燃料的固定碳燃燒供氧，使得整個燃燒過程中揮發分與固定碳始終都要按照二者在燃料中所含的比例進行燃燒，從而達到固體燃料中的揮發分和固定碳的平衡燃燒，避免了煙氣中黑煙的產生。本裝置可使煙氣的林格曼黑度為0級，一氧化碳含量為0，從而完成固體燃料的清潔燃燒。
[0019](2)本發明所述的固體燃料清潔燃燒裝置，所述出火口的高度不小于200mm，與出火口相鄰的部分固體燃料容納腔內為燃燒區，提高該部分的高度可以延長固體燃料中固定碳的燃燒時間，使固定碳充分燃燒。所述爐腔由上至下包括縮口段和擴張段，在所述縮口段與擴張段的交界處，沿垂直于所述擴張段的軸向方向延伸形成所述出火口，所述爐排沿所述出火口的底部橫向延伸設置。所形成的α堆積角能夠保證固體燃料高溫燃燒時具有合理的空氣動力學特性，下部進風能夠均勻地與燃料混合進行燃燒。
[0020](3)本發明所述的固體燃料清潔燃燒裝置，還包括側進風口，設置于所述爐體的下部，并位于所述下進風口的上方；當所述燃燒區高度大于500mm時，為了保證固定碳的充分燃燒，可以在爐體的下側部開設一側進風口進行補風，以保證固定碳燃燒的充分性。
[0021](4)本發明所述固體燃料清潔燃燒的方法，固體燃料由上至下依次進行備燃和燃燒，備燃高度大于150mm;固體燃料的最大燃燒幅面的寬度與出火口高度的比不大于1.5 ;固體燃料備燃高度和燃燒高度之和與出火口高度之差不小于150mm。通過控制上述條件可以實現揮發分與固定碳始終都按照二者在燃料中所含的比例進行清潔燃燒。
【附圖說明】
[0022]為了使本發明的內容更容易被理解，本發明結合附圖和【具體實施方式】對本發明的內容進行進一步的說明；<