技术领域
[0001] 本
发明属于
煤炭燃烧设备领域，涉及一种预热解式民用采暖炉及其采暖方法。
背景技术
[0002] 在城市热
力管网无法
覆盖的区域，采用民用采暖炉的小型区域
锅炉房供热发展迅速。民用采暖炉主要指以散煤为
燃料(包括
烟煤及
无烟煤)，以取暖为目的的家用小型燃煤炉具；民用采暖炉也包括用蜂窝煤和煤球为燃料的炉具。
[0003] 经大量实验研究表明，目前市面上的民用炉具均存在燃烧不完全和环保性能差等问题，其在加煤后会迅速升温，挥发分快速析出，导致大量的硫及氮
氧化物急剧析出排放。
[0004] 针对传统民用采暖炉中存在的问题，人们进行了大量的研究，如CN 105180216A公开了一种燃煤炉，所述燃煤炉中炉排包括置煤炉排和置炭炉排，置煤炉排和置炭炉排均倾斜设置；燃煤炉还包括
挡板，挡板自炉体顶部伸入
燃烧室，与置煤炉排和置炭炉排分界处相抵接，挡板上开有若干贯通的过烟孔；置炭炉排正上方的炉体顶部设有与燃烧室相连通的烟囱。其通过在不同的炉排上分别放置
焦炭和燃煤，利用焦炭和燃煤的燃烧特性达到消除“黑烟”以及解决燃煤燃烧不充分的目的。
[0005] CN 205090430 U公开了一种低污染燃煤炉，包括炉体和
水箱，水箱包括中央水箱和侧置水箱，炉排包括置煤炉排和置炭炉排；中央水箱固定设置于燃烧室中间
位置，置煤炉排、置炭炉排分列中央水箱两侧，侧置水箱固定设置于炉体侧方；侧置水箱内盘绕有若干换
热管，换热管一端开口位于靠近置煤炉排的炉体上，另一端开口位于靠近置炭炉排的炉体上；置炭炉排正上方的炉体顶部设有与燃烧室相连通的烟囱。
[0006] 然而，现有燃煤炉仅可基本消除黑烟，降低颗粒物排放浓度，但其在加煤后会迅速升温，造成燃烧区
温度过高，挥发分快速析出，导致大量的硫及氮氧化物急剧析出排放。
[0007] 因此，研究开发效率高且低污染物排放的中小型民用采暖炉是解决燃煤污染问题的良好途径之一。
发明内容
[0008] 针对现有中小型民用采暖炉中存在的煤炭燃烧不完全、环保性能差以及燃煤效率低等问题，本发明提供了一种预热解式民用采暖炉及其采暖方法。本发明通过对采暖炉炉体的改进和优化，降低了采暖炉污染物(如NOx等)的排放，有效的对燃烧进行控制，且能够降低操作劳动强度。
[0009] 为达此目的，本发明采用以下技术方案：
[0010] 第一方面，本发明提供了一种预热解式民用采暖炉，所述采暖炉包括炉体，炉体内于炉顶壁设有纵向隔板，将炉体内部分隔为第一腔室和第二腔室，第一腔室和第二腔室的底部连通，其中第一腔室为
对流换热区，第二腔室的中部设有炉排将该腔室分为上下两个区域，炉排上方为无氧热解区，炉排下方为半焦燃烧区，在无氧热解区出的炉体上开设加料口，于炉排下方在无氧热解区和半焦燃烧区之间设置一次
风口，在第二腔室中设置连通无氧热解区和半焦燃烧区的导热管；第一腔室和第二腔室的底部连通的区域为燃尽区，半焦燃烧区和燃尽区之间设置
排渣炉排，所述燃尽区中设置第二风口。
[0011] 本发明中，所述“纵向”与“横向”相对，即在垂直于炉体横截面的方向设置纵向隔板但又不仅仅限于垂直，可以呈一定
角度。
[0012] 本发明中，所述“第一”和“第二”仅仅是为了在命名上进行区分，并不是对使用顺序等的限定。
[0013] 本发明中，燃料从采暖炉的加料口加入炉体中，落入第二腔室的中部设置的炉排上，吸收半焦燃烧区的
辐射热以导热管传递的热料后，在无氧热解区中进行热解，生成半焦及热解气。
[0014] 在无氧热解区生成的半焦及热解气等物质通过活动炉排向下进入半焦燃烧区进行燃烧，生产的炉渣随排渣炉排的转动落入炉底由排渣口取出；燃烧产生的烟气在
抽力作用下穿过半焦区，还原性烟气中的NH3、CH4、C和NOx经过复杂的反应，使得NOx还原，生成无害的N2、CO2和H2O。
[0015] 在燃尽室内，半焦燃烧区产生的CO和黑烟在二次风的扰动下得以充分的燃烧，燃烧后的烟气在抽力作用下进入对流换热区进行换热。
[0016] 本发明中，由于无氧热解区的热解反应为吸热反应，其热量主要来自于半焦燃烧区的热辐射以及导热管的热量传递。故，导热管的设置在于将半焦燃烧区产生的热量传导至无氧热解区，进而为无氧热解区提供热量。
[0017] 以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
[0018] 作为本发明优选的技术方案，所述第二腔室的中部设置的炉排包括水冷炉排和活动炉排，水冷炉排和活动炉排交替间隔设置。
[0019] 本发明中，将水冷炉排设置于无氧热解区和半焦燃烧区之间，有利于控制无氧热解区和半焦区温度；同时，采用水冷炉排和活动炉排交替设置的方式，有利于洁净型煤的流动、给料及燃烧强度控制。
[0020] 作为本发明优选的技术方案，所述采暖炉在运行过程中在半焦燃烧区中堆积的固体物质与半焦燃烧区上方的炉排之间留存空间。
[0021] 优选地，所述留存空间的高度为半焦燃烧区高度的1.5倍～2倍，例如1.5倍、1.6倍、1.7倍、1.8倍、1.9倍或2倍等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0022] 本发明中，在半焦燃烧区堆放的物料与半焦燃烧区上方的炉排之间需要留存一定的空间，以使无氧热解区产生的热解气可以在此空间中充分的燃烧，以抑制NOx的产生；该空间的高度若过小，无法使热解气重复燃烧，不利于NOx的减排；若该空间的高度过大，不利于燃烧强度的控制。
[0023] 优选地，于第二腔室中的内壁设有热解气
导管，所述热解气导管从半焦燃烧区的留存空间伸入无氧热解区。
[0024] 本发明中，所述热解气导管在半焦燃烧区的留存空间处形成的
负压要高于无氧热解区的负压，进而在压力的作用下将无氧热解区中产生的热解气导入半焦燃烧区上部的留存空间中，以使热解气可以充分燃烧，而不会堆积于无氧热解区。所述热解气导管伸入无氧热解区上部，且高出在无氧热解区中堆积的物料的上表面。
[0025] 作为本发明优选的技术方案，所述采暖炉包括引风机，所述引风机与第一腔室中对流换热区的出口相连，以引导二次风、一次风以及燃烧烟气的运动。
[0026] 本发明中，所述一次风口引入的一次风在引风机的作用下向半焦燃烧区运动，以使炉排上方形成无氧热解环境，使无氧热解区的热解温度不高于600℃；同时，在引风机的作用下，燃烧烟气穿过半焦燃烧区进行反应，在燃尽区产生的烟气进入对流换热区进行换热。
[0027] 作为本发明优选的技术方案，所述对流换热区内设置换热管。
[0028] 优选地，所述活动炉排和排渣炉排与驱动装置连接，该驱动装置大致可包括主动轮、从动轮、减速箱以及链条等部件和设施，这对本领域技术人员是熟知的，此处不再赘述。
[0029] 所述活动炉排和排渣炉排的转动速率通过驱动装置进行系统进行调控，并与采暖炉的锅炉负荷成正比，锅炉负荷越高，其转动速率越快。
[0030] 作为本发明优选的技术方案，所述采暖炉包括炉体，炉体内于炉顶壁设有纵向隔板，将炉体内部分隔为第一腔室和第二腔室，第一腔室和第二腔室的底部连通，其中第一腔室为对流换热区，第二腔室的中部设有炉排，所述炉排包括交替设置的水冷炉排和活动炉排，炉排将第二腔室分为上下两个区域，炉排上方为无氧热解区，炉排下方为半焦燃烧区，在无氧热解区出的炉体上开设加料口，于炉排下方在无氧热解区和半焦燃烧区之间设置一次风口，在第二腔室中设置连通无氧热解区和半焦燃烧区的导热管；第一腔室和第二腔室的底部连通的区域为燃尽区，半焦燃烧区和燃尽区之间设置排渣炉排，所述燃尽区中设置第二风口；
[0031] 所述采暖炉在运行过程中在半焦燃烧区中堆积的固体物质与半焦燃烧区上方的炉排之间留存空间；于第二腔室中的内壁设有热解气导管，所述热解气导管从半焦燃烧区的留存空间伸入无氧热解区；所述采暖炉还包括引风机，引风机与第一腔室中对流换热区的出口相连；所述对流换热区内设置换热管；所述活动炉排和排渣炉排与驱动装置连接。
[0032] 第二方面，本发明提供了上述预热解式民用采暖炉的处理方法，所述方法包括以下步骤：
[0033] (a)将燃料加入采暖炉，其落入第二腔室中部设置的炉排上，进行无氧热解；
[0034] (b)步骤(a)中无氧热解产生的物料进入半焦燃烧区，在一次风的作用下进行半焦燃烧，半焦燃烧产生的渣体排出炉体，产生的气体进入燃尽区进行燃烧；
[0035] (c)步骤(b)中燃尽区燃烧后的烟气进入对流换热区进行换热。
[0036] 作为本发明优选的技术方案，步骤(a)中所述燃料为洁净型煤。
[0037] 优选地，步骤(a)中所述无氧热解中氧体积含量低于3％，例如2.8％、2.6％、2.4％、2.2％、2％、1.8％、1.6％、1.4％、1.2％、1％或0.5％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0038] 优选地，步骤(a)中所述无氧热解的热解温度＜600℃，例如590℃、570℃、550℃、530℃、500℃或490℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0039] 作为本发明优选的技术方案，步骤(b)中半焦燃烧区的
过量空气系数≥1，例如1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6或1.7等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0040] 优选地，步骤(b)所述半焦燃烧区的燃烧温度为800℃～950℃，例如800℃、830℃、850℃、870℃、900℃、930℃或950℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0041] 优选地，步骤(c)中燃烧后的烟气中NOx低于200mg/Nm3，例如180mg/Nm3、160mg/Nm3、140mg/Nm3、120mg/Nm3、100mg/Nm3、80mg/Nm3或60mg/Nm3等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；CO低于500mg/Nm3，例如480mg/Nm3、450mg/3 3 3 3 3 3
Nm、300mg/Nm、250mg/Nm、200mg/Nm、150mg/Nm 或100mg/Nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；SO2低于300mg/Nm3，例如280mg/Nm3、260mg/Nm3、240mg/Nm3、220mg/Nm3、200mg/Nm3、150mg/Nm3、100mg/Nm3或50mg/Nm3等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0042] 作为本发明优选的技术方案，所述方法包括以下步骤：
[0043] (a)将燃料加入采暖炉，其落入第二腔室中部设置的炉排上，进行无氧热解，其中无氧热解的氧体积含量低于3％，热解温度＜600℃；
[0044] (b)步骤(a)中无氧热解产生的物料进入半焦燃烧区，在一次风的作用下进行半焦燃烧，控制半焦燃烧区的过量空气系数≥1，燃烧温度为800℃～950℃，半焦燃烧产生的渣体排出炉体，产生的气体进入燃尽区进行燃烧；
[0045] (c)步骤(b)中燃尽区燃烧后的烟气进入对流换热区进行换热。
[0046] 与
现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0047] (1)本发明通过对采暖炉炉体进行改进(如优化水冷炉排和活动炉排的设置，改进热解区和燃烧区结构等)，对燃煤进行预热解，使燃料燃煤可以充分燃烧，提高了采暖炉的燃煤效率，使其燃煤效率提高至80％以上；同时，降低了烟气中污染物的
排放量，使NOx排放量低于200mg/Nm3，CO排放量低于500mg/Nm3，SO2排放量低于300mg/Nm3，不产生黑烟；
[0048] (2)本发明所述采暖炉中无氧热解区空间较大，燃煤存储量较多，一次添加燃料热解时间可达6h～8h，可有效减少劳动强度。
附图说明
[0049] 图1是本发明
实施例1中所述燃煤炊事采暖炉的结构示意图；
[0050] 图2是本发明实施例2中所述燃煤炊事采暖炉的结构示意图；
[0051] 其中，1-炉体，2-水冷炉排，3-活动炉排，4-排渣炉排，5-导热管，6-对流换热区，7-一次风口，8-二次风口，9-热解气导管，10-加料口。
具体实施方式
[0052] 为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以
权利要求书为准。
[0053] 本发明具体实施例部分提供了一种预热解式采暖炉及其处理方法，所述采暖炉包括炉体1，炉体1内于炉顶壁设有纵向隔板，将炉体1内部分隔为第一腔室和第二腔室，第一腔室和第二腔室的底部连通，其中第一腔室为对流换热区6，第二腔室的中部设有炉排将该腔室分为上下两个区域，炉排上方为无氧热解区，炉排下方为半焦燃烧区，在无氧热解区出的炉壁上开设加料口10，于炉排下方在无氧热解区和半焦燃烧区之间设置一次风口7，在第二腔室中设置连通无氧热解区和半焦燃烧区的导热管5；第一腔室和第二腔室的底部连通的区域为燃尽区，半焦燃烧区和燃尽区之间设置排渣炉排4，所述燃尽区中设置第二风口8。
[0054] 所述采暖炉的处理方法为：
[0055] (a)将燃料加入采暖炉，其落入第二腔室中部设置的炉排上，进行无氧热解；
[0056] (b)步骤(a)中无氧热解产生的物料进入半焦燃烧区，在一次风的作用下进行半焦燃烧，半焦燃烧产生的渣体排出炉体，产生的气体进入燃尽区进行燃烧；
[0057] (c)步骤(b)中燃尽区燃烧后的烟气进入对流换热区进行换热。
[0058] 以下为本发明典型但非限制性实施例：
[0059] 实施例1：
[0060] 本实施例提供了一种预热解式民用采暖炉及其处理方法，如图1所示，所述采暖炉包括炉体1，炉体1内于炉顶壁设有纵向隔板，将炉体1内部分隔为第一腔室和第二腔室，第一腔室和第二腔室的底部连通，其中第一腔室为对流换热区6，对流换热区6内置换热管，第二腔室的中部设有炉排将该腔室分为上下两个区域，炉排上方为无氧热解区，炉排下方为半焦燃烧区，在无氧热解区出的炉壁上开设加料口10，于炉排下方在无氧热解区和半焦燃烧区之间设置一次风口7，在第二腔室中设置连通无氧热解区和半焦燃烧区的导热管5；第一腔室和第二腔室的底部连通的区域为燃尽区，半焦燃烧区和燃尽区之间设置排渣炉排4，所述燃尽区中设置第二风口8；
[0061] 所述第二腔室的中部设置的炉排包括交替设置的水冷炉排2和活动炉排3，所述活动炉排3和排渣炉排4与驱动装置连接；所述采暖炉在运行过程中在半焦燃烧区中堆积的固体物质与半焦燃烧区上方的炉排之间留存空间；所述采暖炉包括引风机，所述引风机与第一腔室中对流换热区6的出口相连。
[0062] 采用所述采暖炉进行采暖的方法为：
[0063] (a)将燃料通过加料口10加入采暖炉，其落入第二腔室中部设置的炉排上，进行无氧热解，无氧热解过程中氧体积含量为低于3％，热解温度约为500～550℃；
[0064] (b)步骤(a)中无氧热解产生的半焦和热解气进入半焦燃烧区，在一次风口引入的一次风的作用下进行半焦燃烧，控制半焦燃烧区的过量空气系数≥1，燃烧温度为880℃～920℃，半焦燃烧产生的渣体通过排渣炉排4排出炉体，产生的气体进入燃尽区与二次风口引入的二次风进行燃烧，使半焦燃烧区产生的CO和黑烟在二次风的扰动下得以充分的燃烧；
[0065] (c)步骤(b)中燃尽区燃烧后的烟气进入对流换热区6进行换热。
[0066] 本实施例所述的采暖炉的燃煤效率为＞86％，燃尽区燃烧后的烟气中NOx排放浓度小于180mg/nm3，CO排放浓度小于500mg/nm3，SO2排放量低于300mg/Nm3，不产生黑烟。
[0067] 实施例2：
[0068] 本实施例提供了一种预热解式民用采暖炉及其处理方法，如图2所示，所述采暖炉的结构参照实施例1中的结构，区别在于：于第二腔室中的内壁设有热解气导管9，所述热解气导管9从半焦燃烧区的留存空间伸入无氧热解区。
[0069] 采用所述采暖炉进行采暖的方法参照实施例1中方法，区别仅在于：步骤(a)中无氧热解过程中氧体积含量为小于2.5％，热解温度约为530～580℃，步骤(2)中燃烧温度为900℃～950℃。
[0070] 本实施例所述的采暖炉的燃煤效率为＞88％，燃尽区燃烧后的烟气中NOx排放浓度为小于170mg/nm3，CO排放浓度小于460mg/nm3，SO2排放量低于280mg/Nm3，不产生黑烟。
[0071] 实施例3：
[0072] 本实施例提供了一种预热解式民用采暖炉及其处理方法，所述采暖炉的结构参照实施例2中的结构。
[0073] 采用所述采暖炉进行采暖的方法参照实施例1中方法，区别仅在于：步骤(2)中燃烧温度为810℃～850℃。本实施例所述的采暖炉的燃煤效率为＞87％，燃尽区燃烧后的烟气中NOx排放浓度为小于190mg/nm3，CO排放浓度小于480mg/nm3，SO2排放量低于290mg/Nm3，不产生黑烟。
[0074] 对比例1：
[0075] 本对比例提供了一种预热解式采暖炉及其采暖方法，所述采暖炉结构和采暖参照实施例1中结构，区别在于：所述采暖炉在运行过程中在半焦燃烧区中堆积的固体物质与半焦燃烧区上方的炉排之间堆满固体物质，不再留存空间。
[0076] 本对比例采暖炉采暖过程中，由于半焦燃烧区中不再留存空间，热解气无法充分燃烧，进而导致燃烧不充分，使采暖炉的燃煤效率仅为75％左右，燃尽区燃烧后的烟气中NOx排放量为300mg/Nm3左右，CO排放量大于1000mg/Nm3。
[0077] 对比例2：
[0078] 本对比例提供了一种预热解式采暖炉及其采暖方法，所述采暖炉结构和采暖参照实施例1中结构，区别在于：第二腔室中不设置炉排，燃煤从加料口10进入后直接掉落于排渣炉排4上进行燃烧。
[0079] 本对比例采暖炉才采暖过程中，由于不设置炉排，燃煤从加料口10进入后直接掉落于排渣炉排4上进行燃烧，进而导致燃烧强度无法有效控制，使采暖炉的燃煤效率仅为70％左右，燃尽区燃烧后的烟气中NOx排放量为300mg/nm3，CO排放浓度＞1000mg/Nm3。
[0080] 对比例3：
[0081] 本对比例提供了一种预热解式采暖炉及其采暖方法，所述采暖炉结构和采暖参照实施例1中结构，区别在于：第二腔室中的水冷炉排2设置于排渣炉排4，而不再设置于活动炉排3处。
[0082] 本对比例采暖炉才采暖过程中，由于水冷炉排2设置于排渣炉排4，进而导致燃烧强度无法有效控制，使采暖炉的燃煤效率仅为70％左右，燃尽区燃烧后的烟气中NOx排放量为350mg/Nm3，CO排放量＞1000mg/Nm3。
[0083] 对比例4：
[0084] 本对比例提供了一种预热解式采暖炉及其采暖方法，所述采暖炉结构和采暖参照实施例1中结构，区别在于：采暖炉中不设置导热管5。
[0085] 本对比例采暖炉才采暖过程中，由于未设置导热管5，进而导致不利于控制热解区
温度控制，使采暖炉的燃煤效率仅为73％左右，燃尽区燃烧后的烟气中NOx排放量为330mg/Nm3，CO排放量＞1000mg/Nm3。
[0086] 综合上述实施例和对比例可以看出，本发明通多对采暖炉炉体进行改进(如优化水冷炉排和活动炉排的设置，改进热解区和燃烧区结构等)，对燃煤进行预热解，使燃料燃煤可以充分燃烧，提高了采暖炉的燃煤效率，使其燃煤效率提高至80％以上；同时，降低了烟气中污染物的排放量，使NOx排放量低于200mg/Nm3，CO排放量低于500mg/Nm3，SO2排放量低于300mg/Nm3，不产生黑烟；
[0087] 同时，本发明所述采暖炉中无氧热解区空间较大，燃煤存储量较多，一次添加燃料热解时间可达6h～8h，可有效减少劳动强度。
[0088]
申请人
声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
