CN100529539C - 超细燃料颗粒的改进的间接加热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种间接加热系统，该系统中固体燃料以颗粒形式流动。本发明的系统包括研磨站、燃烧室(7)、至少一个中间筒仓、分离器、至少一个旋风分离器，以及可选择的包括气体再循环风扇。本发明的特征在于，除尘器(10)拦截最细的颗粒，这些最细的颗粒随后通过至少一个特定管道(52)被引入到燃烧室(7)中并由至少一个特定燃烧器(71)点燃。前述超细颗粒而后存储在特定筒仓(60)中，计量加入到进料装置(61)中，以限定的比例与热空气混合并通过特定管道(52)送到特定燃烧器(71)。
Description
技术领域
本发明涉及为燃烧固体燃料而设计的间接加热系统。这种系统的特征在于，在固体燃料研磨站和燃烧室之间提供用于储备粉状燃料的中间筒仓(silo)。该类系统用于较难燃烧的燃料，例如无烟煤或低挥发性物质的燃料(例如，由美国材料实验协会(ASTM)定义的低挥发性沥青煤)，这是因为该系统一方面完全离析并优化固体燃料的研磨，另一方面优化所述粉状燃料的燃烧。
背景技术
存在多种间接加热系统：将废气(通过分离粉状燃料和用于干燥及输送所述燃料的气体而得到的产物)返回到燃烧室的系统以及将废气排到大气中的系统。
这些系统以下列方式运转：固体燃料(例如，煤)存储在筒仓中并运送到研磨机中，在研磨机中燃料受到研磨并由极热的空气或气体进行干燥。粉状燃料而后在压缩空气作用下输送到拦截粗颗粒并将其返回到研磨机入口的分离器，并由此进入一个或多个拦截粉状燃料并将该粉状燃料释放到中间存储筒仓中的旋风分离器中；管道以及可能有的气体再循环风扇使该设备完整。
研磨系统容纳用于干燥未处理燃料的热空气和气体。这些热气体以及湿气从燃料中蒸发产生的气体是多余的，因此必须通过专用的管道(已知的如排气管道)将其排出。所有这些回路在低温(约100℃)下运转。
旋风分离器并不拦截残余气体中的所有细固体燃料颗粒，因此有必要对这些颗粒进行处理。这些气体中固体燃料通常的浓度约为50g/m3到200g/m3。
超细颗粒可以由风扇送入燃烧室(将废气返回到燃烧室)，或者可以在除尘器(例如，静电除尘器或袋滤器)中被拦截并释放到中间筒仓中，在该中间筒仓中它们与来自旋风分离器的其它颗粒混合(将废气排到大气中)。
这些技术对于大多数的燃料是令人满意的，但是对于最低挥发性物质的燃料的表现却逊色许多。特别地，有必要引入贵重燃料(例如，燃料油或天然气)以维持低负载下的燃烧。
如果将废气返回到燃烧室，则输送超细颗粒的气体基本上是惰性气体(例如，由湿气从燃料中蒸发产生的水蒸汽)，并且因为它们来自从燃烧室取出的用于干燥未处理燃料的热燃烧废气，所以这些气体具有高浓度的CO2以及低浓度的O2。此外，这些气体中燃料颗粒的浓度与良好燃烧所需的最优值相差甚远。
难于实现这些颗粒燃烧的原因在于，必须在喷射颗粒充分接近用于点燃超细颗粒的主火焰以使其受益于该区域的高温以及喷射颗粒充分远离火焰以使火焰不受到与超细颗粒一起喷射的相对较低温度的惰性气体气团的干扰之间找到折衷办法。因此选择喷射区域尤其困难并需要很多的经验。
如果废气排到大气中，则对于难于燃烧的燃料的情况，因为它们是较低挥发性物质，所以来自除尘器的超细颗粒与中间筒仓中的粗颗粒相混合，因此这些改进的颗粒不能被利用。
发明内容
本发明的目的是提出一种加热系统，该加热系统允许对由粉状颗粒通过旋风分离器而得到的改进超细颗粒(即，改进燃烧质量的超细颗粒)进行回收和特定的使用，并在无贵重燃料支持的条件下使系统的技术成本最小值降低到最小，而且减少了NOx的排出。
根据本发明的间接加热系统是这样一种系统：在该系统中固体燃料以颗粒形式流动，该系统包括与分离器连通的研磨站，颗粒从分离器提供到至少一个旋风分离器，并最终到达燃烧室，该系统的特征在于，除尘器从旋风分离器拦截最细的颗粒，这些最细的颗粒而后通过至少一个专用管子被引入到燃烧室中并由至少一个专用燃烧器点燃。这些专用燃烧器优选地位于主燃烧器的区域中。这些超细颗粒存储在专用筒仓中，由加料器计量供给，以明确限定的比例与热空气或气体混合，而后由专用管子输送到专用燃烧器。专用燃烧器的喷射器优选具有矩形或圆形截面。
输送颗粒到燃烧器的燃料对空气的比率可从每1kg空气5kg燃料到每2kg空气1kg燃料，但在向燃烧器喷射时，由于附加的热空气喷射，因此比率可以约为每1kg空气1.5kg燃料到每2kg空气1kg燃料。该热空气被称为一次空气，其温度约为250℃到500℃；对于特别难于燃烧的燃料(例如，超无烟煤)，该温度超过400℃。在到达主燃烧器时，热空气或气体与粉状燃料的混合物处于约200℃到380℃的温度，这取决于燃料/空气混合的比例。此高温对于点燃燃料和稳定燃烧器火焰是非常有利的。
根据一个特别的特点，该专用燃烧器位于主燃烧器附近。使用改进的超细颗粒产生了稳定主燃烧器燃烧的高质量火焰，而又因为没有贵重燃料而减小了可能的最低限度费用。由此节约了燃料成本，这是因为固体燃料与贵重燃料(例如，燃料油或天然气)相比比较便宜。如果使该设备在低负载下更经常地运转，则会更加节省。
根据另一特点，每列主燃烧器具有至少两个专用燃烧器。选择专用燃烧器的数量以适合各应用场合，但是每列主燃烧器存在有至少两个专用燃烧器以保证各种燃料的分配。在双拱圆顶燃烧室或前部加热燃烧室的情况中，使用至少两个专用燃烧器；但在切向加热燃烧室的情况中，仅一个专用燃烧器就足够了。
根据本发明的间接加热系统是固体燃料在其中以颗粒形式流动的系统，该系统包括包括与分离器连通的研磨站，颗粒从分离器提供到至少一个旋风分离器，并最终到达燃烧室，该系统的特征在于，除尘器从旋风分离器拦截最细的颗粒，这些最细的颗粒而后通过专用管子和主燃烧器下游的喷射器被引入到燃烧室中。计量供给超细颗粒和热空气的方法与现有技术使用的方法相似，但是这些颗粒被送入新的喷射器，这些新的喷射器位于主燃烧区域之外并放置在合适位置使得这些喷射器的火焰与主燃烧器的火焰焰舌相混合。
根据一个特别的特点，最细颗粒在亚化学计量的条件下喷射。超细颗粒在这些条件下在燃烧器下游的喷射对降低氮的氧化物(NOx)的排出是有利的。在传统的将废气返回到燃烧室的方法中，输送气体的性质和流量由研磨回路的运转条件产生，与所述传统方法不同，对于根据本发明的系统，输送气体的性质和流量是针对超细颗粒的亚化学计量燃烧而选择的。
根据另一特点，所拦截的颗粒具有小于75微米的直径。它们比在加热系统中流动的粉状燃料小很多。
根据另一特点，所拦截的颗粒具有每单位体积从0.1kg/dm3到0.4kg/dm3的实际质量(true mass)，这低于由旋风分离器拦截的颗粒的质量。这点不同由以下事实解释，即，旋风分离器优选地拦截富有重元素(即，矿物质，特别是黄铁矿)的颗粒。换句话说，超细燃料的质量已被“改进”。从除尘器中回收的颗粒不仅比筒仓中回收的主要燃料更加细小，而且具有不同的化学组成，具有较低的含灰量，并因此与筒仓中回收的主要燃料相比具有较高的可燃物质(固定碳和挥发性物质)含量。
根据一个特定的特点，一些拦截的颗粒被引入到燃烧器下游的喷射器中。专用燃烧器和下游喷射器的结合使得可在专用燃烧器、下游喷射器或同时在两种喷射器中使用超细颗粒。例如，专用燃烧器用于加热系统上的低负载，而下游喷射器对于系统上的较高负载而附加地启用。因此可以在没有贵重燃料的条件下降低最小负载，从而节约成本，因为固体燃料的成本比贵重燃料(例如，燃料油或天然气)的成本低很多。如果使该设备在低负载下更经常地运转，则会更加节省。
在第一变体中，该燃烧室是双拱圆顶燃烧室。在该加热系统中，主燃烧器和专用燃烧器位于该双拱圆顶中。此类燃烧室用于燃烧无烟煤或非沥青煤(non-bituminous coal)。
在第二变体中，该燃烧室是前部加热燃烧室。主燃烧器和专用燃烧器置于燃烧室的至少一个壁上。
在第三变体中，该燃烧室是切向加热燃烧室。在该情况中，主燃烧器和专用燃烧器位于燃烧室的角落中。专用燃烧器可位于主燃烧器之间的角落中或者位于主燃烧器附近的燃烧室的端面上。下游喷射器位于主燃烧器上方，或者在燃烧室的角落中或者在燃烧室的端面上。
根据另一特点，固体燃料是非沥青煤。该非沥青煤不使用外加燃料很难燃烧，因为其是低挥发性物质，并释放大量的NOx。该系统限定了超细颗粒的价格，从而改进了非沥青煤的燃烧。
附图说明
在阅读仅通过示例并参照附图给出的如下描述后，能够更好地理解本发明，附图中：
-图1是将废气返回到燃烧室的现有技术间接加热系统的视图，
-图2是将废气排到大气中的另一现有技术间接加热系统的视图，
-图3是带有双拱圆顶燃烧室的根据本发明的加热系统视图，
-图4是带有前部或切向加热燃烧室的根据本发明的加热系统视图，
-图5是燃烧器的详细视图。
在不同变体中，相同的标记用于相同功能的部件。
具体实施方式
现有的间接加热系统1(图1和2)包括存储未处理燃料的筒仓2，以及未处理燃料通过管子20到达的研磨机3，在该研磨机中未处理燃料被磨碎并由经管子21来的极热空气或气体进行干燥。得到的粉状燃料通过管子30在压缩空气作用下输送到分离器4，该分离器4仅拦截粗颗粒并通过管子40将粗颗粒返回到研磨机3的入口。另一些颗粒通过管子41被送入功能为拦截粉状燃料的一个或多个旋风分离器5，而后这些颗粒被释放到中间存储筒仓6中并随后由管子51送入燃烧室7中的主燃烧器70待燃烧。这些从旋风分离器5离开的气体通过管道50和风扇42返回到回路中。
研磨系统通过管道21接收热空气或气体，并且其自身产生剩余气体(例如，由燃料中湿气蒸发而产生的水蒸气)，为了正确运转，该系统因此必须通过称为排气管道的管道8将这些气体排出。
该旋风分离器5可以不具有100％的细颗粒拦截率，而细颗粒可在通过管道50中的风扇42返回到回路中的剩余气体中找到。固体燃料通常的浓度约为50g/m3到200g/m3。
在图1中，颗粒通过风扇9和管道8返回到燃烧室7。
在图2中，来自管道8的气体中包含的细颗粒由静电除尘器或袋滤器类型的除尘器10拦截，而后超细颗粒被释放到筒仓6中，在筒仓6中它们与已经从旋风分离器5中回收的其它颗粒相混合，并且气体通过管子100排到大气中。
在图3和4中示出的间接加热系统中，第二筒仓60容纳超细颗粒，这些超细颗粒而后由管道52或53导向燃烧室7，并在该燃烧室7中燃烧。
超细颗粒或者在专用燃烧器71中或者在专用喷射器72中燃烧。
根据本发明的系统以下列方式运转：未被旋风分离器5拦截的研磨后的燃料颗粒由管道8导向除尘器10，气体通过管道100排到大气中，并且超细颗粒存储在附加筒仓60中。筒仓60中的一些颗粒通过管道52送入燃烧器71，剩下的颗粒通过管道53送入喷射器72。
专用燃烧器71在主燃烧器70附近；如图5中所示，主燃烧器70对准成一列，专用燃烧器71置于每列的各相对侧上或者置于燃烧器70之间。
在切向加热的情况中，如图4中所示，燃烧器71可以在燃烧室7的角落中或者可以在邻近主燃烧器70的燃烧室7的端面上。
加料器61和62计量超细颗粒的数量，以使它们在管道52和53中输送。
颗粒由通过管子52a和53a来的热空气或气体输送。专用燃烧器71高度处也可以进行附加的热空气或气体喷射(未示出)。这使得调整燃料的浓度成为可能。
Claims (20)
1.一种间接加热设备(1)，在所述设备(1)中固体燃料以颗粒形式流动，所述设备(1)包括与分离器(4)连通的研磨站(3)，颗粒从分离器(4)提供到至少一个旋风分离器(5)，并最终到达燃烧室(7)，所述设备(1)的特征在于，除尘器(10)从旋风分离器(5)拦截最细的颗粒，所述最细的颗粒而后通过至少一个专用管子(52)被引入到所述燃烧室(7)中并由至少一个专用燃烧器(71)点燃。
2.根据权利要求1的加热设备，其特征在于，所述专用燃烧器(71)位于主燃烧器(70)附近。
3.根据权利要求2的加热设备，其特征在于，每列主燃烧器(70)具有至少两个专用燃烧器(71)。
4.根据权利要求1的加热设备，其特征在于，一些所拦截的颗粒被引入到所述至少一个专用燃烧器(71)下游的喷射器(72)中。
5.根据权利要求1-4中任一项的加热设备，其特征在于，所拦截的颗粒具有小于75微米的直径。
6.根据权利要求1-4中任一项的加热设备，其特征在于，所拦截的颗粒具有每单位体积从0.1kg/dm3到0.4kg/dm3的实际质量，低于由所述旋风分离器拦截的颗粒的质量。
7.根据权利要求1-4中任一项的加热设备，其特征在于，所述燃烧室(7)是双拱圆顶燃烧室。
8.根据权利要求1-4中任一项的加热设备，其特征在于，所述燃烧室(7)是前部加热燃烧室。
9.根据权利要求1-4中任一项的加热设备，其特征在于，所述燃烧室(7)是切向加热燃烧室。
10.根据权利要求1-4中任一项的加热设备，其特征在于，固体燃料是非沥青煤。
11.根据权利要求1-4中任一项的加热设备，其特征在于，专用筒仓(60)从用于将最细颗粒提供到所述至少一个专用管子(52)的除尘器(10)接收超细颗粒。
12.一种间接加热设备(1)，在所述设备(1)中固体燃料以颗粒形式流动，所述设备(1)包括与分离器(4)连通的研磨站(3)，颗粒从分离器(4)提供到至少一个旋风分离器(5)，并最终到达燃烧室(7)，所述设备的特征在于，除尘器(10)从旋风分离器(5)拦截最细的颗粒，所述最细的颗粒而后通过专用管子(53)和主燃烧器(70)下游的喷射器(72)被引入到所述燃烧室(7)中。
13.根据权利要求12的加热设备，其特征在于，所述最细的颗粒在亚化学计量的条件下喷射。
14.根据权利要求12-13中任一项的加热设备，其特征在于，所拦截的颗粒具有小于75微米的直径。
15.根据权利要求12-13中任一项的加热设备，其特征在于，所拦截的颗粒具有每单位体积从0.1kg/dm3到0.4kg/dm3的实际质量，低于由所述旋风分离器拦截的颗粒的质量。
16.根据权利要求12-13中任一项的加热设备，其特征在于，所述燃烧室(7)是双拱圆顶燃烧室。
17.根据权利要求12-13中任一项的加热设备，其特征在于，所述燃烧室(7)是前部加热燃烧室。
18.根据权利要求12-13中任一项的加热设备，其特征在于，所述燃烧室(7)是切向加热燃烧室。
19.根据权利要求12-13中任一项的加热设备，其特征在于，固体燃料是非沥青煤。
20.根据权利要求12-13中任一项的加热设备，其特征在于，专用筒仓(60)从用于将最细颗粒提供到所述至少一个专用管子(53)的除尘器(10)接收超细颗粒。
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