CN101063521A - 一种水煤浆逆焰悬浮循环式燃烧方法及其燃烧设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水煤浆逆焰悬浮循环式燃烧方法及其燃烧设备。在该燃烧方法中，首先初炉点火燃烧燃料，使炉膛温度达到水煤浆初始稳定燃烧温度值，经雾化的水煤浆点火后进入燃烧室悬浮燃烧，其燃烧火焰在助燃空气动力场的作用下，流向燃烧室的前端形成为高温烟气，然后高温烟气在负压的作用下逆向返回雾化水煤浆始发端，经热交换后，由烟囱排出。用于该燃烧方法的燃烧设备包括浆料储备输送单元、水煤浆喷燃燃烧机和送风机、燃烧单元，在水煤浆喷燃燃烧机处的炉膛侧壁上有烟气吸入口，该吸入口与烟气道连通。采用本燃烧方法的燃烧设备能有效平衡燃烧室的热容量、提高水煤浆浆料的燃烬率。

Description

一种水煤浆逆焰悬浮循环式燃烧方法及其燃烧设备

技术领域

本发明涉及一种水煤浆燃烧方法及其燃烧设备，特别涉及一种水煤浆逆焰悬浮循环式燃烧方法及其燃烧设备。

背景技术

水煤浆是一种新型煤基洁净燃料，它可代替重油、柴油、天然气进行工业加温，可用作锅炉、窑炉、工业炉的燃料，其具有高效节能、价格低廉、污染排放少的特点。用于锅炉的水煤浆燃烧设备大多是由现有的锅炉系统改造而成，经雾化后的水煤浆在锅炉炉膛的燃烧室悬浮燃烧，其燃烧火焰喷出后一直向前流动，火焰在到达燃烧室前端时接近于燃烬状态，因此在火焰的流动过程中，温度从高到低，到达燃烧室前端时温度最低，由此造成了燃烧室内温度不均衡。同时，一些颗粒较大的粗炭粒在燃烧室随火焰流动过程中，掉落在炉膛内形成废渣，每隔一段时间需要采用人工对炉膛进行清理，费时费力，也造成了水煤浆资源的浪费；而一些颗粒较小的细炭粒则随燃烧火焰同行，直到最后形成的高温烟气从烟囱中排出，这些细炭粒由于没有得到充分燃烧，所排粉尘会加重对大气环境的污染，同时也造成了水煤浆资源的浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述不足，提供一种能平衡燃烧室的热容量、有效提高水煤浆浆料燃烬率的水煤浆逆焰悬浮循环式燃烧方法及其燃烧设备。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是该水煤浆逆焰悬浮循环式燃烧方法，首先初炉点火燃烧燃料，使炉膛温度达到水煤浆初始稳定燃烧温度值，经雾化的水煤浆点火后进入燃烧室悬浮燃烧，其燃烧火焰在助燃空气动力场的作用下，流向燃烧室的前端形成为高温烟气，然后高温烟气在负压的作用下逆向返回雾化水煤浆始发端处进入热交换装置，经热交换后，由烟囱排出。

初炉点火的方式可采用多种：一种是初炉点火中的燃料采用燃烧油或强化燃烧料，燃烧油或强化燃烧料点燃后在燃烧室形成焰炬燃烧，逐步对燃烧室空间及其侧壁进行加热，直至温度达到水煤浆初始稳定燃烧温度值；另一种是初炉点火中的燃料采用炉排燃烧煤层，煤层点燃后逐步对燃烧室空间及其侧壁进行加热，直至温度达到水煤浆初始稳定燃烧温度值。其中，燃烧室下部的炉排为链排，链排表面敷盖有辐射阻热层或煤燃料层，上层链排的运行方向与燃烧的雾化水煤浆的流向相逆。

经热交换后的烟气再经除尘后由烟囱排出，以保护外界环境。

优选的是，使悬浮的水煤浆在燃烧室向前流动的过程中，部分水煤浆粗炭粒沉降于燃烧室下部以层状形式继续燃烧。这种情况下，可在燃烧室下部铺设链排，链排的运行方向与燃烧的雾化水煤浆的流向相逆，粗炭粒沉降到链排上继续燃烧，有效地提高了浆料的燃烬率。

使部分水煤浆细炭粒随所述高温烟气同行直至高温烟气送入烟囱之前被捕获而与高温烟气分离，并再次送入燃烧室进行燃烧。有用于捕获高温烟气中未燃尽炭粒的打捞装置，打捞装置通过输送装置将所捕获的未燃尽炭粒送回炉膛的链排上重新燃烧。这样不仅提高了浆料的燃烬率，同时经过充分燃烧后排入大气中的废气不会对环境造成污染，有利于保护环境。

一种用于水煤浆逆焰悬浮循环式燃烧的燃烧设备，包括浆料储备输送单元、水煤浆喷燃燃烧机和送风机、燃烧单元，燃烧单元包括炉膛，炉膛内有燃烧室，其中，在水煤浆喷燃燃烧机处的炉膛侧壁上有烟气吸入口，该吸入口与烟气道连通。通过该吸入口的负压，可使流动到燃烧室前端的燃烧火焰发生逆转，与原流动方向的反方向流出燃烧室。

优选的是，炉膛内燃烧室可分为上、下两部分，上部为悬浮燃烧室，下部为层燃燃烧室，水煤浆喷燃燃烧机的喷嘴在悬浮燃烧室的一端，层燃燃烧室内有链排，链排表面敷盖有辐射阻热层或煤燃料层。

有用于捕获高温烟气中未燃尽炭粒的打捞装置与除尘装置中除尘器底部相接，打捞装置通过输送机将捕获的未燃尽炭粒送至链排上。

此外，炉膛内链排末端的下方可有水浴式灰渣通道，水浴式灰渣通道内有向外界输送灰渣的灰渣机。

作为锅炉燃烧设备，燃烧室顶为锅炉汽包，炉膛侧壁上有锅炉汽包的换热水管，烟气道为二程烟气热交换通道。该燃烧装置还包括有烟气灰渣处理单元，烟气灰渣处理单元可为烟气道上的除尘装置。

本发明方法中，燃烧火焰及高温烟气与水煤浆喷燃燃烧机中喷出的雾化水煤浆燃料束呈逆向运动，这种逆向运动能有效平衡燃烧室的热容量，由于燃烧室内整体温度升高，水煤浆燃料的挥发分指数提高，因此这种燃烧方法特别有益于低挥发分燃料的燃烧。另外，温度的提高也使挥发分质量提高，从而有益于稳定燃烧室内的低负荷悬浮燃烧。同时，这种逆焰燃烧方法有益于现役锅炉水煤浆升级的技术改造，对锅炉本体及炉墙修改甚少，能更大限度的续用锅炉原有配置，从而降低锅炉技改工程成本。

在燃烧室沉降的粗炭粒，直接进入层状式燃烧，浆料得以充分燃烧，最大限度地利用了能源，提高了能源的转化效率；细炭粒被捕捉后经过打捞装置返回炉膛燃烧室进行二次层状式燃烧，能进一步有效的提高浆料燃烬率。燃烧后产生的固态产物灰渣，随循环链排运动坠入水浴式灰渣通道后除尘外排，由于采用自动排送，节约了人力资源。

本发明设备同时还具有运行可靠，维修简便，节能环保的优点。

附图说明

图1为本发明水煤浆逆焰悬浮循环式燃烧方法及其燃烧设备的结构示意图

图2为高温烟气在燃烧室的流向图

图中：1—落灰仓  2—链驱  3—点火煤斗  4—返炉炭粒斗  5—飞炭返炉输送机  6—锅炉汽包  7—换热水管  8—链排  9—灰渣机  10—水浴式灰渣通道  11—燃烧室  12—烟气吸入口  13—水煤浆喷燃燃烧机  14—吸风机  15—送风机  16—刮板式输送机17—除尘器  18—烟囱  19—运浆汽车  20—卸浆罐  21—中转浆泵  22—储浆罐  23—循环输浆泵组  24—压力转换器  25—循环输浆管线  26—压缩空气输送管线  27—空气压缩机  28—压缩空气输送管线  29—压缩空气储罐  30—空气压缩机  31—循环输油管线  32—轻油循环输油泵组  33—轻油储罐  A—燃料储备输送单元  B—负荷调控单元  C—燃烧单元  D—烟气灰渣处理单元

具体实施方式

以下结合锅炉燃烧设备实施例及附图，对本发明作进一步详细叙述。

本实施例为本发明的非限定性实施例。

如图1所示，本发明装置包括燃烧储备输送单元A、负荷调控单元B、燃烧单元C、烟气灰渣处理单元D。

燃烧储备输送单元A包括有水煤浆的储备及输送组件、水煤浆燃烧所需助燃空气的压缩组件、用于初炉点火的燃料油的储备及输送组件、初炉点火用助燃空气的压缩组件。

根据(精细类)水煤浆燃料的一般特性，本实施例中所选用的水煤浆质态为炭粒直径平均在60μm以下，伴有工艺性质的添加剂及润滑水，表观呈液态，粘度为1200±200MPS(100-1S)。

水煤浆的储备及输送组件包括卸浆罐20、中转浆泵21、储浆罐22、循环泵组23、循环输浆管线25。工程应用中，对于较短距离的运输，均采用液态罐或水煤浆燃料专用运输车，通过泊车于倾斜角，自卸水煤浆燃料于卸浆罐20内，通过中转浆泵21输送至储浆罐22内的水煤浆燃料(以下简称浆料)可以将浆料循环输送至炉膛前的循环泵组23升压加势，经过循环输浆管线25输至负荷调控单元B(下文中将进行叙述)，而过盈的浆料经过回浆管线返回到储浆罐22内，周而复始，从而保障负荷调控单元B所需浆料的供给。

浆料所需助燃空气的压缩组件包括空气压缩机27、压缩空气输送管线26。选用空气压缩机27压缩助燃空气，由于空气压缩机是生产雾化用空气的动力源，而浆料的雾化程度主要依赖空气的加势值—压强和质量，提高空气的压强与增加流量能更细的分解浆料，从而提高浆料的雾化指数，根据结构的不同及特性通常可将空气压缩机分为间断工作制、限时工作制和连续工作制类型。如果设备需要进行连续24小时工作，空气压缩机应选用螺杆压缩形式；如果只需要进行连续8小时工作，空气压缩机应选用滑片或活塞压缩形式。空气通过空气压缩机27对其加载势能，压缩后的空气相对平稳的经过压缩空气输送管线26送入负荷调控单元B。

本实施例中，燃料油主要用于初炉点火。燃料油的储备及输送组件包括轻油储罐33、轻油循环输油泵组32、循环输油管线31。轻油储罐33内的燃料油通过轻油循环输油泵组32升压加势，经过循环输油管线31输送至负荷调控单元B，而过盈的燃料油经过循环输油管线31返回到轻油储罐33内，周而复始，从而保障点火环节燃烧机用燃料油的供给。

初炉点火用助燃空气的压缩组件包括空气压缩机30、压缩空气贮罐29。由空气压缩机30压缩空气，空气压缩机30的选型规范与用于浆料助燃的空气压缩机27相同，由空气压缩机30对空气加载势能，经过压缩空气贮罐29缓冲，压缩后的空气经过压缩空气输送管线28送入负荷调控单元B。

初炉点火也可采用炉排燃烧煤层的方式，该方式将在稍后的下文中叙述。

负荷调控单元B主要担负热负荷输出的调节控制任务，其包括介压置换机构、浆料雾化机构、对助燃空气进行调节的调风机构、与燃料雾化机构连接的送风机15、锅炉本体内炉排的调速机构(图1中未视出)以及相应配套的管、阀、仪表等部分。

介压置换机构采用压力转换器24，用于压缩空气与浆料进行势能交换，该机构能保证浆料压力的稳定平衡。

浆料雾化机构是支持水煤浆燃料采用悬浮燃烧工艺的基本支持手段，其雾化指标的优劣直接影响燃烧工况及综合运炉效率。调风机构所控制的助燃空气，可根据燃烧工况的需求修正燃烧动力场，通过燃烧动力场的局部调整，修正实际燃烧工况，使之达到所需目标的热容比量，调风机构中的炉排调速机构主要用于调节炉排的进给速度，使之符合热机出力要求，并输送及控制相关燃料和显示其随机的物理量。本实施例中，浆料雾化机构采用水煤浆喷燃燃烧机13，与水煤浆喷燃燃烧机13连接的送风机15为燃烧所需助燃空气加载正压势能，是浆料在燃烧室向前流动的动力源。

燃烧单元主要用于燃料燃烧的时空和热力的交换，包括锅炉本体，锅炉本体构成浆料悬浮燃烧的空间和受热的交换界面。锅炉本体内有炉膛，在水煤浆喷燃燃烧机13处的炉膛侧壁上有烟气吸入口12，该烟气吸入口12与烟气道连通，所述烟气道为二程烟气热交换通道。炉膛内为燃烧室11，燃烧室11包括上、下两部分，上部为悬浮燃烧室，下部为层燃燃烧室。燃烧室11顶有锅炉汽包6，炉膛侧壁上有锅炉汽包6的换热水管7。

燃烧室11下部即层燃燃烧室内有链排8，链排8构成沉降及返炉炭粒燃烧的平台，链排8的表面敷盖有辐射阻热层或煤燃料层。在链排8首端附近有用于初炉点火的点火烟斗3。因此，本实施例中也可采用煤层燃烧点火的初炉点火方式：即通过链排燃烧煤层，煤层点燃后逐步对燃烧室11空间及其侧壁进行加热，直至温度达到水煤浆初始稳定燃烧温度值。

链排8下方有用于贮集灰渣的落灰仓1。链排8末端的下方还有水浴式灰渣通道10，水浴式灰渣通道10内有向外界输送灰渣的灰渣机9。

本发明燃烧设备还有烟气灰渣处理单元，该单元主要用于处置排弃物，其包括吸风机14、除尘器17、烟囱18、灰渣处置机构等部件。除尘器17用于捕获烟气中的飞炭及水浴固硫，吸风机14用于为燃烧所产生的废气加载负压势能，灰渣处置机构采用机械输送方式将燃烧固态废弃物排置到炉膛外。

本实施例中，烟气灰渣处理单元还包括有用于捕获高温烟气中未燃尽炭粒的打捞装置，本实施例中，打捞装置采用刮板式输送机5，其与水封式除尘器17的底部相接。在链排8首端附近的炉膛上有返炉炭粒斗4，由飞炭返炉输送机5将所捕获的未燃尽炭粒通过皮带轮或刮板式输送机送至返炉炭粒斗4后返回到链排8上。

本发明的工作流程如下：

首先进行初炉点火：初炉(冷炉)点火方式可采用三种，即燃油自动点火，煤层燃烧点火，堆薪点火。采用上述点火方式必须在链排8表面敷盖适当辐射阻热层或煤燃料层。

自动点火：将进行初炉点火所需燃料送至炉前，水煤浆喷燃燃烧机13的自动点火机构雾化点火燃料油，在燃烧室11形成焰炬燃烧，发生化学反应的热能逐步对燃烧室11空间及侧壁进行辐射和对流加热，当燃烧室11内的温度达到水煤浆初始稳定燃烧温度值时，即可投入浆料进行点火。

煤层燃烧点火：将散煤燃料贮存于点火煤斗3，链排8运动的同时带着煤层进入燃烧室11，通过传统点火手段使煤层着火，燃料煤层的化学反应热能逐步对燃烧室11空间及侧壁进行辐射和对流加热，当燃烧室11的温度达到水煤浆初始稳定燃烧温度值时，即可投入浆料进行点火。

堆薪点火：采用的燃料属于强化燃烧料品种，其工作过程与上述自动点火类似。

然后，将浆料点火进行燃烧。燃烧环节分为两个步骤：

A、悬浮燃烧：水煤浆燃料经水煤浆喷燃燃烧机13雾化后，在水煤浆喷燃燃烧机13及送风机15的作用下，进入燃烧室11以火炬形式悬浮燃烧，主燃的是挥发分级极细的细微煤粒，该煤粒的粒径为10μm-20μm。燃烧的火焰在助燃空气的作用下，流动到燃烧室11前端，期间浆料煤粒所含初级挥发和动力场势能逐步减弱，并逐步形成为高温烟气，在此过程中所产生化学反应能的辐射热及动力场的对流热与炉膛侧壁的换热水管7发生热交换(加载于水介或蒸汽的热能，输至用户使用)。燃烧室11在吸风机14的作用下，将使炉膛内产生相当压负，如图2所示，在此压负作用下，高温烟气在到达燃烧室前端后开始逆燃烧浆料喷雾方向流动，在回到雾化水煤浆始发端时，小部分高温烟气形成回流烟气再次参与燃烧，而大部分高温烟气经过烟气吸入口12进入锅炉的第二回程，并以对流形式与第二回程中的换热水管发生热交换，再进入锅炉的第三回程，烟气经过的第三回程换热后进入除尘器17烟浴，水浴捕尘固硫后的烟气经吸风机14以正压形式送入烟囱18，以额定标高排空。

B、沉降及返炉层状燃烧：悬浮燃烧的浆料(煤粒)在雾化空气及助燃空气的作用下流向燃烧室11前端，浆料中的部分粗炭粒沉降于链排8煤层的表面，在链排8上以层状形式继续燃烧。而部分细炭粒随高温烟气同行，在除尘器17内被捕获，通过刮板式输送机16打捞，送入飞炭返炉输送机5，然后由飞炭返炉输送机5送入返炉炭粒斗4内，堆集均布于链排8首端表面，链排8上部逆燃烧的雾化水煤浆的流向运动，其运动的同时带着炭粒层进入燃烧室11，返炉的炭粒层在链排8下部助燃空气的作用下，进行层状式二次燃烧。该助燃空气是在送风机15的作用下通过调控调风机构产生。燃烬后的灰渣仍随链排8同行，到达链排8末端时坠入水浴式灰渣通道10，通过灰渣机9输送至炉外，漏于风仓至下链排的灰渣则随链排8继续运行至首端，沉降于落灰仓1后集合供人工外排。

在此燃烧过程中，可以通过调节浆料投入量及助燃空气投入量和链排8进给速度来控制燃烧单元C的负荷输出量，以满足不同客户的需要。

Claims (10)

1.一种水煤浆逆焰悬浮循环式燃烧方法，其特征在于首先初炉点火燃烧燃料，使炉膛温度达到水煤浆初始稳定燃烧温度值，经雾化的水煤浆点火后进入燃烧室悬浮燃烧，其燃烧火焰在助燃空气动力场的作用下，流向燃烧室的前端形成为高温烟气，然后高温烟气在负压的作用下逆向返回雾化水煤浆始发端处进入热交换装置，经热交换后，由烟囱排出。

2.根据权利要求1所述的水煤浆逆焰悬浮循环式燃烧方法，其特征在于使悬浮的水煤浆在燃烧室向前流动的过程中，部分水煤浆粗炭粒沉降于燃烧室下部以层状形式继续燃烧。

3.根据权利要求1所述的水煤浆逆焰悬浮循环式燃烧方法，其特征在于使部分水煤浆细炭粒随所述高温烟气同行直至高温烟气送入烟囱之前经除尘后被捕获而与高温烟气分离，并再次送入燃烧室进行燃烧。

4.根据权利要求1-3之一所述的水煤浆逆焰悬浮循环式燃烧方法，其特征在于初炉点火中的燃料采用燃烧油或强化燃烧料，燃烧油或强化燃烧料点燃后在燃烧室形成焰炬燃烧，逐步对燃烧室空间及其侧壁进行加热，直至温度达到水煤浆初始稳定燃烧温度值；或者初炉点火中的燃料采用炉排燃烧煤层，煤层点燃后逐步对燃烧室空间及其侧壁进行加热，直至温度达到水煤浆初始稳定燃烧温度值。

5.根据权利要求4所述的水煤浆逆焰悬浮循环式燃烧方法，其特征在于燃烧室下部的炉排为链排，链排表面敷盖有辐射阻热层或煤燃料层，上层链排的运行方向与燃烧的雾化水煤浆的流向相逆。

6.一种用于水煤浆逆焰悬浮循环式燃烧的燃烧设备，包括浆料储备输送单元、水煤浆喷燃燃烧机和送风机、燃烧单元，燃烧单元包括炉膛，炉膛内有燃烧室，其特征在于在水煤浆喷燃燃烧机处的炉膛侧壁上有烟气吸入口，该吸入口与烟气道连通。

7.根据权利要求6所述的水煤浆逆焰悬浮循环式燃烧的燃烧设备，其特征在于炉膛内燃烧室分为上、下两部分，上部为悬浮燃烧室，下部为层燃燃烧室，水煤浆喷燃燃烧机的喷嘴在悬浮燃烧室的一端，层燃燃烧室内有链排，链排表面敷盖有辐射阻热层或煤燃料层。

8.根据权利要求7所述的水煤浆逆焰悬浮循环式燃烧的燃烧设备，其特征在于有用于捕获高温烟气中未燃尽炭粒的打捞装置与除尘装置中除尘器底部相接，打捞装置通过输送机将捕获的未燃尽炭粒送至链排上。

9.根据权利要求7或8所述的水煤浆逆焰悬浮循环式燃烧的燃烧设备，其特征在于炉膛内链排末端的下方有水浴式灰渣通道，水浴式灰渣通道内有向外界输送灰渣的灰渣机。

10.根据权利要求6所述的水煤浆逆焰悬浮循环式燃烧的燃烧设备，其特征在于燃烧室顶为锅炉汽包，炉膛侧壁上有锅炉汽包的换热水管，烟气道为二程烟气热交换通道，该燃烧设备还包括有烟气灰渣处理单元，所述烟气灰渣处理单元为烟气道上的除尘装置。

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