CN101171454B - 涡旋式熔炉的操作方法和涡旋式熔炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热工学，并可以用于设计和改造用于工业锅炉的熔炉。更有利地，本发明的熔炉可以用于燃烧粗的分散破碎的可燃物、煤以及页岩。本发明的涡旋式熔炉的操作方法在于使可控量的煤灰混合物从位于燃烧室后面的灰烬收集器返回到其内表面。所述涡旋式熔炉包括设置有由其壁的下部的斜面形成的倾斜底部的燃烧室、布置在倾斜底部嘴部下方的底部鼓风装置、以及用于供给燃料-空气混合物并固定到燃烧室壁的倾斜的燃烧器。熔炉设置有位于燃烧室后面的灰烬收集器、以及再循环灰烬通道，再循环灰烬通道的一端与灰烬收集器连通，而另一端与燃烧室的内部空间连通。通道的输出开口被定位于倾斜底部嘴部和燃料供给燃烧器之间或/和在辅助燃烧区内，设置有用于将煤-灰烬混合物从灰烬通道供给到燃烧室并布置在其内的额外燃烧器。灰烬收集器根据捕集尺寸大于0.5mm的颗粒的情况来选择。灰烬通道可以设置有飞尘输送装置和吸附剂供给装置。

Description

涡旋式熔炉的操作方法和涡旋式熔炉

技术领域

本发明涉及热工学，更具体地，涉及用于燃烧粗的粉碎燃料并可以最好地用于燃烧粉碎的煤燃料和页岩的熔炉。

背景技术

工业熔炉的基本参数是其经济和生态参数，前者主要通过燃烧的完全性和燃料的制备成本确定，而后者主要依赖于释放到大气中的烟道气(fluegas)的质量。

从未粉碎的燃料的燃烧和生态参数的视点来看，流化床炉显示了良好的结果。

目前使用在其底部带有致密流化床的熔炉(RU，A，2094700)。

在此说明该熔炉如何操作：

将燃料供给到灰烬再循环通道并到达在沸腾床炉栅上具有分散物质的熔炉。已经在空气加热器中加热的压缩空气在形成燃料的沸腾床和分散物质的混合物的沸腾床炉栅下方供给。在熔炉区段中的空气速度选择为将分散物质的小颗粒以及燃烧的燃料颗粒从其进入到高温气旋处气动输送到炉喉。当在气旋中分离后，固相烟道气通过非机械阀由灰烬再循环通道返回到熔炉至沸腾床边界区域，而过滤的烟道气被导至过渡气体管道、对流堆、空气加热器，然后到达烟囱。因为没有燃烧的燃料颗粒返回到沸腾床，所以，燃料很完全地燃烧。

这种熔炉的缺点是由于炉室中的低温造成较低的温降，从而使得不可能产生锅炉间的经济规范所需要的高温-高压蒸汽。

大部分现有的熔炉具有高温燃烧的模式，但其只是在燃料事先被精细地粉碎的情况下是可能的。这样就导致高的操作成本、造渣风险、以及烟道气中的较高含量的氧化氮。

目前使用的是涡旋式低排放熔炉(RU，A，2067724)，这种熔炉包含燃烧室和底部空气入口装置，燃烧室具有安装在其壁上以供给燃料/空气混合物的至少一个向下倾斜的燃烧器、以及具有由燃烧室底部的壁的斜面形成的狭槽型嘴部的一个棱柱形干底漏斗，而底部空气入口装置在干底漏斗嘴部下方。燃烧器通过一个位于另一个之上的至少两个燃料/空气混合物供给通道形成。每个通道都具有用于控制燃料/空气比的装置，而所述装置被选择成使得对于在上方通道的空气量与燃料量的比总是大于在下方通道的比。当此熔炉操作时，粉碎燃料和空气的混合物通过燃烧器的两个通道供给，而空气通过底部空气入口装置供给。过量的氧气供给到燃烧室的顶部，而来自上方燃烧器通道的燃料颗粒的浓度在此区域很高。这就在此区域中提供了具有过多氧气的相对较高的燃烧温度，因此，提供了有效的燃料烧尽。燃料优选从具有不足量氧气的下方管道进料到熔炉的中间部分内。作为流出管道的燃料/空气混合物和从底部空气入口装置进料的空气之间相互作用的结果，产生其主要部分的特征为氧气缺乏且相对较低的最高温度的漩涡区；此区域用作还原区。供给到每个通道的燃料具有可以通过利用例如集尘器提供的预定的馏分组成。在此情况下，微细燃料供给到上方通道，且该燃料靠近建立所需温度水平的该通道具有足够的时间燃烧，而相对较粗的燃料进料到下方通道，且其在漩涡区中成功燃烧。因此，在目前已知的熔炉中，在低温还原区中进行燃料颗粒的多次循环，同时，被运载远离漩涡区的微细颗粒在富含氧气的高温区中燃烧。当使用粉碎系统时，即，在燃料利用例如分离磨粉机被事先粉碎的情况下，这种熔炉成功操作。现有的粉碎系统对于褐煤和页岩提供40％到60％的粉碎燃料细度(在R90滤网上的滤渣)以及对于黑煤提供15％到40％的粉碎燃料细度。显而易见，此微细燃料的产量需要充分的能量和特别贵的机器。此外，粉碎燃料是危险的爆炸物质。结果，当在现有的熔炉中操作时，粉碎的块状燃料被进料到燃烧器(粉碎后的燃料块的最大尺寸通常为15数学模型以及对于高湿度燃料为25mm)，重力使燃料落到熔炉的底部，从而留在实际没有燃料的熔炉的顶部，而此顶部中的温度不足够高以燃烧被运载远离漩涡区的燃料颗粒。对于大的燃料颗粒的多次循环以及产生漩涡区，必须显著增加底部气流的速度。这样当燃料颗粒在循环期间进行干燥时就导致较差的经济参数和由于机械未燃烧造成的急剧增加的热量损失，并且一些燃料颗粒破碎并在其具有烧透的时间之前通过强有力的底部气流喷射到熔炉的顶部。当熔炉顶部中温度下降时，这些颗粒冷却并停止燃烧。在标准的最流行的熔炉设计中，蒸汽过热器位于熔炉的顶部，且由于对流表面上装载不足，使得维持供给到涡轮的蒸汽的标称温度变成问题。

发明内容

本发明的一个目的是设计一种用于涡旋式熔炉的操作方法，所述操作方法能够使涡旋式熔炉在未粉碎的粗燃料被进料到炉室中时进行操作，同时，提高燃料燃烧的完全性，并提高对流表面的热载荷。

本发明的另一目的是设计一种实现该方法的涡旋式熔炉。

对于第一目的，包含具有漩涡区和迟燃区(afterbuming zone)的燃烧室、底部空气入口装置、以及用于烟道气的煤/灰烬混合物收集器的的涡旋式熔炉的操作方法包括将燃料/空气混合物和底部气流进料到熔炉，根据本发明，包含粗的粉碎燃料的燃料/空气混合物被进料到燃烧室的漩涡区内，而从烟道气收集的调节量的煤/灰烬混合物返回到燃烧室内部空间中的选定区。

灰烬收集器从烟道气收集的煤/灰烬混合物为灰烬和焦炭颗粒的混合物。调节量的煤/灰烬返回到燃烧室增加了来自煤/灰烬混合物的未燃烧的煤颗粒在炉室中花费的时间，从而显著增加了燃烧的完全性。

燃料可以返回到漩涡区。在此情况下，由于特别大的燃料颗粒的多次循环，可以保证有效的迟燃。

燃料可以返回到最通常地位于炉室顶部中的迟燃区。然而，在此情况下，炉室内部空间有效地装载有包含已经在先前的循环中很好地制备的未燃烧颗粒的煤/灰烬混合物。未燃烧但热且干以及部分破裂的燃料颗粒返回到迟燃区增加了对流表面的热载荷。

对于第二目的，除了所有涡旋式熔炉的基本设计元件(具有由燃烧室壁的底部斜面形成的干底漏斗的燃烧室、在干底漏斗嘴部下方的底部空气入口装置、以及安装在燃烧室壁上以供给燃料/空气混合物的燃烧器)外，根据本发明，实现此方法的涡旋式熔炉包括在燃烧室后面的灰烬收集器、以及具有灰尘输送装置的灰烬循环管道；灰烬循环管道的一端连接到灰烬收集器，而另一端连接到燃烧室内部空间；通道的出口在燃烧室的内部空间的选定区的区域中。这种设计的涡旋式熔炉可以用于几乎不用制备(即，无论如何都不需要粉碎)的燃料，从而极大地降低熔炉的操作成本。这种可能性是因为由于灰烬收集器和灰烬循环管道而使未燃烧的燃料颗粒返回到熔炉造成，从而可以进行许多次燃烧直到所有的燃料都燃烧完为止。这样就提高了燃料燃烧的完全性，并增加了热载荷。

优选将煤/灰烬混合物消耗量调节器安装在灰烬管道中。

优选将吸附剂输入介质安装在灰烬管道上。

灰烬循环管道出口可以位于干底漏斗嘴部和燃料进料燃烧器之间，在此情况下，燃料返回到熔炉的漩涡区。

优选将额外的燃烧器安装在迟燃区中的燃烧室壁上。在此情况下，灰烬循环管道出口可以与所述燃烧器组合在一起。如果使用这种设计，则燃料返回到迟燃区，从而增加了热传递表面的负荷。

附图说明

本发明用附图进行说明，附图示意性地说明了根据本发明制作和实现根据权利要求提出的方法的漩涡式熔炉。

具体实施方式

参照附图，涡旋式熔炉包括具有干底灰斗2的棱柱形燃烧室1。燃烧室1的底部的壁部构造干底漏斗2。装备有喷嘴5的底部空气入口装置4设置在干底漏斗2的嘴部3的下方。在燃烧室1的壁部上具有向下倾斜的燃烧器6。沿烟道气流在燃烧室1的后面具有灰烬收集器7。灰烬收集器7可以以任何已知的方式(例如，气旋或挡板(blind)设计)来实现。在灰烬收集器7和燃烧室1之间具有分支的灰烬管道8，所述灰烬管道的入口9连接到灰烬收集器7。通过出口10a和10b，灰烬管道通过以下部分连接到燃烧室的内部空间：通过具有漩涡区(在图中标记为W)的开口10a，以及通过在具有迟燃区(在图中标记为P)的燃烧室1的壁部上的额外的燃烧器11。灰烬管道8装备有煤/灰烬混合物供给调节器12。调节器12可以以任何已知的方式(例如，如风门(damper))来实现。根据使用的燃料的特征，煤/灰烬混合物可以返回到(漩涡或迟燃)区中的一个或两个区。混合的量和方向利用上述调节器12和13控制。额外的燃烧器的位置根据迟燃区域的位置选择，优选在温度最高的区段中。如果本发明如图1所示实现，供给煤/灰烬混合物的额外燃烧器11位于炉室1的顶部中，因为炉室的这种设计，迟燃区位于熔炉的顶部中。在其它情况下，例如，转化炉(invert furnace)的情况下，迟燃区还可以放置在熔炉的底部中。如果需要，灰烬管道可以装备有吸附剂供给介质(在图中未示出)。熔炉如下操作。当粉碎后，将燃料(不使用粉碎系统)通过燃烧器6供给到燃烧室1。燃料颗粒的尺寸只由用于燃料/空气混合物供给的燃烧器6的几何参数限制。小颗粒以平行流燃烧，而大颗粒被导至具有空气的燃烧室的底部。来自燃烧器6的燃料-空气流和来自干底漏斗2的嘴部3的底部气流相互作用，在大的燃料颗粒通过多次循环燃烧的地方建立了漩涡区。

随着燃料颗粒的燃烧和爆裂，燃料颗粒变小且变轻，燃料颗粒的漂浮能力(sailing capacity)增加，漂移速度(wandering speed)减少，且部分燃料颗粒被运载到熔炉的顶部而没有足够的时间燃烧。在炉室1的出口上，烟道气到达捕集灰烬和未完全燃烧的燃料的颗粒的灰烬收集器7。捕集的颗粒储存在灰烬收集器7的料仓(bunker)中，然后通过灰烬管道8、出口10a和10b以及额外的燃烧器11到选定区，接着通过燃烧器11到达迟燃区，并通过出口10a到达漩涡区。需要完成燃烧供给的煤/灰烬混合物并通过底部气流防止所述混和物漏出的空气的量和气流的速度以通常的方式进行调节。通过灰烬收集器7捕集的调节量的煤/灰烬混合物返回到选定区。

返回到选定区的产物的量依赖于燃料参数(灰烬含量、颗粒尺寸、挥发物含量等)和产物参数(未燃烧的碳和馏分组成的含量)。产物中未燃烧的碳越多且颗粒尺寸越小，则返回到迟燃区中的产物的份额越大，且未燃烧的颗粒越大，则返回到漩涡区中的产物的份额越大。

如果燃料的灰烬含量低，则灰烬收集器7捕集的大多数煤/灰烬混合物返回到选定区，而如果燃料的灰烬含量高，则返回的混合物的份额减少。如果燃料具有高含量的挥发性物质，则可以只有很少的产物返回到熔炉。返回的混合物的量通过消耗量调节器13调节。保持底部气流的高速度以防止下降并保持漩涡区中的大颗粒将不是问题，且由于根据权利要求提出的方法和所述的熔炉设计提供了几乎所有的未燃烧的颗粒都返回到选定区中并接着完全燃烧，所以，燃料的燃烧完全性高。

返回的颗粒为灰烬和未燃烧燃料(焦炭)颗粒的混合物，而燃料几乎不含有挥发物或水蒸气，即，即使燃料在粉碎装置中充分制备，燃料也以同样的方式到达选择的燃料区。根据权利要求提出的涡旋式熔炉的操作方法和涡旋式熔炉允许燃烧不用粉碎装置粉碎、需要保证具有所需高参数的蒸汽产物的燃料。

结果，必须使用吸附剂，根据权利要求提出的熔炉具有一个更好的益处，已经公知，到目前为止不是所有供给到炉室中的吸附剂都具有完全起反应的时间；没有起反应的吸附剂颗粒被灰烬收集器捕集，并返回到具有烟道尘的炉室。因此，吸附剂也可以使用多次。

工业应用

根据权利要求提出的本发明能够重新构造现有的熔炉单元、提高生态和经济参数。

如已经显示的实验，此设计可以用于包括页岩的各种固体燃料。

对于用根据权利要求提出的技术方案操作熔炉的测试，使用以下馏分组成的煤燃料：对于5mm网孔为5％到15％的筛渣以及对于1mm网孔为50％到70％的筛渣。最大的颗粒尺寸为25mm。辅助功率消耗(对于气流、鼓风以及燃料供给)从9.18 kWh/ton的蒸汽减少到7.9 kWh/ton的蒸汽或15％。

Claims (7)

1.一种涡旋式熔炉的操作方法，所述涡旋式熔炉包含具有漩涡区和迟燃区的燃烧室、底部空气入口装置、以及用于烟道气的煤和灰烬混合物收集器，所述操作方法包括将燃料/空气混合物和底部空气进料到所述熔炉的步骤，其特征在于，包含粗粉碎燃料的燃料/空气混合物被供给到所述燃烧室的漩涡区，而从烟道气捕集的控制量的煤/灰烬混合物返回到所述燃烧室的内部空间中的选定区。

2.根据权利要求1所述的涡旋式熔炉的操作方法，其特征在于，所述燃烧室的内部空间中的所述选定区被选择为漩涡区。

3.根据权利要求1所述的涡旋式熔炉的操作方法，其特征在于，所述燃烧室的内部空间中的所述选定区被选择为迟燃区。

4.一种涡旋式熔炉，所述涡旋式熔炉包括燃烧室、底部空气入口装置和向下倾斜的燃烧器，所述燃烧室具有由燃烧室壁的底部的斜面形成的干底漏斗，所述底部空气入口装置在所述干底漏斗的嘴部下方，所述向下倾斜的燃烧器安装在燃烧室壁上并用于供给燃料/空气混合物；所述熔炉具有在所述燃烧室后面的灰烬收集器、以及具有灰尘输送装置的灰烬循环管道；煤/灰烬混合物消耗量控制器安装在灰烬循环管道中；所述灰烬循环管道的一端连接到所述灰烬收集器，而另一端连接到所述燃烧室的内部空间；所述灰烬循环管道的出口在所述燃烧室的内部空间的选定区的区域中。

5.根据权利要求4所述的涡旋式熔炉，其特征在于，在所述灰烬循环管道中具有吸附剂输入介质。

6.根据权利要求4所述的涡旋式熔炉，其特征在于，所述灰烬循环管道的出口被设置在所述干底漏斗嘴部和所述向下倾斜的燃烧器之间，而所述灰烬收集器被选择用以捕集大于0.5mm的颗粒。

7.根据权利要求4所述的涡旋式熔炉，其特征在于，额外的燃烧器安装在迟燃区中的燃烧室壁上，所述灰烬循环管道的出口与所述额外的燃烧器相连接，而所述灰烬收集器被选择用以捕集大于0.5mm的颗粒。