CN101761921B - 一种燃用煤粉的工业锅炉系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃用煤粉的工业锅炉系统，包括燃料供应系统、锅炉本体、给水及水处理系统和烟气净化系统，其中锅炉本体包括煤粉燃烧器和D型炉，煤粉燃烧器密封安装在D型炉的燃料入口处，煤粉燃烧器通过一次风送风管与燃料供应系统连通，给水及水处理系统和烟气净化系统分别与D型炉连通；煤粉燃烧器包括依次由中心开有圆孔的第一隔板和第二隔板分隔形成的内二次风箱、分级风箱和扰动风箱。本发明系统简单、设备投资低、运行成本低，可使煤粉能稳定着火且具有很高的燃尽率，不易结渣，而且能有效降低系统氮氧化物的排放，污染物排放少。

Description

一种燃用煤粉的工业锅炉系统

技术领域

本发明涉及一种工业锅炉系统，特别是一种关于燃用煤粉的工业锅炉系统。

背景技术

煤炭在我国一次能源消费结构中占主导地位，并且在今后相当长的一段时期内这种格局不会有大的改变。目前，我国约有50万台在用工业锅炉，而燃煤工业锅炉占其总量的80％以上，其中又以采用火床燃烧方式的链条炉居多。链条炉燃烧的特点是将块状的固体燃料铺在运动的炉排上燃烧，由于煤块的燃烧不是很充分，导致其燃烧效率非常低。链条炉燃烧本身存在的缺陷，决定了其热效率不可能达到较高的水平，设备运行热效率平均仅为65％左右。

相比链条炉，采用粉状悬浮燃烧方式的煤粉炉则具有较高的热效率，其锅炉效率可以达到90％～93％。煤粉炉作为现代大中型电站锅炉的主要型式，在工业锅炉上却应用得极少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种燃用煤粉的工业锅炉系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：该燃用煤粉的工业锅炉系统主要包括燃料供应系统、锅炉本体、给水及水处理系统和烟气净化系统，其中，所述锅炉本体包括煤粉燃烧器和D型炉，所述煤粉燃烧器密封安装在D型炉的燃料入口处，所述煤粉燃烧器通过一次风送风管与燃料供应系统连通，给水及水处理系统和烟气净化系统分别与D型炉连通；所述煤粉燃烧器包括依次由中心开有圆孔的第一隔板和第二隔板分隔形成的内二次风箱、分级风箱和扰动风箱，所述内二次风箱、分级风箱、扰动风箱在各自的管壁上相应地设置有朝周向倾斜的内二次风进风口、分级风进风口、扰动风进风口；内二次风箱沿轴向贯穿有一次风管，在一次风管外同轴套设有内二次风管，内二次风管在第一隔板的圆孔处与第一隔板密封联接，内二次风管内安装有旋流叶片，内二次风管在所述第一隔板的圆孔处向外扩锥延伸形成的锥形筒置于分级风箱内；扰动风箱内同轴设有两端敞口的预燃室，扰动风箱的壁与预燃室的壁之间形成环形通道，该环形通道的出口处设有环形端面，环形端面上均匀地设有开孔，在所述开孔处固定安装有扰动风喷口；预燃室的进口端在第二隔板的圆孔处与第二隔板密封联接；预燃室的进口根部处设有环形的分级风道，所述锥形筒与分级风道的内壁密封固定联接。

进一步地，本发明所述锅炉本体还包括省煤器，所述给水及水处理系统和烟气净化系统均通过省煤器分别与D型炉连通。

进一步地，本发明所述D型炉的炉膛一侧开有进风口，在该进风口处安装有炉膛二次风管，在煤粉燃烧器和燃料供应系统的送风机之间连接有二次风送风管，所述炉膛二次风管与二次风送风管之间通过风管连通。

进一步地，本发明所述燃料供应系统包括煤粉仓、粉仓搅拌器、粉仓搅拌器电机、输粉绞龙、输粉绞龙电机、落料管、送风机、风粉混合器、一次风送风管；所述粉仓搅拌器的末端与粉仓搅拌器电机连接，粉仓搅拌器竖直置于煤粉仓内；煤粉仓的出口处安装有输粉绞龙，该输粉绞龙与煤粉仓连通；输粉绞龙的一端与输粉绞龙电机连接，输粉绞龙的出料口通过落料管与风粉混合器的中部连通，该风粉混合器呈文丘里管状；所述风粉混合器的一端通过送风管道与送风机连接，风粉混合器的另一端与一次风送风管连接。

进一步地，本发明所述分级风道内安装有旋流叶片。

进一步地，本发明所述一次风管的出口端呈扩口状，该扩口状出口端伸入到锥形筒内，在该扩口状出口端内通过耐火钢筋焊接有圆锥形的钝体。

进一步地，本发明所述扰动风喷口的中心轴线与预燃室的中心轴线之间所形成的夹角为α且10°≤α≤20°。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

(1)本发明采用煤粉悬浮燃烧方式，锅炉效率相对于链条炉得到大幅度提高，在国内有广泛推广使用的潜力；

(2)本发明的燃料供应系统在煤粉仓内垂直安装了粉仓搅拌器，能有效防止煤粉仓堵粉；风和煤粉混合的地方采用了文丘里管形状的风粉混合器，风粉气流通过该装置后，使得供料非常均匀，不会堵塞。

(3)本发明的煤粉燃烧器采用内二次风、分级风及扰动风的三级配风方式，有效地降低了氮氧化物的排放；其次，在燃烧器出口处设置了扰动风喷嘴，加强了该处气流的扰动程度，从而促进了煤粉的燃烧；该燃烧器还设置了预燃室，利用预燃室高温筒壁的辐射和反向回流高温烟气的对流传热，使煤粉气流迅速着火燃烧；在预燃室的根部设置分级风，有效地防止了预燃室的积灰和结渣。

(4)锅炉采用D型布置，该炉型能较好地与煤粉燃烧所产生的火焰匹配，解决了受热面布置、出渣口设置以及整装出厂等问题；并在D型炉炉膛设置二次风喷口，不仅提供了煤粉燃烧后期所需空气，而且能有效降低氮氧化物的排放。

(5)本发明在锅炉的尾部烟道设置了省煤器，从而可以有效地利用烟气余热，提高热效率；

(6)本发明的整套系统配置合理，整个过程可实现自动控制，且投资少，运行成本低，在污染物排放方面能达到国家规定的排放标准，具有一定的竞争优势。

附图说明

图1是本发明锅炉系统的整体结构示意图。

图2是本发明的燃料供应系统的结构示意图。

图3是本发明的煤粉燃烧器的结构示意图。

图4是图3的A向视图。

图5是本发明的煤粉燃烧器的扰动风喷口分布示意图。

图6是本发明的锅炉本体的结构示意图。

图7是图6的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明主要包括燃料供应系统56、锅炉本体37、给水及水处理系统57和烟气净化系统58。

如图1所示，锅炉本体37包括煤粉燃烧器10和D型炉11。煤粉燃烧器10安装在D型炉11的燃料入口处，两者的安装连接处采用密封结构。煤粉燃烧器10通过一次风送风管7与燃料供应系统56连通。

如图1所示，给水及水处理系统57包括水处理装置14、水箱15、立式泵16。水处理装置14与现场的自来水管相连；水箱15通过一阀门与水处理装置14相连，水箱的出口与立式泵16相连；立式泵16的出水口通过管道与省煤器12相连。省煤器12安装于锅炉的尾部烟道，省煤器12的烟气进口与D型炉11的烟道出口47相连。该省煤器12可以用于有效地利用烟气余热，提高热效率。

如图1所示，烟气净化系统58包括烟气净化装置17、引风机18、烟囱19。烟气净化装置17与省煤器12的烟气出口相连，烟气净化装置17的排气口与引风机18的进口相连，引风机18的出口连接烟囱19。

如果本发明未使用省煤器12，则给水及水处理系统57的立式泵16的出水口直接通过管道与D型炉11连通，烟气净化系统58的烟气净化装置17的进气口直接与D型炉11连通。

如图1所示，可在D型炉11的炉膛一侧开有进风口，在该进风口安装有炉膛二次风管46以作为炉膛二次风喷口，在煤粉燃烧器10和燃料供应系统56的送风机5之间连接有二次风送风管13，炉膛二次风管46与二次风送风管13之间通过风管连通。炉膛二次风喷口的设置，主要是为了提供煤粉燃烧后期所需的空气，而且还能有效降低氮氧化物的排放。

如图1、图2所示，本发明的燃料供应系统56包括燃料供应装置55、送风机5和一次风送风管7。燃料供应装置55包括煤粉仓1、粉仓搅拌器2、粉仓搅拌器电机8、输粉绞龙3、输粉绞龙电机9、落料管4、风粉混合器6。粉仓搅拌器2的末端与粉仓搅拌器电机8连接，粉仓搅拌器2竖直置于煤粉仓1内；煤粉仓1的出口处安装有输粉绞龙3，该输粉绞龙3与煤粉仓1连通；输粉绞龙3的一端与输粉绞龙电机9连接，输粉绞龙3的出料口通过落料管4与风粉混合器6的中部连通，该风粉混合器6呈文丘里管状；风粉混合器6的一端通过送风管道与送风机5连接，风粉混合器6的另一端与一次风送风管7连接。煤粉仓中设置了粉仓搅拌器2，能有效防止煤粉仓堵粉，而且风粉混合器6为文丘里管形状，使得供料非常均匀，不会堵塞。

如图3～图5所示，本发明的煤粉燃烧器内间隔地固定安装有第一隔板34和第二隔板35，该两个隔板的中心均开有圆孔。通过第一隔板34和第二隔板35，煤粉燃烧器的内部被分隔形成依次排列的内二次风箱26、分级风箱27和扰动风箱28；如图4所示，在上述三个风箱各自的管壁上相应地设置有朝管壁的周向倾斜的内二次风进风口30、分级风进风口31、扰动风进风口32。三个进风口采用周向倾斜设计，根据流体力学原理可知，气流采用这种方式进入风箱，使得风箱内的气流更为均匀，从而提高了燃烧器出口截面处气流的均匀度。内二次风箱26沿轴向贯穿有一次风管20，在一次风管20外同轴套设有内二次风管21，内二次风管21在与第一隔板34的圆孔处与第一隔板34密封联接，内二次风管21在第一隔板34的圆孔处向外扩锥延伸形成的锥形筒33置于分级风箱27。内二次风管21内安装有旋流叶片24，使气流通过此处时产生旋转，一次风管(20)的出口端为扩口状，该扩口状出口端伸入到锥形筒33内，在该扩口状出口端内通过耐火钢筋焊接有圆锥形的钝体25。在内二次风管21内的旋流叶片24和钝体25的共同作用下，气流流出喷口后在中心(即钝体25的尾部)形成了有利于煤粉着火稳燃的高温回流区。扰动风箱28内同轴设有预燃室29(即扰动风箱28与预燃室29的中心轴线重合)，预燃室29的两端敞口，扰动风箱的壁与预燃室的壁之间形成环形通道，该环形通道的出口处设有环形端面36，环形端面36上均匀地设有若干个开孔，在这些开孔处固定安装有扰动风喷口23。此外，预燃室29的进口端在第二隔板35的圆孔处与第二隔板35密封联接，从而阻断了扰动风箱28与分级风箱27内的两股气流，防止两股气流的窜流。由于预燃室29内的空间较小，且内壁为保温绝热材料制成，故预燃室29的壁温能很快升高并保持在一个比较高的温度，煤粉气流在高温筒壁的辐射和反向回流高温烟气的对流传热两者共同作用下，迅速着火燃烧。预燃室29的进口根部处设有环形的分级风道22，分级风道22内安装有旋流叶片，且其内壁与锥形筒33密封固定联接。分级风通过分级风道22紧贴着预燃室29壁面旋转进入燃烧器，不仅可以有效地防止预燃室29的结渣，还可对燃烧器出口起到很好的保护作用。如图5所示，在扰动风箱28的出口处的环形端面36上均匀地设有开孔，在开孔处固定安装有扰动风喷口23，扰动风喷口23的中心轴线与预燃室29的中心轴线之间所形成的夹角为α。将α设定在10°≤α≤20°，可使扰动风在该角度范围内通过扰动风喷口23喷出，具有较好的扰动效果，从而促进煤粉的燃烧，提高煤粉的燃尽率。

本发明的煤粉燃烧器10把煤粉后期燃烧所需的二次风分成三部分，即通过内二次风管21、分级风道22、扰动风喷口23，燃料在先缺氧、后富氧的条件下燃烧，有效地降低了氮氧化物的排放。

如图6、图7所示，锅炉本体37包括煤粉燃烧器10、D型炉11和省煤器12，煤粉燃烧器10密封安装在D型炉11的燃料入口处。D型炉11包括一卧式锅壳38，锅壳38内部由密排布置的水冷壁管束45分隔成炉膛52和对流换热烟道51两部分。炉膛52一侧开有进风口，在该进风口处安装有炉膛二次风管46，在煤粉燃烧器10和燃料供应系统56的送风机5之间连接有二次风送风管13，所述炉膛二次风管46与二次风送风管13之间通过风管连通。炉膛52的内壁环向紧凑布置水冷壁管束45。对流换热烟道51由烟道分隔墙49分成双回程的烟道，对流换热烟道51尾部设置有烟道出口47，烟道出口47与省煤器12相连通。对流换热烟道51顶部设置一上纵置锅筒39，底部设置一下纵置锅筒40，上纵置锅筒39与下纵置锅筒40之间通过对流管束48相连通；上纵置锅筒39上设置有水蒸气出口42和给水进口50，给水进口50与省煤器12连通；炉膛52的底部设置两个水冷壁下集箱41，水冷壁管束45的一端与水冷壁下集箱41相连，另一端与上置锅筒39相连；水冷壁下集箱41与下纵置锅筒40通过管道相连；炉膛52的底部开有三个收口状均匀布置的出渣口53，每个出渣口53下部分别连接一溜灰管43，所有溜灰管43通向一捞渣机44。

本发明的工作过程如下：

运煤罐车将制备好的煤粉运送至现场后投入煤粉仓1中。启动粉仓搅拌器电机8，同时启动输粉绞龙电机9，煤粉仓1中的煤粉连续旋转输送至输粉绞龙3的末端，并落入落料管4中，煤粉由于自重下落至风粉混合器6。送风机5产生的风量与煤粉在风粉混合器6处混合，混合好后的风粉气流通过一次风送风管7进入煤粉燃烧器10。风粉混合器6为文丘里管形状，独特的设计使得供料十分均匀，不会堵塞。

在煤粉燃烧器10通入风粉气流前，首先打开煤气罐54的阀门，燃气被点火气枪(图中未标出)点燃10秒钟后，打开风机，使煤粉气流通过一次风管20进入，绕过钝体25喷出，并被已经燃烧的燃气点燃，同时打开内二次风进风口30、分级风进风口31和扰动风进风口32，此时内二次风、分级风、扰动风分别通过内二次风管21、分级风道22、扰动风喷口23进入燃烧器，实现空气的分级供给，能有效降低NO_X的排放。在煤粉被点燃并与燃气共燃10秒钟后，关闭点火气枪，完全由煤粉燃烧。其中内二次风管21的气流通过旋流叶片24后，产生旋转，流出喷口后在中心(即在钝体25尾部)形成回流区，卷吸炉内的高温烟气，加热并点燃煤粉。通过调节内二次风进风口30、分级风进风口31、扰动风进风口32进口上的阀门(图中未标出)，便可调节火焰在锅炉炉膛中的燃烧情况，从而改善燃烧效果。

在D型炉11内，煤粉燃烧器10喷出的火焰在炉膛52内继续燃烧，从炉膛二次风管46出来的空气提供了煤粉燃烧后期所需的氧气。燃烧后产生的烟气的一部分热量传递给水冷壁管束45，随后进入双回程的对流换热烟道51与对流管束48进行换热。仍保持较高温度的烟气从烟道出口47流出，继续流经省煤器12换热，从而可以有效地利用余热，提高热效率。经过换热后的烟气通过烟气净化装置17进行净化，最后由引风机18引入烟囱19，从而排入大气。在整个过程中，燃烧产生的灰渣通过出渣口53落入溜灰管43，最后通过捞渣机44输送至灰场。

自来水先经过水处理装置14软化、除氧、除盐后送入水箱15，水箱15内的水通过立式泵16进入省煤器12进行换热。加热后的给水随后进入D型炉11内的水冷壁管束45和对流管束48进行换热。最后，满足生产要求的蒸汽通过上纵置锅筒39上的水蒸气出口42输送给用户。

Claims (7)

1.一种燃用煤粉的工业锅炉系统，它包括燃料供应系统(56)、锅炉本体(37)、给水及水处理系统(57)和烟气净化系统(58)，其特征在于：所述锅炉本体(37)包括煤粉燃烧器(10)和D型炉(11)，所述煤粉燃烧器(10)密封安装在D型炉(11)的燃料入口处，所述煤粉燃烧器(10)通过一次风送风管(7)与燃料供应系统(56)连通，给水及水处理系统(57)和烟气净化系统(58)分别与D型炉(11)连通；所述煤粉燃烧器(10)包括依次由中心开有圆孔的第一隔板(34)和第二隔板(35)分隔形成的内二次风箱(26)、分级风箱(27)和扰动风箱(28)，所述内二次风箱(26)、分级风箱(27)、扰动风箱(28)在各自的管壁上相应地设置有朝周向倾斜的内二次风进风口(30)、分级风进风口(31)、扰动风进风口(32)；内二次风箱(26)沿轴向贯穿有一次风管(20)，在一次风管(20)外同轴套设有内二次风管(21)，内二次风管(21)在第一隔板(34)的圆孔处与第一隔板(34)密封联接，内二次风管(21)内安装有旋流叶片(24)，内二次风管(21)在所述第一隔板(34)的圆孔处向外扩锥延伸形成的锥形筒(33)置于分级风箱(27)内；扰动风箱(28)内同轴设有两端敞口的预燃室(29)，扰动风箱(28)的壁与预燃室(29)的壁之间形成环形通道，该环形通道的出口处设有环形端面(36)，环形端面(36)上均匀地设有开孔，在所述开孔处固定安装有扰动风喷口(23)；预燃室(29)的进口端在第二隔板(35)的圆孔处与第二隔板(35)密封联接；预燃室(29)的进口根部处设有环形的分级风道(22)，所述锥形筒(33)与分级风道(22)的内壁密封固定联接。

2.根据权利要求1所述的一种燃用煤粉的工业锅炉系统，其特征在于：所述锅炉本体(37)还包括省煤器(12)，所述给水及水处理系统(57)和烟气净化系统(58)均通过省煤器(12)分别与D型炉(11)连通。

3.根据权利要求1所述的一种燃用煤粉的工业锅炉系统，其特征在于：所述D型炉(11)的炉膛一侧开有进风口，在该进风口处安装有炉膛二次风管(46)，在煤粉燃烧器(10)和燃料供应系统(56)的送风机(5)之间连接有二次风送风管(13)，所述炉膛二次风管(46)与二次风送风管(13)之间通过风管连通。

4.根据权利要求1所述的一种燃用煤粉的工业锅炉系统，其特征在于：所述燃料供应系统(56)包括煤粉仓(1)、粉仓搅拌器(2)、粉仓搅拌器电机(8)、输粉绞龙(3)、输粉绞龙电机(9)、落料管(4)、送风机(5)、风粉混合器(6)、一次风送风管(7)；所述粉仓搅拌器(2)的末端与粉仓搅拌器电机(8)连接，粉仓搅拌器(2)竖直置于煤粉仓(1)内；煤粉仓(1)的出口处安装有输粉绞龙(3)，该输粉绞龙(3)与煤粉仓(1)连通；输粉绞龙(3)的一端与输粉绞龙电机(9)连接，输粉绞龙(3)的出料口通过落料管(4)与风粉混合器(6)的中部连通，该风粉混合器(6)呈文丘里管状；所述风粉混合器(6)的一端通过送风管道与送风机(5)连接，风粉混合器(6)的另一端与一次风送风管(7)连接。

5.根据权利要求1所述的一种燃用煤粉的工业锅炉系统，其特征在于：所述分级风道(22)内安装有旋流叶片。

6.根据权利要求1所述的一种燃用煤粉的工业锅炉系统，其特征在于：所述一次风管(20)的出口端呈扩口状，该扩口状出口端伸入到锥形筒(33)内，在该扩口状出口端内通过耐火钢筋焊接有圆锥形的钝体(25)。

7.根据权利要求1所述的一种燃用煤粉的工业锅炉系统，其特征在于：所述扰动风喷口(23)的中心轴线与预燃室(29)的中心轴线之间所形成的夹角为α且10°≤α≤20°。

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