CN101806453A

CN101806453A - 一种可实现连续液态排渣的立式空冷煤粉燃烧器

Info

Publication number: CN101806453A
Application number: CN 201010161599
Authority: CN
Inventors: 汪小憨; 曾小军; 杨卫斌; 赵黛青; 杨浩林
Original assignee: Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Current assignee: Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Priority date: 2010-04-26
Filing date: 2010-04-26
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2030-04-26
Also published as: CN101806453B

Abstract

本发明公开了一种可实现连续液态排渣的立式空冷式煤粉燃烧器，包括依次竖直连通的二次风预旋室、近似圆筒形燃烧室和排渣室，以及冷却风室，包括设置在燃烧室顶端的进口端面和下端侧壁的出口端面，在燃烧室和排渣室的外表面、燃烧器内敷设有耐火保温层，在耐火保温层外侧敷设有隔热层，在隔热层外侧设有燃烧器的内筒壁和外筒壁，内筒壁和外筒壁之间保持有间隙并形成有冷却风室，在冷却风室内、内筒壁表面上布置有一定数量的换热翅片；所述燃烧室从上到下依次分为上空腔、下空腔、熔渣汇流室；二次风进口、煤粉燃料进口和点火口均设于进口端面；在出口端面上设有与下空腔连通的水平轴向出火口；燃烧器底部垂直设有排渣室，其包括相互连接的扩散管和直筒管，扩散管的上端为与所述熔渣汇流室连通的出渣口。

Description

一种可实现连续液态排渣的立式空冷煤粉燃烧器

技术领域

本发明涉及一种煤粉燃烧器，尤其是一种可实现连续液态排渣的立式风冷煤粉燃烧器，特别适用于玻璃窑、陶瓷窑、耐火砖窑等需要高温热源的中小型工业窑炉及锅炉。

背景技术

很多用于工业锅炉及窑炉的煤粉液排渣旋风技术及燃烧器，如专利CN86108138A、CN2051324U、CN2056960U、CN201043745Y、CN101324334A所描述，二次风从燃烧室的切向或者割向进入，这种方式易导致燃烧室中旋流流场及温度场的畸变，缩短煤粉在燃烧室内的停留时间，降低了灰渣的离心分离作用，捕渣率难以有效提高。同时二次风口由于处在高温熔渣流动路线上，易导致二次风口结渣，严重影响了燃烧器的性能。有人针对上述问题，采用端面预旋进风、流场外层定向给粉及空气分级燃烧等方法和结构，如专利CN1115513C、CN1153018C、CN2753968Y所描述，虽然克服了常规液排渣燃烧器出现的风口结渣问题，但要实现工业长周期、稳定运行，在以下两个方面尚有待改进之处：

1)燃烧器冷却系统的布置与优化。专利CN2753968Y采用水冷方式，提高燃烧器运行的安全性，大大降低材料成本，但冷却水带走热量一般在20％以上，造成了能量的极大浪费，而且对于灰熔点较高、热值较低的煤种，容易出现渣口堵塞，排渣不畅等严重问题；专利CN1153018C采用空冷方式，虽然能源利用效率较水冷高，但由于冷却系统与二次风系统设计为联动型式，冷却效果和燃烧性能很难同时达到较佳，实际运行中易导致燃烧器局部过热而烧坏。

2)排渣结构的合理化设计。目前针对中小型工业窑炉的煤粉液排渣燃烧器的排渣口一般设置在燃烧器本体的最底部，采用渐缩或者直筒结构，这种方式易导致熔渣在排出燃烧器的瞬间受到环境的冷却而导致凝结，同时渐缩或直筒结构也造成熔渣贴壁的情况发生。目前普遍采用的加大出渣口等措施，导致渣口散热严重，反而更加剧了渣口凝固的趋势。排渣问题仍然是目前液排渣燃烧器不能长时间稳定运行的主要原因，严重制约了技术的商业化推广。

发明内容

本发明的目的在于针对上述两个问题，提出一种既可以保持高热量输出(出口烟温1850℃)、高燃烧效率(99.5％)、高捕渣率(90％)、低热损失(3％以下)、低NOx排放，更能实现稳定、连续排渣，能满足工业窑炉及锅炉长期运行要求的立式空冷煤粉液排渣燃烧器。

为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：一种可实现连续液态排渣的立式空冷式煤粉燃烧器，包括依次竖直连通的二次风预旋室、近似圆筒形燃烧室和排渣室，以及冷却风室，包括设置在燃烧室顶端的进口端面和下端侧壁的出口端面，在燃烧室和排渣室的外表面、燃烧器内敷设有耐火保温层，在耐火保温层外侧敷设有隔热层，在隔热层外侧设有燃烧器的内筒壁和外筒壁，内筒壁和外筒壁之间保持有间隙并形成有冷却风室，在冷却风室内、内筒壁表面上布置有一定数量的换热翅片；所述燃烧室从上到下依次分为上空腔、下空腔、熔渣汇流室；二次风进口、煤粉燃料进口和点火口均设于进口端面；在出口端面上设有与下空腔连通的水平轴向出火口；燃烧器底部垂直设有排渣室，其包括相互连接的扩散管和直筒管，扩散管的上端为与所述熔渣汇流室连通的出渣口。

燃烧室具备一定的厚度，由内向外依次为耐火层、保温层、隔热层及燃烧器内筒壁，耐火层由多种材料复合而成，具备较高的耐冲刷、耐腐蚀和耐温性能，保证燃烧器在恶劣条件下的运行寿命；排渣室中心位置可以与燃烧室中轴线重合，也可以沿径向向燃烧室出口端面偏移，偏移量最好不超过出渣口当量直径。

所述二次风预旋室设置在进口端面处，其包括气体整流室和环形轴流叶栅；气体整流室一端依次与水平设置的煤粉燃料进口和二次风进口连接，下端与上空腔连通，所述环形轴流叶栅设置在上空腔开口处的外沿上。整流室由耐热钢质材料拼焊而成，其作用在于保证进入环形叶栅之前的二次风气流沿周向分布均匀；整流室之下设有一外径与燃烧室圆筒形内壁面相等或者稍小的环形轴流叶栅，其作用在于使二次风经过环形叶栅后形成环形旋流进入燃烧室，为煤粉悬浮燃烧或者附壁燃烧提供没有任何阻碍的旋流流场。

所述冷却风室与燃烧室互不相通。传统技术的冷却风室与燃烧室是相通的，但这样就造成了冷却风量和助燃风量的相互影响；一般来说，液排渣燃烧器的内部温度很高，为了保证燃烧器运行安全，冷却风量一般比较大，而助燃风量是和给煤量匹配的，如果将冷却风室与燃烧室联通，助燃风量等于冷却风量，这样就造成了助燃风较大，与煤量不匹配，极大地影响燃烧室内的燃烧工况；因此冷却风室与燃烧室互不相通，在于保证冷却系统与二次风供风系统互不干扰，实现冷却性能和燃烧性能的独立调节。

所述上空腔直径为下空腔直径的1.1～1.5倍。其作用在于提高煤粉沿径向的分散程度，有利于着火。

所述出渣口伸入熔渣汇流室内，伸入长度小于熔渣汇流室的高度，熔渣汇流室低于出火口的下平面设置。其作用在于提高液渣向出渣口的汇流能力、保持排渣的连续性，同时避免液渣从出火口涌出的危险；在于可以充分利用燃烧室内的高温烟气加热出渣口，提高熔渣的流动性，同时，燃烧室熔渣汇流室和排渣室扩散管之间聚集的高温熔渣也可起到较强的蓄热作用，使得灰渣在流出排渣口之前很难被冷却；出渣口直径ds应小于同高度燃烧室内径，最好不要超过内径的1/6，以保证在顺利流渣的同时，出渣口直径ds尽量小，减少从渣口的高温散热。

所述的扩散管为正圆台、正棱台或其它上窄下宽的立体结构，锥度角可为5°至85°之间；所述出渣口设置在扩散管上端的窄端处，直筒管连接于扩散管下端的宽端上，直筒管下端固定于燃烧室底座之上。其作用在于保证液渣从出渣口流出时处于悬流状态，受到的阻力小，且不易贴壁凝固。

出渣口为内凹式，投影形状是圆形或方形或椭圆形及其它不规则形状。

出火口是圆形或方形或椭圆形及其它不规则形状，在燃烧器侧壁上的位置是中心或切向或割向设置。

所述的换热翅片采用沿竖直方向上疏下密、交错排列的布置方式。其作用是用来提高冷却效率，保证燃烧器的运行安全。

在靠近所述出火口与下空腔相接的一端上方、耐火保温层内侧上设有弧形挡渣板。挡渣板的宽度等于或略大于出火口的宽度，其作用在于保证出火口上方的熔渣通过挡渣板改道后从出火口侧方流下至熔渣汇流室，从而不被高速烟气带入终端设备，污染产品。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：排渣的稳定以及连续性是液排渣燃烧器能否成熟应用的最关键问题，本发明在保证运行安全性和节能效果的前提下，通过组织规范的旋流流场、提高燃烧温度、设计合理的排渣结构等多种措施，提出一种适合中小型工业窑炉及锅炉使用的立式空冷液排渣燃烧器，主要特色及优势如下：

1)本发明采用高性能的耐火保温材料作为燃烧器内衬，采用冷却风室单独设置形式，采用上疏下密、交错排列的翅片换热结构，在保证燃烧器的安全稳定运行的前提下使燃烧状况接近最佳。燃烧器的散热率小于3％，出口烟气温度可达1850℃，不但可以满足一般中温窑炉的加热要求，也能为高档耐火砖窑、玻璃熔窑等高温窑炉提供热源。

2)本发明采用创新的突台扩散式排渣结构，一改传统的渐缩或直筒结构，充分利用了燃烧室内高温烟气对排渣口的加热作用，同时避免了熔渣的贴壁凝固情况的发生，即使在出渣口较小的情况下，也能保证排渣的连续性。

3)本发明将本单位在卧式液排渣旋风燃烧器中采用的端面预旋进风技术引入立式液排渣燃烧器的设计之中，并做了进一步的改进，加装的整流室使得进入燃烧室内的旋转气流沿周向分布更为均匀，为煤粉的悬浮和附壁充分燃烧、灰渣的捕集提供了更为合理的流场，燃烧效率可达99.5％，捕渣率达到90％。

4)以上几个特色和优势还有利于拓宽液排渣燃烧器的燃料适用范围，高温、强旋流、快速着火等优点有利于降低液排渣燃烧技术对于灰熔点、粒度、灰含量等燃料特性的苛刻要求，为高效灵活燃料燃烧器的开发提供一种参考技术和结构。

另外，本发明中的一些技术细节，如弧形挡渣结构等，也是目前工业窑炉用液排渣煤粉燃烧器中未见报道的。因此，无论从结构还是性能上看，本发明均不同于传统的液排渣旋风燃烧器。本发明所具有高热量输出、高燃烧效率、高捕渣率、低热损失、高稳定排渣性能、宽燃料适应性、简单紧凑的结构等特点，是目前现有的立式/卧式、水冷/风冷液排渣煤粉燃烧器所不具备的，是一种真正能满足工业窑炉长期运行要求的节能环保型液排渣煤粉燃烧器。

附图说明

图1为一种可实现连续液态排渣的立式空冷煤粉燃烧器的结构示意图；

图2为冷却风室换热翅片的布置方式示意图；

图3为圆形排渣室扩散管剖视及俯视结构示意图；

图4为方形排渣室扩散管剖视及俯视结构示意图；

图5为椭圆形排渣室扩散管剖视及俯视结构示意图；

附图标记说明：1-二次风进口；2-燃料进口；3-观察孔；4-二次风预旋室；4-1-气体整流室，4-2-环形轴流叶栅；5-燃烧室；5-1-上空腔；5-2-下空腔；5-3熔渣汇流室；6-冷却风出口；7-换热翅片；8-冷却风室；9-挡渣板；10-出火口；11-燃烧器底板；12-出渣口；13-排渣室；13-1-扩散管；13-2-直筒管；14-冷却风进口；15-燃烧器耐火保温层；16-燃烧器隔热层；17-燃烧室内筒壁；18-燃烧室外筒壁。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例一：

请参阅图1所示，一种可实现连续液态排渣的立式空冷式煤粉燃烧器，包括依次竖直连通的二次风预旋室4、燃烧室5和排渣室13，以及冷却风室8，包括设置在燃烧室5顶端的进口端面和下端侧壁的出口端面，在进口端面上分别设有二次风进口1、燃料进口2和点火口。

在燃烧室5和排渣室13的外表面、燃烧器内敷设有耐火保温层15，在耐火保温层15外侧敷设有隔热层16，在隔热层16外侧设有燃烧器的内筒壁17和外筒壁18，内筒壁17和外筒壁18之间保持有间隙并形成有冷却风室8，在冷却风室8内、内筒壁17表面上布置有一定数量的换热翅片7；燃烧室5从上到下依次分为上空腔5-1、下空腔5-2、熔渣汇流室5-3；在出口端面上设有与下空腔5-2连通的水平轴向设置的出火口10；燃烧器底部垂直设有排渣室13，其包括相互连接的扩散管13-1和直筒管13-2，扩散管13-1的上端为与熔渣汇流室5-3连通的出渣口12，本发明扩散管13-1的锥度角α为5°～85°，最佳为30°～60°之间。

二次风预旋室4设置在进口端面处，其包括气体整流室4-1和环形轴流叶栅4-2；气体整流室4-1一端依次与水平设置的煤粉燃料进口2和二次风进口1连接，下端与上空腔5-1连通，环形轴流叶栅4-2设置在上空腔5-1开口处的外沿上。

上空腔5-1的直径略大于下空腔直径5-2。本实施例中上空腔5-1直径d1为下空腔5-2直径d1的1.1倍。

出渣口12伸入熔渣汇流室5-3内，熔渣汇流室5-3低于出火口10的下平面设置。

请参阅图3所示，扩散管13-1为正圆台、正棱台或其它上窄下宽的立体结构，锥度角为30°；出渣口12设置在扩散管13-1上端的窄端处，其为圆形的出渣口，直筒管13-2连接于扩散管13-1下端的宽端上。

以下简述本实施例煤粉燃烧器的工作过程：

一种可用于档耐火砖窑的立式空冷煤粉燃烧器，给煤量300～500kg/h，总高2150mm，外径1200mm，环形轴流叶栅偏转角为10°。煤粉燃料采用气力输送系统送入燃料进口2，二次风经过与窑尾高温烟气换热后，由二次风进口1送入二次风预旋室4，在经过整流室4-1整流后，和煤粉燃料混合通过环形轴流叶栅4-2以高速旋流的形式进入燃烧室5。由于二次风温度可达300℃以上，煤粉在上空腔5-1迅速热解、气化，产生大量易燃的挥发份气体，促进了煤粉的着火。高速的旋转火焰沿筒壁下行至下空腔5-2，煤粉由于离心力的作用不断向耐火保温层15表面沉积并开始出现附壁燃烧现象，高强度的燃烧使得壁面附近的温度迅速升至煤灰熔点之上，耐火保温层15表面开始形成液态渣膜，沿筒壁流至熔渣汇流室5-3，在靠近出火口10与下空腔5-2相接的一端上方、耐火保温层15内侧上设有弧形挡渣板9，在出火口10上方的液渣由于受到挡渣板9的改道、引流作用，也迂回流入到熔渣汇流室之中。随着燃烧的不断进行，燃烧室内温度继续上升直至稳定状态，此时熔渣汇流室内的液渣越积越多，当液面高度超过一定程度后，液渣将从出渣口12流出，以悬流的状态进入排渣室13，依次通过锥度角为30°的扩散管13-1和直筒管13-2后排出燃烧器。燃烧器下端可以接淬冷水槽收集熔渣，冷却后以作它用。高温烟气经过除灰净化后，从出火口10送入窑炉之中。

本实施例还设置了风冷方式以保证燃烧器的运行安全。冷却风从与燃烧器外筒壁18连接的冷却风进口14进入冷却风室8，从与燃烧器上部侧壁的冷却风出口6流出。为了强化换热、提高冷却效率，风室内筒壁17上加装强化换热翅片7，采用如图2所示的沿风室内筒壁17竖直方向上疏下密、交错排列的布置方式。冷却风的出口温度达到100℃以上，可作为三次补燃风送入窑炉之中，也可作为调节风用于出火口10的温度、气氛的调节。

本实施例耐火保温层为砖体结构。

实施例二：

请参阅图4所示，扩散管13-1的锥度角α为30°，出渣口12的形状为方形。本实施例中上空腔5-1直径d1为下空腔5-2直径d1的1.3倍。

本实施例其他结构与实施例一相同，在此不再详述。

实施例三：

请参阅图5所示，扩散管13-1的锥度角α为30°，出渣口12的形状为椭圆形。本实施例中上空腔5-1直径d1为下空腔5-2直径d1的1.5倍。

本实施例其他结构与实施例一相同，在此不再详述。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims

1.一种可实现连续液态排渣的立式空冷煤粉燃烧器，包括依次竖直连通的二次风预旋室(4)、燃烧室(5)和排渣室(13)，以及冷却风室(8)，其特征在于：包括设置在燃烧室(5)顶端的进口端面和下端侧壁的出口端面，在燃烧室(5)和排渣室(13)的外表面、燃烧器内敷设有耐火保温层(15)，在耐火保温层(15)外侧敷设有隔热层(16)，在隔热层(16)外侧设有燃烧器的内筒壁(17)和外筒壁(18)，内筒壁(17)和外筒壁(18)之间保持有间隙并形成有冷却风室(8)，在冷却风室(8)内、内筒壁(17)表面上布置有一定数量的换热翅片(7)；所述燃烧室(5)从上到下依次分为上空腔(5-1)、下空腔(5-2)、熔渣汇流室(5-3)；二次风进口(1)、燃料进口(2)和点火口均设于进口端面；在出口端面上设有与下空腔(5-2)连通的水平轴向出火口(10)；燃烧器底部垂直设有排渣室(13)，其包括相互连接的扩散管(13-1)和直筒管(13-2)，扩散管(13-1)的上端为与所述熔渣汇流室(5-3)连通的出渣口(12)。

2.如权利要求1所述的可实现连续液态排渣的立式空冷煤粉燃烧器，其特征在于：所述二次风预旋室(4)设置在进口端面处，其包括气体整流室(4-1)和环形轴流叶栅(4-2)；气体整流室(4-1)一端依次与水平设置的煤粉燃料进口(2)和二次风进口(1)连接，下端与上空腔(5-1)连通，所述环形轴流叶栅(4-2)设置在上空腔(5-1)开口处的外沿上。

3.如权利要求1所述的可实现连续液态排渣的立式空冷煤粉燃烧器，其特征在于：所述冷却风室(8)与燃烧室(5)互不相通。

4.按照权利要求1所述的可实现连续液态排渣的立式空冷煤粉燃烧器，其特征在于：所述上空腔(5-1)直径为下空腔(5-2)直径的1.1～1.5倍。

5.按照权利要求1所述的可实现连续液态排渣的立式空冷煤粉燃烧器，其特征在于：所述出渣口(12)伸入熔渣汇流室(5-3)内，伸入长度小于熔渣汇流室(5-3)的高度，熔渣汇流室(5-3)低于出火口(10)的下平面设置。

6.按照权利要求1所述的可实现连续液态排渣的立式空冷煤粉燃烧器，其特征在于：所述扩散管(13-1)为正圆台、正棱台或其它上窄下宽的立体结构，锥度角可为5°至85°之间；所述出渣口设置在扩散管(13-1)上端的窄端处，直筒管(13-2)连接于扩散管(13-1)下端的宽端上。

7.按照权利要求1所述的可实现连续液态排渣的立式空冷煤粉燃烧器，其特征在于：所述出渣口(12)为内凹式，投影形状是圆形或方形或椭圆形及其它不规则形状。

8.按照权利要求1所述的可实现连续液态排渣的立式空冷煤粉燃烧器，其特征在于：所述出火口(10)是圆形或方形或椭圆形及其它不规则形状，在燃烧器侧壁上的位置是中心或切向或割向设置。

9.按照权利要求1所述的可实现连续液态排渣的立式空冷煤粉燃烧器，其特征在于：所述换热翅片(7)采用沿内筒壁(17)表面的竖直方向上疏下密、交错排列的布置方式。

10.按照权利要求1所述的可实现连续液态排渣的立式空冷煤粉燃烧器，其特征在于：在靠近所述出火口(10)与下空腔(5-2)相接的一端上方、耐火保温层(15)内侧上设有弧形挡渣板(9)。