CN102330972B - 工业窑炉粉体燃烧系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种工业窑炉粉体燃烧系统，包括固体燃料超细化装置、给料装置、微粉改性装置、粉体输送控制分配安全装置、燃烧器和炉膛，所述固体燃料超细化装置与所述给料装置的粉体进口连接，所述给料装置的粉体出口与所述微粉改性装置物料进口连接，所述微粉改性装置通过粉体输送控制分配安全装置与燃烧器连接，所述燃烧器安装在所述炉膛内；所述燃烧器与高压风机连接，以便于提供燃烧用的高压空气。本发明的具有的优点是：使粉体燃料能够具有更好的燃烧时间，燃烧充分，释放热值高，且残留少，排放也少，具有很高的环保性。

Description

工业窑炉粉体燃烧系统

技术领域

本发明涉及一种工业窑炉燃烧系统，具体为一种工业窑炉粉体燃烧系统。

背景技术

我国是能源消耗大国，在全国能源的总消耗中，煤炭占75%以上，石油占17%。而锅炉作为最主要的热能转化设备，广泛用于电站、工业等各个行业。传统锅炉的热效率一般只能达到80%～85%。如何提高现有锅炉的系统热效率，对我国的节能具有重要的意义。

对于如煤等固体燃料直接燃烧，往往存在燃烧不充分，释放热值低、污染排放严重等不足。为了提高燃烧效率，现有技术通常是对其粉体燃料进行充分粉碎，以提高粉体燃料与空气的接触，从而提高燃烧效率。虽然，粉碎后的粉体燃料与空气接触更加充分，燃烧可以更加容易和完全。然而，一般的燃料粉体中含有大量水分，容易抱团，输送比较困难。另外，空气中含氧量有限，很难做到富氧燃烧，且传统的燃烧点火慢，很难完全做到燃尽，这样会存在能源浪费以及排放污染严重等缺点。

另外，现有工业锅炉的燃料输送系统为了保证管道输送燃料的连续性,尽可能实现不间断的生产,一般采用设置一条备用输送管方式。在实际应用的时候，可以实行主输送管和备用输送管轮流更替的使用，可以在一定程度上延长管道输送系统的使用寿命。但是在工业生产中，特别是输送的是粉体燃料时，主输送管和备用输送管同时堵塞的情况还是会产生，还有的是在管道堵塞后由于没有后备管路进行分流，且很多没有安装泄压和回流管路，在高压输送的环境下将会很危险，轻则管道爆裂，重则会产生爆炸的严重安全事故。另外，当锅炉停工时，将会造成严重的经济损失，特别是大型的玻璃炉，每停工一天造成的损失是不可估量的。

再者，现有的锅炉在实际运行中，一般通过燃烧器将煤粉等粉体燃料及一次风送入锅炉中燃烧。这样的运行方式存在的问题是一次风量有限，不能提供粉体燃料燃烧所需要的足够氧气，这样燃烧效率低，不能充分的释放燃料的热值，同时燃烧后的残留多，排放污染严重。此外，根据燃烧送料的特点，粉体燃料输送需要的压力低，以保留足够的加热燃烧时间，便于对粉体燃料充分加热，使燃烧更加充分；而送风的压力应相对比较大，这样才能提供足够的氧气；现有的燃烧器无法解决此问题；再者，现有燃烧器无法提供旋风，也无法控制送风气流角度，进行火力调节，调节火焰的长度和直径大小。

发明内容

本发明的目的是针对以上所述现有工业窑炉燃烧系统存在的不足，提供一种燃烧效率高，风力可以调节的工业窑炉粉体燃烧系统。

本发明是这样实现的：工业窑炉粉体燃烧系统，包括固体燃料超细化装置、给料装置、微粉改性装置、粉体输送控制分配安全装置、燃烧器和炉膛，所述固体燃料超细化装置与所述给料装置的粉体进口连接，所述给料装置的粉体出口与所述微粉改性装置物料进口连接，所述微粉改性装置通过粉体输送控制分配安全装置与燃烧器连接，所述燃烧器安装在所述炉膛内；所述燃烧器与高压风机连接，以便于提供燃烧用的高压空气。

所述固体燃料超细化装置通过旋流器与所述给料装置的粉体进口连接，所述粉体输送控制分配安全装置设有回流管与所述旋流器连接，将回流部分物料通过旋流器后再通过给料装置进行供料。

所述微粉改性装置与制氧设备连接，以提供富氧。

所述粉体输送控制分配安全装置，包括与所述微粉改性装置的物料出口连接的初始输送管道，所述初始输送管道分流为主输送管道和备用输送管道，所述主输送管道和备用输送管道分别与燃烧器连接，然后接入窑炉中，所述主输送管道和备用输送管道上分别设有阀门，所述主输送管道上设有用于分流的主旁通管道，所述备用输送管道设有用于分流的备用旁通管道，所述主输送管道和备用输送管道与氢氧发生装置连接，使氢氧发生装置产生的氢气、氧气以及氢氧自由基等输入粉体燃料输送管中与改性后的粉体燃料混合后输送到燃烧器中点火燃烧。

所述燃烧器，包括用于输送燃油的输油管套、套在输油管套外侧的用于输送低压粉气燃料的粉气管套，套在粉气管套外侧用于输送高压空气的高压风管套，所述输油管套与粉气管套之间形成粉气输送腔，所述粉气管套与高压风管套之间形成高压风输送腔，所述高压风输送腔与高压风机连接，所述粉气输送腔通过粉体输送控制分配安全装置与所述微粉改性装置连接。

所述给料装置，包括给料机构，所述给料机构包括最少一个给料槽和安装在所述给料槽内的输送螺杆，第一输送螺杆的一端与第一电机连接，一级给料槽上一端的上部设置有第一粉料进口，另一端的下部设有第二粉体物料出口与二级给料槽的第二粉料进口相通，所述二级给料槽内设置有第二输送螺杆，所述第二输送螺杆的一端与第二电机连接，所述二级给料槽的一端为第二粉体物料出口，所述第二粉体物料出口与微粉改性装置连接。

所述固体燃料超细化装置，包括超细破碎机构，所述超细破碎机构包括球磨罐、加速压缩装置以及凸轮，所述凸轮安装在球磨罐的底端，所述球磨罐的上端安装加速压缩装置。

所述固体燃料超细化装置还包括初级破碎装置和次级破碎装置，所述初级破碎装置通过第一输送装置与次级破碎装置连接，次级破碎装置通过第二输送装置与振动给料装置连接，振动给料装置通过管道与旋流混合器连接，旋流混合器与所述超细破碎机构的物料入口连接。

本发明的具有的优点是：

（1）在燃烧器的中间用用易于燃烧的燃油点火，可以轻易的点燃不易燃烧的粉体燃料；通过低压输送粉体燃料与一次风混合粉气，使难于燃烧的粉体燃料具有足够的保留点燃时间，燃烧更加充分容易，结合高压二次风，可以为燃烧提供足够的氧气，使燃烧更加充分。高压而充分可以通过产生旋流的螺旋导流槽调节燃烧器火焰的长度已经火焰直径的大小，使粉体燃料能够具有更好的燃烧时间，燃烧充分，释放热值高，且残留少，排放也少，具有很高的环保性。

（2）通过设置氢氧发生装置产生氢气、氧气以及氢氧自由基等掺入改性后的粉体燃料中，使粉体燃料更易于点火燃烧，而且特别在氢气、氢氧自由的催化下，粉体燃料可以产生快速的爆炸燃烧，火焰温度可以有效的提高，燃烧更充分，窑炉的热辐射得到增强，可以满足各种重要要求；且在高温富氧及富氢的状态下可以对硫化物进行改性，减少排放对污染的影响。

（3）微粉燃料在改性罐内与富氧空气旋流混合，微粉中的游离水在除水隔板上凝结落入改性罐的底部，通过排水口排出，从而去除了包裹着微粉中的水膜，使富氧空气中的氧进入微粉颗粒间的空隙中，从而提高了改性微粉的燃烧热值，微粉燃烧更加充分，热值释放充分，排余减少，同时也能够很好的改善了粉体的流动性。

（4）可以将块状燃料经初级破碎后，再经次级破碎到100-200目，然后输入至超细破碎机构中进行超细粉碎，可以得到粒径可以达到1000到2000目超细燃料细粉末。所述超细燃料粉末在12倍重力加速度的冲击球磨下，其原有晶格被破碎，粉末重新聚合在一起，形成聚合燃料，燃烧热值得到成倍的提高，燃烧更加充分，残留少，排放污染低。

（5）在燃烧器的中间用用易于燃烧的燃油点火，可以轻易的点燃不易燃烧的粉体燃料；通过低压输送粉体燃料与一次风混合粉气，使难于燃烧的粉体燃料具有足够的保留点燃时间，燃烧更加充分容易，结合高压二次风，可以为燃烧提供足够的氧气，使燃烧更加充分。高压而充分可以通过产生旋流的螺旋导流槽调节燃烧器火焰的长度已经火焰直径的大小，使粉体燃料能够具有更好的燃烧时间，燃烧充分，释放热值高，且残留少，排放也少，具有很高的环保性。

（6）给料稳定性和均匀性好，可以做到精确调节进料量，定量准确，可以到达1%的误差；无需高压，但可以加大给料压力，使粉料燃料燃烧充分，连续性好，且残留少。

（7）通过设置相应的旁通管道和回流管道以及相应的阀门，可以有效的保证生产安全，同时能够有力保障锅炉燃料输送的不间断性。

附图说明

图1为本发明工业窑炉粉体燃烧系统的结构示意图；

图2为粉体输送控制分配安全装置的管道系统构造图；

图3为氢氧发生装置与粉体输送控制分配安全装置之间的系统结构示意图；

图4为燃烧器的剖视结构图1；

图5为燃烧器的剖视结构图2；

图6为流燃烧器的右视图；

图7为给料装置俯视结构图；

图8为给料装置主视结构图；

图9为微粉改性装置的结构示意图；

图10为余热超导回收装置的主视结构示意图；

图11为余热超导回收装置的剖视结构示意图；

图12为余热超导回收装置的超导换热管的剖视图；

图13为余热超导回收装置使用参考示意图；

图14为固体燃料超细化装置的系统结构示意图；

图15为固体燃料超细化装置的超细破碎机构的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明工业窑炉粉体燃烧系统进行详细的说明。

如图1所示，工业窑炉粉体燃烧系统，包括固体燃料超细化装置3、给料装置11、微粉改性装置6、粉体输送控制分配安全装置7、燃烧器9和炉膛10，所述固体燃料超细化装置3与所述给料装置4的粉体进口连接，所述给料装置4的粉体出口与所述微粉改性装置6的物料进口连接，所述微粉改性装置6通过粉体输送控制分配安全装置7与燃烧器9连接，所述燃烧器9安装在所述炉膛内10；所述燃烧器9与高压风机1连接，以便于提供燃烧用的高压空气。另设有高也热风机2与所述微粉改性装置6物料进口连接。所述固体燃料超细化装置3通过旋流器11与所述给料装置4的粉体进口连接，所述粉体输送控制分配安全装置7设有回流管与所述旋流器11连接，将回流部分物料通过旋流器后再通过给料装置进行供料。所述微粉改性装置6与制氧设备5连接，以提供富氧。

如图2所示,粉体输送控制分配安全装置7，包括与所述微粉改性装置底物料出口连接的初始输送管道12，初始输送管道12分流为主输送管道13和备用输送管道131，所述主输送管道13和备用输送管道131分别与燃烧器9连接，燃烧器9然后接入窑炉10中。所述主输送管道1和备用输送管道21上分别设有阀门18，所述阀门18可以是电磁阀或者闸阀。所述主输送管13道上设有用于分流的主旁通管道16，当主输送管13堵塞时可以立刻启动主旁通管道16进行燃料输送。所述备用输送管道131设有用于分流备用旁通管道161，当备用输送管131堵塞时可以立刻启动备用旁通管道161进行燃料输送。所述主输送管道13和备用输送管道131上分别设有高压排气阀21，以防止管道内压力过高而造成危险。所述初始输送管道12在分流为主输送管道13和备用输送管道131前设有回流管道14于所述的旋流器11连接，所述的回流管道14设有电磁阀18，当所述主输送管道13和备用输送管道131都堵死时，回流管道开通，将输送的燃料回流到料仓里。所述初始输送管道12上设有高压排气阀21，用于泄压。所述主输送管道13和备用输送管道131、主旁通管道16和备用旁通管道161上连接有波纹软管20，用于进行缓冲。所述初始输送管道12与主输送管道13、备用输送管道131、主旁通管道16和备用旁通管道161之间通过球形分配器22连接，通过球形分配器22对粉料进行分配。所述主旁通管道16和备用旁通管道161上设置有阀门17。所述主输送管道13、备用输送管道131分别设置有氢气输入管21接入口。所述初始输送管道12上设置有单向阀19。通过设置相应的旁通管道和回流管道以及相应的阀门，可以有效的保证生产安全，同时能够有力保障锅炉燃料输送的不间断性。

所述氢气输入管21与括氢氧发生装置23连接，如图3所述，所述氢氧发生装置23的输出管道与所述氢气输入管21连接相通。氢氧发生装置23通过分解水产生的氢气、氧气以及氢氧自由基等输入粉体燃料输送管中与改性后的粉体燃料混合后输送到燃烧器9点火燃烧，可以产生快速的爆炸性燃烧，可以有效的提高燃烧温度和燃烧效率。所述氢氧发生装置23可以是水电解氢氧发生器，具有省电，电解效率高等优点。在所述氢氧发生装置23与氢气输入管21之间的管道上设有安全阀门24。所述的安全阀门24可以为全自动安全阀门，以便于控制氢气、氧气以及氢氧自由基等混合体的输送。为了提高电解效率，在所述氢氧发生装置23入水口中安装有水冷器25，以调节进入氢氧发生装置23内的水的温度。所述在所述氢氧发生装置23与氢气输入管21之间的管道上设有单向阀26。

所述燃烧器，如图4和图5所示，包括用于输送燃油的输油管套27、套在输油管套外侧的用于输送低压粉气燃料的粉气管套28，套在粉气管套外侧用于输送高压空气的高压风管套29，所述输油管套27与粉气管套28之间为粉气输送31，所述粉气管套28与高压风管套29之间为高压风输送腔32。所述输油管套27内管腔为输油管腔30。所述高压风管套29内侧壁上设有还有盘旋在所述内侧壁上的螺旋导流槽33，以便于产生旋流空气，控制燃烧器的燃烧火焰长度和直径大小。所述燃烧器的一端设有与输送管连接的连接部34，用于与相应的物料输送管连接。如图6所示，在所述粉气管套28的外侧壁上设有盘旋在所述外侧壁上的螺旋导流凸棱35，以便于产生旋流空气，控制燃烧器的燃烧火焰长度和直径大小。所述高压风输送腔32与高压风机1连接，所述粉气输送腔31通过粉体输送控制分配安全装置7与所述微粉改性装置6连接。

所述给料装置，如图7和图8所示，包括给料机构，所述给料机构包括最少一个给料槽38和安装在所述给料槽38内的输送螺杆39，所述输送螺杆39的一端与电机36连接；所述给料槽38一端的上部设置有粉料进口37，另一端的下部设有粉体物料出口40与二级给料槽41的粉料进口37相通，所述二级给料槽41内设置有输送螺杆39，输送螺杆39的一端与电机36连接，所述二级给料槽41的一端为粉体物料出口。所述粉料进口37与旋流器11连接，通过旋流器11进行供料。所述粉体物料出口与微粉改性装置6连接，将粉料物料输送至所述微粉改性装置6内进行粉气混合。粉料在粉料进口37进入给料槽38内，电机36带动输送螺杆39转动，通过螺杆的螺纹将粉体物料输送到物料出口40，落入二级给料槽41上的粉料进口37，二级给料槽41内的输送螺杆39将粉体物料输送到微粉改性装置6内进行处理。所述粉体物料出口与微粉改性装置6连接处设有重力阀，用于防止粉气倒灌。所述微粉改性装置6上设置有两套给料机构，轮流使用，便于不停工检修，防止因故障而停工。所述电机1为变频电机，可以有效的省电。所述螺杆为螺纹渐变式螺杆。通过螺纹间距或者角度的变化来调节输送量。所述给料槽38内的输送螺杆39的末端螺纹与始端螺纹的方向相反，便于使物料均输送到物料出口40处。

如图9所示，微粉改性装置6，包括改性罐42，所述改性罐42的顶端设有改性微粉输出口55，所述改性罐42的底端设有排水口46，所述改性罐42的侧壁上设有粉体输入口49，所述改性罐42在粉体输入口49上端的侧壁上设有气体输入口50，所述改性罐42底端倾斜的设有一块除水隔板45。所述粉体输入口49对着除水隔板45的上表面。所述气体输入口50在侧壁上为切向进风，是改性罐内产生旋流，使输入的富氧空气能够与输入的粉体能够充分接触。所述粉体输入口49在侧壁上为切向进料。所述改性罐42上设有温度计43和压力表44。所述粉体输入口49的上设有预热空气接口48与热风机2连接，用于提供热风。所述的改性微粉输出口55上设有调节阀51。所述排水口46上设有阀门47。所述改性微粉输出口55与初始输送管道12连接。所述气体输入口50与制氧设备57连接。如图所述制氧设备57可以包括吸附分子筛，空气压缩机通过管道与所述的吸附分子筛连接，在空气压缩机通过管道与所述的吸附分子筛之间设有除水器，吸附分子筛的氧气输出口与氧气罐连接，在氧气罐上设有减压阀。所述的吸附分子筛的氮气输出口与氮气罐连接。制氧设备57通过输送管道与改性罐气体输入口50连接。

所述高压热风机使用余热超导回收装置进行加热，如图10-12所示，包括换热箱体58和超导换热管59。所述超导换热管59由换热部分591和吸热部分592组成。所述换热部分591设置在所述换热箱体58内，所述吸热部分592裸露在所述换热箱体58外。所述换热箱体58上设有入口60和出口601。所述换热箱体58内相间的设有导流板61，使经过换热箱体58的气体的行走路径最长，以便于充分换热。所述换热部分591设有增加换热面积的翅片593。所述的换热箱体58可以分为相互独立的两部分组成，所述的两部分分别设有入口和出口。如图13所述，在使用的时候安装于烟道62中，入口位于烟气排放末端，出口位于烟气排放端。

如图14和图15所示，固体燃料超细化装置，包括超细破碎机构68，所述超细破碎机构68包括球磨罐682、加速压缩装置681以及凸轮683，所述凸轮683安装在球磨罐682的底端，所述球磨罐682的上端安装向下压着的加速压缩装置681。球磨罐682内设有各种规格的球磨珠。凸轮683的转动推动球磨罐682向上压缩加速压缩装置681，凸轮683转过后，球磨罐682被释放，在加速压缩装置的下压下，向下以12倍重力加速度的向下冲击，使球磨罐682内的球磨珠对被球磨的细粉进行压延，使球磨后的粉末粒径可以达到1000到2000目，使燃料粉末原有晶格被破碎，然后再混合聚合在一起，形成热值显著提高的聚合燃料。所述的加速压缩装置681可以是压缩弹簧。所述球磨罐682与凸轮683之间设有缓冲板。

所述固体燃料超细化装置还包括初级破碎装置63和次级破碎装置64，所述初级破碎装置63通过输送装置71与次级破碎装置64连接。所述输送装置71可以是输送皮带。次级破碎装置64通过输送装置71与振动给料装置65连接，振动给料装置65通过管道与旋流混合器66连接，旋流混合器66与所述超细破碎机构68的物料入口连接。所述物料入口处设有软体67，以便于在线实时加料。所述超细破碎机构一端设有空气压缩机70与设置在超细破碎机构上的进风口连接，在超细破碎机构的另一端设有物料输出口69。物料输出口69与所述旋流器11连接。

尽管本发明是参照具体实施例来描述，但这种描述并不意味着对本实用新型构成限制。参照本实用新型的描述，所公开的实施例的其他变化，对于本领域技术人员都是可以预料的，这种的变化应属于所属权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.工业窑炉粉体燃烧系统，其特征在于：包括固体燃料超细化装置、给料装置、微粉改性装置、粉体输送控制分配安全装置、燃烧器和炉膛，所述固体燃料超细化装置与所述给料装置的粉体进口连接，所述给料装置的粉体出口与所述微粉改性装置物料进口连接，所述微粉改性装置通过粉体输送控制分配安全装置与燃烧器连接，所述燃烧器安装在所述炉膛内；所述燃烧器与高压风机连接，以便于提供燃烧用的高压空气；

所述微粉改性装置，包括改性罐，所述改性罐的顶端设有改性微粉输出口，所述改性罐的底端设有排水口，所述改性罐的侧壁上设有粉体输入口，所述改性罐在粉体输入口上端的侧壁上设有气体输入口，所述改性罐底端倾斜的设有一块除水隔板；

所述粉体输送控制分配安全装置，包括与所述微粉改性装置物料出口连接的初始输送管道，所述初始输送管道分流为主输送管道和备用输送管道，所述主输送管道和备用输送管道分别与燃烧器连接，然后接入窑炉中。

2.根据权利要求1所述的工业窑炉粉体燃烧系统，其特征在于：所述固体燃料超细化装置通过旋流器与所述给料装置的粉体进口连接，所述粉体输送控制分配安全装置设有回流管与所述旋流器连接。

3.根据权利要求2所述的工业窑炉粉体燃烧系统，其特征在于：所述微粉改性装置与制氧设备连接。

4.根据权利要求1所述的工业窑炉粉体燃烧系统，其特征在于：所述主输送管道和备用输送管道上分别设有阀门，所述主输送管道上设有用于分流的主旁通管道，所述备用输送管道设有用于分流的备用旁通管道，所述主输送管道和备用输送管道与氢氧发生装置连接，使氢氧发生装置产生的氢气、氧气以及氢氧自由基输入粉体燃料输送管中与改性后的粉体燃料混合后输送到燃烧器中点火燃烧。

5.根据权利要求1所述的工业窑炉粉体燃烧系统，其特征在于：所述燃烧器，包括用于输送燃油的输油管套、套在输油管套外侧的用于输送低压粉气燃料的粉气管套，套在粉气管套外侧用于输送高压空气的高压风管套，所述输油管套与粉气管套之间形成粉气输送腔，所述粉气管套与高压风管套之间形成高压风输送腔，所述高压风输送腔与高压风机连接，所述粉气输送腔通过粉体输送控制分配安全装置与所述微粉改性装置连接。

6.根据权利要求1所述的工业窑炉粉体燃烧系统，其特征在于：所述给料装置，包括给料机构，所述给料机构包括最少一个给料槽和安装在所述给料槽内的输送螺杆，第一输送螺杆的一端与第一电机连接，一级给料槽上一端的上部设置有第一粉料进口，另一端的下部设有第一粉体物料出口与二级给料槽的第二粉料进口相通，所述二级给料槽内设置有第二输送螺杆，所述第二输送螺杆的一端与第二电机连接，所述二级给料槽的一端为第二粉体物料出口，所述第二粉体物料出口与微粉改性装置连接。

7.根据权利要求1所述的工业窑炉粉体燃烧系统，其特征在于：所述固体燃料超细化装置，包括超细破碎机构，所述超细破碎机构包括球磨罐、加速压缩装置以及凸轮，所述凸轮安装在球磨罐的底端，所述球磨罐的上端安装加速压缩装置。

8.根据权利要求7所述的工业窑炉粉体燃烧系统，其特征在于：所述固体燃料超细化装置还包括初级破碎装置和次级破碎装置，所述初级破碎装置通过第一输送装置与次级破碎装置连接，次级破碎装置通过第二输送装置与振动给料装置连接，振动给料装置通过管道与旋流混合器连接，旋流混合器与所述超细破碎机构的物料入口连接。