CN102563635B - 煤粉火焰预热燃烧装置 - Google Patents

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Abstract

一种煤粉火焰预热燃烧装置，由预热前一次风管、预热燃烧器、煤粉预热室、预热后一次风管、煤粉燃烧器等主要部件构成，其中煤粉预热室为本发明的关键装置。该装置采用明火加热煤粉的方式，实现了煤粉在还原气氛下的高温预热。煤粉预热室采用四角切圆方式布置的高速燃烧器加热，形成旋转流场，快速加热进入煤粉预热室的一次风及其携带的煤粉。煤粉被加热后释放出大量挥发分，由于煤粉预热室大部分空间为还原气氛，使预热析出的含氮挥发分还原为N2，有效降低NOx的排放。煤粉预热室反应后的混合气体，经预热后一次风管进入煤粉燃烧器，在煤粉燃烧器的合理组织下，进入炉膛参与燃烧。该装置具有燃烧稳定性好，NOx排放低等特点。

Description

煤粉火焰预热燃烧装置
技术领域
本发明属于热能与动力工程技术领域的燃烧装置，具体涉及一种煤粉预热燃烧装置。
背景技术
我国是以煤炭为主要能源的国家，煤粉燃烧装置是火电生产的主要设备。提高煤粉燃烧的稳定性，同时降低NOx的排放，是煤粉燃烧装置研究的重点。因而浓淡燃烧、空气分级、燃料分级等新技术被开发出来和广泛应用于煤粉燃烧装置中。
煤的主要可燃成分可分为挥发分和固定碳，挥发分是煤在受热分解析出的挥发性物质。煤粉燃烧主要产生的是燃料型NOx，一般来说这部分燃料型NOx主要来源于挥发分中的氮。采用高温预热煤粉，可使大量含氮化物的挥发份析出，若能创造还原气氛，氮氧化物可被还原成N2，会显著降低NOx的生成。此外，煤粉被高温预热后，着火稳定性也会得到显著提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够提高煤粉燃烧稳定性、降低NOx排放的煤粉预热燃烧装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括下端连接有预热前一次风管、上端连接有预热后一次风管的煤粉预热室，在预热前一次风管上安装有与其相连通的给粉机，预热后一次风管的出口经煤粉燃烧器与炉膛相连通，所述的煤粉燃烧器还与煤粉燃烧器二次风管相连通，所述的煤粉预热室的预热室进口段的四周设置有与预热燃烧器相连通的预热燃烧器连接管，预热燃烧器上还连接有预热燃烧器燃料进口和预热燃烧器助燃风进口。
所述的煤粉预热室竖直布置，预热前一次风管由底部通入煤粉预热室内，且预热前一次风管与煤粉预热室采用法兰连接，预热后一次风管由煤粉预热室的顶部流出，预热后一次风管与煤粉预热室的顶部采用法兰连接，且在预热后一次风管的外侧包扎有外绝热材料。
所述的煤粉预热室为采用分段结构，包括预热室进口段、一组以上相同结构的预热室中间段和预热室尾段构成，各段之间采用法兰连接，预热室进口段的底板为可拆装的法兰结构，预热室尾段为锥形结构，出口方向截面不断缩小。
所述的预热室中间段的四周设置有与预热燃烧器相连通的预热燃烧器连接管。
所述的预热燃烧器采用四角切圆方式布置于煤粉预热室的四周，其切向夹角a的取值范围为25～45°。
所述的预热燃烧器为高速燃烧器，以燃气或轻油为燃料。
所述的预热燃烧器连接管为耐热金属管。
所述的煤粉预热室采用多层内绝热结构，自内向外依次为重质耐火材料层、轻质耐火材料层、绝热纤维材料层和支撑钢板层。
本发明采用明火加热煤粉的方式，实现了煤粉在还原气氛下的高温预热，使预热析出的含氮挥发分还原为N2，不仅能够提高着火稳定性，而且会有效降低煤粉燃烧时NOx的排放。合理组织预热室内流场结构，使煤粉能够充分热解，并使部分挥发分参与燃烧为预热室提供热量，减少预热燃料消耗量。。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明煤粉预热室4的结构示意图；
图3是煤粉预热室的A—A剖视图；
图4是煤粉预热室和预热燃烧器剖面-流场图；
图5是煤粉预热室多层内绝热结构示意图。
图中标记：1-预热前一次风管，2-给粉机，3-预热燃烧器，4-煤粉预热室，5-预热后一次风管，6-煤粉燃烧器，7-煤粉燃烧器二次风，8-炉膛，9-预热室进口段，10-预热燃烧器连接管，11-第一预热室中间段a，12-第二预热室中间段b，13-预热室尾段，14-预热燃烧器燃料进口，15-预热燃烧器助燃风进口，16-预热室内绝热材料，17-重质耐火材料层，18-轻质耐火材料层，19-绝热纤维材料层，20-支撑钢板层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，本发明包括下端连接有预热前一次风管1、上端连接有预热后一次风管5的竖直布置的煤粉预热室4，在预热前一次风管1上安装有与其相连通的给粉机2，预热前一次风管1由底部通入煤粉预热室4内，且预热前一次风管1与煤粉预热室4采用法兰连接，预热后一次风管5由煤粉预热室4的顶部流出，预热后一次风管5与煤粉预热室4的顶部采用法兰连接，由于预热后一次风温度较高，故在预热后一次风管5的外侧包扎有外绝热材料，从而减少散热损失，保持预热后介质温度，延长煤粉热解时间。预热后一次风管5的出口经煤粉燃烧器6与炉膛8相连通，所述的煤粉燃烧器6还与煤粉燃烧器二次风管7相连通，预热后的一次风经预热后一次风管5进入煤粉燃烧器6，在煤粉燃烧器6中与二次风混合后进入炉膛8参与燃烧。现有煤粉燃烧器(浓淡燃烧、空气分级、燃料分级等)适当调整后便可用于燃烧预热后携粉一次风，获得着火稳定，低NOx排放的效果。
参加图2，本发明的煤粉预热室4为分段结构，由预热室进口段9、第一预热室中间段11、第二预热室中间段12和预热室尾段13构成，各段之间采用法兰连接，其中第一、二预热室中间段11、12的结构完全相同，可以根据工艺的要求增加或减少预热室中间段，调整煤粉预热室4的长度。预热室进口段9的底板为可拆装的法兰结构，便于煤粉预热室4的检修和维护。预热室尾段13为锥形结构，出口方向截面不断缩小，以逐步提高煤粉预热室4内气体的流速，使气流平缓进入预热后一次风管5，减少局部冲刷，提高部件使用寿命。
预热燃烧器3为高速燃烧器，以燃气或轻油为燃料，燃料由预热燃烧器燃料进口14进入燃烧器3，助燃空气由预热燃烧器助燃风进口15进入预热燃烧器3，燃料在预热燃烧器3内与助燃空气混合，并部分燃烧，形成温度大于1400℃的高温废气，从预热燃烧器3中以大于>120m／s的速度高速喷出。预热燃烧器3采用四角切圆方式布置于预热室的四周，如图3所示，切向夹角a的取值范围为25～45°。预热燃烧器3布置在预热室进口段9，如有工艺需要，在预热室中间段11、12增设预热燃烧器3。
预热燃烧器3通过预热燃烧器连接管10与煤粉预热室4连接，预热燃烧器连接管10为耐热金属管，在入口端设置有法兰。安装时，先在预热燃烧器3的燃烧室外缠绕耐高温绝热纤维，然后再将预热燃烧器3塞入预热燃烧器连接管10中，并用螺栓将两者连接牢固。
参见图5，煤粉预热室4采用多层内绝热结构，自内向外依次为重质耐火材料层17、轻质耐火材料层18、绝热纤维材料层19和支撑钢板层20。采用多层内绝热结构可以提高预热室的寿命，减少预热室散热，同时可以降低预热室钢结构的材质要求，节约成本。
本发明的工作过程如下：
煤粉由给粉机2或其他给粉装置送入预热前一次风管1，并按工艺要求控制一次风量，一般为总风量的5％左右。一次风及煤粉经由预热前一次风管1送入煤粉预热室4内。预热燃烧器3的燃料由预热燃烧器燃料进口14进入预热燃烧器3，助燃空气由预热燃烧器助燃风进口15进入预热燃烧器3，燃料在预热燃烧器内与助燃空气混合，并部分燃烧，形成高温废气，从燃烧器高速喷出(>120m／s)。预热燃烧器高速喷出的废气在煤粉预热炉4内形成旋转流场，如图4所示。预热燃烧器3过剩空气系数要求控制在0.8～0.9左右，以保证预热室预热燃烧器的燃烧产物为还原性气氛，减少NOx的生产。携粉一次风从预热燃烧器形成的旋转流场中部通过，被卷吸向周边扩展，同时被快速加热。煤粉被预热后，析出挥发分，析出后的挥发分与一次风中的氧气发生反应，为预热室继续提供热量。由于过剩空气系数很低，预热室内大部分空间为还原气氛，因而使预热析出的含氮挥发分还原为N2。由于合理控制一次风比例，预热室出口混合物温度被控制在合理的温度范围，即750～850℃。煤粉预热室3反应后的混合气体，经预热后一次风管5进入煤粉燃烧器6，在煤粉燃烧器6的合理组织下，进入炉膛参与燃烧。
本发明具有以下特点：
在煤粉预热室4内采用明火加热方式预热煤粉，煤粉被预热后析出挥发分，析出后的挥发分与一次风中的氧气发生反应，为预热室继续提供热量。
煤粉预热室4出口混合物温度要控制在合理的温度范围750～850℃。因此，一次风量不宜过大，控制在总风量的5％左右。从一次风的携粉能力来说，要求：
Figure GDA0000373413390000061
煤粉预热室4的预热燃烧器3采用高速燃烧器，高速燃烧器采用燃气或轻油为燃料，燃料在燃烧器内燃烧室与助燃空气混合，然后部分燃烧，形成高温废气，从燃烧器高速喷出(>120m／s)。
本发明要求预热燃烧器3的过剩空气系数控制在0.8～0.9左右，以保证预热燃烧器3的燃烧产物为还原性气氛，减少NOx的生产。
煤粉预热室4竖直放置，一次风由预热室底部中心位置通入其内，利于煤粉在炉内均匀悬浮。
预热燃烧器3采用四角切圆的形式布置于煤粉预燃室4的四周，如图3所示，在预热燃烧器3布置的剖面上，形成如图4所示的旋转流场。
煤粉预热室4采用分段结构，各段之间采用法兰连接。一般在进口段布置预热燃烧器，中间段预留预热燃烧器连接管10，当有需要时，在中间段加设预热燃烧器。根据工艺需要，可以增加或减少中间段，调整预热室的尺寸。
煤粉预热室4采用多层内绝热结构，如图5所示，可以提高预热室的寿命，减少预热室散热，同时可以降低预热室钢结构的材质要求，节约成本。
煤粉预热室4出口混合气体称为预热后一次风。预热后一次风含有大量的挥发分，且含氮化物的挥发份大部分被还原成N2。预热后一次风经保温的预热后一次风管道5送至煤粉燃烧器6。
现有煤粉燃烧器(浓淡燃烧、空气分级、燃料分级等)适当调整后便可用于燃烧预热后携粉一次风，获得着火稳定，低NOx排放的效果。

Claims (8)

1.一种煤粉火焰预热燃烧装置，其特征在于：包括下端连接有预热前一次风管(1)、上端连接有预热后一次风管(5)的煤粉预热室(4)，在预热前一次风管(1)上安装有与其相连通的给粉机(2)，预热后一次风管(5)的出口经煤粉燃烧器(6)与炉膛(8)相连通，所述的煤粉燃烧器(6)还与煤粉燃烧器二次风管(7)相连通，所述的煤粉预热室(4)的预热室进口段(9)的四周设置有与预热燃烧器(3)相连通的预热燃烧器连接管(10)，预热燃烧器(3)上还连接有预热燃烧器燃料进口(14)和预热燃烧器助燃风进口(15)。
2.根据权利要求1所述的煤粉火焰预热燃烧装置，其特征在于：所述的煤粉预热室(4)竖直布置，预热前一次风管(1)由底部通入煤粉预热室(4)内，且预热前一次风管(1)与煤粉预热室(4)采用法兰连接，预热后一次风管(5)由煤粉预热室(4)的顶部流出，预热后一次风管(5)与煤粉预热室(4)的顶部采用法兰连接，且在预热后一次风管(5)的外侧包扎有外绝热材料。
3.根据权利要求1所述的煤粉火焰预热燃烧装置，其特征在于：所述的煤粉预热室(4)为采用分段结构，包括预热室进口段(9)、一组以上相同结构的预热室中间段和预热室尾段(13)，各段之间采用法兰连接，预热室进口段(9)的底板为可拆装的法兰结构，预热室尾段(13)为锥形结构，出口方向截面不断缩小。
4.根据权利要求3所述的煤粉火焰预热燃烧装置，其特征在于：所述的预热室中间段的四周设置有与预热燃烧器(3)相连通的预热燃烧器连接管(10)。
5.根据权利要求1或4所述的煤粉火焰预热燃烧装置，其特征在于：所述的预热燃烧器(3)采用四角切圆方式布置于煤粉预热室(4)的四周，其切向夹角a的取值范围为25～45°。
6.根据权利要求1或4所述的煤粉火焰预热燃烧装置，其特征在于：所述的预热燃烧器(3)为高速燃烧器，以燃气或轻油为燃料。
7.根据权利要求1所述的煤粉火焰预热燃烧装置，其特征在于：所述的预热燃烧器连接管(10)为耐热金属管。
8.根据权利要求1所述的煤粉火焰预热燃烧装置，其特征在于：所述的煤粉预热室(4)采用多层内绝热结构，自内向外依次为重质耐火材料层(17)、轻质耐火材料层(18)、绝热纤维材料层(19)和支撑钢板层(20)。
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Assignor: Xi'an Jiaotong University

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Denomination of invention: Pulverized coal flame preheating combustion device

Granted publication date: 20131211

License type: Common License

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