CN103940080B - 基于煤粉低氧燃烧技术的中温低氧含量热风炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于煤粉低氧燃烧技术的中温低氧含量热风炉，热风炉包括炉膛燃烧区和炉膛烟道区，炉膛燃烧区前端设置旋流一次风道和点火燃烧器，炉膛燃烧区侧壁设置二次风道，炉膛燃烧区尾端与炉膛烟道区连通，炉膛烟道区顶部设置混气器，炉膛烟道区底部设置出渣锁气器；旋流一次风道包括一次风进口、进料口和一次风出口；二次风道包括二次风腔、二次风入口和二次风出口；混气器包括混气器外壳，混气器外壳设置冷烟管和预热螺旋管。本发明热风炉采用了乏气代替空气实现煤粉的低氧氛围燃烧，分级供给乏气，通过在炉膛烟道区设置混气器将高温烟气与乏气混合，从而生成中温低氧含量热风，与现有热风炉相比NOx的排放量可降低20％。

Description

基于煤粉低氧燃烧技术的中温低氧含量热风炉

技术领域

本发明涉及一种煤粉热风炉，尤其是一种采用低氧低NOx燃烧技术，提供氧含量少于6％、温度约为600℃的中温低氧含量热风的煤粉热风炉，该热风炉产生的热风和含氧量少于12％、温度约为70℃的乏气(来自煤粉制备系统的尾气)混合后得到温度为180～250℃、含氧量低于8％的热风，作为煤粉制备系统提供干燥煤粉的低氧含量高温烟气。

背景技术

在高炉喷煤系统和各种煤粉燃烧系统中，煤粉制备是一个重要环节。由于煤粉的易爆性，在制取烟煤时有爆炸的风险，在制粉系统内部，如磨机、管道、除尘器内部具备煤粉爆炸浓度，在这些密闭的空间里，当含氧量、点火能量条件具备时，就会发生爆炸。系统“惰化”是防止爆炸的有效方法，因此GB16543-2008《高炉喷吹烟煤系统防爆安全规程》，GB50607-2010《高炉喷吹煤粉设计规范》，DL/T5203-2005《火力发电厂煤和制粉系统防爆设计技术规程》等诸多规范都多制粉系统氧含量做出了相应的规定。

煤粉制备系统中往往需要热风炉产生干燥煤粉所需要的高温烟气。根据GB16543-1996《高炉喷吹烟煤系统防爆安全规程》5.4.1的规定：负压系统磨煤机入口氧含量小于或等于8％，末端出口氧含量小于或等于12％。理论和实践都表明，对于一般的负压制粉系统而言，当磨煤机入口氧含量小于或等于8％时，末端出口氧含量是很容易保证小于或等于12％的。根据原煤水分不同，一般负压制粉系统入口温度，通常会控制在180～250℃。热风炉通常使用高炉煤气做燃料，在没有高炉煤气的场合，煤粉是优先考虑的燃料。使用热风炉为基础的烟气自循环工艺实现制粉系统内氧含量的控制在国内外已实践多年。实践证明：以高炉煤气为燃料的热风炉建立起来的烟气自循环系统已能成功实现制粉系统末端氧含量≤12％的目标，但以煤粉为燃料的热风炉建立起来的烟气自循环系统对制粉系统末端氧含量的控制尚不理想，正在研究和探索之中。

专利CN101792837公开了一种高温低氧外燃式热风炉，专利CN101792837公开了一种高温低氧顶燃式热风炉，专利CN101792838公开了一种高温低氧内燃式热风炉，它们的共同点是使用低热值高炉煤气做燃料，采用高温预热技术将助燃空气预热到800℃以上，通过高温低氧燃烧燃烧器中的分级燃烧和高温气流对燃烧产物的卷吸，稀释反应区的含氧体积浓度，实现高温低氧燃烧，减少NOx的生成，最终得到1000℃以上的热风。

专利CN101792839公开了一种环保型高温低氧热风炉，它使用低热值高炉煤气做燃料，将助燃空气通过低温预热系统预热到200℃，然后与来自混气管道的由燃烧炉产生的高温烟气相混合，混合后的助燃空气温度大于800℃，氧气的体积百分比小于等于18％。助燃空气再与低热值煤气发生反应为蓄热室提供热量。

显然，使用高炉煤气的热风炉可以得到较高的热风温度，但对氧含量的控制没有提及。

专利CN201210232647公开了一种节能双烧嘴竖式煤粉热风炉，通过挡火梁和通风梁的设计保证该热风炉炉容超过100m3,突破了传统竖式炉的炉容，在炉容增大的同时，增加了烧嘴的数量。经过兑冷风的炉内烟气，通过炉体的热风出口送至立磨/煤磨，温度为400-700℃。

专利CN102418997公开了一种煤粉热风炉燃烧方法及装置，采用煤气点燃对煤粉燃烧器进行加热至800℃以上，然后喷入煤粉，煤粉在煤粉燃烧器中燃烧，煤气供给仍然保持，煤粉燃烧器内的温度达到1000-1350℃，火焰从煤粉燃烧器出口喷入燃烧室，由二次风风口供风进行充分燃烧。燃烧后的高温烟气与空气掺混，当热风调到所需要的温度时，通过热风炉出口输送给用户。

专利CN102588953公开了一种自循环式煤粉炉装置，采用煤粉作为主燃料，天然气作为辅助燃料，降低了燃料成本；将粉煤制备系统的循环风与煤粉燃烧烟气发生炉的高温烟气混合，相对于开式燃烧系统，煤粉燃烧烟气发生炉烟气排放口氧含量大大降低，从而保证了粉煤制备系统的安全氛围。

上述专利中提到的热风炉，如使用高炉煤气作为热风炉的燃料，可以确保较低的氧含量，但高炉煤气仅在钢铁厂才有，在球团、石灰、水泥、电力、煤化工等诸多需要制备煤粉的场合，是无法获取高炉煤气的。而煤作为燃料价格低廉且容易获取，煤粉制备系统投运后煤粉可自给自足，采用煤粉为燃料的热风炉如果能够解决制粉系统内氧含量的控制和入口温度控制的问题,将会对安全生产产生深远影响。同时由于环保排放的日趋严格，降低热风炉NOx排放也是大势所趋。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于克服现有技术的不足而提供一种基于煤粉低氧燃烧技术的中温低氧含量环保型热风炉，本发明能够克服煤粉热风炉无法同时满足热风低氧和中温要求的问题，在提高能源利用效率的同时，减少了NOx的排放。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种基于煤粉低氧燃烧技术的中温低氧含量热风炉，所述热风炉包括炉膛燃烧区和炉膛烟道区，所述炉膛燃烧区前端设置旋流一次风道和点火燃烧器，炉膛燃烧区侧壁设置二次风道，炉膛燃烧区尾端与所述炉膛烟道区连通，炉膛烟道区顶部设置混气器，炉膛烟道区底部设置出渣锁气器；

所述旋流一次风道包括与乏气管道连通的一次风进口、与进粉锁气器连通的进料口和与炉膛燃烧区连通的一次风出口；

所述二次风道包括二次风腔，二次风腔分别连通二次风入口和二次风出口，二次风入口与混气器连通，二次风出口与炉膛燃烧区连通；

所述混气器包括混气器外壳，混气器外壳前端设置冷烟管，混气器外壳内部设置预热螺旋管，冷烟管包括与乏气管道连通的冷烟管入口段和伸入混气器外壳内部的冷烟管出口段，预热螺旋管包括与乏气管道连通预热螺旋管入口段和与二次风入口连通的预热螺旋管出口段。

本发明中，优选的，所述二次风腔为四个，且沿炉膛燃烧区侧壁圆周方向均匀布置，每个二次风腔均对应一个二次风入口和一个二次风出口。

本发明中，优选的，所述冷烟管为四个，且沿混气器外壳圆周方向均匀布置。

本发明中，优选的，所述混气器外壳尾端设置雾化喷嘴、温度传感器、流量传感器和氧含量传感器。

本发明中，优选的，所述冷烟管朝气流方向倾斜设置，冷烟管与混气器外管的中轴线之间形成10～30°的夹角α。

本发明中，优选的，所述炉膛燃烧区为卧式结构，炉膛烟道区为立式结构。

有益效果：(1)本发明热风炉由于采用了乏气代替空气实现煤粉的低氧氛围燃烧，分级供给乏气，燃烧区温度可控制在1000℃以上，通过在炉膛烟道区设置混气器将高温烟气与乏气混合，从而生成中温低氧含量热风，且该热风炉与采用空气直接燃烧的热风炉相比NOx的排放量可降低20％；(2)由于采用锁气装置减少了漏风量，热效率可达95％；(3)混气器设置雾化喷嘴，使热风炉出口烟气温度和含氧量可灵活调节。

附图说明

图1为本发明热风炉的结构示意图；

图2为二次风道的主视图；

图3为图2中A-A向剖视图；

图4为二次风道的俯视图；

图5为图4中A-A向剖视图；

图6为二次风道的立体图；

图7为混气器的主视图；

图8为图7中A-A向剖视图；

图9为混气器的左视图；

图10为图9中A-A向剖视图；

图11为混气器的俯视图；

图12本发明热风炉在煤粉制备系统中的应用示意图。

图中：1-煤仓，2-皮带输送机，3-磨机，4-布袋除尘器，5-第一引风机，6-烟囱，7-第一流量控制阀，8-第二引风机，9-第二流量阀，10-第三流量控制阀，11-热风炉，12-进粉锁气器，13-旋流一次风道，14-炉膛燃烧区，15-二次风道，16-二次风分配箱，17-出渣锁气器，18-炉膛烟道区，19-混气器，20-点火燃烧器，21-二次风入口，22-二次风腔，23-二次风出口，24-耐火层，25-保温层，26-外壳，27-混气器外壳，28-冷烟管入口段，29-冷烟管，30-冷烟管出口段，31-预热螺旋管入口段，32-预热螺旋管，33-预热螺旋管出口段，34-雾化喷嘴，35-温度传感器，36-流量传感器，37-氧含量传感器，38-第四流量控制阀，39-第五流量控制阀，40-第三引风机。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1所示，本发明是一种基于煤粉低氧燃烧技术的中温低氧含量热风炉，所述热风炉11包括炉膛燃烧区14和炉膛烟道区18，所述炉膛燃烧区14为立式结构，炉膛燃烧区14前端设置旋流一次风道13和点火燃烧器20，炉膛燃烧区14侧壁设置二次风道15，炉膛燃烧区14尾端与所述炉膛烟道区18连通，炉膛烟道区18为卧式结构，炉膛烟道区18顶部水平段内设置混气器19，炉膛烟道区18底部设置出渣锁气器17。

所述旋流一次风道13用于将煤粉与乏气混合并送入炉膛燃烧区14内进行燃烧。旋流一次风道13包括与乏气管道连通的一次风进口、与进粉锁气器12连通的进料口和与炉膛燃烧区14连通的一次风出口，料口位于靠近一次风出口正方的位置。

所述二次风道15用于将乏气预热并通入炉膛燃烧区14内，实现煤粉后续燃烧。如图2至6所示，二次风道15包括二次风腔22，二次风腔22内侧设置耐火层24，二次风腔22外侧依次设置保温层25和外壳26，二次风腔22分别连通二次风入口21和二次风出口23，二次风入口21与混气器19连通，二次风出口23与炉膛燃烧区14连通。为使煤粉能够与乏气充分混合，所述二次风腔22为四个，且沿炉膛燃烧区14侧壁圆周方向均匀布置，每个二次风腔22均对应一个二次风入口21和一个二次风出口23。

所述混气器19用于将煤粉燃烧产生的高温烟气与低温乏气混合，生成中温低氧含量热风。如图7至11所示，混气器19包括混气器外壳27，混气器外壳27前端设置冷烟管29，混气器外壳27内部中心设置预热螺旋管32，预热螺旋管32中轴线与混气器外壳27中轴线重合，混气器外壳27尾端设置雾化喷嘴34、温度传感器35、流量传感器36和氧含量传感器37。冷烟管29包括与乏气管道连通的冷烟管入口段28和伸入混气器外壳27内部的冷烟管出口段30，预热螺旋管32包括与乏气管道连通预热螺旋管入口段31和与二次风入口21连通的预热螺旋管出口段33，预热螺旋管入口段31和预热螺旋管出口段33沿气流方向一前一后布置并由混气器外壳27穿出。为使高温烟气能够与乏气充分混合，冷烟管29为四个，且沿混气器外壳27圆周方向均匀布置。冷烟管29朝气流方向倾斜设置，冷烟管29与混气器外管26的中轴线之间形成10～30°的夹角α，在乏气与高温烟气强烈掺混的同时起到引射作用。

如图4所示，本发明热风炉11在煤粉制备系统的应用如下：储存在煤仓1中的煤块通过皮带输送机2进入磨机3，为了干燥煤块并确保磨机3的安全运行，需要提供含氧量低于8％，温度在180-250℃的热风，热风在进入磨机3后携带煤粉通过管道进入布袋除尘器4，煤粉被布袋除尘器4截留而剩余的乏汽通过管道进入第一引风机5，被第一引风机5排出的乏汽一部分通过烟囱6排入到环境大气中，另一部分通过管道经第一流量控制阀7、第二引风机8后分成三部分，分别经过第二流量阀9、第三流量阀10和第四流量控制阀38进入中温低氧含量热风炉11，还有一部分经第五流量阀39和第三引风机40与热风炉11出口热风混合，同时布袋除尘器4截留的煤粉的一部分通过输送机构进入热风炉11进行燃烧，得到符合制粉系统要求的热风。

以一套每小时处理含水率10％、28吨干物质的煤粉制粉系统为例：使用煤种应用基炭Cy＝56.695，应用基氢Hy＝3.762，应用基氧Oy＝7.070，应用基氮Ny＝0.918，应用基硫Sy＝0.454，应用基灰分Ay＝21.101，应用基水分Wy＝10.0,低位发热量Qd＝19645KJ/K。磨机3使用带分离器的立式磨机(如EM系列中速磨机)，磨机3进粉和进出气的漏风量控制在10％以下。磨机3入口的热风需求为：55000Nm3/h，温度为210℃，氧含量≤8％。允许布袋除尘器4的漏风量<10％，制得煤粉的含水率为1％。磨机3出口氧含量≤10.6％，布袋除尘器4出口氧含量≤11.5％，两者均满足出口氧含量≤12％的控制性指标。引风机5出口处的乏气指标为：风量约70600Nm3/h,温度为70℃，氧含量≤11.5％。

为满足上述煤粉制粉系统需求，热风炉11具体性能指标为：额定发热量：300万大卡/h，热效率≥95％，漏风量<10％，出口风量：≥10000Nm3/h，出口风温：500-600℃可调，出口含氧量：≤6％，雾化喷嘴喷水量：0-800Kg/h连续可调。

以煤粉制粉系统制得的含水量≤1％的煤粉为本发明热风炉的燃料，环境空气温度为20℃，相对湿度为60％。对应上述煤粉制粉系统的需求，本发明的热风炉具体操作参数如下：煤粉约590Kg/h，回抽乏气总量约为10800Nm³，乏气温度70℃，乏气含氧量约为11.0％。一次风量约2400Nm³，风温70℃，二次风量约5200Nm³，风温400℃。进粉锁气器12和出渣锁气器17在锁气风的作用下维持10±5Pa，出口热风风量约11000Nm3，温度约510℃，含氧量≤6％，无喷水。

对应于上述煤粉制备系统，热风炉11工作流程如下：第二引风机8根据需要将含氧量少于12％、温度约为70℃的乏气按照设定流量通过第一流量控制阀7抽出，然后分为三个部分。第一部分作为煤粉一次风和锁气风通过第三流量控制阀10后分为两股，一股进入旋流一次风道13后和通过进粉锁气器12的煤粉混合，进入煤粉热风炉11的炉膛燃烧区14，另一股作为锁气风分别进入进粉锁气器12和出渣锁气器17，在点火阶段煤粉着火需要的热量由点火燃烧器20提供，等炉膛温度上升后，点火燃烧器20停止使用。引风机8抽出的乏气第二部分经第二流量控制阀9后通过预热螺旋管入口段31进入混气器19内的预热螺旋管32进行初次预热，被预热后通过预热螺旋管出口段33离开混气器19，再通过连接管道进入二次风分配箱16后分为四股进入二次风道入口21，接着进入二次风腔22进行再次预热，形成含氧量少于12％温度约为400℃的乏气，最后通过二次风出口22以四角切圆的方式进入炉膛燃烧区14，与一次风以及煤粉混合完成煤粉的后续燃烧，形成1000℃以上的高温烟气。高温烟气进入炉膛烟道区18后，由于炉膛燃烧区14为卧式结构，炉膛烟道区18为立式结构，炉膛烟道区18在长度方向上的截面积远大于炉膛燃烧区14在宽度方向上的截面积，在炉膛烟道区18内烟气的上升流速远小于煤渣的沉降速度，煤粉燃烧形成的煤渣通过出渣锁气器17排出，高温烟气进入到混气器19。在混气器19中，引风机8抽出的第三部分乏气经第四流量控制阀38以冷烟的形式通过冷烟管入口段27、冷烟管28和冷烟管出口段29后以四角切圆方式与高温烟气强力混合，混合后烟气与预热螺旋管31内乏气换热后温度进一步降低，最终形成氧含量少于6％、温度约为600℃的中温低氧含量热风并排出，这时温度测点34、流量测点35和氧量测点36会测出中温烟气的温度、流量和含氧量，然后根据需要确定是否启动雾化喷嘴34喷水降低烟气的温度以及氧含量。本发明热风炉11排出的氧含量少于6％、温度约为600℃的中温低氧含量热风与流经第五流量控制阀39、第三引风机40的含氧量少于12％、温度约为70℃的乏气在磨煤机3入口前的管道中进行混合,以得到符合磨煤机3要求的含氧量低于8％，温度在180～250℃的热风。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于煤粉低氧燃烧技术的中温低氧含量热风炉，所述热风炉(11)包括炉膛燃烧区(14)和炉膛烟道区(18)，其特征在于：所述炉膛燃烧区(14)前端设置旋流一次风道(13)和点火燃烧器(20)，炉膛燃烧区(14)侧壁设置二次风道(15)，炉膛燃烧区(14)尾端与所述炉膛烟道区(18)连通，炉膛烟道区(18)顶部设置混气器(19)，炉膛烟道区(18)底部设置出渣锁气器(17)；

所述旋流一次风道(13)包括与乏气管道连通的一次风进口、与进粉锁气器(12)连通的进料口和与炉膛燃烧区(14)连通的一次风出口；

所述二次风道(15)包括二次风腔(22)，二次风腔(22)分别连通二次风入口(21)和二次风出口(23)，二次风入口(21)与混气器(19)连通，二次风出口(23)与炉膛燃烧区(14)连通；

所述混气器(19)包括混气器外壳(27)，混气器外壳(27)前端设置冷烟管(29)，混气器外壳(27)内部设置预热螺旋管(32)，冷烟管(29)包括与乏气管道连通的冷烟管入口段(28)和伸入混气器外壳(27)内部的冷烟管出口段(30)，预热螺旋管(32)包括与乏气管道连通预热螺旋管入口段(31)和与二次风入口(21)连通的预热螺旋管出口段(33)。

2.根据权利要求1所述的一种基于煤粉低氧燃烧技术的中温低氧含量热风炉，其特征在于：所述二次风腔(22)为四个，且沿炉膛燃烧区(14)侧壁圆周方向均匀布置，每个二次风腔(22)均对应一个二次风入口(21)和一个二次风出口(23)。

3.根据权利要求1所述的一种基于煤粉低氧燃烧技术的中温低氧含量热风炉，其特征在于：所述冷烟管(29)为四个，且沿混气器外壳(27)圆周方向均匀布置。

4.根据权利要求1所述的一种基于煤粉低氧燃烧技术的中温低氧含量热风炉，其特征在于：所述混气器外壳(27)尾端设置雾化喷嘴(34)、温度传感器(35)、流量传感器(36)和氧含量传感器(37)。

5.根据权利要求1所述的一种基于煤粉低氧燃烧技术的中温低氧含量热风炉，其特征在于：所述冷烟管(29)朝气流方向倾斜设置，冷烟管(29)与混气器外管(26)的中轴线之间形成10～30°的夹角α。

6.根据权利要求1所述的一种基于煤粉低氧燃烧技术的中温低氧含量热风炉，其特征在于：所述炉膛燃烧区(14)为卧式结构，炉膛烟道区(18)为立式结构。