CN104456543A - 一种煤粉密封控氧炉 - Google Patents

Abstract

本发明是一种煤粉密封控氧炉，涉及工业煤粉炉设备的技术改进，具有燃烧段、炉体和收灰斗，其特征是：炉体采用立式结构，所述燃烧段装于炉体的顶部，收灰斗位于炉体的下端，收灰斗的下端设有排灰装置，炉体的上半部分为混风冷却段，炉体的下半部分设有尘气分离段，尘气分离段内设有分离圈，分离圈与炉体之间形成环形分离室，在炉体外部位于尘气分离段设有排烟蜗壳，分离圈与炉体之间装有n个导通管，导通管将分离圈内腔与排烟蜗壳内腔连通；本发明炉体的密封性良好、控氧可靠，能很好地将熔融的煤粉颗粒在炉中完成冷却、富集和分离，烟气质量高，结构简单，成本低，占地面积小，适用于工业煤粉炉设备的改进。

Description

一种煤粉密封控氧炉

技术领域

本发明涉及工业煤粉炉设备的技术改进，尤其是一种煤粉密封控氧炉。

背景技术

现有的煤粉炉提供热量的烟气含氧量高，容易爆燃，酿成重大人身设备事故。为了控制烟气中的含氧量，一是通过燃烧耗去助燃空气中的氧，二是减少漏风，但是煤粉炉还必须及时排除燃烧过程中产生的灰分。在现有的卧式煤粉炉中，烟气流向与灰份形成的液滴沉降方向垂直，当炉内集灰处温度远高于灰分熔点时，液滴按质量差依次沉降在炉内各段，采用液态排渣法，成本高，热耗高，难度大不易控制；当炉内集灰段温度低于灰分熔点时，灰分必然结焦堵塞排渣口。在低温控氧工况下，如供热烟气温度小于300℃时，也可以通过将低氧烟气或惰性气体合理配风使熔化的灰分凝固后排出，但必须安置多个排灰口，成本高且增加了漏风几率和故障率。与此同时，若炉内无专门的收尘装置，约85％的粉尘将由烟气带入供热受体，降低了烟气的质量。

煤粉按空气过量系数10％计算所需空气量V0为：

$V^0=\frac{K_0\·Q_{\mathrm{dw}}^y}{1000}$     ①

其中：K₀——空气过量系数，1.1

——煤粉应用基的低位热值设为6000Kcal/kg

则 $V^0=\frac{1.1\·6000}{1000}=6.6\mathrm{Nm}/\mathrm{kg}$

烟气中含氧量<2％，此时烟气温升为：

$\mathrm{\&Delta;t}=\frac{Q_{\mathrm{dw}}^y}{V^0\&CenterDot;q}$ ②

其中：Δt——烟气温升℃

q——烟气比热为0.4kcal/(Nm³.℃)

则

煤中的灰份的熔点T₃≤1600℃，因此在此工况下灰分均已熔化成小液滴。

综上所述，如何将熔融的煤灰颗粒在炉内完成冷却、富集及分离，提高现有煤粉炉的密封性及烟气质量等问题、如何改进现有的煤粉炉、降低成本同时避免人身设备事故的发生，是本发明的重要课题。

发明内容

本发明的目的就是要解决现有煤粉炉不能很好的完成煤灰的冷却、富集和分离，含氧量高易引起人身设备事故，密封性不好及烟气质量不高等问题，提供一种煤粉密封控氧炉。

本发明的具体方案是：针对现有的煤粉炉设备进行改进，具有燃烧段、炉体和收灰斗，其特征是：炉体采用立式结构，所述燃烧段装于炉体的顶部，收灰斗位于炉体的下端，收灰斗的下端设有排灰装置，炉体的上半部分为混风冷却段，炉体的下半部分设有尘气分离段，尘气分离段内设有分离圈，分离圈与炉体之间形成环形分离室，在炉体外部位于尘气分离段设有排烟蜗壳，分离圈与炉体之间装有n个导通管，导通管将分离圈内腔与排烟蜗壳内腔连通。

本发明所述分离室的截面积为炉体截面积的1/20-1/15。

本发明所述n个导通管的截面积之和与排烟蜗壳出烟口截面积相同。

本发明中所述燃烧段选用高效控氧炉。

本发明中所述排烟蜗壳是采用阿基米德螺线蜗壳结构。

本发明的工作原理是：本发明燃烧段采用高效控氧炉，基本原理其中已描述，混风冷却段中加大内径可以降低炉内向下风速，以保证液滴在冷却前不接触炉壁，采用内壁光滑的圆筒结构，便于灰分在离心力的作用下富集在边壁；n个导通管在烟气压差的作用下，将360°方向上导出各分支烟气汇集并均匀向烟气出口流动的阿基米德蜗壳排出；灰分在炉体内的运动遵循离心力和万有引力的规律，在炉内壁富集，经分离室导入积灰斗中沉降净化后返回导通管排出。炉体采用立式结构，便于灰分的分离和集中排出，采用钢壳结构便于密封，避免空气漏入。

本发明的运行机理是：在燃烧段将煤粉与过量10％的空气充分混合燃烧，并通过阿基米德螺线蜗壳高速旋转引入的低氧烟气或低温惰性气体形成的涡流空间以高于2200℃高温充分燃尽后，裹夹在引入气体中旋转向下运行。在混风冷却段因引入低氧烟气或惰性气体，一般气体温度小于80℃且气量大于高温燃气量的12-15倍，熔融状态的灰分微粒在强迫对流工况下快速冷却、凝固。如200目的灰分D＝0.075mm，T＝2200℃燃尽后的煤灰熔滴降至1000℃的所需要时间为0.25s，计算如下：

煤粉粒度200目(D＝75μm＝7.5×10-5m)

煤粉粒度 $V=\frac{4}{3}\&CenterDot;\mathrm{\&pi;}{\&CenterDot;r}^3=2.2\&times;{10}^{-13}{m}^3;$

煤粉密度ρ＝750kg/m³；

煤粉质量M＝V·ρ＝2.2×10^-13×750＝1.656×10^-10kg；

温差ΔT＝2200-1000＝1200℃；

ΔR＝1.65×10^-10×4.18×0.21×1200＝1.745×10^-7kcal；

煤粉表面积S＝4·p·r²＝1.77×10^-8m²；

$F=\frac{{\mathrm{\&pi;}\&CenterDot;d}^2}{4}=4.42{\&times;10}^{-9}{m}^2;$

Q^＝αF(T_f-T_w)    ③

其中α＝0.08kw/m².℃；

燃烧段烟高温气温度T_f＝2270℃；

混风后出口烟气温度T_w＝270℃；

Q＝0.08×4.42×(2270-270)＝7.07×10^-7 KW；

Rq＝1.656×10^-10×1200×0.21×4.18＝1.744×10^-7 KJ；

Δt＝Rq/Q＝0.247s；

在引入惰性气体高速旋转的拽引下和离心力的作用下，旋转向下运动，固态的煤灰按照质量的大小富集在炉体内壁，参见图5。

烟气运行至尘气分离段及烟气出口段时，边壁汇集等于总分量1/20-1/15的烟气从炉体与分离圈之间的缝隙和导通管间的空挡进入收灰斗，继续旋转向下逐步减速至烟气出口处沉积；返回流动气体可携带颗粒遵循下式，

$d\frac{{c\&CenterDot;v}^2}{u}$     ④

式中d——气体可携带粒子的直径，mm

v——气体风速，m/s

u——粒子的比重，kg/m³

c——确定流体性质各函数的总和。在同一工况下可视为常数，u无变化则d∝v²气体风速，将v＝1/15代入④式，

得到返回粉尘粒子直径为原粒子直径的d_返＝(1/15)²＝0.045倍，粉尘的质量为原质量的(1/15)^2x3＝8.78x10^-10倍。

本发明与现有的煤粉炉设备相比具有以下优点：

1.炉体采用立式结构，炉体与分离圈采用导通管密封焊接，采用了尘气分离段，保证了煤粉炉的密封性的同时提高了烟气的质量，结构简单，占地面积小。

2.降低了成本，同时避免了人身设备事故的发生，使工人的人身安全得到了保障。

附图说明

图1是卧式煤粉炉的结构示意图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是本发明的A-A视图；

图4是图2中I处的局部放大图；

图5是煤粉颗粒沉降示意图；

图中：1—燃烧段，2—炉体，3—混风冷却段，4—尘气分离段，5—分离圈，6—导通管，7—收灰斗，8—出灰口，9—排尘装置，10-排烟蜗壳，11-分离室。

具体实施方式

参见图2，图3，图4，具有燃烧段1、炉体2和收灰斗7，其特征是：炉体2采用立式结构，所述燃烧段1装于炉体2的顶部，收灰斗7位于炉体2的下端，收灰斗7的下端设有排灰装置9，炉体2的上半部分为混风冷却段3，炉体的下半部分设有尘气分离段4，尘气分离段4内设有分离圈5，分离圈5与炉体2之间形成环形分离室11，在炉体外部位于尘气分离段4设有排烟蜗壳10，分离圈5与炉体2之间装有n个导通管6，导通管6将分离圈5内腔与排烟蜗壳10内腔连通。

本实施例中所述炉体2的内径为Φ3.6m，截面积为10.17m²，分离室11的截面积为10.17×1/16＝0.635m²(一般分离室截面积比炉体截面积控制在1/20-1/15范围内，实施例中分离室11的截面积为炉体2截面积的1/16)。以保证进入收灰斗的收尘效果，以及返回烟气质量。

本实施例中所述导通管的内径为Φ0.64m，n＝8(一般n≥4)个导通管的截面积之和为2.57m²，与排烟蜗壳10的出烟口Φ1.8m的截面积2.543m²基本一致。以保证烟气流速均匀畅通。

本实施例中所述分离室11截面积减去n个导通管占用面积所形成的空挡面积须保证进入分离室11内的高浓度粉尘顺利进入收灰斗7.

本实施例中所述燃烧段1选用高效控氧炉，具体是选用ZL201110220377.4专利的技术方案。

本实施例中所述排烟蜗壳10是采用阿基米德螺线蜗壳结构。

Claims (5)

1.一种煤粉密封控氧炉，具有燃烧段、炉体和收灰斗，其特征是：炉体采用立式结构，所述燃烧段装于炉体的顶部，收灰斗位于炉体的下端，收灰斗的下端设有排灰装置，炉体的上半部分为混风冷却段，炉体的下半部分设有尘气分离段，尘气分离段内设有分离圈，分离圈与炉体之间形成环形分离室，在炉体外部位于尘气分离段设有排烟蜗壳，分离圈与炉体之间装有n个导通管，导通管将分离圈内腔与排烟蜗壳内腔连通。

2.根据权利要求1所述的一种煤粉密封控氧炉，其特征是：所述分离室11的截面积为炉体截面积的1/20-1/15。

3.根据权利要求1所述的一种煤粉密封控氧炉，其特征是：所述n个导通管的截面积之和与排烟蜗壳上的出烟口截面积相同。

4.根据权利要求1所述的一种煤粉密封控氧炉，其特征是：所述燃烧段选用高效控氧炉。

5.根据权利要求1所述的一种煤粉密封控氧炉，其特征是：所述排烟蜗壳是采用阿基米德螺线蜗壳结构。