CN105716412B - 旋流进气炉烟混合室及包括其的褐煤锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供的旋流进气炉烟混合室及包括其的褐煤锅炉，由于混合部具有多个径向导流叶片环绕形成的旋流单元，低温气体经导流叶片旋流进入混合部，在混合部内靠近壁面区域形成低温旋流气膜，将高温炉烟包裹在混合部的管中心区域，避免了高温炉烟直接接触混合部的壁面，从而解决了长期困扰褐煤电厂安全稳定运行的混合部结焦问题和拉裂问题；同时,由于旋流单元的设置位置靠近炉膛抽烟口，一少部分低温气体从炉膛抽烟口旋流扩散至炉膛内，在炉膛抽烟口壁面区域形成低温旋流气膜，从而也解决了炉膛抽烟口结焦的问题。

Description

旋流进气炉烟混合室及包括其的褐煤锅炉

技术领域

本发明涉及一种炉烟混合室，尤其涉及炉烟干燥风扇磨煤机制粉系统褐煤锅炉在其炉膛抽烟口处的混合室，属于机械领域。

背景技术

因褐煤水分大难以干燥、挥发分高易发生自燃爆炸的特点，燃褐煤电站锅炉大多采用三介质(高温炉烟、低温炉烟和热风)或二介质(高温炉烟和热风)干燥风扇磨煤机直吹式制粉系统。

高温炉烟从锅炉炉膛上部烟温约为1100℃左右的位置抽取，炉膛抽烟口一般布置在炉膛烟气出口附近，而烟温约为130℃的低温炉烟抽自锅炉除尘器之后。来自空气预热器出口的一部分热风与低温炉烟经由各自管道在炉膛抽烟口上方通过分叉管混合后，作为低温介质送入靠近炉膛抽烟口的高温炉烟管道水平段，与水平进入的高温炉烟按一定比例混合，从而使制粉系统干燥剂达到要求的温度和含氧量，满足锅炉内煤粉稳定燃烧对煤粉水分和一次风率的要求。习惯上，将炉膛抽烟口附近这段实现冷、热气体介质混合的高温炉烟管道称为混合室。

由于褐煤灰熔点温度较低，加之炉膛内烟气温度分布并不均匀，所以在炉膛抽烟口所抽出高温炉烟中的一部分煤灰颗粒仍处于熔融或半熔融状态，当这部分灰颗粒还未被冷却至固体状态就冲刷至管道壁面上时，就会粘附在管道壁面上形成结焦，而且结焦一旦发生，使得管道表面变得更加粗糙，被吸附的灰渣越来越多，最终形成大量结焦。在炉膛抽烟口和混合室处，炉内高温炉烟急速由炉膛内的垂直向上流动折向转为水平流动，导致高温炉烟携带大量熔融或半熔融状态的灰颗粒直接冲刷炉膛抽烟口和混合室的壁面，在炉膛抽烟口处和混合室内形成大量结焦，混合室内的结焦更为严重和普遍。

炉膛抽烟口和混合室结焦会堵塞干燥剂流通面积，导致磨煤机出力降低，相应地锅炉负荷降低、发电机组出力受限。严重时会发生混合室被焦堵死，磨煤机被迫停止，机组被迫停炉停机的事故。

现有褐煤锅炉的混合室及炉膛抽烟口处大量结焦的根本原因在于混合室内冷、热两股气流混合的流动组织不佳。现有褐煤锅炉广泛采用的混合室结构如图1所示，图中10为混合室，11为引入管，12为炉膛抽烟口，13为褐煤锅炉。由图1可知，低温气体是由布置在混合室上方的引入管11斜向下导入混合室中，引入管11与水平面间的角度为60°。图1中也示出了混合室内横截面A和纵截面B的温度分布(图中曲线为温度等值线，曲线上数值为该等值线温度)，可见由于这种混合方式，使得混合室下半部分以及抽烟口均处于高温环境，混合室下半部分的高温延伸至混合室后的管道转弯处。所以，虽然由混合室热平衡计算所得冷、热气体均匀混合后的温度远低于常见的灰熔点温度，但从混合室上方斜向下通入混合室内的低温气体(热风与低温烟气混合气体，或仅为热风)未能对从炉膛抽烟口通入的高温炉烟及时进行有效均匀的冷却，使得混合室和炉膛抽烟口处大部分壁面与携带熔融状态灰颗粒的高温炉烟直接接触，导致了大量结焦的频繁发生。

而且，由于现有混合室所采用的这种冷、热气流混合方式，使得混合室所在管道壁面的温度极不均匀，在由耐热钢板制作的混合室管段造成了很大的温差应力，以至于混合室管段频繁发生管道内耐火材料脱落以及管道金属壁面拉裂的现象。混合室管道裂开会使大量环境冷风漏入高温炉烟管道中，严重影响风扇磨煤机抽取高温炉烟的效果。频繁检修或更换混合室管段，对电厂正常运行造成了明显影响。

为应对混合室及炉膛抽烟口结焦对褐煤锅炉正常运行的不利影响，现有的措施为在混合室下游管道上设置人孔，定期进行人力打焦。这种方式既消耗大量人力物力，也并未从根本上解决混合室结焦问题。

最近公开的一种方案提出了多点引入热风和热风引入点通过延伸出的水冷壁管冷却的技术方案。这种方案未从根本上改善混合室内壁面处烟温极不均匀的问题，在管道圆周上热风引入点之间的区域，仍然为来自炉膛的高温炉烟未经混合冷却就直接冲刷混合室内壁。所以该方案虽对混合室内结焦区域的大小有所改善，但仍未从根本上解决混合室的结焦和拉裂问题。

可见，现有的措施均未有效解决褐煤锅炉混合室及炉膛抽烟口的结焦问题，以及混合室管段金属壁面因冷热不均引起的拉裂问题。

发明内容

本发明是为解决上述问题而提出的，目的在于提供一种叶片导流旋流式进风引入低温气体混合的炉烟混合室以及包括这种炉烟混合室的褐煤锅炉，以解决目前存在的结焦问题和混合室管道拉裂问题，为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明提供了一种旋流进气炉烟混合室，设置在炉烟干燥风扇磨煤机制粉系统褐煤锅炉的炉膛抽烟口，用来混合从炉膛抽烟口出来的高温炉烟和从低温气体管道流通来的低温气体，其特征在于，包括：混合部，呈管状，用于供高温炉烟和低温气体混合并通过，包括旋流单元和混合管道，旋流单元，呈管状，用于旋流导入低温气体，并供高温炉烟与低温气体通过，包括多个导流叶片，导流叶片均匀间隔环绕固定设置在混合管道的入口的边沿，导流叶片之间的间隙为导流通道，导流叶片环绕形成的管状中间为旋流通道；外罩部，用于包围旋流单元，包括第一连接外壳、第二连接外壳及位于第一连接外壳、第二连接外壳之间的中间外壳，中间外壳与导流叶片具有空隙，中间外壳具有至少一个进风口，第一连接外壳与混合管道的入口连通，第二连接外壳与炉膛抽烟口连通；其中，导流叶片相对混合管道的径向偏置一定角度。

本发明提供的旋流进气炉烟混合室，还可以具有这样的特征：其中，混合管道的横截面为方形或圆形，相应的旋流通道的横截面为方形或圆形。

本发明提供的旋流进气炉烟混合室，还可以具有这样的特征：其中，外罩呈方形或圆形。

本发明提供的旋流进气炉烟混合室，还可以具有这样的特征：其中，其中，导流叶片呈长条形。

本发明还提供一种褐煤锅炉，具有炉膛抽烟口，其特征在于，包括：上述的旋流进气炉烟混合室，旋流进气炉烟混合室与炉膛抽烟口连通。

发明作用与效果

根据本发明提供的旋流进气炉烟混合室，由于混合部具有多个导流叶片环绕形成的旋流单元，使得低温气体以一定速度经导流通道进入旋流通道和混合管道，在旋流通道和混合管道内形成低温旋流气膜并前进，这个过程里，将高温炉烟包裹在旋流通道和混合管道的中心区域，避免了高温炉烟直接冲刷旋流通道的导流叶片和混合管道的壁面，从而从根本上解决了混合部结焦的问题；同时，由于旋流单元与炉膛抽烟口很近，一少部分从导流通道进入旋流通道的低温气体从炉膛抽烟口旋流扩散至炉膛内，在炉膛抽烟口的壁面区域也形成了低温旋流气膜，避免了高温炉烟直接冲刷炉膛抽烟口处的壁面，从而也解决了炉膛抽烟口结焦的问题；进入旋流通道和混合管道内的低温气体在旋流前进时，与旋流通道及混合管道中心的高温炉烟进行传热和混合，逐渐达到均匀的由热平衡决定的混合温度，这种使冷、热气流在远离壁面的区域混合和传热的流动组织方法，既避免了熔融状态灰颗粒与管道的壁面直接接触，也解决了因壁面受热不均而导致的混合部的管道拉裂问题。

根据本发明提供的褐煤锅炉，由于包括上述的旋流进气炉烟混合室，同样的解决了混合部的结焦问题和拉裂问题，以及炉膛抽烟口结焦问题。

附图说明

图1是现有技术中的混合室内工作状态时的温度分布图，其中A为横截面温度分布图，B为纵截面温度分布图。

图2是本发明的实施例中风扇磨三介质干燥直吹式制粉系统的结构示意图；

图3是本发明的实施例中旋流进气炉烟混合室的结构示意图，图中A是三维视图，B是A的左视图；

图4是本发明的实施例中旋流进气炉烟混合室移去外罩部后的结构示意图，图中A是三维视图，B是A的导流混合部的横切面图。

图5是本发明的实施例中旋流进气炉烟混合室移去中间壳后的结构示意图。

图6为本发明的实施例中旋流进气炉烟混合室在工作时在其内形成旋流流动的示意图；

图7为本发明的实施例中旋流进气炉烟混合室在工作时的纵截面的温度分布图。

具体实施方式

实施例

以下结合附图来说明本发明的实施例的具体实施方式。

图2是本发明的实施例中风扇磨三介质干燥直吹式制粉系统的结构示意图。

如图2所示，风扇磨三介质干燥直吹式制粉系统包括给煤机1、下行干燥管2、风扇磨煤机3、粗粉分离器4、煤粉分配器5、燃烧器6、炉膛抽烟口7、蜗壳进气炉烟混合室8、空气预热器9、送风机10、除尘器11、引风机12、冷烟风机13、二次风箱14、烟囱15、褐煤锅炉16。本实施例提供的褐煤锅炉16包括炉膛抽烟口7和蜗壳进气炉烟混合室8。

风扇磨三介质干燥直吹式制粉系统中，来自空气预热器9出口的一部分热风与来自引风机12之后烟道并有冷烟风机13输送的冷烟二者首先在蜗壳进气炉烟混合室8上方混合成为低温气体，从炉膛抽烟口7抽取的高温炉烟与低温气体在蜗壳进气炉烟混合室8内混合成为制粉系统干燥剂，从蜗壳进气炉烟混合室8出来的干燥剂经高温炉烟管道17输送至下行干燥管2入口，由给煤机1输送来的原煤与干燥剂在下行干燥管2混合并下行完成原煤的预干燥，之后一起进入风扇磨煤机3，原煤在风扇磨煤机3内被进一步干燥并被磨制成煤粉，在风扇磨煤机3的出口，粗粉分离器4将过粗的煤粉分离并送回至风扇磨煤机3的入口，合格煤粉与制粉乏气由粗粉分离器4顶部排出，经煤粉分配器5分配后经由燃烧器6送入炉膛内燃烧。本发明所述蜗壳进气炉烟混合室8，一端与炉膛抽烟口7连通，另一端与高温炉烟管道17连通。炉膛抽烟口7与褐煤锅炉16的炉膛连通。一台600MW褐煤锅炉一般是配8台风扇磨煤机，相应地有8个炉膛抽烟口和8根高温炉烟管道。

图3是本发明的实施例中旋流进气炉烟混合室的结构示意图，图中A是三维视图，B是A的左视图。

图4是本发明的实施例中旋流进气炉烟混合室移去外罩部后的结构示意图，图中A是三维视图，B是A的导流混合部的横切面图。

图5是本发明的实施例中旋流进气炉烟混合室移去中间壳后的结构示意图。

如图3、4、图5所示，旋流进气炉烟混合室8包括混合部81、外罩部82。

如图4所示，混合部81包括旋流单元83和混合管道84。

如图4所示，旋流单元83，呈管状，用于导入低温气体，并供高温炉烟与导入的低温气体通过，包括多个长条形导流叶片85均匀间隔环绕固定设置在混合管道84的入口的边沿，导流叶片85之间的间隙为导流通道85a，导流叶片85环绕形成的管状中间为旋流通道85b，该实施例中旋流通道85b的横截面为圆形，导流叶片85与混合管道84的径向偏置一定角度。

如图3、图5所示，外罩部82，用于包围旋流单元83，包括第一连接外壳86、第二连接外壳87及位于第一连接外壳86、第二连接外壳87之间的中间外壳88。本实施例的外罩部82呈圆形。

第一连接外壳86呈圆环形，中心有第一中心孔，孔径尺寸和形状与混合管道84的入口相配合，第一中心孔的内缘与混合管道84的入口的内缘连接。

第二连接外壳87呈圆环形，中心有第二中心孔，孔径尺寸和形状与炉膛抽烟口7的尺寸和形状相配合，第二中心孔的内缘与炉膛抽烟口7的内缘连接。

如图3所示，中间外壳88呈圆环带状，中间外壳88的边缘与第一连接外壳86及第二连接外壳87的外圆环边缘密封连接，中间外壳88与导流叶片85之间具有空隙，使得外罩部82与其包裹的旋流单元83之间留有一定空间，中间外壳88具有四个入口89，四个入口89环绕中间外壳88一周均匀分布。

低温气体管道分叉后分别与四个入口19连接，然后在送风机10和冷烟风机13的作用下，低温气体从低温气体管道经入口89引入，并经导流通道85a切向进入旋流通道85b和混合管道84；在风扇磨煤机3的作用下，炉膛内的高温炉烟由炉膛抽烟口7进入混合部81。

图6为本发明的实施例中旋流进气炉烟混合室在工作时在其内形成旋流流动的示意图。

如图6所示，如图4所示，图中中部为高温炉烟，四周为低温气体。

旋流进入旋流通道85b和混合管道84的低温气体在旋流通道85b和混合管道84的靠近壁面区域形成强烈旋流，将从炉膛抽烟口7进入的高温炉烟包裹在旋流通道85b和混合管道84的管中心区域。

图7为本发明的实施例中切圆进气炉烟混合室在工作时的纵截面的温度分布图。

图7中的曲线为温度等值线，曲线上的数值为等值线温度。

由图7可见，低温气体在旋流前进时，将温度约1100℃的高温炉烟包裹在中心，同时低温气体与旋流通道85b和混合管管道84中心的高温炉烟不断进行传热和混合，使得混合所得干燥剂的温度逐渐趋于均匀。这种使冷、热气流在远离壁面的区域混合和传热的流动组织方法，既解决了混合室结焦问题，也解决了因壁面受热不均而导致的混合室拉裂问题。

同时，由图7可见，导流进入旋流通道85b的低温气体的一少部分向炉膛旋转回流，将从炉膛抽出的高温炉烟包裹在中间，从而在炉膛抽烟口7的壁面处也形成一层低温保护气膜。

作为本实施例的变形例，混合管道的横截面还可以为方形，相应的旋流通道的横截面为方形；外罩部还可以呈方形。

实施例的作用与效果。

根据本实施提供的旋流进气炉烟混合室及包括其的褐煤锅炉，由于在混合部的高温炉烟入口设置的径向导流叶片，将低温气体经叶片以一定速度旋流进入到旋流通道和混合管道中与炉膛出来的高温炉烟混合，旋流进入的低温气体将高温炉烟包裹在中间旋流前进，在旋流前进中高温炉烟与低温气体混合，避免了高温炉烟直接冲刷混合部的壁面，从而解决了混合部的结焦问题；同时，又由于进入旋流通道的低温气体在旋流前进时，与旋流通道和混合管道中心的高温炉烟进行传热和混合，逐渐达到均匀的由热平衡决定的混合温度，这种使冷、热气流在远离壁面的区域混合和传热的流动组织方法，既解决了混合部的结焦问题，也解决了因壁面受热不均而导致的混合部的拉裂问题；另外，由于旋流单元与炉膛抽烟口直接连接，一少部分从导流通道旋流进入旋流通道的低温气体从炉膛抽烟口旋流扩散至炉膛内，在炉膛抽烟口的壁面区域也形成了低温旋流气膜，避免了高温炉烟直接冲刷炉膛抽烟口处的壁面，从而也解决了炉膛抽烟口结焦的问题。

根据本发明提供的褐煤锅炉，由于包括上述的旋流进气炉烟混合室，同样的解决了混合部的结焦问题和拉裂问题，以及炉膛抽烟口结焦问题。

尽管上面对本发明说明书的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (4)

1.一种旋流进气炉烟混合室，设置在炉烟干燥风扇磨煤机制粉系统褐煤锅炉的炉膛抽烟口处，用来混合从所述炉膛抽烟口出来的高温炉烟和从低温气体管道流通来的低温气体，其特征在于，包括：

混合部，呈管状，用于供所述高温炉烟和所述低温气体混合并通过，包括旋流单元和混合管道，

所述旋流单元，呈管状，用于旋流导入所述低温气体，并供所述高温炉烟与所述低温气体通过，包括多个导流叶片，所述导流叶片均匀间隔环绕固定设置在所述混合管道的入口的边沿，

所述导流叶片之间的间隙为导流通道，所述导流叶片环绕形成的管状中间为旋流通道，

所述混合管道用于供从所述旋流通道过来的低温气体和高温炉烟混合并通过；

外罩部，用于包围所述旋流单元，包括第一连接外壳、第二连接外壳及位于第一连接外壳、第二连接外壳之间的中间外壳，

所述中间外壳套住所述导流叶片，与所述导流叶片具有空隙，所述中间外壳具有至少一个进风口，

所述第一连接外壳与所述混合管道的入口连通，所述第二连接外壳与所述炉膛抽烟口连通；

其中，所有的所述导流叶片相对所述混合管道的径向均沿逆时针或顺时针偏置一定角度，

所述导流叶片为沿所述混合管道的轴向方向延伸的直长条形。

2.根据权利要求1所述的旋流进气炉烟混合室，其特征在于：

其中，所述混合管道的横截面为方形或圆形，相应的所述旋流通道的横截面为方形或圆形。

3.根据权利要求1所述的旋流进气炉烟混合室，其特征在于：

其中，所述外罩部呈方形或圆形。

4.一种褐煤锅炉，具有炉膛抽烟口，其特征在于，包括：

如权利要求1-3中任意一项所述的旋流进气炉烟混合室，所述旋流进气炉烟混合室与所述炉膛抽烟口连通。