CN1060704A - 双套筒燃烧(反应)装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双套筒燃烧(或反应)装置，它 包括外套筒，在外套筒侧壁一端设有燃料和一次风进 口与二次风进口，另一端设有除灰口。在外套筒两侧 分别设有进料侧端板和除灰侧端板，在除灰侧端板上 设有同轴或偏心的内套筒，内套筒和外套筒之间为对 称或不对称的环形反应室或燃烧室。内套筒内部为 热烟气流道，分别接环形反应室或燃烧室和烟气出 口。

Description

本发明涉及燃烧装置，尤其是涉及双套筒燃烧装置。

在大中型工业锅炉中一般采用传统的旋风燃烧装置，它是一个大致上水平布置的园筒，燃料和一次风在旋风燃烧装置一端同时从中心一点轴向投入或同时从侧面切向投入燃烧室。沿园筒轴向侧面并列布置二次进风，而燃烧中的燃料颗粒旋转前进，最后从旋风燃烧装置另一端中心出口离开燃烧室。燃烧室炉膛通常维持较高温度并将燃料灰份熔成液态渣膜。由于燃烧温度高，也没有多级配风装置，因此氮氧化合物（NO_x）的排放量很高，二氧化硫（SO₂）由于在炉膛停留时间较短而无法脱除。这种直通式（Straight through）的筒形结构使得燃料颗粒的停留时间较短。气流场旋转强度沿轴向快速衰减，而气相间及气-固相间的混合和反应在炉膛轴线中心区变得很弱。湍流强度和气固滑移速度沿着烟气出口方向快速衰减。在轴线附近的弱旋区和另一端出口区附近的燃烧和反应的组织很差，再加上颗粒夹带，使得燃料燃烬度较差。

本发明的目的是提供一种双套筒燃烧（反应）装置，它结合了悬浮煤粉燃烧，流化床燃烧和旋风炉燃烧等多种传统技术的优点。

为了达到上述目的本发明采取下列结构，它包括外套筒，在外套筒侧壁一端设有燃料和一次风进口和二次风进口，另一端设有除灰口，在外套筒两侧分别设有进料侧端板和除灰侧端板，在除灰侧端板上设有内套筒，内套筒和外套筒之间为环形反应室或燃烧室，内套筒内部为热烟气流道，分别接环形反应室或燃烧室和烟气出口。

下面结合附图对本发明作详细说明。

图1是双套筒燃烧装置的示意图;

图2是双套筒燃烧装置的剖面示意图。

本装置由稍微倾斜12（θ＝0-15°）的内套筒2和外套筒1组成，内套筒直径通常是外套筒直径的30-55%。内外套筒视需要，可以是耐火绝热壁，密排水冷壁、膜式水冷壁、水夹套、空气夹层或以上混合组成10。在外套筒侧壁一端设有燃料及一次进风口5和二次进风口6，另一端设有除灰口9。内外套筒可以是同轴的也可以是偏心的，其偏心量14为外套筒直径的0-10%。外套筒两侧设有进料侧端板3和除灰侧端板4。除灰侧端板设有内套筒。内套筒和外套筒之间为反应室或燃烧室15，内套筒内部为热烟气的流道16分别接环形反应室或燃烧室和烟气出口13。气体燃料、液体燃料、固体燃料或固液浆料和一次进风（少于全风量的35%）一同由燃料及一次进风口割线喷入环形燃烧室较大区。当燃烧液体燃料和固液浆料时，为了避免雾化液滴在尚未完全干燥或挥发时碰壁粘结、影响正常运行，少于全风量的5%速度为30-50米/秒的转向风，从燃料及一次风进口下游60-90度的壁上设置的转向风进口17切线或大角度割线射入，以折转燃料液滴的方向，延后碰壁的时间。当燃料和一次风进口为多个时，在同一轴向位置沿园周方向等间距布置。

二次风的布置视装置容量和燃料特性而定，可以是单侧单个、单侧多个、或多侧多个均匀布置。通常在单侧可以布置2-6个二次进风口，并各自可独自调节喷射角（0-30°）、风量（全风量的65-95%）、风速30-60米/秒和射流形状。空气的调配由一个布风装置7（例如挡板，阀门）灵活控制。燃烧空气沿轴向分级供给，可以实现分级燃烧，从而有效地控制气固流场、燃烧过程、炉膛温度分布和污染控制反应。

切向或割向喷入的一、二次风，除了可因分级反应而控制NO_x的形成，也提供了产生，维持和控制强旋流场的功用。内套筒的存在挡掉了弱旋流区，增加旋转气流的刚性使其衰减很慢。整个气流场到达环形空间的另一端时，仍能保持很强的旋转。当气流进入内套管烟道时由于半径缩小，旋转变得更强烈直到离开此装置。因此整个空间都均匀的持有强烈的旋转混合、传热、传质和燃烧。由于离心力、空气动力和重力作用，颗粒的质量或大小超过一个可以控制的极限大小时，会被回转气流“捕捉”在环形室内，直到燃烧变轻或变小时才可能离开。为了减少燃料颗粒在未燃烧前被气流夹带离开，内套筒上可以装置环形的挡板11。它的宽度和放置位置视燃料粒度和装置容量而定。当燃用较高硫的煤或水煤浆时，石灰石或其他吸收剂细粒可以与燃料预混喷入或由二次风喷咀割线喷入与热烟气造成强烈混合，在合理的燃烧温度（即900℃左右）下，高效率的达到脱硫的目的。用过后的石灰石大部分与底灰排出，小部分与飞灰一同离开内套筒。

非对称的燃烧空间使旋转气流周期性的扩张（切线分量减速）和收缩（加速），强化了扰动与混合。强旋流动造成燃料颗粒从热烟气流中离心力分离，如此可以延长和控制颗粒在炉膛中的停留时间，大大的提高了燃烧效率和污染控制反应效果。视燃料特性及燃炉应用的要求，外套筒另一端的除灰口可以用一根再循环管与燃料和一次风进口连接。进一步的有助于装置效率的改进。内套筒的内部是热烟气的流道，也是布置受热面的好区域。旋转的热烟气经过换热最后在内套筒的出口离开此装置。内套筒紧靠近除灰侧端面开有若干槽形出口8，通常在园周方向均匀的分布，它的开孔面积通常是内套筒横截面的1.5到3倍。这个槽形出口装置，可以使热烟气转向平滑进行，也可以较有效地控制颗粒行为提高燃料燃烬度和污染物脱除效果。当燃煤时，燃烧温度以受热面和二次空气分布的安排来控制均匀且较低的平均燃烧温度（850℃-1150℃）。这个温度还较一般灰熔点低（低150℃以上），因此整个炉膛是干式（非液态，Non-slagging运行，干态排渣。如此可以免去液渣排出、冷却和处理的繁琐工作，和可能的二次污染。这个均匀而低燃烧温度使得NO_x（Thermal NO_x）的生成大大减少，也有利于石灰石等脱硫剂在炉膛内反应效果。（最佳反应温度是850-950℃）。

非对称双套筒燃烧（反应）装置是一个完全新颖的多燃料装置。它结合了悬浮煤粉燃烧，流化床燃烧和旋风炉燃烧等多种传统技术的长处并减少了它们本质上的缺点。旋转气流周期性的扩张和收缩又体现了部分脉冲燃烧的优点。它的离心分离效应，易于形成的强旋流场和均匀且低的燃烧温度，完全不同于传统的燃烧方式。本装置的非对称环筒形燃烧室，多级灵活的切线布风配以挡板，槽形出口和适当的受热面组合是适用于燃烧多种燃料的新发明。它可以用来燃用气体或和液体燃料，也可以作成中小型锅炉燃煤、水煤浆和其他固体燃料。是个高效率、低污染、操作可靠的新型燃烧装置。它已累积了420小时成功地燃烧多种不同燃料。被证实的优点如下：

1.高燃烧效率：气体燃料燃烬度100%;液体燃料燃烬度大于99%;低灰细煤粉燃烬度大于98%，低灰水煤浆燃烬度大于99%。

2.大的平均容积热负荷：介于0.1与0.5×10⁶Btu/hrft³，因此可实现紧凑设计和小的炉膛体积。

3.高湍流强度和大气-固滑移速度：大于5米/秒。

4.长的燃料颗粒停留时间和可控制的颗粒行为。

5.均匀且低的平均燃烧温度：1000℃±150℃。

6.简单的干态排渣方法。

7.低的污染排放。

8.宽的燃料适应性，除燃煤冷起动外不需辅助燃料。

9.不需预热空气，或加用预燃室及后燃装置。

Claims (5)

1、一种双套筒燃烧装置，其特征在于它包括外套筒[1]，在外套筒侧壁一端设有燃料和一次风进口[5]和二次风进口[6]，另一端设有除灰口[9]，在外套筒两侧分别设有进料侧端板[3]和除灰侧端板[4]，在除灰侧端板设有内套筒[2]，内套筒和外套筒之间为环形反应室或燃烧室[15]，内套筒内部为热烟气的流道[16]，分别接环形反应室或燃烧室和烟气出口[13]。

2、根据权利要求1所述的一种双套筒燃烧装置，其特征在于所说的内外套筒为同轴或偏心，偏心量〔14〕为外套筒直径的0-10%，内套筒直径是外套筒直径的30-55%，内外套筒分别为耐火绝热壁或密排水冷壁或膜式水冷壁或水夹套或空气夹层或以上混合组成〔10〕，内套筒外壁设有环形挡板〔11〕，内套筒靠近除灰侧端板处开有槽形开口〔8〕，其开孔面积是内套筒横截面的1.5～3倍。

3、根据权利要求1或2所述的一种双套筒燃烧装置，其特征在于在所说的燃料和一次进风进口的下游60-90度方位的壁上切向或大角度割向设有转向风进口〔17〕，其转向风量为少于全风量的5%、速度为30-50米/秒，燃料和一次风进口切向设置，或在同轴位置沿园周方向等间隔切向设置多个进口，一次风进风量小于全风量的35%。

4、根据权利要求1或2所述的一种双套筒燃烧装置，其特征在于所说的二次进风口为单侧单个，单侧多个或多侧多个并均匀布置，单侧多个可布置2-6个，二次风进口各自可自动调节、喷射角为0-30°，二次进风量是全风量的65-95%、风速为30-60米/秒，空气由布风装置〔7〕调配。

5、根据权利要求1或2所述的一种双套筒燃烧装置，其特征在于所说的除灰口用一根再循环管与燃料和一次风进口连接。

Images