CN107325845B - 用于锅炉点火与稳燃的锅炉一次风煤粉气流气化装置 - Google Patents

用于锅炉点火与稳燃的锅炉一次风煤粉气流气化装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于锅炉点火与稳燃的锅炉一次风煤粉气流气化装置，包括旋风分离器、拉伐尔混合器、气化反应器，以及设置在旋风分离器顶部的中心管；所述旋风分离器上部切向对称设置有第一入口管和第二入口管，第二入口管与气化反应器出口连通；所述旋风分离器底部设有直管与拉伐尔混合器喉部连通；所述拉伐尔混合器出口一侧通过连接管道与气化反应器入口连通。本发明利用外部能源对煤粉气流在进入锅炉前对其进行气化，另外，该部分高温烟气一般从锅炉炉膛出口抽取，已在锅炉炉膛放出一部分热量，相对于利用电能等其他型式的能源对煤粉进行气化的技术，本发明充分利用锅炉烟气余热，经济性更好。

Description

用于锅炉点火与稳燃的锅炉一次风煤粉气流气化装置
技术领域
本发明涉及煤炭气化技术领域，特别地，涉及一种用于锅炉点火与稳燃的锅炉一次风煤粉气流气化装置。
背景技术
锅炉点火及低负荷稳燃需消耗大量的轻柴油、重油等石油资源，减少石油资源消耗对提高电厂运行的经济意义重大；为实现该目的，近年来出现了等离子点火技术、微(少)点火技术、煤粉气化技术。
等离子点火和微(少)点火技术本质上为：引入外部能源在燃烧器内加热煤粉气流并使之气化，以满足锅炉点火及低负荷稳燃的要求；但是这两种技术都是用特高能量密度在狭窄的锅炉燃烧器空间内对煤粉气流进行高强度急热气化，该过程不但大量消耗电能和燃油，还将缩短设备使用寿命(其中等离子发生器阴极的保证寿命仅50小时)，该技术煤粉气化率低、设备故障率高，且不完全气化的煤粉颗粒在炉膛温度水平较低时，往往不能充分燃烧，并在锅炉的尾部烟道中局部富集，存在发生尾部烟道二次燃烧甚至爆炸的潜在危险；等离子点火和微(少)点火技术只能用于燃用烟煤及贫瘦煤的锅炉，尚不能实现燃用着火与燃尽困难的无烟煤锅炉点火与稳燃。
煤粉气化技术已相当成熟，主要用于煤化工、燃气蒸汽联合循环等工业领域，但是系统复杂、设备庞大，用于锅炉点火的经济性不高；煤粉气流在锅炉外部气化应用于锅炉点火及低负荷稳燃的技术国内已有一些研究，但大多存在设备庞大、系统复杂、故障率高等问题，目前仍无较成功的解决方案。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于锅炉点火与稳燃的锅炉一次风煤粉气流气化装置，以解决现有技术设备庞大、系统复杂故障率高的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于锅炉点火与稳燃的锅炉一次风煤粉气流气化装置，包括旋风分离器1、拉伐尔混合器2、气化反应器3，以及设置在旋风分离器1顶部的中心管4；
所述旋风分离器1上部切向对称设置有第一入口管101和第二入口管102，第二入口管102与气化反应器3出口连通；所述旋风分离器1底部设有直管103与拉伐尔混合器2喉部连通；所述拉伐尔混合器2出口一侧通过连接管道与气化反应器3入口连通。
优选地，所述直管103直径与拉伐尔混合器2喉部直径比值为0.3～0.6:1。
优选地，所述旋风分离器1上部为圆筒状，所述中心管4从旋风分离器1顶部伸入旋风分离器1内部，且中心管4伸入的长度为旋风分离器1圆筒高度的1/2～1/3。
优选地，所述气化反应器3为空腔圆筒，且该空腔圆筒直径为连接管道直径的2～3倍。
本发明具有以下有益效果：
本发明利用锅炉高温烟气等外部能源对锅炉一次风煤粉气流在进入锅炉前对其进行气化，所使用的外部能源为从锅炉抽取而来的温度高达800℃以上的高温烟气或其他高温气化介质，使得煤粉在进入炉膛前在本发明装置中部分气化，满足锅炉点火与稳燃要求，克服了现有锅炉点火技术的缺陷，并能有效的降低锅炉最低稳燃负荷，使得锅炉调峰能力增强。
另外，该部分高温烟气一般从锅炉炉膛出口抽取，已在锅炉炉膛放出一部分热量，相对于利用电能对煤粉进行气化的技术，本发明充分利用余热，经济性更好。
本发明设置的气化反应器使气体充分混合并增加停留反应时间，反应更加充分。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的结构示意图；
图2是本发明优选实施例的俯视图；
图中：1-旋风分离器，101-第一入口管，102-第二入口管，103-直管；2-拉伐尔混合器，3-气化反应器，4-中心管。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参见图1、图2，用于锅炉点火与稳燃的锅炉一次风煤粉气流气化装置，包括旋风分离器1、拉伐尔混合器2、气化反应器3，以及设置在旋风分离器1顶部的中心管4；
所述旋风分离器1上部切向对称设置有第一入口管101和第二入口管102，第二入口管102与气化反应器3出口连通；所述旋风分离器1底部设有直管103与拉伐尔混合器2喉部连通；所述拉伐尔混合器2出口一侧通过连接管道与气化反应器3入口连通。
所述直管103直径与拉伐尔混合器2喉部直径比值为0.3～0.6:1。
所述旋风分离器1上部为圆筒状，所述中心管4从旋风分离器1顶部伸入旋风分离器1内部，且中心管4伸入的长度为旋风分离器1圆筒高度的1/2～1/3。
所述气化反应器3为空腔圆筒，且该空腔圆筒直径为连接管道直径的2～3倍。
所述第一入口管101和第二入口管102均为气流入口，所述第一入口管101为一次风携带煤粉的入口，通过管道连接到火力发电厂的送往炉膛燃烧的送粉管道上，该入口气流的主要成分为细小煤粉以及热空气(温度为80～110℃)；第二入口管102通过管道与气化反应器3出口连接，该入口气流中包括高温烟气中的CO2、H2O、O2等气化剂与焦炭反应生成的气化气以及未反应的CO2与焦炭颗粒等。
从锅炉抽取来的温度高达800℃以上的高温烟气在拉伐尔混合器2喉部形成高速低压气流，抽取从旋风分离器1底部分离的焦碳颗粒，拉伐尔混合器2出口一端与气化反应器3连通，高温烟气以及焦碳颗粒混合进入气化反应器3；在气化反应器3中，焦炭与高温烟气中的CO2、水蒸气发生气化反应产生可燃气体；未反应完全的焦炭颗粒进入旋风分离器1进入进行物料循环，直到颗粒变小、质量变轻，再从中心管4逃逸出旋风分离器。
旋风分离器1不但是一种气固分离装置，同时还是一种优良的反应器，工作时，一次风煤粉气流与另一侧来的已部分气化的高温气流切向进入本发明装置的旋风分离器，旋风分离器的空间结构特点及其特有的旋转流场特点，使得两股气流充分混合并贴壁旋转向下，随后在旋风分离器下部转换成旋转向上的中心气流离开分离器，大颗粒物料从底部分离出来，经直管103位置，经过拉伐尔混合器2喉部进入气化反应器3继续反应；细小焦炭颗粒随同可燃气体从中心管4流出，中心管出口连通至锅炉燃烧器，这个过程中存在一系列复杂的物理化学反应，主要包括：1)新鲜的煤粉颗粒受热析出挥发分转换成焦炭；2)焦炭、挥发分及部分气化可燃气发生燃烧反应；3)焦炭颗粒与O2、CO2、H2O等气化剂的气化反应生成CO以及H2等可燃气体；这些反应有吸热反应也有吸热反应，分离器内总体能维持在600～700℃的较高温度水平，反应速度较快。
本发明利用外部能源对煤粉气流在进入锅炉前对其进行气化，所使用的外部能源为从锅炉抽取而来的温度高达800℃以上的高温烟气或其他高温气化介质，使得煤粉在进入炉膛前在本发明装置中气化较充分，克服了现有锅炉点火技术的缺陷。另外，该部分高温烟气一般从锅炉炉膛出口抽取，已在锅炉炉膛放出一部分热量，相对于利用电能对煤粉进行气化的技术，本发明充分利用余热，经济性更好。
本发明的气化反应器3内部可以设置交错均匀分布的半圆形挡板，使得气体充分混合并增加停留反应时间；
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.用于锅炉点火与稳燃的锅炉一次风煤粉气流气化装置，其特征在于，包括旋风分离器(1)、拉伐尔混合器(2)、气化反应器(3)，以及设置在旋风分离器(1)顶部的中心管(4)；
所述旋风分离器(1)上部切向对称设置有第一入口管(101)和第二入口管(102)，第二入口管(102)与气化反应器(3)出口连通；所述旋风分离器(1)底部设有直管(103)与拉伐尔混合器(2)喉部连通；所述拉伐尔混合器(2)出口一侧通过连接管道与气化反应器(3)入口连通。
2.根据权利要求1所述的用于锅炉点火与稳燃的锅炉一次风煤粉气流气化装置，其特征在于，所述直管(103)直径与拉伐尔混合器(2)喉部直径比值为0.3～0.6:1。
3.根据权利要求1所述的用于锅炉点火与稳燃的锅炉一次风煤粉气流气化装置，其特征在于，所述旋风分离器(1)上部为圆筒状，所述中心管(4)从旋风分离器(1)顶部伸入旋风分离器(1)内部，且中心管(4)伸入的长度为旋风分离器(1)圆筒高度的1/2～1/3。
4.根据权利要求1所述的用于锅炉点火与稳燃的锅炉一次风煤粉气流气化装置，其特征在于，所述气化反应器(3)为空腔圆筒，且该空腔圆筒直径为连接管道直径的2～3倍。
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