CN108194918A - 锅炉的煤粉预处理装置和锅炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锅炉的煤粉预处理装置和锅炉。煤粉预处理装置包括用于使煤粉形成还原性气体的主反应管，主反应管包括管体和套设于管体外侧的冷却套，冷却套内流通有冷却介质以降低主反应管的温度。本发明的煤粉预处理装置对进入锅炉的炉膛前的煤粉在主反应管内进行还原处理使其形成还原性气体，还原性气体进入炉膛还原已生成的氮氧化物从而实现锅炉氮氧化物的低排放。并且主反应管在管体的外侧设置冷却套，冷却套内流通的冷却介质带走管体的热量，降低主反应管外壁的温度进而提高锅炉运行的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及锅炉技术领域，特别涉及一种锅炉的煤粉预处理装置和锅炉。
背景技术
为了降低氮氧化物的排放浓度，国内大部分电厂采用尾部SCR脱硝技术。采用SCR脱硝技术每年需支付巨额的SCR脱硝运行维护费用，整体经济效益不佳，同时SCR脱硝技术易导致下游空气预热器的腐蚀和堵塞，影响锅炉机组的安全性。因此，如何在低成本且安全可靠的基础上降低氮氧化物的排放是本领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锅炉的煤粉预处理装置和锅炉，以在低成本基础上降低氮氧化物的排放。
本发明第一方面提供一种锅炉的煤粉预处理装置，包括用于使煤粉形成还原性气体的主反应管，主反应管包括管体和套设于管体外侧的冷却套，冷却套内流通有冷却介质以降低主反应管的温度。
进一步地，冷却套包括水冷套。
进一步地，冷却套包括外壳和内壳，外壳和内壳之间形成用于流通冷却介质的冷却腔。
进一步地，煤粉预处理装置还包括用于向冷却套内输入冷却介质的冷却介质源。
进一步地，主反应管包括沿高度方向设置的至少两个冷却套，至少两个冷却套内的冷却介质相互隔离。
进一步地，主反应管还包括设置于冷却套与管体之间的隔热套。
进一步地，管体由耐火材料制成。
进一步地，煤粉预处理装置还包括用于输入煤粉的风粉管道，主反应管与风粉管道连接且主反应管的截面面积大于风粉管道的截面面积。
进一步地，煤粉预处理装置还包括用于连接风粉管道与主反应管的减速管，在煤粉输送的方向上，减速管的截面面积逐渐增大。
进一步地，煤粉预处理装置还包括用于向锅炉的炉膛输送还原性气体和煤粉的输出管以及用于连接输出管与主反应管的加速管，在煤粉输送的方向上，加速管的截面面积逐渐减小。
进一步地，主反应管的轴线与竖直线之间的夹角为0～30°。
本发明第二方面提供一种锅炉，包括炉膛和如本发明第一方面中任一项提供的锅炉的煤粉预处理装置。
基于本发明提供的锅炉的煤粉预处理装置和锅炉，煤粉预处理装置包括用于使煤粉形成还原性气体的主反应管，主反应管包括管体和套设于管体外侧的冷却套，冷却套内流通有冷却介质以降低主反应管的温度。本发明的煤粉预处理装置对进入锅炉的炉膛前的煤粉在主反应管内进行还原处理使其形成还原性气体，还原性气体进入炉膛还原已生成的氮氧化物从而实现锅炉氮氧化物的低排放。并且主反应管在管体的外侧设置冷却套，冷却套内流通的冷却介质带走管体的热量，降低主反应管外壁的温度进而提高锅炉运行的安全性。而且主反应管的壁温降低可以改善主反应管因温度高而引起的热膨胀，进而利于保证整个煤粉预处理装置长时间安全稳定地运行以实现锅炉氮氧化物的低排放。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，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为本发明一实施例的煤粉预处理装置的结构示意图；
图2为图1中的主反应管的截面结构示意图；
图3为本发明另一实施例的煤粉预处理装置的结构示意图。
各附图标记分别代表：
1-风粉管道；2-热源；21-点火源；3-主反应管；31-管体；32-隔热套；33-冷却套；4-加速管；5-输出管；7-弯管；8-减速管；11-进水管路；12-回水管路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
如图1所示，本发明实施例的锅炉的煤粉预处理装置包括用于使煤粉形成还原性气体的主反应管3。主反应管3包括管体31和套设于管体31外侧的冷却套33。冷却套33内流通有冷却介质以降低主反应管3的温度。
本发明实施例的煤粉预处理装置对进入锅炉的炉膛前的煤粉在主反应管内进行还原处理使其形成还原性气体，还原性气体进入炉膛还原已生成的NOx从而实现锅炉氮氧化物的低排放。而且本发明实施例的锅炉在原有炉膛的基础上仅需增加煤粉预处理装置，结构简单且改造容易，降低成本。综上，本发明实施例的锅炉在低成本的基础上实现氮氧化物的低排放。
并且本实施例的主反应管在管体31的外侧设置冷却套33，冷却套33内流通的冷却介质带走管体31的热量，降低主反应管外壁的温度进而提高锅炉运行的安全性。而且主反应管的壁温降低可以改善主反应管因温度高而引起的热膨胀，进而利于保证整个煤粉预处理装置长时间安全稳定地运行以实现锅炉氮氧化物的低排放。
优选地，如图2所示，本实施例的主反应管还包括设置于管体31和冷却套33之间的隔热套32。隔热套32可以减小从管体31传递至冷却套33的热量，进一步使主反应管外壁的温度保持在较低的安全温度以下，提高装置运行的安全性。而且隔热套32的设置减小传递至冷却套33的热量，使得冷却套33在消耗较小吸热功率的情况下就能使主反应管外壁的温度保持在同样的温度的情况下，因此可降低成本。
下面根据图1至图3对本发明具体实施例的煤粉预处理装置的结构进行详细说明。
如图1所示，本实施例的煤粉预处理装置包括风粉管道1、热源2、主反应管3和输出管5。风粉管道1用于输入一次风粉并将一次风粉输送到主反应管3内。本实施例的煤粉预处理装置在风粉管道1上设置热源2，热源为煤热解及气化提供稳定可靠的火源，大幅度提升煤粉预处理装置对工况和煤种的适应性。而且煤粉自身燃烧的放热可以为煤粉的热解和气化提供能量，热源所需功率低，因此热源的设置并不会为本实施例的煤粉预处理装置带来更多成本的提高。其中，热源2可以是燃烧器、等离子装置、油枪装置、气枪装置、高温空气供给装置等可以点燃一次风粉的装置。
本实施例的管体31由耐火材料制成。耐火材料可以是耐火砖等。
在本实施例中，冷却套33包括水冷套。水冷套内流通循环冷却水来带走热量。
在其他附图未示出的实施例中，冷却套内还可以流通其他冷却介质，例如冷却气体等。
具体地，如图2所示，水冷套包括外壳和内壳。外壳和内壳之间形成用于流通水的冷却腔。本实施例的水冷套采用双层筒结构，结构简单。
如图1所示，本实施例的煤粉预处理装置还包括用于向水冷套内输入冷却水的进水管路11和用于输出冷却水的回水管路12。优选地，本实施例的进水管路11与水冷套的连接口低于回水管路12与水冷套的连接口，从而减慢冷却水在水冷套内循环的速度而充分吸热，提高水冷套的冷却结果。
在本实施例中，煤粉预处理装置还包括用于向冷却套内输入冷却介质的冷却介质源。具体地，本实施例的煤粉预处理装置还包括作为冷却介质源的冷却水集箱。
如图2所示，本实施例的主反应管3还包括设置于水冷套与管体31之间的隔热套32。隔热套32可以减小从管体31传递至水冷套的热量，进一步使主反应管外壁的温度保持在较低的安全温度以下，提高装置运行的安全性。
如图3所示，在另一实施例中，主反应管3包括沿高度方向设置的至少两个冷却套33，至少两个冷却套33内的冷却介质相互隔离。相互独立设置的至少两个冷却套33在高度方向上叠置，提高主反应管3的拆装便利性。而且各个冷却套33之间的冷却介质相互隔离互不受影响，从而利于根据主反应管的不同高度的温度要求进行相适应的控制。
本实施例的冷却套33为水冷套。如图3所示，本实施例示意性地示出三个水冷套。本实施例的进水管路11通过分流形成三个进水支路分别与三个水冷套对应连通。而且三个进水支路上均设置有用于控制冷却水的流量的进水控制阀。在实际控制过程中，可以根据主反应管内燃烧的剧烈程度调节进水控制阀的开度来调节循环的冷却水量。
同样地，每个水冷套的出水口与回水管路12之间也均设置有回水控制阀。
如图3所示，为了延长煤粉在主反应管内的反应时间，本实施例的主反应管3的截面面积大于风粉管道1的截面面积。如此设置既可延长反应时间，使煤粉的热解和气化具有足够的反应时间；又可以有效改善主反应管3内的积粉和结渣问题。
可选地，本实施例的主反应管3的截面面积与风粉管道1的截面面积之间的比值为3～15.5。经过实验验证，当上述两者之间的比值小于3时为了延长煤粉在主反应管3内的停留时间，就需要增加主反应管的长度。而主反应管的长度增加会导致锅炉的整体布置困难以及锅炉整体成本的增加。当上述两者之间的比值大于15.5时，也存在类似的问题。经过综合多次的实验验证，本实施例的主反应管3的截面面积与风粉管道1的截面面积之间的比值为3～15.5。
可选地，本实施例的煤粉预处理装置还包括用于连接风粉管道1与主反应管3的减速管8，在煤粉输送的方向上，减速管8的截面面积逐渐增大。减速管8的设置使得煤粉在从风粉管道1流通至主反应管3的过程中反应面积逐渐增大而不是突变，从而提高煤粉反应的稳定性。
同样地，为提高煤粉反应的稳定性，本实施例的煤粉预处理装置还包括用于向锅炉的炉膛输送还原性气体和煤粉的输出管5以及用于连接输出管5与主反应管3的加速管4，在煤粉输送的方向上，加速管4的截面面积逐渐减小。在加速管4内，气体流速提升过程更加平稳，有助于避免主反应管3出口处涡流的产生以及减少气流流动的阻力。
在一些实施例中，输出管5可以直接与主反应管3连接。
具体在本实施例中，减速管8和加速管4均为锥形管。
在本实施例中，主反应管3的轴线与竖直线之间的夹角为0～30°。主反应管3大致竖直布置使得煤粉燃烧稳定，温度分布均匀，易形成均匀的高温环境，利于煤粉的热解及气化反应。经实验，煤粉预处理装置内部烟气的平均温度可达900℃～1500℃，可使煤粉迅速热解化，产生大量的还原性气体，因此虽然主反应管3的截面面积较大而由于内部烟气温度较高而不会产生积粉和结渣。而且预处理装置输出的烟气温度达到800℃～1200℃，在进入到炉膛后对炉膛内的煤粉燃烧具有稳燃作用。
在本实施例中，减速管8、主反应管3以及加速管4均大致竖直设置。
如图3所示，本实施例的煤粉预处理装置还包括用于连接风粉管道1与减速管8的弯管7。弯管7的设置使得本实施例的煤粉预处理装置可以适应于不同锅炉的布置方式。而且风粉在通过弯管7时，由于弯管7的离心作用可以使煤粉进行聚集，利于煤粉的点火，扩大煤粉预处理装置对煤质及工况的适应范围。
热源2可以设置于弯管7内，使煤粉提前着火后进入到主反应管3内。而且弯管7通过减速管8与主反应管3连接可以消除点火初期的涡流，有利于火焰的扩散及稳定燃烧。
具体在本实施例中，热源2包括设置于减速管8内的点火源21。
在其他附图未示出的实施例中，热源2包括位于弯管7内的一个点火源以及位于减速管8内的另一个点火源，从而实现煤粉的分级燃烧增强热源的点火性能，并使火焰燃烧更加稳定。
当然，热源2还可以包括两个以上的点火源，进一步增强热源的点火性能。在实际工程实践中，可以通过合理选择热源功率以及点火源的设置位置来使本实施例的煤粉预处理装置适应于更多种类的煤质和工况。
在一些实施例中，热源的功率可调。通过调节热源的功率，可以调节点火源21点燃一次风粉的点火强度，从而可以控制煤粉预处理装置内部的燃烧强度，进而可以调节煤粉预处理装置工作的温度，有助于防止装置超温、结渣。
在此需要说明的是，煤粉在减速管8、主反应管3、加速管4以及输出管5内均会发生热解及气化反应。
以上实施例的煤粉预处理装置由于气化过程中产生的大量还原性气体可还原煤粉燃烧时产生的NOx，可实现煤粉预处理装置出口产生中的NOx为0或趋于0。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (12)
1.一种锅炉的煤粉预处理装置，其特征在于，包括用于使所述煤粉形成还原性气体的主反应管(3)，所述主反应管(3)包括管体(31)和套设于所述管体(31)外侧的冷却套(33)，所述冷却套(33)内流通有冷却介质以降低所述主反应管(3)的温度。
2.根据权利要求1所述的锅炉的煤粉预处理装置，其特征在于，所述冷却套(33)包括水冷套。
3.根据权利要求1所述的锅炉的煤粉预处理装置，其特征在于，所述冷却套(33)包括外壳和内壳，所述外壳和所述内壳之间形成用于流通所述冷却介质的冷却腔。
4.根据权利要求1所述的锅炉的煤粉预处理装置，其特征在于，所述煤粉预处理装置还包括用于向所述冷却套(33)内输入冷却介质的冷却介质源。
5.根据权利要求1所述的锅炉的煤粉预处理装置，其特征在于，所述主反应管(3)包括沿高度方向设置的至少两个所述冷却套(33)，所述至少两个冷却套(33)内的冷却介质相互隔离。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的锅炉的煤粉预处理装置，其特征在于，所述主反应管(3)还包括设置于所述冷却套(33)与所述管体(31)之间的隔热套(32)。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的锅炉的煤粉预处理装置，其特征在于，所述管体(31)由耐火材料制成。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的锅炉的煤粉预处理装置，其特征在于，所述煤粉预处理装置还包括用于输入煤粉的风粉管道(1)，所述主反应管(3)与所述风粉管道(1)连接且所述主反应管(3)的截面面积大于所述风粉管道(1)的截面面积。
9.根据权利要求8所述的锅炉的煤粉预处理装置，其特征在于，所述煤粉预处理装置还包括用于连接所述风粉管道(1)与所述主反应管(3)的减速管(8)，在煤粉输送的方向上，所述减速管(8)的截面面积逐渐增大。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的锅炉的煤粉预处理装置，其特征在于，所述煤粉预处理装置还包括用于向所述锅炉的炉膛输送还原性气体和煤粉的输出管(5)以及用于连接所述输出管(5)与所述主反应管(3)的加速管(4)，在煤粉输送的方向上，所述加速管(4)的截面面积逐渐减小。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的锅炉的煤粉预处理装置，其特征在于，所述主反应管(3)的轴线与竖直线之间的夹角为0～30°。
12.一种锅炉，其特征在于，包括炉膛和如权利要求1至11中任一项所述的锅炉的煤粉预处理装置。
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2018
- 2018-03-30 CN CN201810294148.9A patent/CN108194918B/zh active Active
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