CN108410504B - 煤预处理装置和锅炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种煤预处理装置和锅炉，包括：气化反应部件，用于接收外部通入的一次风粉，并使所述一次风粉进行热解和气化反应后生成并输出还原性气体；和烟气输送部件，与所述气化反应部件内部连通，用于将烟气引入到所述气化反应部件中。此种煤预处理装置能够在烟气从气化反应部件不同的位置通入时，利用烟气的阻燃和流动特性起到不同的作用，以在气化反应部件工作的过程中控制一次风粉的流速、气化反应进程或内部燃烧温度等，或者在气化反应部件停止工作后吹扫管路中的煤粉。由此，烟气输送部件能够对气化反应部件的使用过程起到辅助调整作用，可控制工作过程中的反应参数或起到辅助吹扫管路内部。
Description
技术领域
本发明涉及锅炉化工技术领域，尤其涉及一种煤预处理装置和锅炉。
背景技术
根据《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》的要求，全国所有具备条件的燃煤电厂在2020年需要实现超低排放，其中氮氧化物排放浓度不高于50mg/m3。目前，国内大部分电厂均采用尾部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脱硝系统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。另外，SCR催化剂及氨逃逸带来的二次污染也无法有效解决。
因此，国内急需能够实现超低排放的炉内低氮燃烧技术，目前普遍认可的技术路线为通过向炉内喷入还原气体，将已生成的NOx还原为N2，可实现NOx的超低排放。天然气再燃能有效降低NOx浓度，减排率可达70％，但运行费用太高，难以推广，如何低成本获取满足再燃份额的还原气体成为最大的难题。
现有技术中的一种煤粉锅炉的前置反应装置，通过装置内的高温燃烧使部分煤粉产生一系列复杂的反应，生成CO、H2等还原气体，形成强还原气氛，抑制NOx的生成，并还原已生成的NOx。该反应装置虽然能够降低烟气中NOx含量，但是由于发生反应过程中装置内温度较高，而设备本身又缺少控温措施，因而无法及时降温，很容易导致设备烧损或者内壁超温结渣。
发明内容
本发明的目的是提出一种煤预处理装置和锅炉，能够提高煤预处理装置使用的可靠性和安全性。
本发明第一方面提出了一种煤预处理装置，包括：
气化反应部件，用于接收外部通入的一次风粉，并使一次风粉进行热解和气化反应后生成并输出还原性气体；和
烟气输送部件，与气化反应部件内部连通，用于将锅炉尾部烟道的烟气引入到气化反应部件中。
进一步地，烟气输送部件包括多条输送管路，输送管路连接在锅炉尾部与气化反应部件之间，用于将烟气引入到气化反应部件内。
进一步地，烟气输送部件包括输送管路，输送管路连接在锅炉尾部与气化反应部件之间，用于将烟气引入到气化反应部件内，输送管路上设有用于输送烟气的增压风机。
进一步地，输送管路包括主干管路和多条分支管路，主干管路设在分支管路的上游且与各条分支管路连通，各条分支管路用于将烟气分别引入到气化反应部件内的不同位置。
进一步地，增压风机设在主干管路上。
进一步地，烟气输送部件包括输送管路，输送管路连接在锅炉尾部烟道与气化反应部件之间，输送管路上设有通断阀，用于接通或切断输送管路。
进一步地，烟气输送部件包括输送管路，输送管路连接在锅炉尾部烟道与气化反应部件之间，输送管路上设有流量调节阀，用于调节向气化反应部件内通入烟气的流量。
进一步地，气化反应部件包括进风管，用于接收和输送外部通入的一次风粉；烟气输送部件包括输送管路，输送管路包括烟气引射管路，用于将烟气引入到进风管内。
进一步地，气化反应部件包括进风管和主反应管，进风管用于接收和输送外部通入的一次风粉；主反应管用于接收进风管通入的一次风粉并供一次风粉进行热解和气化反应；
烟气输送部件包括输送管路，输送管路包括第一烟气混合管路，用于将烟气引入到主反应管内。
进一步地，气化反应部件包括热源，用于点燃一次风粉以使一次风粉发生热解和气化反应；烟气输送部件包括输送管路，输送管路包括第二烟气混合管路，用于将烟气引入到热源的点火区域内。
进一步地，气化反应部件包括输出管，用于输出气化反应部件生成的反应产物；烟气输送部件包括输送管路，输送管路包括烟气吹扫管路，用于在气化反应部件停止运行后将烟气引入到输出管内进行吹扫。
进一步地，气化反应部件包括进风管和主反应管，进风管用于接收和输送外部通入的一次风粉，主反应管用于接收一次风粉并供一次风粉进行热解和气化反应；
主反应管包括主管段，进风管与主管段的输入口连通，主管段横截面面积大于进风管横截面面积。
进一步地，主管段横截面面积与进风管横截面面积之比的范围为3～15.5倍；和/或
主管段与竖直方向的夹角范围为0°～30°。
进一步地，进风管包括弯管段，弯管段设在进风管沿气化反应部件的气固混合物流动方向的末端。
进一步地，气化反应部件包括热源，热源用于点燃一次风粉，以使一次风粉在主反应管内进行热解和气化反应，热源的点火源位于弯管段沿气化反应部件的气固混合物流动方向的下游，且至少一个点火源位于相对于弯管段的内弧侧更靠近弯管段的外弧侧的区域。
进一步地，气化反应部件包括输出管和主反应管，主反应管包括主管段，输出管与主反应管的输出口连通，用于输出主反应管内生成的反应产物，输出管横截面面积小于主管段横截面面积。
进一步地，气化反应部件包括热源和主反应管，热源用于点燃一次风粉，以使一次风粉在主反应管内进行热解和气化反应，热源包括多个点火源，多个点火源沿一次风粉流动方向依次排布，用于使一次风粉实现多级燃烧。
进一步地，烟气来自锅炉尾部烟道。
本发明第二方面提出了一种锅炉，包括锅炉本体和上述实施例的煤预处理装置，气化反应部件输出的反应产物通入到锅炉本体的炉膛中。
基于上述技术方案，本发明实施例的煤预处理装置，通过烟气输送部件将烟气引入到气化反应部件中，能够在烟气从气化反应部件不同的位置通入时，利用烟气的阻燃特性或流动特性起到不同的作用，以在气化反应部件工作的过程中控制一次风粉的流速、气化反应进程或内部燃烧温度等，或者在气化反应部件停止工作后吹扫管路中的煤粉。由此，烟气输送部件能够对气化反应部件的使用过程起到辅助调整作用，可控制工作过程中的反应参数或起到辅助吹扫管路内部，提高气化反应部件使用的可靠性和安全性。
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为本发明煤预处理装置的一个实施例的结构示意图；
图2为本发明煤预处理装置的另一个实施例的结构示意图。
附图标记说明
1、进风管；2、热源；21、点火源；3、主管段；4、加速段；5、输出管；6、喷口；7、弯管段；8、减速段；9、增压风机；10、通断阀；11、烟气引射管路；12、第一烟气混合管路；13、第二烟气混合管路；14、烟气吹扫管路；15、锅炉本体。
具体实施方式
以下详细说明本发明。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“左”和“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
本发明中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。
参考图1和图2所示，本发明提供了一种煤预处理装置，在一个示意性的实施例中，包括气化反应部件和烟气输送部件。其中，气化反应部件，用于接收外部通入的一次风粉，并使一次风粉进行热解和气化反应后生成并输出还原性气体。烟气输送部件，与气化反应部件内部连通，用于将烟气引入到气化反应部件中。优选地，烟气来自锅炉尾部烟道，能够方便地将锅炉产生的废烟气重新利用，节约能源，减少环境污染。另外，烟气也可来自锅炉其它位置的烟道，或者来自锅炉外部其它装置产生的烟气。
根据锅炉尾部烟道的烟气的特性，将烟气通入到气化反应部件中的不同位置至少能够起到如下作用之一：
(1)由于该部分烟气的含氧量为2～4％，可有效降低一次风的整体含氧量，将烟气通入一次风粉的输送区域或点火区域时，利用烟气的阻燃特性能够控制气化反应部件内部的燃烧强度。
(2)由于锅炉尾部烟道的烟气温度低于气化反应部件内部的烟气温度，因而将烟气引入气化反应部件的主反应区域时，能够控制内部燃烧温度，对煤粉锅炉起到稳燃作用，可有效防止气化反应部件内壁发生超温、结渣现象。
(3)当烟气以一定速度高速流动时，如果将烟气引入一次风粉的未着火区域，能够起到引射作用，可有效克服气化反应部件内部燃烧时带来的热态阻力并提高一次风速；如果在气化反应部件停止工作后，将烟气通入输出反应产物的区域时能够将煤粉吹扫到锅炉炉膛中。
由此可见，本发明的煤预处理装置能够在烟气从气化反应部件不同的位置通入时，利用烟气的阻燃和流动特性起到不同的作用，以在气化反应部件工作的过程中控制一次风粉的流速、气化反应进程或内部燃烧温度等，或者在气化反应部件停止工作后吹扫管路中的煤粉。由此，烟气输送部件能够对气化反应部件的使用过程起到辅助调整作用，可控制工作过程中的反应参数或起到辅助吹扫管路内部，整个装置结构简单，改造成本低。而且，该煤预处理装置还能够实现废烟气的重新利用，节约能源，减少环境污染。
如图1和图2所示，烟气输送部件包括输送管路，输送管路连接在锅炉尾部烟道与气化反应部件之间，输送管路上设有用于输送烟气的增压风机9。通过设置增压风机9，能够提高烟气的流动速度，使烟气更顺畅地引入到气化反应部件内部，以提供足够量的烟气从而按照需求控制燃烧进程或内部温度，或使烟气达到需要的速度从而充分发挥引射或吹扫作用。
在实际使用过程中，根据烟气通入量或通入位置的需求，可以对输送管路选择不同的数量或结构。
在一个实施例中，如图1所示，输送管路设有一条，输送管路为烟气引射管路11，气化反应部件包括进风管1，烟气引射管路11将锅炉尾部烟道的烟气引入到进风管1内一次风粉未点燃的区域。另外，输送管路也可将烟气引入到气化反应部件内的其它所需位置。优选地，在烟气引射管路11上设有增压风机9。
该实施例将烟气引入到进风管1内之后，可降低一次风中的含氧量，通过调节烟气量达到控制燃烧强度，同时控制装置内温度的目的，并有效防止超温、结渣。而且，气化反应部件内部燃烧的过程中会产生较大的热态阻力，从而影响一次风粉的通入速度，烟气经过增压风机9增压后在烟气引射管路11的喷口形成高速射流，具有引射作用，可有效克服气化反应部件内部燃烧带来的热态阻力并提高一次风速，使一次风粉顺畅地通入，提高还原性气体的生成效率。另外，烟气通入进风管1内之后，可防止进风管1内发生积粉。
在另一个实施例中，烟气输送部件包括多条输送管路，输送管路连接在锅炉尾部烟道与气化反应部件之间，用于将烟气分别引入到气化反应部件内的不同位置。通过设置多条输送管路，能够增加烟气的通入量，多条输送管路可将烟气引入到气化反应部件内同一区域的不同位置，以加大烟气的通入量；也可以将烟气分别引入到气化反应部件内不同的区域，以使烟气在气化反应部件在工作过程中或停止工作后发挥不同的作用。
在再一个实施例中，如图2所示，输送管路包括主干管路和多条分支管路，主干管路设在分支管路的上游且与各条分支管路连通，各条分支管路用于将烟气分别引入到气化反应部件内的不同位置。该实施例能够节省输送管路的整体长度，可以在接近气化反应部件的位置再通过管路分叉将烟气引入到不同位置，便于布置。
进一步地，增压风机9设在主干管路上。该实施例只需要设置一个增压风机9就能同时增加引入气化反应部件不同位置的烟气速度，结构简单，节约成本，维修方便。
对于设置一条或多条输送管路的实施例，都可以根据实际需求选择是否设置增压风机9。
在上述的实施例中，烟气输送部件包括输送管路，输送管路连接在锅炉尾部烟道与气化反应部件之间，输送管路上设有通断阀10，用于在需要向气化反应部件内引入烟气时接通输送管路，并在需要停止引入烟气时切断输送管路。在一次风粉反应的过程中，可以方便地控制是否向气化反应部件内引入烟气。
可选地，在输送管路上设有流量调节阀，用于调节向气化反应部件内通入烟气的流量。通过设置流量调节阀，能够在通入烟气的过程中，根据需要调节阀的开度以调节向气化反应部件内通入烟气的流量，易于控制。
如图1和图2所示，气化反应部件包括进风管1、主反应管、输出管5和热源2。其中，进风管1用于接受外部的一次风粉并向主反应管内通入一次风粉；主反应管的输入口与进风管1连通，主反应管用于接收进风管1通入的一次风粉，并供一次风粉进行热解和气化反应；输出管5的一端与主反应管的输出口连通，用于输出主反应管内生成的反应产物，另一端与锅炉的锅炉本体15连接，以向锅炉本体15的炉膛输出一次风粉热解、气化反应后的产物。热源2，用于点燃一次风粉，以使一次风粉在主反应管内进行热解和气化反应。
针对此种气化反应部件，通入烟气的位置可位于进风管1、热源2对应的点火区域、主反应管或输出管5中的至少一处。下面将分别进行说明。
如图1和2所示，烟气输送部件可包括输送管路，输送管路包括烟气引射管路11，用于将烟气引入到进风管1内。
锅炉尾部烟道的烟气经增压风机9后通入进风管1，该部分烟气的含氧量为2～4％，可有效降低一次风的整体含氧量，从而控制气化反应部件内部的燃烧强度，进而控制内部温度。通过烟气的控温作用，根据燃用煤质的不同可将内壁温控制在800～1300℃范围内，可有效防止内壁超温、结渣，喷口烟气温度为800～1200℃，对煤粉锅炉可起到稳燃的作用。
而且，烟气经增压风机9增压后在烟气引射管路11的喷口形成高速射流，具有一定的引射作用，可有效克服装置内燃带来的热态阻力并提高一次风速。在提高风速后，可防止一次风管道积粉，避免出现堵管现象。
如图2所示，烟气输送部件可包括输送管路，输送管路包括第一烟气混合管路12，用于将烟气引入到主反应管内。
煤粉在主反应管内燃烧时较为剧烈，需要严格控制气化反应部件内部的温度，通过将锅炉尾部烟道的烟气经增压风机9后通入主反应管，由于烟气的温度低于主反应区域内的温度，可直接控制气化反应区的温度，以避免因主反应管内温度过高而产生烧损或结渣现象。当气化反应部件内部温度上升较快时，也可同时引入多路烟气，实现迅速控制燃烧，以控制内部温度的目的。
在实际中，根据燃用煤质的不同可将内壁温控制在800～1300℃范围内，可有效防止内壁超温、结渣，喷口烟气温度为800～1200℃，对煤粉锅炉可起到稳燃的作用。
如图2所示，烟气输送部件包括输送管路，输送管路包括第二烟气混合管路13，用于将烟气引入到热源2的点火区域内。
将锅炉尾部烟道的烟气引入点火区域内，能够降低点火区域局部的含氧量，通过调整烟气量控制点火装置的点火性能，从而控制装置内的燃烧强度，以间接控制气化反应区内部的温度。
如图2所示，烟气输送部件包括输送管路，输送管路包括烟气引射管路11和烟气吹扫管路14，烟气引射管路11用于在气化反应部件停止运行后将烟气引入到进风管1内进行吹扫，烟气吹扫管路14用于在气化反应部件停止运行后将烟气引入到输出管内进行吹扫。
此时烟气输送部件起到安全吹扫的作用，当气化反应部件临时停运或磨煤机跳闸等磨出口风门关闭的工况，此时进风管1内有大量的煤粉，而气化反应部件内部为高温状态，若采用常规空气吹扫，在气化反应部件内部可能造成爆燃等不安全的情况。因此，打开烟气引射管路11中的通断阀10，通过烟气引射管路11对进风管1进行吹扫更加安全。
当气化反应部件停运时将烟气引入输出管5位于喷口6上游的位置，通过烟气对输出管5和喷口6进行吹扫，避免喷口因无烟气流动造成积灰结渣，在气化反应部件正常运行时烟气吹扫管路14不投入使用。
在图2所示的实施例中，输送管路可包括一条主干管路和四条分支管路，主干管路设在分支管路的上游且与各条分支管路连通，四条分支管路包括：烟气引射管路11、第一烟气混合管路12、第二烟气混合管路13和烟气吹扫管路14，分别用于将烟气分别引入到气化反应部件内的不同位置。主干管路上设有增压风机9，在主干管路上位于增压风机9的进口和出口位置分别设有通断阀10，既可以通过关闭主干管路上的通断阀10在停止通过各条分支管路引入烟气时，也可以在需要维修增压风机9时可以将两端的通断阀10断开，以便拆下增压风机9。
在实际使用时，可根据需求投入不同的分支管路使用，当气化反应部件内部温度上升较快时，也可同时投入多条分支管路以引入多路烟气，实现迅速控制燃烧，以控制内部温度的目的。
下面对气化反应部件的具体结构进行阐述。
主反应管包括主管段3，进风管1与主管段3的输入口连通，主管段3横截面面积大于进风管1横截面面积。主管段3的横截面面积大于进风管1的横截面面积，则一次风粉从进风管1进入主管段3时气流的流速会降低，煤粉气流在主反应区内流动时间增加，从而延长了煤粉气流在主管段3内的反应时间，有利于还原性气体的生成。
优选地，主管段3竖向布置。此种设置方式能够使煤粉燃烧稳定，温度分布均匀，易形成均匀的高温环境，有利于煤粉的热解及气化反应；装置内部烟气的平均温度范围可达900～1500℃，可使煤粉迅速热解、气化，产生大量的还原性气体，虽扩展比较大且内部烟气温度较高但不会产生积粉和结渣。气化反应部件喷口6处的烟气温度范围为800～1200℃，对煤粉锅炉具有稳燃作用。
优选地，第一烟气混合管路12与主反应管的连接口位于主管段3对应的位置。此种设置方式能够将烟气直接引入到主反应管内使一次风粉发生热解和气化反应的主体区域，以更加直接地对高温区域进行降温，达到快速降温的目的。更优地，第一烟气混合管路12与主反应管的连接口12位于主管段3中间偏上的位置，以便使烟气在煤粉点火后尽早干预煤粉的燃烧进程，优化降温效果。
优选地，主管段3横截面面积与进风管1横截面面积之比的范围为3～15.5倍。主管段3的横截面面积与进风管1的横截面面积之比处于3～15.5范围内时，在延长煤粉气流的停留时间，满足煤粉的热解、气化反应以产生足够的还原性气体的同时，主管段3的长度和横向尺寸也可以设置得较为合理，在煤粉锅炉有限的结构空间范围内，煤预处理装置整体的安装较为方便，因长度和横向尺寸较为合理，煤预处理装置自身的成本也较为合理；而且，煤预处理装置结构空间合适，在主反应管内煤粉气流速度合适，积粉、结渣现象较少。
经实际验证，扩展比小于3时为了延长煤粉的停留时间，满足煤热解和气化反应，产生足够的还原性气体，主管段3的长度显著增加，而煤粉锅炉的结构空间有限，这给装置整体的安装带来很大困难，且因长度的增加装置自身的成本也较高。扩展比大于15.5时亦存在此类问题。
优选地，主管段3与竖直方向的夹角范围为0°～30°，优选沿竖直方向布置。主管段3与竖直方向夹角为0～30°时，煤粉燃烧更加稳定，同时，有助于主管段3内与煤预处理装置的气固混合物流动方向垂直的横截面上温度分布均匀，从而有利于主管段3形成均匀的高温环境，促进煤粉的热解及气化反应。同时，在重力的作用下，也有利于进一步减少主反应管内的积粉和结渣。
在图1所示的实施例中，进风管1直接与主管段3的输入口连接。另外，进风管1可以是直管或弯管。图1中的进风管1为直管，减小一次风粉通入在进风管1中流动时的阻力，一次风粉沿箭头A从外部通入进风管1。图2中的进风管1为弯管，呈反向的Z形结构，弯管能够灵活地适应煤预处理装置的不同布局方式，一次风粉沿箭头B从外部通入进风管1。
在图2所示的实施例中，主反应管还包括连接进风管1和主管段3的减速段8，减速段8沿煤预处理装置的气固混合物流动方向渐扩地设置于进风管1的下游。优选地，减速段8与主管段3同轴设置。设置减速段8除了有利于从进风管1到主管段3气流降速过程的平稳，消除点火初期的涡流，有利于火焰的扩散及燃烧稳定。
在此基础上，进风管1包括弯管段7，弯管段7设在进风管1沿气固混合物流动方向的末端，热源2的点火源21位于弯管段7沿煤预处理装置的气固混合物流动方向的下游。通入进风管1的一次风粉在经过弯管段7时由于离心力的作用，会在弯管段7出口处的外弧侧聚集，使外弧侧的煤粉气流中煤粉浓度提高，形成浓缩效应，有利于煤粉点火，可以扩大装置的煤质及工况适应范围。其中，点火源21可以是燃烧器、等离子体装置、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。
更优地，热源2的点火源21设置于弯管段7沿气固混合物流动方向下游相对于弯管段7的内弧侧更靠近所述弯管段7的外弧侧的区域。经过弯管段7的一次风粉更多地集中在靠近弯管段7外弧侧，点火源21设置于靠近外弧侧的区域，使点火源21点燃的是煤粉浓度相对较高的煤粉气流，更有助于点火，从而有利于煤的热解、气化反应。
进一步地，弯管段7还包括导流板，导流板位于弯管段7内，并设置于弯管段7的内弧侧与外弧侧之间。导流板用于将输入的一次风粉向弯管段7的下游导流。弯管段7设置导流板后，对于通过弯管段7的气流能更好地起到导向作用，能够更好地发挥弯管段对一次风粉的聚集作用，以及进一步地减少一次风粉煤粉气流产生涡流。
而且，当减速段8与进风管1的弯管段7相连时，可消除点火初期的涡流，有利于一次风粉火焰的扩散及燃烧稳定。
如图2所示，输出管5横截面面积小于主管段3横截面面积。输出管5的横截面面积比主管段3小，反应完成的煤粉气流的产物与未反应和正在反应的煤粉气流从主管段3进入输出管5时，气流的流速提升，有助于减少气化反应部件管路的积粉和结渣现象。
在图1所示的实施例中，输出管5可以直接和主管段3相连。
在图2所示的实施例中，主反应管还包括连接主管段3和输出管5的加速段4，加速段4沿煤预处理装置的气固混合物流动方向渐缩地设置于主管段3的下游。优选地，加速段4与主管段3同轴设置。通过增加加速段4，可提高喷口烟气的流速，使气体流速提升过程更加平稳，有助于避免主反应管出口处涡流的产生以及减少气流流动的阻力，配合炉内的燃烧组织。
在上述实施例中，热源2用于点燃一次风粉，为煤粉热解、气化提供了稳定、可靠的火源，提升了煤粉气化装置对不同工况和煤种的适应性。热源2的点火源21起点火和稳定燃烧的作用，可持续稳定的点燃速度为16～30m/s的煤粉气流，煤粉热解及气化所需的热量主要由煤粉自身燃烧放热所提供。点火源可以为等离子体点火、油枪点火等所有能够有效点燃煤粉的装置。
在如图1所示的实施例中，热源2的点火源可以设置在进风管1内，从而使煤粉提前着火后进入主管段3中。
在图2所示的实施例中，热源2也可以设置在主反应管内，使煤粉在主反应管内燃烧后再进行后续热解、气化反应。在图2中，热源2的点火源21位于减速段8内，煤粉气流经过热源2的时间更长，有助于提高点燃效果。
对于进风管1末端设有弯管段7的实施例，热源2的点火源21设在弯管段7沿气固混合物流动方向的下游，且位于远离弯管段7的内弧侧靠近弯管段7的外弧侧的区域。优选地，弯管段7呈部分圆弧形，经过弯管段7的一次风粉更多地集中在靠近弯管段7外弧侧，点火源21设置于靠近外弧侧的区域，使点火源21点燃的是煤粉浓度相对较高的煤粉气流，更有助于点火，从而有利于煤的热解、气化反应。
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。
在一些实施例中，热源2包括多个点火源21，多个点火源21沿一次风粉流动方向依次排布，用于使一次风粉实现多级燃烧。热源2可以为一级或多级小筒。设置多个点火源21在一次风粉流动过程中多次点火，使一次风粉多级燃烧，增加点火性能，有利于使燃烧更加稳定，提高一次风粉气流的燃烧效果，扩大装置的煤质及工况适应范围。
下面以图2所示的煤预处理装置为例，来说明其工作原理。
一次风粉沿箭头B通入进风管1，一次风粉为一次风与煤粉的气固混合物。在从进风管1末端的弯管段7流出后，由热源2的点火源21点燃一次风粉，点燃后的一次风粉通过减速段8之后进入主管段3内，通过部分煤粉的自身燃烧放出热量，在主管段3内进行热解、气化反应，点火源21所需的功率较低。反应获得的产物(例如CH4、H2、CO等还原性气体)经过加速段4提高流速，避免管路积粉和结渣，流速提升后的产物通过输出管5进入到锅炉本体13的炉膛中。气化反应部件出口的NOx的浓度为0或趋于0，因气化反应部件内部产生的大量还原性气体，首先将气化反应部件内部煤粉自身燃烧产生的NOx还原，使其出口NOx的浓度为0或趋于0。
在一次风粉发生反应的过程中，可通过温度检测部件实时检测进风管1、点火区域和/或主反应管的温度，在温度到达第一预设温度时，相应地接通相应的分支管路。例如，在进风管1内温度过高时接通烟气引射管路11，在主反应管内温度过高时接通第一烟气混合管路12、在点火区域温度过高时接通第二烟气混合管路13，或者在需要快速降温时，可同时接通两条或三条分支管路。在煤粉燃烧的过程中，如果煤粉在主反应管内部燃烧时带来的热态阻力较大，可通过烟气引射管路11向进风管1内通入烟气，以提高一次风速，使一次风粉持续顺畅地供应。在气化反应部件停止工作后，可接通第一烟气混合管路12或烟气吹扫管路14，以分别对进风管1或输出管5进行吹扫，防止管壁上积粉结渣。
一般煤粉燃烧设备的煤粉停留时间与防结渣性能存在相互冲突的问题，若采用大扩展比，延长煤粉的停留时间则装置容易积粉和结渣，若为了防止积粉结渣则需提高气流速度，采用较小的扩展比。本发明采用竖向布置的大主管段3和加速段很好的解决了上述问题，即具有大扩展比的主反应区，既延长了煤粉停留时间，使煤的热解和气化有足够的反应时间，又有效的解决了积粉和结渣的问题。通过点火源与大扩展比结构相结合可使16～30m/s的高速风粉气流稳定燃烧，安全、持续的生成大量还原气体，其中H2为6～15％，CH4为0.5～5％，CO为8～20％，以及少量的烃类。将该份额的气体喷入炉膛，对NOx进行深度还原，能够实现锅炉NOx超低排放。
其次，本发明还提供了一种锅炉，如图1和图2所示，包括锅炉本体15和上述实施例的煤预处理装置，气化反应部件输出的反应产物通入到锅炉本体15的炉膛中。煤预处理装置通过设置烟气输送部件实现提高一次风粉流速、控制燃烧进程、降低内部温度和管路吹扫等功能，能够在气化反应部件的整个使用过程中起到辅助调整作用，以低能耗地实现煤的气化处理，为锅炉的炉膛中安全、稳定地输入大量还原性气体，有助于实现锅炉NOx的超低排放，并提高锅炉长期工作的可靠性。
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。
以上对本发明所提供的一种煤预处理装置和锅炉进行了详细介绍。本文中应用了具体的实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种煤预处理装置，其特征在于，包括：
气化反应部件，用于接收外部通入的一次风粉，并使所述一次风粉进行热解和气化反应后生成并输出还原性气体；和
烟气输送部件，与所述气化反应部件内部连通，用于将烟气引入到所述气化反应部件中，所述烟气来自锅炉尾部烟道，所述烟气输送部件包括输送管路，所述输送管路连接在锅炉尾部烟道与所述气化反应部件之间，用于将所述锅炉尾部烟道烟气引入到所述气化反应部件内；
所述气化反应部件包括进风管(1)、主反应管、热源(2)和输出管(5)，所述进风管(1)用于接收和输送外部通入的一次风粉；所述主反应管用于接收所述进风管(1)通入的一次风粉并供所述一次风粉进行热解和气化反应；所述热源(2)用于点燃所述一次风粉以使所述一次风粉发生热解和气化反应；所述输出管(5)用于输出所述气化反应部件生成的反应产物；
所述输送管路包括：
烟气引射管路(11)，用于将烟气引入到所述进风管(1)内；
第一烟气混合管路(12)，用于将烟气引入到所述主反应管内；
第二烟气混合管路(13)，用于将烟气引入到所述热源(2)的点火区域内；和
烟气吹扫管路(14)，用于在所述气化反应部件停止运行后将烟气引入到所述输出管(5)内进行吹扫；
其中，所述进风管(1)包括弯管段(7)，所述弯管段(7)设在所述进风管(1)沿气化反应部件的气固混合物流动方向的末端；所述热源(2)的点火源(21)位于所述弯管段(7)沿所述气化反应部件的气固混合物流动方向的下游，且至少一个所述点火源(21)位于相对于所述弯管段(7)的内弧侧更靠近所述弯管段(7)的外弧侧的区域；所述热源(2)包括多个点火源(21)，多个所述点火源(21)沿所述一次风粉流动方向依次排布，用于使所述一次风粉实现多级燃烧。
2.根据权利要求1所述的煤预处理装置，其特征在于，所述输送管路上设有用于输送烟气的增压风机(9)。
3.根据权利要求2所述的煤预处理装置，其特征在于，所述输送管路包括主干管路和多条分支管路，所述主干管路设在所述分支管路的上游且与各条所述分支管路连通，各条分支管路用于将烟气分别引入到所述气化反应部件内的不同位置。
4.根据权利要求3所述的煤预处理装置，其特征在于，所述增压风机(9)设在所述主干管路上。
5.根据权利要求1所述的煤预处理装置，其特征在于，所述输送管路上设有流量调节阀，用于调节向所述气化反应部件内通入烟气的流量。
6.根据权利要求1所述的煤预处理装置，其特征在于，
所述主反应管包括主管段(3)，所述进风管(1)与所述主管段(3)的输入口连通，所述主管段(3)横截面面积大于所述进风管(1)横截面面积。
7.根据权利要求6所述的煤预处理装置，其特征在于，所述主管段(3)横截面面积与所述进风管(1)横截面面积之比的范围为3～15.5倍；和/或
所述主管段(3)与竖直方向的夹角范围为0°～30°。
8.根据权利要求1所述的煤预处理装置，其特征在于，所述主反应管包括主管段(3)，所述输出管(5)与所述主反应管的输出口连通，用于输出所述主反应管内生成的反应产物，所述输出管(5)横截面面积小于所述主管段(3)横截面面积。
9.一种锅炉，其特征在于，包括锅炉本体(15)和根据权利要求1～8任一所述的煤预处理装置，所述气化反应部件输出的反应产物通入到所述锅炉本体(15)的炉膛中。
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