CN109357400A - 一种喷燃无烟煤立式热风炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于陶瓷喷雾干燥的喷燃无烟煤立式热风炉,属于燃烧技术领域。由立式燃烧室、立式混合室和高温旋风分离器组成;所述燃烧室的炉顶安装双旋流煤粉燃烧器,双旋流煤粉燃烧器下面为点火系统,所述的燃烧室的下部与混合室的下部连通,形成燃烧过渡带,所述混合室的顶部有排放烟囱,用于点火期间使用,所述混合室的上部与旋风分离器连接。本发明配套合理可靠,可以广泛应用我国及东南亚各国的陶瓷厂生产建材陶瓷湿法生料制备喷雾干燥塔燃烧无烟煤供热系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于陶瓷喷雾干燥的喷燃无烟煤立式热风炉,属于燃烧技术领域。
背景技术
我国有着十分丰富的煤矿资源,且品种大多主要有无烟煤、烟煤两大类煤种占据我国的能源结构中近60%多。针对这种情况,由于国情的关系,不可能全部改烧天然气。因此我们提出洁净煤燃烧技术,无论是烟煤还是无烟煤都应使用洁净煤燃烧技术并加以推广。
陶瓷行业中喷雾塔(即陶瓷生料制备系统)在整个陶瓷厂中是一耗能最大的工段,把这一工段的能耗降下来,对陶瓷厂竞争力是很有帮助的。对于陶瓷厂喷雾干燥塔的供热系统,燃气(天然气、煤气发生炉煤气)和柴油供热系统的热风炉最简单,其运行成本也是最高的。燃煤系统投资成本最高,运行成本最低。据查,洁净无烟煤燃烧技术的炉型在我国陶瓷行业应用是一片空白。
发明内容
本发明提供一种喷燃无烟煤立式热风炉,可用在陶瓷行业喷雾干燥塔湿法生料制备的供热系统之中。
对于洁净无烟煤工业分析要求:挥发份在2.5-9%;发热值5500-6000Kcal/kg;灰分<6-10%以下;水份<10%-8%;固定碳>70%;S<0.5%,重金属含量<0.5%,并无其它杂质,灰溶点>1300℃,着火点≤700℃。满足上述要求的煤种都在洁净无烟煤的范围之内。
本发明采用炉顶喷燃技术。本发明的喷燃无烟煤立式热风炉,由立式燃烧室、立式混合室和旋风分离器组成;
所述的燃烧室的炉顶安装双旋流煤粉燃烧器,双旋流煤粉燃烧器下面为点火系统,所述的燃烧室的下部与混合室的下部连通,形成燃烧过渡带,所述混合室的顶部有排放烟囱,用于点火期间使用,所述混合室的上部与耐高温的旋风分离器连接。
所述的旋风分离器采用钢板外壳,内衬耐火材料。
燃烧室炉顶安装无烟煤粉低NOX、低O2双旋流煤粉燃烧器。燃烧器下面有3或4个燃油或燃气系统组成燃煤点火系统。
双旋流煤粉燃烧器吸入的一次风为送煤风,吸入的二次风为高温旋风分离器排出的烟气。
燃煤所需的一次风由一次送煤风机组成,在整个燃烧系统配风中只占到30%左右。燃烧所用的二次风是抽取自喷雾塔前的部分700℃高温烟气,其中含有部分逃逸的氮氧化物的还原剂,如氨水、尿素等NH3分子组成。
所述的燃烧室的中部有二层旋风通风环,所述通风环有多个通风口,所有通风口向同一个水平方向倾斜一定角度,向燃烧室内部鼓入空气作为助燃三次风。
燃烧室内还设有测温系统、测压系统、炉门、调风门等常规部件,由耐火保温材料制成。
高温烟气由燃烧室经燃烧过渡带进入混合室。混合室顶部设置临时排放烟囱(用于点火初期废烟气排放)。
在混合室中部设立二层旋风通风环,所述通风环有多个通风口,所有通风口向同一个水平方向倾斜一定角度,向混合室内部鼓入空气作为助燃四次风。所述四次风的旋转方向与三次风的旋转方向相同。
所述的混合室中部的二层旋风通风环的下层通风环,还与脱硝试剂、压缩空气连接,吸入氨水或尿素,与空气混合喷入混合室内,对烟气进行脱硝。
所述的燃烧室、混合室和旋风分离器的底部通过下灰斗与外部的水封式出渣水箱连接,形成出渣系统。
高温烟气进入旋风分离器即混合室出口处设置温度与压力测试点。通过计算工况时的烟气排放量,旋风分离器可以设计成双筒或单筒高温旋风分离器,与热风输送管组成供热系统,向喷雾干燥塔供热。同时,可以做到一台热风炉拖动两个喷雾干燥塔供热,极大地减少投资。
作为立式煤粉炉,将无烟煤粉烧好并燃烧完全是一件非常困难的事。对于洁净无烟煤燃烧技术要求来讲:煤粉细度要求达到>150目(即煤粉细度0.08MM占到90%以上),水份<8%,灰份<10%~6%,且无任何杂质。本发明配套合理可靠,采用无烟煤粉低NOX、低O2燃烧器以及烟气再循环技术,无烟煤点火系统,设计合理的无烟煤燃烧炉型及多级配风技术。本发明可以广泛应用我国及东南亚各国的陶瓷厂生产建材陶瓷湿法生料制备喷雾干燥塔燃烧无烟煤供热系统。
附图说明
图1,喷燃无烟煤立式热风炉结构示意图,其中,1-燃烧室,2-混合室,3-旋风分离器,4-双旋流煤粉燃烧器,5-点火系统,6-排放烟囱,7-二层旋风通风环,8-水封式出渣水箱。
图2,喷燃无烟煤立式热风炉中气流的温度压力示意图。
图3,三次风旋转气流分配示意图。
图4,四次风旋转气流分配示意图。
图5,高温旋风分离器示意图。
图6,高温旋风分离器中粉尘分布模拟示意图,颜色深表示粉尘多,颜色浅表示粉尘少。
具体实施方式
如图1所示,本发明的喷燃无烟煤立式热风炉,由立式燃烧室、立式混合室和高温旋风分离器组成;
所述的燃烧室的炉顶安装双旋流煤粉燃烧器,双旋流煤粉燃烧器下面为点火系统,所述的燃烧室的下部与混合室的下部连通,形成燃烧过渡带,所述混合室的顶部有排放烟囱,用于点火期间使用,所述混合室的上部与旋风分离器连接。
本发明装置使用的燃料是无烟煤粉(挥发份<2~9%,环境着火温度≤700℃)。其燃烧特性:难于着火,很难做到燃烧完全,同时还有“后燃”现象。即由于煤粉在炉内停留燃烧时间不够,而造成火焰尾部烟气含有大量不能燃烬的碳黑粒子。这种碳黑烟气是绝对不能进入陶瓷生料制备系统(即喷雾干燥塔)。根据无烟煤燃烧特性,我们设计了这种炉顶顶喷无烟煤粉燃烧系统。
燃烧室顶部安装的是双旋流煤粉燃烧器,采用合理的一次风、二次风配比,喷入炉内。燃烧室中部设置的双层旋转风以合理的角度喷入,形成三次风(见图3),让煤粉火焰在燃烧室内托起来燃烧,极大地延长了煤粉在炉内的燃烧时间。由于二次风喷入的是循环烟气配加少量空气,其含氧极低;在煤粉燃烧初期极易形成煤粉低温还原反应,可以形成大量的可燃气体(CO、H2等),同时极大的减少氮氧化物(NOX)的产生。而三次风喷入大量的含氧空气与再循环低氧烟气结合,即可产生烟气氧化放热反应,满足后续的燃烧要求。但其前提是必须将无烟煤粉磨很细,煤粉细度150~200目(煤粉细度即0.08mm,占比90%)基本满足无烟煤燃烧要求。
其它如调风门,点火系统,炉内温度、压力测试点,炉体耐火与保温材料,炉门清渣与维修,炉膛燃烧容积大小等均按常规工业炉规范设计。
燃烧室排渣可按水封式水箱排渣,由于使用是灰份小于10%以下的洁净无烟煤,其排渣在热风炉系统不是主要问题,一般来讲,热风炉运行十天或十五天清除一次,渣量非常少。
当烟气进入混合室后,我们在混合室内又设计二层旋风层(见图4),主要针对无烟煤的“后燃”现象,让未燃尽的煤粉在混合室内彻底燃尽,我们称之为四次风。由于混合室的温度仍在1050℃左右,未燃烬的碳粒子在混合室内能得以进一步燃烧。在旋风层作用下,使高温烟气流在此环境下大大延长了燃烧时间。因此,在立式混合室由于含氧空气的加入,其烟气温度反而上升。这更有利于无烟煤“后燃”现象得到消失。而在下层旋风层中,按比例加入氨水或尿素,与烟气充分混合;其烟温窗口1050~830℃,也是脱硝的最佳温度点,称之为SNCR(即选择性非催化剂还原反应);其化学反应式为4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O;4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O。
在混合室内,在喷雾塔后引风机的作用下,炉内形成稳定的负压状态。同时极细微的烟气粉尘,又在炉内高温与旋风的作用下,这些烟气粉尘形成半溶融状态,又相互激烈碰撞,在烟气的离心力的作用下并逐渐变大。抛向炉壁,滚向炉底进入水封式除渣箱内,排出炉外。
实验证明,炉渣含碳量基本在1%以下,煤粉燃烬率可大于99%,无烟煤粉燃烧在此阶段基本上完成了初步的要求。这时,其煤粉燃烧的高温烟气中的仍有极少部分烟气粉尘或极少部分未燃烬的碳粒子及脱硝还原剂在引风机的作用下,逃逸到耐高温的旋风分离器。
耐高温的旋风分离器作用有两种:
第一,在高温(800℃-900℃)的环境下,分离烟气中的细小粉尘,让其从热风炉出口的高温烟气变成相对纯净的高温烟气流,进入陶瓷喷雾干燥塔内。分离下的粉尘进入水封式除渣箱,排出炉外。
第二、在高温烟气旋风与离心力的作用下,此时的烟气粉尘仍处在半溶融状态。从炉内逃逸出未燃尽的碳粒子可以在机体内得到进一步燃烬,形成第三个离心旋风温度场。在烟气中的粉尘相互激烈碰撞的结果下,逐步形成较大的颗粒,可顺着内壁滚落下来,进入水封式除渣箱。由于使用的无烟煤灰份在10%~6%以下,其排渣量极少,生产10天可除一次,根本不构成人工劳动强度。同时由于是无炉渣阀门的自动排渣,使车间保持了非常干净的生产环境。
本发明针对性的提供的旋风分离器,由上至下分为三个部分:旋风除尘段、除尘段和下渣段,所述旋风除尘段和除尘段由筒体和椎体组成,烟气按圆周切向进入旋风除尘段,中心排气筒的插入深度为烟气入口高度的80%。
所述的旋风除尘段的筒体为螺壳结构,由四个1/4圆周段组成,1/4圆周的半径依次为R4=0.445D1,R3=0.375D1,R2=0.305D1,R1=0.235D1,四个圆周的圆心组成边长为0.035D1的正方形,其中D1为筒体的直径。
我们对于旋风分离器的发明设计要点有两点:
其一、从立式混合室流入的高温烟气,以涡旋方式切向的烟气运动轨迹,进入高温烟气旋风分离器。可使烟气流动阻力得到进一步减少,烟气旋转力度得到进一步加强。排气中心筒的插入深度不能过深或过浅,一般插入深度控制在烟气入口高度的80%左右,这样分离效果最好。据工业试验得出:涡旋烟气流的中心与旋风筒的几何中心正好重合!大量的烟气粉尘在旋风离心力的作用下,几乎90%的细微粉尘抛向旋风筒内壁,滚落进入炉外水封式水箱内;可人工定期清渣。
其二,实际上热风炉过来的烟气量都较大。我们采用双筒形式布置,如上图5可以看出整个筒体分成三段组成,即旋风除尘段,除尘段与下渣段。除尘段是垂直下去,特别方便除渣。而不至于在半溶融状态下的粉尘粘壁下不来,使高温分离器下渣困难,导致分离器效率下降。
由于分离器机体内处于高温环境下,整体设计时还要考虑钢板内侧耐火材料,保温系统、漏风系统等必备要求。
Claims (10)
1.一种喷燃无烟煤立式热风炉,其特征在于,由立式燃烧室、立式混合室和高温旋风分离器组成;
所述燃烧室的炉顶安装双旋流煤粉燃烧器,双旋流煤粉燃烧器下面为点火系统,所述的燃烧室的下部与混合室的下部连通,形成燃烧过渡带,所述混合室的顶部有排放烟囱,用于点火期间使用,所述混合室的上部与旋风分离器连接。
2.根据权利要求1所述的立式热风炉,其特征在于,所述的燃烧室的中部有二层旋风通风环,所述通风环有多个通风口,所有通风口向同一个水平方向倾斜一定角度,向燃烧室内部鼓入空气作为助燃三次风。
3.根据权利要求2所述的立式热风炉,其特征在于,在混合室中部设立二层旋风通风环,所述通风环有多个通风口,所有通风口向同一个水平方向倾斜一定角度,向混合室内部鼓入空气作为助燃四次风,所述四次风的旋转方向与三次风的旋转方向相同。
4.根据权利要求2或3所述的立式热风炉,其特征在于,燃烧室和混合室中部的二层旋风通风环中,每层通风口的数量为6-8个。
5.根据权利要求3所述的立式热风炉,其特征在于,所述的混合室中部的二层旋风通风环的下层通风环,还与脱硝试剂、压缩空气连接,吸入氨水或尿素,与空气混合后喷入混合室内,对烟气进行脱硝。
6.根据权利要求1、2或3中任一项所述的立式热风炉,其特征在于,所述的燃烧室、混合室和旋风分离器的底部通过下灰斗与外部的水封式出渣水箱连接,形成出渣系统。
7.根据权利要求1、2或3中任一项所述的立式热风炉,其特征在于,所述旋风分离器采用钢板外壳,内衬耐火材料。
8.根据权利要求1、2或3中任一项所述的立式热风炉,其特征在于,由上至下分为三个部分:旋风除尘段、除尘段和下渣段,所述旋风除尘段和除尘段由筒体和椎体组成,烟气按圆周切向进入旋风除尘段,中心排气筒的插入深度为烟气入口高度的80%。
9.根据权利要求8中所述的立式热风炉,其特征在于,所述的旋风除尘段的筒体为螺壳结构,由四个1/4圆周段组成,1/4圆周的半径依次为R4=0.445D1,R3=0.375D1,R2=0.305D1,R1=0.235D1,四个圆周的圆心组成边长为0.035D1的正方形,其中D1为筒体的直径。
10.权利要求1中所述的立式热风炉用于给陶瓷生料制备系统供热。
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