CN109654728A - 一种喷燃烟煤立式热风炉 - Google Patents

一种喷燃烟煤立式热风炉 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于陶瓷生料喷雾干燥的喷燃烟煤立式热风炉，属于燃烧技术领域。由燃烧室、立式混合室和旋风除尘器组成，所述的燃烧室的一侧安装双旋流煤粉燃烧器，另一侧连通立式混合室，所述混合室的顶部安装排放烟囱，上部连通旋风除尘器。双旋流煤粉燃烧器吸入的一次风为送煤风，吸入的二次风为旋风除尘器的烟气添加少量空气。所述的混合中部有二层旋风通风环，每层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，向混合部鼓入空气作为助燃三次风。本发明的风炉提供稳定的不间断的定量热风进入陶瓷喷雾塔，烘干产品多余的水份。煤粉燃烬率达到99％以上，炉渣含碳量小于1％以下，并能做到炉渣及时自动排出炉外。

Description

一种喷燃烟煤立式热风炉
技术领域
本发明涉及一种用于陶瓷生料喷雾干燥的喷燃烟煤立式热风炉，属于燃烧技 术领域。
背景技术
陶瓷厂干燥喷雾塔湿法制备生料的供热系统，我国早期50-70年代，由于我 国严重缺少天然气或燃油，大部分陶瓷厂采用了人工加煤(烟煤)的热风炉，这 种炉型，投资省、见效快。但存在着严重的缺点：供热不稳，热量难以满足生产 工艺要求；且工人劳动强度大，这种炉型已逐步淘汰。进入90年代至今有相当 部分的陶瓷厂在干燥喷雾塔供热系统改为链排炉，实现了机械化。但也存在严重 的问题，如环境污染大，不易形成全自动作业，供热也不稳，烟气中的粉尘含量 较大，燃烧不完全，大量未燃烬的碳粒进入干燥喷雾塔内影响了产品质量，特别 生产高档陶瓷砖是无法实现。进入2005年后，许多陶瓷厂的干燥喷雾塔纷纷改 为燃气热风炉或燃轻柴油热风炉，以减少陶瓷生料被污染的局面。由于陶瓷行业是一种竞争很厉害的行业。陶瓷行业内比成本、比产品、比售价、比市场、比厂 内环境污染程度。特别是中小型陶瓷厂，如果全部改为天然气，其生产成本很难 降下来。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种喷燃烟煤立式热风炉。
一种喷燃烟煤立式热风炉，由燃烧室、立式混合室和旋风分离器组成，
所述的燃烧室的一侧安装双旋流煤粉燃烧器，另一侧连通立式混合室，所述 混合室的顶部安装排放烟囱，上部连通旋风分离器。
双旋流煤粉燃烧器吸入的一次风为送煤风，吸入的二次风为旋风分离器的 烟气添加少量空气。
所述的混合中部有二层旋风通风环，每层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，向混合部鼓入空气作为助燃三次风。
所述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。
所述的旋风分离器采用钢板作为外壁，内衬耐火材料。
本发明的风炉提供稳定的不间断的定量热风进入陶瓷喷雾塔，烘干产品多余 的水份。煤粉燃烬率达到99％以上，炉渣含碳量小于1％以下，并能做到炉渣及 时自动排出炉外。或者在不影响陶瓷生料质量的前提下，基本上随高温烟气流进 入塔内与陶瓷生料均混，以达到节能的目的。同时立式喷烟煤粉热风炉实现PLC 全自动无人值守或中控加巡视员的生产状态。车间内外环境达到了燃气或燃油 (柴油)生产水平。为我国及东南亚一带的国家在节能减排工作上做了一定的贡 献。
附图说明
图1，喷燃烟煤立式热风炉结构示意图，同时标有气流的温度压力分布。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-排放烟囱，6-二层 旋风通风环，7-水封式出渣水箱。
图2，三次风旋转气流分配示意图。
图3，高温旋风分离器结构示意图。
图4，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，一种喷燃烟煤立式热风炉，由燃烧室、立式混合室和旋风除尘 器组成，所述的燃烧室的一侧安装双旋流煤粉燃烧器，另一侧连通立式混合室， 所述混合室的顶部安装排放烟囱，上部连通旋风分离器。
双旋流煤粉燃烧器吸入的一次风为送煤风，吸入的二次风为旋风分离器的 烟气添加少量空气。
如图3所示，所述的混合中部有二层旋风通风环，每层通风环有多个通风 口，所有通风口向同一个水平方向倾斜一定角度，向混合部鼓入空气作为助燃三 次风。
所述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。
从图1可以看出：煤粉喷燃从炉底处喷出，对烟煤来讲，由于无“后燃”现 象，在满足有效的燃烧空间情况下，基本公式：V＝QG/q公式中V-代表有效的燃 烧空间M3Q-代表最低烟煤的发热值(Kcal/H)；G-代表喷煤量(kg/h)；q-常 数1.6×106。采用双旋流煤粉燃烧器其喷燃效果燃烬率为99％，未燃烧率为1％， 但仍然不够。为此，我们在煤粉燃烧的混合室中，增加了两层同向的旋转三次风 (见图2)。
一则延长了烟气中未燃烬的碳粒子停留时间；
二则由于炉内是一种负压状态，在轴向的烟气速度一定情况下，产生同向的 旋转烟气流。由于在离心力的作用下，大部分的未燃烬的碳粒子，抛向炉壁，产 生旋转气流，大大延长了烟气在炉内停留时间，从而进一步满足了煤粉的燃烧要 求。同时由于在旋转气流作用下，大量的半熔融的炉灰，覆盖在耐火砖的表面， 形成一个保温层，耐火砖表面得到了一定保护，使耐火砖不被直接冲刷，极大延 长了耐火砖的使用寿命。
三则，由于旋转烟气流离心力的作用，炉内除渣也更为顺利。
四则，从图2中可以看出：在下层旋风口中，我们加装了氨水或尿素脱销系 统；其反应式为：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O；4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O；而此区间的 温度正是脱硝反应窗口，此区域与空气混合度、还原剂停留时间完全合乎高温烟 气脱硝条件。即我们称之为SNCR(选择非催化剂还原法)。因此，这种炉型应用 于当前最先进的煤粉燃烧技术即烟气再循环技术，形成低NOX、低O2还原与氧化 反应(由低温进入高温)，极大降低了NOX的生成；同时还采用煤粉燃烧的多级配 风技术，让煤粉烧的更干净更彻底。
由于陶瓷喷雾干燥塔有各种不同的尺寸和型号。因此热风炉供热系统必须设 计不同型号,不同燃烧空间的立式热风炉来满足不同供热能力。并提供稳定的热 风量与入塔温度。其烟气温度一般控制在550℃-650℃之间,烟气中的粉尘中含 碳量为零或接近于零。其它主要的化学成分如CaO；Al2O3；SiO2；Fe2O3这与陶瓷厂 生料的化学成分基本为一致，只是各自含量比例略为有些差异。这种烟气粉尘均 混入陶瓷生料中，对于陶瓷料的质量是没有影响的。
大多数工厂基本上将旋风收尘器照搬过来，其在高温下除尘效果并不理想。 主要是中心筒不尽合理。造成烟气流旋转离心力不足，进而影响除尘或出渣。一 般来讲，陶瓷厂喷雾干燥塔供热能力要求都比较大，在工厂内数量不只一台或者 有多台。因此，高温旋风分离器，一般做成双筒或单筒。
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，中心排气筒的插 入深度为烟气入口高度的80％。如图3所示。
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。
本发明针对性的提供的旋风分离器主要是将热风炉产生的大量烟气分成几 部分，同时对高温烟气中的粉尘进行分离，以达到有效地分离烟气中的粉尘。同 时对于高效高温旋风分离器还是第二煤粉燃烧室，对于未燃烬的烟气中的碳粒子 起到很好第二次燃烧的作用，也就是说，极大的延长了煤粉燃烧时间，更有利于 喷雾干燥塔烘干陶瓷生料的要求。同时在合理的设计情况下，一台立式燃煤热风 炉可以拖动二台喷雾干燥塔供热，以达到节省投资的目的。在新的高效旋风分离 器除尘段我们增设了直行段(见图3)，这在一般旋风收尘器设计图纸中是没有 的，冷态或中温粉尘是没有粘连性，但是高温分离器内温度有近900℃。烟气中 的粉尘必定会产生粘连性，因此，分离后的粉尘流动性极差，甚至会产生堵塞现 象。因此，在高温烟气分离器中设计垂直部分会很快将烟气中的粉尘清除掉，以 达到提高除尘效率的目的。
高温烟气采用涡旋方式进入高温旋风分离器，极大地减少进气阻力,进而提 高高温分离器的除尘效率.而过去采用切向进气会形成很大的烟气阻力。由于采 用涡旋式的进气口，高温烟气分离器的几何中心与烟气进入中心筒的旋流场中心 完全重合。这就是本高温旋风分离器高效的主要原因。同时中心筒插入旋风分离 器不能过深。从工业试验和数值模拟结果均表明：过大的中心筒插入深度不一定 有高的分离效率，反而会出现中心筒变形、耐火材料脱落等影响本机的安全故障。
在我国以及东南亚一带的国家，煤粉热风炉的除渣系统，五花八门，当热风 炉出渣时，会造成极大的环境污染。本系统在多年的实践中，只有水封除渣效果 最好，投资最省。对于各种供热能力大小的立式热风炉都能适用。
但是随环保要求越来越严格的条件下，我们主张：对于这类热风炉供热系统 必须燃烧洁净烟煤。即要求：发热值≧5500Kcal/H；水份＜10％；灰份＜10％，最 好小于6％以下；固定碳含量≥70-80％，挥发份≥25％-35％，灰溶点≥1250℃，硫 含量＜0.5％以下，重金属含量＜0.3％以下，且无其它杂质。如我们选择这种洁净 烟煤；在热风炉运行过程中几乎15天或10天才从水中捞取一些渣出来。整个炉 膛与高温分离器下灰量非常少，炉膛内非常干净。有相当部分的纯净白黄色炉渣， 通过热风管进入喷雾干燥塔与陶瓷生料均混，作为合格的生料进入陶瓷厂的下一 个工序。此水封除渣系统同时还省掉了气动(电动)下灰阀门；从而节省了投资费 用。
本发明采用炉底喷燃，采用双旋流煤粉燃烧器；并按照合理的一次风、二次 风、三次风等多级风量配比(其中煤粉输送风占30％左右由一次风机供入，二次 风采用循环烟气与部分空气由二次风机供入)进行充分还原低温、低氧燃烧。本 炉型系统由炉门，调风门，煤粉点火系统，观察孔，除渣系统，炉膛温度与压力 测试系统，组成煤粉燃烧室。煤粉燃烧室出口至立式烟气混合室由调风门，双层 旋风喷气圈以及SNCR脱销系统组成。由专用三次风机供入。煤粉点火期间使用 的临时排放烟筒及临时排放电动阀门，组成立式燃煤热风炉的混合室，并在混合 室出口设置温度与压力测试系统。整个燃烧系统采用烟气再循环，煤粉低温还原 到三次风高温氧化反应，满足了喷雾干燥塔的入塔温度要求，从而降低了NOX的 排放。整个燃烧系统采用烟气多级配风技术，进一步提高煤粉的燃烬率。使烟煤 煤粉达到更干净更彻底的燃尽；以满足喷雾干燥塔制备生料的品质要求。
在环保方面，三次风的双层旋风口的第一层喷入氨水或尿素与三次风充分混 合切向进入炉内；以达到脱销的目的。其反应式为：4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O； 4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O；在此区间的温度(1050～830℃)正是脱硝反应温度窗口， 其与空气混合度、与还原剂停留时间完全合乎高温烟气脱硝条件；因此，在炉内 可以完成75％以上的脱硝还原反应。
一般来说，有部分现有的陶瓷厂直接将旋风收尘器图纸照搬来用，其效果并 不理想。对陶瓷厂的喷雾干燥塔供热系统，高温分离器还有另外一个作用即是煤 粉燃烧过程中，其小部分未燃烬的碳粒子进入高温分离器机体内组成第二次燃 烧，即成为二次煤粉燃烧室。在此处的高温可达到近900℃左右，未燃烬的碳粒 子很容易在机体内粘结内壁，在下灰时形成堵塞，使分离下灰率得以下降。因此 在除尘段必须设计成直形段，以达到通畅顺利下灰，同时高温分离器的高度相应 下降，投资相应减少。
高温烟气入口，一般采用涡旋进气方式，切向进入筒体，出口中心筒插入深 度，按烟气入口高度的4/5(或0.8)取值较为合理，过深过浅均不合理。同时 烟气出口中心管底部设置一定数量的挡渣锥头稍加形成一定阻力，以使形成一定 的负压。从电脑模拟图中(如图4)可看出进而增加了一定的烟气旋转力度与烟 气中粉尘分离效果。工业试验表明：采用涡旋曲线进气口，使得烟气流进入分离 器的旋风几何中心与中心筒的中心完全重合。这说明这种高效高温分离器的高温 粉尘分离效果达到了最佳水平。
采用湿式出渣系统，由于热风炉采用洁净煤粉，灰分很少。对外排的SOX与 NOX基本满足国家要求。其中，硫化物的脱除，除了在原煤中加0.5～1％的石灰脱 除30％左右的硫外；其主要还是在喷雾塔的引风机后增加脱硫工艺，来达到彻底 满足国家脱硫要求的目标。而水封式除渣箱，只需要15-10天左右，清理一次即 可。该系统投资省，管理方便，且车间环境非常干净，以达到文明生产，符合现 代化全自动化的生产要求。

Claims (10)

1.一种喷燃烟煤立式热风炉，其特征在于，由燃烧室、立式混合室和旋风除尘器组成，所述的燃烧室的一侧安装双旋流煤粉燃烧器，另一侧连通立式混合室，所述混合室的顶部安装排放烟囱，上部连通旋风除尘器。
2.根据权利要求1所述的热风炉，其特征在于，双旋流煤粉燃烧器吸入的一次风为送煤风，吸入的二次风为旋风除尘器的烟气添加少量空气。
3.根据权利要求1或2所述的热风炉，其特征在于，所述的混合中部有二层旋风通风环，每层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，向混合部鼓入空气作为助燃三次风。
4.根据权利要求3所述的热风炉，其特征在于，所述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。
5.根据权利要求1或2所述的热风炉，其特征在于，所述的燃烧室、混合室和旋风除尘器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。
6.根据权利要求1或2所述的热风炉，其特征在于，所述的旋风分离器采用钢板作为外壁，内衬耐火材料。
7.根据权利要求1或2所述的热风炉，其特征在于，所述旋风分离器做成双筒或单筒。
8.根据权利要求7所述的热风炉，其特征在于，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，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所述的热风炉，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.根据权利要求8所述的热风炉，其特征在于，高温烟气采用涡旋进气方式，切向进入旋风分离器的旋风除尘段的筒体。
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