CN110553249B - 一种固体燃料旋转预热装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固体燃料旋转预热装置及方法，包括：直筒部、与直筒部下部固定连接的锥筒部；直筒部上方设置有顶盖，顶盖与直筒部、锥筒部围合成预热空间；在直筒部的侧面或顶盖处设置有进料口，用于通入待预热的固体燃料；在直筒部的侧面设置有进气口，用于通入含氧气体，其特征在于：预热后的高温气体燃料和高温固体燃料从所述固体燃料旋转预热装置的不同位置分别排出。本发明简化了系统结构、降低投资及运行成本。

Description

一种固体燃料旋转预热装置及方法

技术领域

本发明涉及一种适合于固体燃料的旋转预热方法，属于固体燃烧技术领域。

背景技术

煤炭是我国一次能源的主体，其主要利用方式之一为煤燃烧，而在煤燃烧过程中会产生大量污染物，危害环境安全。当前，为应对由燃煤产生的污染问题，国家环保标准逐步提高，其中针对氮氧化物(后文以NO_x代指)排放，根据《火电大气污染物排放标准》(GB13223-2011)，新建及现有燃煤锅炉NO_x排放均需达到小于100mg/Nm³的排放标准，有些地区更是进一步提出燃煤锅炉NO_x排放小于50mg/Nm³的超低排放标准。因此，如何实现燃煤锅炉清洁高效运行是现阶段能源环保领域关注的焦点之一。

目前，为实现燃煤锅炉NO_x超低排放，主要的技术路线是燃烧中脱硝和烟气脱硝的耦合联动。对于燃烧中脱硝，目前主要的技术手段包括低氮燃烧器、低氧燃烧、空气分级、燃料分级、烟气再循环等；对于烟气脱硝，则主要是选择性非催化还原脱硝和选择性催化还原脱硝。然而，燃烧中脱硝普遍存在燃烧效率与脱硝效率之间的矛盾，即为追求较高脱硝效率，需强化锅炉内部还原性气氛，易造成烟气中飞灰含碳量过高，锅炉燃烧效率降低的问题；而对于烟气脱硝，一方面会增加锅炉运行成本，另一方面会带来诸多二次污染。由上可见，现有脱硝技术普遍存在有明显技术和经济性缺陷。此外，现有煤粉锅炉多燃用高挥发分的烟煤，对于低挥发分的煤种，如无烟煤、贫煤、兰炭等，并不能直燃，煤种适应性差，不符合我国煤炭资源利用国情。

预热燃烧技术是一种将燃料加热到着火点以上，通入助燃剂燃烧的技术。该技术具有着火和燃烧稳定、污染物排放低等特点，利用预热燃烧技术，还可以解决难燃煤种的燃烧问题，因此，预热燃烧技术具备显著的技术优势。

中国发明专利CN200710175526.3提出了一种煤粉高温预热方法，利用循环流化床技术，通过煤粉的部分燃烧放热使煤粉加热到800-1300℃，再通入煤粉锅炉中燃烧，提高燃烧的稳定性并大幅降低了氮氧化物的排放。

中国发明专利CN201410367608.8提出了一种粉状燃料自预热装置和方法、粉状燃料燃烧锅炉系统。其基于循环流化床燃烧技术，提出了一种粉状燃料自预热方法，在循环流化床预热室的底部设置有锥形部，利用风粉输送管将粉状燃料与一次风的风粉混合物经由锥形部输送到预热室内部，粉状燃料在预热室中部分燃烧而放热，实现燃料的自预热。

中国专利CN20141036760.8的自预热方法控制条件较为严格，流态化预热过程需要保证流化风的均匀布风、床料的充分流化，系统结构较为复杂，可以通过进一步的简化降低系统能耗、投资及运行成本。另外，现有技术的预热装置预热后的燃料包含气固两种燃料同时通入燃烧室，在组织燃烧时调节手段单一。

发明内容

本发明技术解决问题：为解决上述至少一个方面的问题，提供一种固体燃料旋转预热装置及方法，简化了系统结构、降低投资及运行成本。

本发明的技术方案如下：

根据本发明一个方面的实施例，提出一种固体燃料旋转预热装置。

一种固体燃料旋转预热装置10包括：

直筒部11；锥筒部12，和直筒部下部固定连接，锥筒部12为截面上大下小的锥形结构；直筒部上方设置有顶盖17，顶盖与直筒部、锥筒部形成预热空间；进料口13，设置在直筒部11的侧面或顶盖上，适于通入待预热的固体燃料；进气口14，设置在直筒部11的侧面，适于通入含氧气体，

其特征在于，高温气体燃料和高温固体燃料从所述旋转预热装置的不同位置分别排出。

进一步的，所述旋转预热装置还包括，排气口15，设置在直筒部顶盖17的大致中心位置，适于将预热过程产生的高温气体燃料排出旋转预热装置；排料口16，设置在锥筒部12的底部，适于将预热后的高温固体燃料排出旋转预热装置。

可选的，固体旋转预热装置内部设置有凸起结构。

可选的，进料口设置在直筒部11的侧面上，在俯视图中，进料口、进气口和直筒部相交处的轴线与该进料口、进气口和直筒部相交处直筒部切线的夹角在±30°之间，进一步优选在±10°之间。

优选的，进料口设置在直筒部的侧面上，进料口13和进气口14靠近顶盖17，如此，有利于固体燃料有更多的预热停留时间。

可选的，进料口设置在直筒部的侧面上，所述进料口13和进气口14的轴线不在同一竖直平面上。

可选的，直筒部侧面上设置有2-6个进料口，进料口均匀分布在直筒部的圆周上，每两个相邻的进料口中间设置有一个进气口。

可选的，直筒部侧面上设置有至少一层进料口和至少一层进气口，且各层的进料口的轴线不在同一竖直平面上，各层进气口的轴线不在同一竖直平面上。

可选的，所述凸起结构设置在直筒部，在竖直方向上布置在进料口13的下方。

可选的，所述旋转预热装置内部为高温合金材料、耐火砖或耐火浇注料等材料。

可选的，所述固体燃料旋转预热装置采用多级串联的方式。优选的，所述多级串联为两级，即两个固体旋转预热装置串联；两级旋转预热装置上下布置，分别对应为上级固体燃料旋转预热装置、下级固体燃料旋转预热装置，其中下级旋转预热装置顶盖靠近直筒段边缘的位置设置有高温固体燃料进口，该高温固体燃料进料口直接和上级固体燃料旋转预热装置的排料口相连，用于将来自上级旋转预热装置的高温固体燃料送入下级固体燃料旋转预热装置中，下级固体燃料旋转预热装置的直筒部侧壁上设置有进气口，用于将含氧气体送入下级旋转预热装置中；上级旋转预热装置的底部排料口位于下级旋转预热装置的顶盖边缘。

根据本发明另一个方面的实施例，提供一种固体燃料旋转预热方法，该方法所包含的步骤如下：

1.固体燃料和含氧气体分别由进料口13和进气口14切向进入旋转预热装置10；

2.固体燃料与含氧气体在旋转预热装置10内发生部分燃烧反应，反应放出的热量将旋转预热装置内的物料加热，产生高温气体燃料和高温固体燃料；

3.高温固体燃料由旋转预热装置10的排料口16排出，高温气体燃料由旋转预热装置10顶部的排气口15排出。

可选的，控制旋转预热装置内过量空气系数在0.01-0.3之间。

可选的，步骤1中的含氧气体为空气、氧气或再循环烟气与空气混合气体、再循环烟气与氧气混合气体。

根据本发明另一个方面的实施例，提供一种固体燃料预热燃烧系统，所述固体燃料预热燃烧系统包括：

旋转预热装置10，适于将固体燃料预热，并形成高温气体燃料和高温固体燃料；锅炉炉膛20；下喷嘴21，设置在锅炉炉膛下部；一次风供给装置，适于将高温固体燃料通过下喷嘴21送入炉膛20内燃烧；上喷嘴22，设置在炉膛中部，所述上喷嘴22和旋转预热装置10的排气口15相连通，适于将高温气体燃料送入炉膛20燃烧；布风装置23，设置在炉膛20底部，用于向炉膛通入二次风。

可选的，所述旋转预热装置10和下喷嘴21，上喷嘴22三者构成一组预热单元，所述固体燃料预热燃烧系统设置有两组预热单元，且两组预热装置的两个下喷嘴21相互对冲布置、两组预热装置的两个上喷嘴22相互对冲布置。

基于上述的一种固体燃料预热燃烧系统，本发明还提供一种固体燃料预热燃烧方法，包括以下步骤：

1.将固体燃料和含氧气体通入旋转预热装置，二者在旋转预热装置中发生部分燃烧反应，生成高温固体燃料和高温气体燃料；

2.高温固体燃料经由旋转预热装置的排料口排出，并从下喷嘴21送入炉膛20中；

3.通过炉膛底部的布风装置，向炉膛内通入二次风，与通入炉膛内高温固体燃料相遇后燃烧；

3.高温气体燃料经由旋转预热装置的排气口排出，并从上喷嘴22进入炉膛20的中部，参与炉膛内的燃烧反应。

其中，在步骤1中，控制旋转预热装置内过量空气系数在0.01-0.3之间。

可选的，所述方法还包括步骤：在炉膛20的上部区域通入补燃风，将炉膛内的物料燃尽。

可选的，控制含氧气体量、一次风量、二次风量、补燃风量总和，使炉膛过量空气系数为1.00-1.30。

根据本发明另一方面的实施例，提出一种固体旋转预热装置，包括旋转直筒部、顶盖和底板以及设置在顶盖的中心筒出口，设置在直筒部侧面的至少两个进料口，其中，进料口的轴线与直筒部呈大致相切的位置关系。

可选的，所述至少两个进料口中，固体燃料和含氧气体一同进入，即由含氧气体携带固体燃料，一同进入旋转预热装置；或者，所述至少另个进料口中，至少一个进料口仅通入含氧气体，至少一个进料口仅通入固体燃料。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)通过直筒部或由直筒部和锥筒部两部分组成的旋转预热装置本体，实现了固体燃料的旋转预热，简化了预热装置结构，使预热装置的稳定性提高、设计和制造成本降低；

(2)采用本发明所述的固体旋转预热装置对燃料进行预热，其控制简单、操作简洁，有利于降低实际运行过程中的成本；

(3)采用本发明所述的固体燃料预热燃烧系统进行固体燃料的预热、然后用于燃烧，有利于降低氮氧化物的排放。

附图说明

图1为本发明的一种固体燃料旋转预热装置主视图；

图2为本发明的一种固体燃料旋转预热装置俯视图；

图3为本发明的进料口布置在顶部的一种固体燃料旋转预热装置主视图；

图4为本发明的进料口布置在顶部的一种固体燃料旋转预热装置俯视图；

图5为本发明的凸起结构示意图；

图6为本发明的一种固体燃料旋转预热燃烧系统及方法示意图；

图7为本发明的一种固体燃料旋转预热燃烧系统及方法示意图；

图8为本发明的两级旋转预热装置串联的实施例示意图；

图9为本发明一个总的构思下的另一个实施例下的固体燃料旋转预热装置主视图；

图10为本发明一个总的构思下的另一个实施例下的固体燃料旋转预热装置俯视图。

图中：10旋转预热装置，11直筒部，12锥筒部，13进料口，14进气口，15排气口，16排料口，17顶盖，18中心筒出口，20锅炉炉膛，21下喷嘴，22上喷嘴，23布风装置。

具体实施方式

下面结合具体的附图，详细说明本发明的技术方案和具体实施方式。

如图1、图2所示，本发明的一种固体燃料旋转预热装置10，包括：直筒部11；锥筒部12，和直筒部下部紧密连接，锥筒部12截面为上宽下窄的渐缩形锥状结构；直筒部上方设置有顶盖17，顶盖与直筒部、锥筒部形成内部预热空间；进料口13，设置在直筒部11的侧面，适于将待预热的固体燃料送入内部预热空间；进气口14，设置在直筒部的侧面，适于将含氧气体送入内部预热空间；排气口15，设置在直筒部顶盖17的大致中心位置，适于将预热过程产生的高温气体燃料排出旋转预热装置；排料口16，设置在锥筒部12的底部并和锥筒部12紧密相连，适于将预热后的高温固体燃料排出旋转预热装置。

进料口13和进气口14与直筒部相交处的轴线与直筒部呈大致相切的位置关系，如此，有利于固体燃料和含氧气体沿切向进入旋转预热装置，并在旋转预热装置内保持旋转流动，延长物料在旋转预热装置内的停留时间。为保证固体燃料和含氧气体几乎沿切向方向进入旋转预热装置，在旋转预热装置的俯视图中，进料口、进气口和直筒部相交处的轴线与该处直筒部切线的夹角在±30°之间，优选的，在±10°之间。在该设置方案下，固体燃料和含氧气体可在旋转预热装置内实现旋转流动，一方面加强固体和气体的掺混，另一方面延长物料在旋转预热装置内的停留时间。

类似的，为延长固体燃料在旋转预热装置内的停留时间，使燃料得到更好的预热，进料口13和进气口14靠近旋转预热装置的顶盖17布置。

为强化固体燃料和含氧气体之间的掺混，进料口13和进气口14间隔布置，二者的轴线在俯视图上不相重合；在直筒段上可设置2-6个进料口，进料口在直筒部的圆周上均匀分布，同时，每两个进料口中间设置有一个进气口。

类似的，为了进一步强化掺混，提高预热效果，直筒段上可设置多层进料口和进气口，且各层的进料口的轴线在俯视图上不相重合，各层进气口的轴线在俯视图上不相重合。优选的，在竖直方向上，进料口轴线的高度高于进气口轴线。

进一步的，为强化固体燃料和含氧气体之间的掺混，旋转预热装置直筒部内壁设置有凸起结构，该凸起结构可以强化旋转预热装置内的气固两相掺混，同时不影响装置内整体旋流流场。

在一个可选的实施例中，旋转预热装置内部为耐火材料浇筑，具备较大的热惯性，外部为保温绝热层，旋转预热装置可以储存大量热量。在旋转预热装置启动的初期，由燃气进入旋转预热装置中燃烧烘炉，使其达到较高温度(固体燃料的着火点以上)。随后，待预热的固体燃料自进料口13沿直筒部大致切向的方向进入，在直筒部内旋转流动，并与自进气口14进入旋转预热装置的同样在直筒内部旋转流动的含氧气体掺混。由于旋转预热装置具有较大的热惯性，且其温度大于固体燃料的着火点，固体燃料和含氧气体在旋转预热装置内发生燃烧反应。控制旋转预热装置内的过量空气系数在0.01-0.3范围内，如此，使燃料部分燃烧，放出热量，生成高温气体燃料，其释放的热量将用于加热固体燃料，产生高温固体燃料。过量空气系数的选择根据需要达到的预热温度和燃料的热值计算。

旋转预热装置内部也可以采用高温合金制成，外部为保温绝热层，可以大大降低该旋转预热装置的重量。采用高温合金制成的旋转预热装置，在运行启动初期，旋转预热装置内为燃烧气氛，随后逐渐将降低旋转预热装置内的过量空气系数，使装置内为还原性气氛，控制旋转预热装置内的过量空气系数在0.01-0.5范围内，具体的，可以在0.01-0.3或0.3-0.5范围内，实际的过量空气系数通过该旋转预热装置的散热情况和装置内煤粉的部分燃烧放热情况具体确定，总之，将旋转预热装置内的温度控制在750-1100℃之间。

根据本发明另外一个方面的实施例，进料口13设置在顶盖17靠近直筒部边缘的位置处，且进料口处的竖直轴线与至少一个进气口14的轴线在空间上大致相交，如图3、图4所示。

在固体旋转预热装置内部壁面上，设置有凸起结构。优选的，凸起结构设置在直筒部，进一步的，凸起结构在竖直方向上靠近进料口和进气口，同时低于进料口布置。固体燃料在旋转预热装置内旋转流动，由于惯性，固体燃料靠近壁面流动，在壁面上设置凸起结构，将扰乱固体燃料的贴壁流动，迫使固体物料向旋转预热装置的内部空间移动，进而强化固体物料和气体的掺混，促进物料在旋转预热装置内的弥散，强化预热过程部分燃烧和气化反应，从而强化预热效果。

在可选的实施例中，该凸起结构可以为三棱柱状，三棱柱的两条棱固定在直筒部壁面上，三棱柱的棱大致与旋转预热装置直筒部母线平行，如图5中“凸起结构II”所示，则三棱柱的两个侧面与旋转预热装置内部的预热空间相接触，由于预热装置内部物料为旋转流动，则必然有一个侧面直接与旋转物料的来流方向相迎，定义该三棱柱侧面为第一侧面，另一个三棱柱侧面为第二侧面。定义直筒部内某点的假想来流方向为该处与直筒部同心圆的切线方向，则第一侧面外法线与该处假想来流方向(即旋转预热装置内无凸起结构时理想的固体燃料旋转流动方向)呈钝角，第一侧面处的来流物料将沿着第一侧面向旋转预热装置轴线移动。第二侧面与直筒部壁面之间必然形成物料的回流，进一步强化了气固两相掺混的效果。进一步的，第一侧面外法线方向与该处假想来流方向的夹角在100°～170°之间，优选的，在120°～150°之间。可选的，第二侧面外法线方向与该处假想来流方向的夹角在-30°～60°之间，优选的，在0°～30°之间。

在可选的实施例中，该凸起结构的第一侧面和第二侧面表面为弧状，第一侧面可为向外凸起或向内凹陷的形状，如图5中“凸起结构I”“凸起结构III”“凸起结构IV”中与“假想来流方向”相迎的侧面；第二侧面可以为向内凹陷的弧状，如图5“凸起结构III”所示。为减少凸起结构的磨损，可将凸起结构的第一、第二侧面相交处制造成平滑连接的形状，如图5中示出的形式。

可选的，凸起结构可以与直筒部内壁一同制造，例如，直筒部内部为耐火耐磨浇注料浇筑，则凸起结构可与直筒部内壁共同浇筑形成，也可单独加工制造后安装在直筒部内壁上。

可选的，凸起结构的高度约占直筒部半径的5％～50％，优选的，凸起结构的高度约占直筒部半径的10％～30％。

设置凸起结构，有利于固体燃料和含氧气体之间的掺混，但是由于对旋转预热装置内的流场干扰，必然会对旋转预热装置的物料分离性能产生影响。但本发明的与旋风分离器的核心区别就在于，本发明所要实现的目的，是充分的气固掺混，从而是固体燃料在旋转预热装置内部分燃烧，充分预热，实现产生高温燃料(包括高温固体燃料和高温气体燃料)的目的。

无论是通过设置不同形状的凸起结构，还是通过进料口和进气口的布置方式的设置和调整，都是为了实现燃料和气体更充分的掺混和接触，从而是达到更优的预热效果。

基于以上，本发明还提供一种固体燃料旋转预热方法，该方法涉及前述的一种固体燃料旋转预热装置，包括如下步骤：

1.固体燃料和含氧气体分别由进料口13和进气口14切向进入旋转预热装置10；

2.固体燃料与含氧气体在旋转预热装置10内发生部分燃烧反应，反应放出的热量将旋转预热装置内的物料加热，产生高温气体燃料和高温固体燃料；

3.高温固体燃料由旋转预热装置10的排料口16排出，而高温气体燃料则由旋转预热装置10顶部的排气口15排出。

可选的，在步骤2中，控制旋转预热装置内过量空气系数在0.01-0.3之间，如此，使固体燃料在旋转预热装置内部分燃烧，产生的热量加热物料，同时这样的缺氧燃烧气氛下，还发生了固体燃料的热解或气化过程，产生了高温气体燃料和高温固体燃料。其中，高温气体燃料中含有甲烷、一氧化碳等大量的还原性气体成分。

如本领域技术人员能够想到的，含氧气体为能够起到助燃作用的气体，例如空气、氧气，在某种实施例下，还可以是再循环烟气与空气混合气体或再循环烟气与氧气混合气体。

基于一个总的发明构思，本发明还提供一种固体燃料预热燃烧系统，如图6所示，所述固体燃料预热燃烧系统包括：

旋转预热装置10，适于将固体燃料预热，并形成高温气体燃料和高温固体燃料；锅炉炉膛20；下喷嘴21，设置在锅炉炉膛下部；一次风供给装置，适于将高温固体燃料通过下喷嘴送入锅炉炉膛20内燃烧；上喷嘴22，设置在炉膛中部，所述上喷嘴和旋转预热装置10的排气口相连通，适于将高温气体燃料送入锅炉炉膛20内。

其中，所述旋转预热装置10包括直筒部11；和直筒部下部紧密连接的锥筒部12，锥筒部12截面为上宽下窄的渐缩形结构；直筒部上方设置有顶盖17，顶盖与直筒部、锥筒部形成内部预热空间；进料口13和进气口14，设置在直筒部11的侧面，适于将固体燃料和含氧气体送入内部预热空间；排气口15，设置在直筒部顶盖17的大致中心位置，适于将预热过程产生的高温气体燃料排出旋转预热装置；排料口16，设置在锥筒部12的底部并和锥筒部紧密相连，适于将预热后的高温固体燃料排出旋转预热装置。

为保炉膛内燃料的燃尽，在锅炉炉膛20的上部，折焰角以下的炉膛壁面上设有补燃风入口。炉膛底部布置有布风装置23，适于将二次风通入炉膛。

旋转预热装置10和下喷嘴21、上喷嘴22共同组成一个预热单元，固体燃料预热燃烧系统还可以设置两组预热单元，且两组预热单元的两个下喷嘴21相互对冲布置，两组预热单元的两个上喷嘴22相互对冲布置，如图7所示，采用这样的布置方式能够保证炉膛内的火焰充满度。

基于以上，本发明还提供一种固体燃料预热燃烧方法，包括以下步骤：

1.将固体燃料和含氧气体通入旋转预热装置，二者在旋转预热装置中发生部分燃烧反应，生成高温固体燃料和高温气体燃料；

2.高温固体燃料经由旋转预热装置的排料口排出，并在一次风的携带作用下，从下喷嘴21送入锅炉炉膛20中组织燃烧；

3.高温气体燃料经由旋转预热装置的排气口排出，并从上喷嘴22进入锅炉炉膛20的中部，参与炉膛内的燃烧反应。

其中，步骤1中，控制旋转预热装置内过量空气系数在0.01-0.3之间，如此，使旋转预热装置内有适宜固体燃料部分燃烧实现预热的气氛。

所述方法还包括步骤：在锅炉炉膛20的上部区域通入补燃风，将炉膛内的物料燃尽。

控制含氧气体量、一次风量、补燃风量总和，使炉膛过量空气系数为1.00-1.30，保证炉膛内燃料的燃尽。

在本发明的另外一个实施例中，旋转预热装置可采用多级串联的方式，以加强预热的效果，以两级串联为例，如图8所示，包括两级旋转预热装置，上下布置，分别对应为上、下级旋转预热装置。其中下级旋转预热装置顶盖17靠近直筒段边缘的位置设置有高温固体燃料进口，该高温固体燃料进料口直接和上级旋转预热装置的排料口相连，用于将来自上级旋转预热装置的高温固体燃料送入下级旋转预热装置中。下级旋转预热装置可以只设置有进气口，用于将含氧气体送入下级旋转预热装置中。

旋转预热装置采用两级串联时，上级旋转预热装置的底部排料口位于下级旋转预热装置的顶盖边缘，经上级旋转预热装置预热产生的高温固体燃料进入下级旋转预热装置后，可迅速与切向进入旋转预热装置的含氧气体掺混，一部分高温固体燃料燃烧放出热量，实现对高温预热固体的进一步预热，从而强化固体燃料的预热效果。

如本领域技术人员能够想到的，在本发明所述的一种固体燃料旋转预热燃烧系统和方法中，采用两级旋转预热装置串联的布置方式时，上级和下级的排气口排出的高温气体燃料将均通入锅炉炉膛内。

本发明中所述的固体燃料旋转预热装置的一种实施例中，固体燃料与含氧气体切向间隔进入旋转预热装置，固体燃料流和含氧气体流能够快速掺混。在本发明的另一种实施例中，固体燃料自旋转预热装置的顶部边缘进入预热装置，含氧气体自固体旋转预热装置直筒部的切向进入，固体燃料流和含氧气体流在空间上垂直，在含氧气体的携带下，固体燃料随气体一同在旋转预热装置内旋流流动。在旋流的同时，固体燃料部分燃烧气化，放出热量，产生高温固体燃料和高温气体燃料。通过在旋转预热装置内部设置凸起结构，强化旋转预热装置内气固两相的掺混，进而强化预热反应过程。在旋转预热装置内无需热床料即可发生预热反应，完成预热过程，克服了现有流态化预热过程中系统结构复杂、运行难度大、能耗较高的缺点。

在可选的实施例中，本发明所述的固体旋转预热装置由旋转直筒部11、顶盖17和底板以及设置在顶盖的中心筒出口18构成旋转预热装置的本体，进料口13设置在直筒部侧面，其轴线与直筒部呈大致相切的位置关系。与前文所述的固体旋转预热装置相比，本旋转预热装置将预热后的高温燃料不区分固体和气体，一同从设置在顶盖上的中心筒出口流出，在高温气体燃料的携带下，高温固体燃料易于输送，避免了使用一次风对高温固体燃料输送带来的系统和结构上的复杂性。具体结构如图9、图10所示。

优选的，固体燃料和含氧气体从同一进料口进入，即由含氧气体携带固体燃料，一同进入旋转预热装置。

优选的，直筒部壁面设置至少两个进料口，其中至少一个进料口仅用于通入固体燃料，至少一个进料口仅用于通入含氧气体。

本发明中所述的固体燃料预热燃烧系统，利用结构简单的旋转预热装置，实现燃料的预热，预热过程产生的气体和固体分别排出预热装置，在应用中，可分别针对气体和固体两种高温预热燃料进行调节，提高了调节的灵活性。预热固体燃料和高温还原性气体燃料可在炉膛内分级燃烧，实现了对氮氧化物的进一步还原，有利于进一步减少氮氧化物的排放。提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。

Claims (21)

1.一种固体燃料旋转预热装置，包括：直筒部、与直筒部下部固定连接的锥筒部；直筒部上方设置有顶盖，顶盖与直筒部、锥筒部围合成预热空间；在直筒部的侧面或顶盖处设置有进料口，用于通入待预热的固体燃料；在直筒部的侧面设置有进气口，用于通入含氧气体，其特征在于：预热后的高温气体燃料和高温固体燃料从所述固体燃料旋转预热装置的不同位置分别排出；所述固体燃料旋转预热装置的内部设置有凸起结构，所述凸起结构设置在直筒部上，在竖直方向上布置在进料口的下方；所述凸起结构面向来流方向的一面即第一侧面的外法线方向与来流方向为钝角。

2.根据权利要求1所述的固体燃料旋转预热装置，其特征在于：所述固体燃料旋转预热装置的不同位置分别为顶盖处设置的排气口和锥筒部底部设置的排料口；高温气体燃料从排气口排出，高温固体燃料从排料口排出。

3.根据权利要求1所述的固体燃料旋转预热装置，其特征在于：所述钝角在100°~170°之间。

4.根据权利要求1所述的固体燃料旋转预热装置，其特征在于：所述钝角在120°~150°之间。

5.根据权利要求1所述的固体燃料旋转预热装置，其特征在于：所述凸起结构还包括不与来流方向相迎的第二侧面，所述第二侧面的外法线方向与该处假想来流方向的夹角的范围为-30°~60°。

6.根据权利要求1所述的固体燃料旋转预热装置，其特征在于：所述凸起结构还包括不与来流方向相迎的第二侧面，所述第二侧面的外法线方向与该处假想来流方向的夹角的范围为0°~30°。

7.根据权利要求5或6所述的固体燃料旋转预热装置，其特征在于：所述凸起结构的第一侧面和第二侧面表面为弧状，第一侧面为向外凸起或向内凹陷的形状；第二侧面为向内凹陷的弧状；为减少凸起结构的磨损，将凸起结构的第一、第二侧面相交处制造成平滑连接的形状。

8.根据权利要求1所述的固体燃料旋转预热装置，其特征在于：所述凸起结构与直筒部内壁一同制造，直筒部内部为耐火耐磨浇注料浇筑，则凸起结构与直筒部内壁共同浇筑形成，或单独加工制造后安装在直筒部内壁上。

9.根据权利要求1所述的固体燃料旋转预热装置，其特征在于：所述凸起结构的高度占直筒部半径的5%~50%。

10.根据权利要求1所述的固体燃料旋转预热装置，其特征在于：所述凸起结构的高度占直筒部半径的10%~30%。

11.根据权利要求1所述的固体燃料旋转预热装置，其特征在于：所述进料口设置在直筒部侧面，所述进料口、进气口和直筒部相交处的轴线与该所述进料口、进气口和直筒部相交处直筒部切线的夹角在±30°范围。

12.根据权利要求1所述的固体燃料旋转预热装置，其特征在于：所述进料口设置在直筒部侧面，所述进料口、进气口和直筒部相交处的轴线与该所述进料口、进气口和直筒部相交处直筒部切线的夹角在±10°范围。

13.根据权利要求1所述的固体燃料旋转预热装置，其特征在于：所述固体燃料旋转预热装置采用多级串联的方式。

14.根据权利要求13所述的固体燃料旋转预热装置，其特征在于：所述多级串联为两级，即两个固体燃料旋转预热装置串联；两级旋转预热装置上下布置，分别对应为上级固体燃料旋转预热装置、下级固体燃料旋转预热装置，其中，下级旋转预热装置顶盖靠近直筒段边缘的位置设置有高温固体燃料进口，该高温固体燃料进料口直接和上级固体燃料旋转预热装置的排料口相连，用于将来自上级旋转预热装置的高温固体燃料送入下级固体燃料旋转预热装置中，下级固体燃料旋转预热装置的直筒部侧面设置有进气口，用于将含氧气体送入下级旋转预热装置中；上级旋转预热装置的底部排料口位于下级旋转预热装置的顶盖边缘。

15.一种固体燃料旋转预热方法，所述方法涉及权利要求1-14任意之一所述的固体燃料旋转预热装置，其特征在于，包括以下步骤：

（1）固体燃料和含氧气体分别由进料口和进气口切向进入旋转预热装置；

（2）固体燃料与含氧气体在旋转预热装置内发生部分燃烧反应，反应放出的热量将旋转预热装置内的物料加热，产生高温气体燃料和高温固体燃料；

（3）高温固体燃料由旋转预热装置的排料口排出，高温气体燃料由旋转预热装置顶部的排气口排出。

16.一种固体旋转预热装置，其特征在于：包括旋转直筒部、顶盖和底板以及设置在顶盖的中心筒出口，设置在直筒部侧面的至少两个进料口，其中，进料口的轴线与直筒部呈相切的位置关系；所述旋转预热装置将预热后的高温燃料不区分固体和气体，一同从设置在顶盖上的中心筒出口流出。

17.根据权利要求16所述的一种固体旋转预热装置，其特征在于：所述至少两个进料口中，固体燃料和含氧气体一同进入，即由含氧气体携带固体燃料，一同进入旋转预热装置；或者，所述至少两个进料口中，至少一个进料口仅通入含氧气体，至少一个进料口仅通入固体燃料。

18.一种固体燃料旋转预热方法，所述方法涉及权利要求16-17任意之一所述的固体燃料旋转预热装置，其特征在于，包括以下步骤：

（1）固体燃料和含氧气体从同一个进料口或分别从不同的进料口切向进入固体燃料旋转预热装置；

（2）固体燃料与含氧气体在旋转预热装置内发生部分燃烧反应，反应放出的热量将旋转预热装置内的物料加热，产生高温气体燃料和高温固体燃料；

（3）高温气体燃料和高温固体燃料一起，由旋转预热装置的中心筒出口排出。

19.一种固体燃料预热燃烧系统，其特征在于，包括：

采用权利要求1-14任意之一的固体燃料旋转预热装置，用于将固体燃料预热，并形成高温气体燃料和高温固体燃料；

锅炉炉膛；

下喷嘴，设置在锅炉炉膛下部；

一次风供给装置，适于将高温固体燃料通过下喷嘴送入炉膛内燃烧；

上喷嘴，设置在炉膛中部，所述上喷嘴和旋转预热装置的排气口相连通，适于将高温气体燃料送入炉膛燃烧；

布风装置，设置在炉膛底部，用于向炉膛通入二次风。

20.根据权利要求19所述的预热燃烧系统，其特征在于：所述固体燃料旋转预热装置和下喷嘴、上喷嘴三者构成一组预热单元，所述固体燃料预热燃烧系统设置有两组预热单元，且两组预热单元的两个下喷嘴相互对冲布置、两组预热单元的两个上喷嘴相互对冲布置。

21.一种如权利要求19或20所述的固体燃料预热燃烧系统进行预热燃烧方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将固体燃料和含氧气体，通入固体燃料旋转预热装置，二者在固体燃料旋转预热装置中发生部分燃烧反应，生成高温固体燃料和高温气体燃料；

（2）高温固体燃料经由旋转预热装置的排料口排出，并从下喷嘴送入炉膛中；

（3）通过炉膛底部的布风装置，向炉膛内通入二次风，与通入炉膛内高温固体燃料相遇后燃烧；

（4）高温气体燃料经由旋转预热装置的排气口排出，并从上喷嘴进入炉膛的中部，参与炉膛内的燃烧反应。

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