CN1126810A - 煤粉气化燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤粉气化燃烧装置，属加热设备，适用于各种高、中、低温工业炉窑的供热。装置为直立式结构，以耐火材料为内衬，炉壁无水冷，包括一级气化室、联接段及二级燃烧器，气化室内设置的缩口结构将气化室分成上下二室，上室中煤粉在α＝0.55～0.75的情况下燃烧生成低热值煤气，热煤气通过联接段分配到第二级引射式燃烧器与三次风混合，进入工业炉炉膛实现完全燃烧。本燃烧装置燃烧效率高，捕渣率70～95％，NOx生成量少。

Description

煤粉气化燃烧装置

本发明涉及一种细颗粒至粉末状固体燃料气化燃烧的多级燃烧装置，尤其是由第一级旋流式的气化室及第二级二次燃烧器组成的煤粉多级燃烧装置。

煤炭直接燃烧供热效率低、污染严重，将煤炭气化后再燃烧，可以克服直接燃烧的缺点，但现有的煤气化炉投资大，所以人们一直寻求简而易行的煤的高效、无污染的燃烧方法。

杂志《Industrial Heating》1985年11期《Versatile Slagg—ing Coal Combustion System Designed for Energy Efficency Without Pollution》、杂志《燃料及燃烧》(日)1992年3、4月号的《石炭部分燃烧炉(CPC)技术的开发》、中国专利CN2050929U《粉煤旋风燃烧器》及CN2051324U《液排渣粉煤旋风燃烧装置》均介绍了采用旋流式结构不同的粉煤燃烧装置，前两种目的在于解决锅炉以煤代油、气作燃料时产生污染的问题，后二种则以用于轧钢加热炉供热为目的。它们均为卧式放置，采用液态排渣方式，炉壁水冷，它们存在的共同缺点是：

1、水冷热损失大。不仅降低了有效供热热量，而且耗用大量冷却水。

2、煤种适应范围窄。对高灰熔点的煤种，排渣困难。

3、负荷调节范围小。因而不易满足工艺过程中的温度调节。

杂志《工业加热》(日)1989年11月号《旋回流燃烧炉的应用》介绍了一种立式、风冷的液排渣燃烧工业泥煤的燃烧装置，它采用加压富氧燃烧，具有细长结构型的炉体。该文对其燃烧装置在加压富氧燃烧又未采用水冷的情况下，如何保证炉衬长期可靠使用，未提供证据。

本发明的目的是提供一种适用于各种工业炉窑供热的煤粉燃烧装置，它具有一定的煤的气化程度、较高的灰渣捕集能力和热效率，能适不同煤质和大的负荷调节范围，而且炉壁无水冷。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：将燃烧装置设计为直立式园筒形结构，它包括第一级旋流式气化室、联接段及第二级引射式燃烧器。在第一级，气化室中设置有一个沿周边成园环形的缩口结构，将旋流式的气化室隔开成上室和下室，一次风、煤粉混合物从上室顶端的旋流器中喷入，二次风从均匀分布于侧壁的环道各点喷口切向喷入，两股气流同时在气化室内高速旋转，相互混合，加之缩口的限流作用，在气化室上室形成开式的中心回流及环室回流，上室的特殊流场结构有利于煤粉颗粒与空气快速混合和燃烧，并可阻止部分微细的煤粉和灰渣过早地被带出上室，使它们在上室有足够的停留时间。控制一、二次风的总空气量使空气系数α＝0.55～0.75，煤粉在空气量不足的条件下进行不完全燃烧，生成含有一氧化碳、氢等可燃气体的高温低热值煤气。高温燃气经由联接段进入第二级，在联接段进一步除尘并分配到第二级引射式燃烧器与三次风相混合，喷入工业炉炉膛进行完全燃烧。引射式燃烧器可以由三次风喷管作中心管构成，亦可由三次风成周边射入形式构成。煤灰渣的大部分形成凝聚的固态颗粒渣在气化室下室被捕集从下室下部的渣沟中排出。整个燃烧装置以耐火材料为内衬，炉壁无水冷。在气化室上室也可以依实际需要通入部分水蒸气。

气化室上室的耐火材料炉壁中，砌筑有二次风空气环形供风通道，环形通道的结构中设置有分流装置以保证各喷口风均匀喷出。二次风空气环形通道可对二次风进行自预热，同时也对耐火材料砌筑的内衬起到降温保护。

气化室中设置的缩口结构是平板状的，也可以是阶梯式或斜面的，缩口的限流与上室的旋转气流配合可起到托浮作用，使煤粉颗粒在缩口上多次循环旋转，不仅延长了煤粉颗粒的停留时间，使残炭进一步气化，保证气化反应得以完成，而且提供了灰渣粒相碰撞附聚成更大颗粒的条件，提高了捕渣率，捕渣率可达70—95％。

气化室下室下部设有水封出渣口，侧壁有联接段，联接段是高温燃气由第一级进入第二级的通道，根据实际情况及需要，可将联接段设计成各种需要的形状，燃气在此进一步除尘后进入第二级，沉积于联接段的飞灰从出灰门排除。

本燃烧装置由于炉型设计的独特性，使气化室中呈现特殊的流场结构，传热传质条件优良，加之一、二次风的配合合理，在气化室中煤粉与空气混合均匀，迅速着火燃烧、并在气化室内有足够的停留时间，保证反应完全，因此机械不完全燃烧很小，加之炉壁无水冷，热损失亦很小，所以燃烧效率高达96％以上。

通过对一、二次风的调节，可控制上室内反应温度，使大部分煤灰渣成固态凝聚渣排出，缩口和回流的托浮作用延长了颗粒的停留时间，使残炭进一步气化，也增加了灰粒相互碰撞附聚成更大颗粒的条件，加之联接段的进一步除尘，可保证捕渣率达70～95％，因此，供入工业炉炉膛的燃气是相对洁净的。

适当调节供煤量，一、二次风风量等，即可适应煤种变化或负荷变化。

上室的反应温度控制在1100℃—1400℃范围内，二次风环道的设置在自身预热二次风的同时亦降低了内衬的温度，对内衬起到保护作用，因而本燃烧装置采用耐火材料做内衬，炉壁无水冷，即可获得炉衬的高寿命。

由于多级燃烧，燃烧产物中NOx含量低，不造成环境污染。所以，本燃烧装置是一种使煤粉气化、高效节能、自除尘、低NOx的新型燃烧装置。

本发明的煤粉气化燃烧装置工业性试验首先用于φ200×5轧机的步进床式连续加热炉，采用的本燃烧装置为小时耗煤量200Kg的，配备FM—200型风扇式磨煤机供煤，试验投产运行后统计试验前后情况如表1：

                           表1

	平均煤耗(Kg/吨材)	最低煤耗(Kg/吨材)	平均班产(吨)	最高班产(吨)
					试验前	165	156	10.348	19.447
试验结果	96.58	63	13.72	21.987

由此看出，本煤粉气化燃烧装置节能效果显著。经测定，捕渣率高达93.06％，对钢坯氧化烧损量平均1.25％，提高了钢坯的成材率，负荷调节比大，燃烧效率高，车间环境大为改善，烟囱冒白烟，林格曼黑度为零，烟尘排放达标。

下面结合附图和实施例作进一步的详细描述。

图1为本发明的燃烧装置示意图。

图2为图1的A—A剖面示意图。

图3为气化室流场示意图。

由附图可知，一次风、煤粉混合物经管道1由旋流器2从上室3顶部轴向旋转喷入，二次风由二次风进口6进入二次风环带5由均布的多个喷口4从上室侧壁切向喷入，二次风环带中设置有分流装置，以保证各喷口风均匀喷出，上室中，一次风喷嘴直径与上室直径之比为0.15～0.45，上室的断面热强度为12×10⁶KJ/m²～25×10⁶KJ/m²，二次风喷口与一次风喷咀的距离以250～500mm为佳。缩口结构10位于气化室中部，距二次风喷口的距离是上室直径的0.6～1.4倍。缩口结构为平板状，缩口直径与上室直径之比在0.5～0.8范围内，缩口厚度以50～150mm为佳。炉壁由耐火材料7、隔热材料8、钢板9复合构成，无水冷。由于独特的炉型结构、上室内气流的高速旋转和缩口的限流作用，在上室形成了有利于煤粉颗粒与空气快速混合和燃烧的开式中心回流及环室回流。适当调节一、二次风风量，以适应煤种或负荷变化，使上室空气系数α＝0.55～0.75，煤粉在空气量不足的条件下进行不完全燃烧。通过对一、二次风风量的调节，可控制上室内反应温度在1100℃—1400℃范围内，使大部分灰渣成凝聚状态。当未充分反应含有部分残炭的灰粒，下行至缩口10处时，由于缩口和气流的托浮作用，使颗粒在缩口上多次循环旋转，随着缩口结构上颗粒数量不断增加，颗粒逐渐长大，成为大块的凝聚渣颗粒不断被挤落而沉降于下室11的排渣口12进入渣沟13中。上述造渣过程是在炉温为1100℃—1400℃的范围内实现的，因而一般高荷软、高密度的高铝砖、莫来石砖、硅线石砖等均可做为炉衬材料而无需水冷即可获得炉衬的高寿命。由于通过炉温调节，可实现灰渣成凝聚状态，避免了结渣和排渣困难的问题发生，上室特殊的结构形式和风量的调节保证了这一效果。随炉烟飘出上室的较细颗粒，在缩口处获得较大的动能进入下室，在缩口下由于气流突然扩张而发生急转，使这些颗粒(颗粒直径10～20微米以上)的一部分又被分离出来，落于下室渣沟，被捕集的灰渣由水封的渣沟采用人工或机械排出。相对洁净的高温燃气经联接段14到达二次燃烧器16，联接段既是高温燃气的通道又可根据需要和实际情况设计成各种形状，起燃气进一步除尘的作用，沉积的飞灰从出灰门17中清除。在二次燃烧器加入三次风，由三次风喷管15作中心管构成的引射式二次燃烧器16将高温燃气和空气喷入工业炉窑的炉膛18内进行完全燃烧。

本发明的煤粉气化燃烧装置依实际需要可设计为从200Kg煤/h～2000Kg煤/h的各种型号，可以用于轧钢加热炉、还可用于锻造炉、热处理炉、隧道窑、辊道窑等工业炉窑，可由一个或多个煤粉气化燃烧装置供热。

Claims (5)

1、一种煤粉气化燃烧装置，为直立式结构，它包括第一级旋流式气化室、联接段及第二级燃烧器，其特征在于：第一级旋流式气化室内设置有缩口结构(10)将气化室分隔成上室(3)和下室(11)，上室顶端有喷入一次风、煤粉混合物的旋流器(2)，上室周边设置有均布的切向的二次风喷出口(4)，下室有水封出渣口(12)，侧壁有联接段(14)，第二级为引射式燃烧器(16)，整个燃烧装置采用耐火材料内衬，炉壁无水冷。

2、根据权利要求1所述的煤粉气化燃烧装置，其特征在于：气化室上室中，一次风喷嘴直径与上室直径比值为0.15～0.45，上室的断面热强度为12×10⁶ KJ/m²～25×10⁶ KJ/m²，二次风喷口与一次风粉喷嘴的距离以250～500mm为佳，二次风经由空气环形通道分配到各喷口喷入室内，环形通道的结构中设置有分流装置。

3、根据权利要求1所述的煤粉气化燃烧装置，其特征在于：气化室中设置有缩口结构，缩口结构是平板状的、阶梯式的或斜面的，缩口直径与上室直径之比在0.5～0.8范围内，缩口厚度以50～150mm为佳，缩口距二次风喷口的距离是上室直径的0.6～1.4倍。

4、根据权利要求1所述的煤粉气化燃烧装置，其特征在于：气化室下室设置有水封出渣口，侧壁有联接段，联接段可依据实际情况设计成各种形状。

5、根据权利要求1所述的煤粉气化燃烧装置，其特征在于：气化室为直立式园筒型，内衬用耐火材料砌筑构造，炉壁无水冷，工艺参数气化室总供空气量α＝0.55～0.75，气化室出渣为固态凝聚渣。

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