CN112833415A

CN112833415A - 煤粉预热装置及具有其的煤粉燃烧系统

Info

Publication number: CN112833415A
Application number: CN201911164705.6A
Authority: CN
Inventors: 朱建国; 吕清刚; 满承波; 刘敬樟; 欧阳子区; 李诗媛
Original assignee: Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Current assignee: Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Priority date: 2019-11-25
Filing date: 2019-11-25
Publication date: 2021-05-25

Abstract

本发明涉及一种煤粉预热装置，包括：流态化反应单元，具有反应单元出口以及返料口；旋风分离器，旋风分离器的入口与反应单元出口相接，旋风分离器包括在上部的筒体部以及在下部的锥部，旋风分离器还具有位于筒体部上侧的作为旋风分离器的气体出口的中心筒；返料管，返料管直接连接在锥部的底端与返料口之间，其中：锥部的底端与返料口之间的连线与竖直方向的夹角α≤45°。本发明还涉及一种煤粉燃烧系统，包括：炉膛；和上述煤粉预热装置，所述煤粉预热装置的旋风分离器的气体出口与所述炉膛相通以向炉膛内供应燃料。

Description

煤粉预热装置及具有其的煤粉燃烧系统

技术领域

本发明的实施例涉及煤粉预热燃烧领域，尤其涉及煤粉预热装置以及一种具有其的煤粉燃烧系统。

背景技术

目前的煤粉工业锅炉普遍存在的问题是，煤种适应性差，燃用煤粉的挥发分含量一般高于25％，煤粉燃烧的NOx排放水平高。预热燃烧是实现煤粉高效清洁燃烧的重要方法，预热燃烧可拓宽煤种适应性，且可大幅度降低煤粉燃烧的NOx排放水平。

现有技术中提出的煤粉预热装置存在体积较大的问题，也增加了煤粉预热装置的制造成本。

发明内容

为缓解或解决上述问题中的至少一个方面或者至少一点，提出本发明。

根据本发明的实施例的一个方面，提出了一种煤粉预热装置，包括：

流态化反应单元，具有反应单元出口以及返料口；

旋风分离器，旋风分离器的入口与反应单元出口相接，旋风分离器包括在上部的筒体部以及在下部的锥部，旋风分离器还具有位于筒体部上侧的作为旋风分离器的气体出口的中心筒；

返料管，返料管直接连接在锥部的底端与返料口之间，

其中：

锥部的底端与返料口之间的连线与竖直方向的夹角α≤45°。

可选的，所述返料管为倾斜布置的直管。

可选的，所述返料管包括彼此相接的竖向管与斜管，竖向管与锥部的底端相接，所述斜管连接竖向管与返料口。进一步可选的，所述斜管与竖向的夹角≤60°。

可选的，锥部的底端与返料口之间的高度h满足条件：

h≥(ΔP1+ΔP2)/ρg，其中：

ΔP1：返料口到反应单元出口的压差，单位为Pa；

ΔP2：反应单元出口到旋风分离器的气体出口的压差，单位为Pa；

ρ:气体的密度，单位为kg/m³；

g:重力加速度，单位为9.8m/s²。

可选的，所述旋风分离器包括同时与流态化反应单元相接的多个所述旋风分离器。

可选的，所述返料管在与返料口相接的端口或者所述返料口设置有遮挡部，所述遮挡部覆盖所述返料管的所述端口的一部分或所述返料口的一部分，所述遮挡部适于减小流通面积。

可选的，所述遮挡部为挡板或格栅。

可选的，所述遮挡部为挡板，所述挡板覆盖或遮挡所述返料管的端口的上部。

可选的，所述遮挡部覆盖所述返料管的所述端口的截面积的1/3～2/3或所述返料口的截面积的1/3～2/3。

可选的，所述煤粉预热装置还包括驱动部与密封部，所述驱动部用于驱动所述遮挡部以调整所述端口的流通面积，所述密封部用于为遮挡部的移动提供密封。

根据本发明的实施例的另一方面，提出了一种煤粉燃烧系统，包括：

炉膛；和

上述的煤粉预热装置，所述煤粉预热装置的旋风分离器的气体出口与所述炉膛相通以向炉膛内供应燃料。

附图说明

图1为根据本发明的一个示例性实施例的煤粉预热装置的示意图；

图2为图1中的煤粉预热装置的俯视图；

图3为示例性示出设置在返料口出的挡板的示意图；

图4为根据本发明的另一个示例性实施例的煤粉预热装置的示意图；

图5为图4中的煤粉预热装置的俯视图；

图6为根据本发明的再一个示例性实施例的煤粉预热装置的示意图；

图7为示例性说明返料管的高度设计的示意图。

具体实施方式

下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。在附图中，相同的附图标记表示相同或者相似的部件。

如图1-3所示，本发明的煤粉预热装置包括两两相连通的预热单元10、分离单元20、返料单元30。如图所示，预热单元10包括了流化给风单元40。

预热单元10为流态化反应装置；包括提升管11，以及设置在提升管底部的给煤口12。

分离单元20为物料分离装置，包括旋风分离器入口段21；与旋风分离器入口段切向相连的旋风筒22；旋风筒底端的料腿24和位于中间的中心筒23；

返料单元30为物料回送装置；包括返料斜管31和返料口挡板32；

流化给风单元40为预热的供风装置；包括流化风管41、流化风室42、流化风室上的布风板43和布风板上的风帽44。

流化风布风装置设置在提升管底部，流化风管41与流化风室42的入口相连，流化风室的上部为布风板43，布风板上设置有风帽44，流化风依次经过流化风管、流化风室、布风板上的风帽，进入提升管内11。

提升管11下部侧面设置有给煤口12，提升管11顶部侧面与分离器入口段21相切连接；

分离器入口段21的另一侧与旋风筒22连接，旋风筒22上部为直段、下部为锥段，旋风筒22下部出口与料腿24相连，料腿与返料段相通，返料段与提升管相通。

分离器入口段分别与提升管和旋风分离器相切，旋风分离器内的中心筒23与旋风筒可在或不在同一中心线，旋风分离器中心筒可采用偏心布置方式。

返料段为一斜管结构，其与水平线的夹角大于45°，旋风分离器分离出来的物料通过料腿直接进入返料段，返料段不需要通入返料风，利用分离物料的重力和分离器垂直向下及下倾的返料段结构，实现分离物料的自动回送。

未被分离的物料跟随气体从旋风分离器中心筒流出，离开煤粉预热装置。旋风分离器中心筒即预热燃料的出口。

其工作过程和原理如下：

流化风从提升管底部通入提升管内，一次风携带煤粉从给粉口输送到提升管内，煤粉在提升管内发生部分燃烧和气化反应，通入提升管的流化风和一次风与煤粉反应后转化为含有CO、H₂和CH₄的煤气成分，煤粉脱除挥发分及部分反应后转化为焦炭。流化风与一次风的总量占煤粉燃烧理论空气量的10-30％，在送入提升管的流化风与一次风中，流化风占送入提升管风量的50-70％，送粉风占送入提升管风量的30-50％，提升管内气体的流化速度为1-6m/s，气体温度为800-950℃之间。

提升管内，通过煤粉和一次风、流化风的部分燃烧反应，提升管内充满了高温焦炭和高温煤气(统称为高温预热燃料)，高温预热燃料从提升管顶部切向进入旋风分离器内，高温预热燃料沿旋风分离器壁面呈螺旋线向下运动，在运动的过程中，一部分较小颗粒粒径的高温煤焦则随高温煤气一同从旋风分离器顶部中心筒流出，另一部分高温煤焦的粒径较大颗粒被旋风分离器捕集，进入料腿并通过返料段直接送入提升管，返回的高温颗粒即高温焦炭在提升管内与煤粉和冷空气相遇，迅速加热煤粉和空气到600℃以上，新加入的煤粉和空气在高温下发生部分燃烧和气化反应，进而转化为高温焦炭和高温煤气，再次从提升管顶部进入旋风分离器，如此实现循环的预热和分离过程。

因预热装置内为强还原气氛，预热装置内物料浓度高，高浓度的物料进入旋风分离器后易于发生分离，且在料腿中形成料封，有效隔绝了提升管内的气体从返料段与提升管接口处反窜到旋风分离器中心筒，保障了预热装置的物料稳定循环和高效预热。

因旋风分离器底部的返料段为直筒结构，经旋风分离器分离下来的物料可快速返回提升管内，增加物料循环倍率，减少分离的物料在料腿中的停留时间，可有效防止料腿中因高温状态存在的结焦现象。

在可选的实施例中，可以在返料段进入提升管处设置一挡板，挡板的高度为返料段在提升管处截面高度的1/3～2/3。在具体的实施例中，如图3所示，所述遮挡部为挡板，所述挡板覆盖或遮挡所述返料管的端口的上部。如此，更加避免了返料段的窜气，保证预热装置的安全运行。这里的挡板对应于遮挡部或者是遮挡部的一个具体示例，需要指出的是，返料管在与返料口相接的端口或者返料口可以设置有遮挡部，所述遮挡部覆盖返料管的所述端口的一部分或返料口的一部分，遮挡部适于减小流通面积。遮挡部还可为格栅。

虽然没有示出，煤粉预热装置还可包括驱动部与密封部，所述驱动部用于驱动所述遮挡部以调整所述端口的流通面积，所述密封部用于为遮挡部的移动提供密封。

下面为本发明的一个具体的实施例：供入提升管的送粉风和流化风占煤粉燃烧理论空气量的15％，流化风占供入提升管风量的40％，送粉风为60％，提升管内温度为850℃，提升管内气体速度为3.0m/s，分离器入口段速度为20m/s，分离器下降段速度为5m/s，分离器出口速度为30m/s，分离效率为96％，分离器出口燃料预热温度为830℃。

随着预热装置的容量放大，提升管可同时带多个旋风分离器，每个旋风分离器上设置一个预热燃料出口。图4为根据本发明的另一个示例性实施例的煤粉预热装置的示意图，图5为图4中的煤粉预热装置的俯视图，在图4-5中，与图1-3中相同的附图标记表示相同或相似的部件。在图4-5中，提升管同时带有两个旋风分离器。

图6为根据本发明的再一个示例性实施例的煤粉预热装置的示意图。其中，旋风分离器的锥部与返料口之间直接连接一斜管31，斜管与竖向方向的夹角α≤45°。

图7为示例性说明返料管的高度设计的示意图。锥部的底端与返料口之间的高度h满足条件：

h≥(ΔP1+ΔP2)/ρg，其中：

ΔP1：返料口到反应单元出口(对应于旋风分离器入口段)的压差，单位为Pa；

ρ:气体的密度，单位为kg/m³；

g:重力加速度，单位为9.8m/s²。

h最低高度的要求是防止提升管内的气体从返料口32处经过旋风筒22到达出口或中心筒23，即防止气体反窜，保障气流方向为从提升管11经旋风分离器入口段21进入旋风筒22实现气固分离，分离的固体沿返料斜管31返回提升管11，用于新加入煤粉的预热；未分离的固体跟随气体从中心筒23流出。

需要指出的是，在确定高度或者压差时，返料口的位置是返料口的下缘，锥部的底端为锥部的底端的端口，反应单元出口的位置为该出口的下缘。

基于以上，本发明提出了如下技术方案：

1、一种煤粉预热装置，包括：

流态化反应单元(对应于提升管)，具有反应单元出口以及返料口；

返料管，返料管直接连接在锥部的底端与返料口之间，

其中：

锥部的底端与返料口之间的连线与竖直方向的夹角α≤45°。

需要指出的是：这里的连线对应于锥部的底端的端口中心与返料口的中心两点的连线；这里的返料管是旋风分离器的锥部与返料口之间的管段。

2、一种煤粉燃烧系统，包括：

炉膛；和

上述煤粉预热装置，所述煤粉预热装置的旋风分离器的气体出口与所述炉膛相通以向炉膛内供应燃料。

基于本发明的技术方案，至少可以获得如下技术效果之一：

(1)预热装置结构简单、操作方便，负荷适应能力强；

(2)旋风分离器下的料腿通过返料段下倾结构直接连接到提升管，返料流率增大，且高温物料在料腿内的停留时间缩短，为预热装置的高效稳定预热提供了保障。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化、要素组合，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种煤粉预热装置，包括：

流态化反应单元，具有反应单元出口以及返料口；

返料管，返料管直接连接在锥部的底端与返料口之间，

其中：

锥部的底端与返料口之间的连线与竖直方向的夹角α≤45°。

2.根据权利要求1所述的煤粉预热装置，其中：

所述返料管为倾斜布置的直管。

3.根据权利要求1所述的煤粉预热装置，其中：

所述返料管包括彼此相接的竖向管与斜管，竖向管与锥部的底端相接，所述斜管连接竖向管与返料口。

4.根据权利要求3所述的煤粉预热装置，其中：

所述斜管与竖向方向的夹角≤60°。

5.根据权利要求1所述的煤粉预热装置，其中：

锥部的底端与返料口之间的高度h满足条件：

h≥(ΔP1+ΔP2)/ρg，其中：

ΔP1：返料口到反应单元出口的压差，单位为Pa；

ρ:气体的密度，单位为kg/m³；

g:重力加速度，单位为9.8m/s²。

6.根据权利要求1所述的煤粉预热装置，其中：

所述旋风分离器包括同时与流态化反应单元相接的多个所述旋风分离器。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的煤粉预热装置，其中：

所述返料管在与返料口相接的端口或者所述返料口设置有遮挡部，所述遮挡部覆盖所述返料管的所述端口的一部分或所述返料口的一部分，所述遮挡部适于减小流通面积。

8.根据权利要求7所述的煤粉预热装置，其中：

所述遮挡部为挡板或格栅。

9.根据权利要求8所述的煤粉预热装置，其中：

所述遮挡部为挡板，所述挡板覆盖或遮挡所述返料管的端口的上部。

10.根据权利要求7所述的煤粉预热装置，其中：

所述遮挡部覆盖所述返料管的所述端口的截面积的1/3～2/3或所述返料口的截面积的1/3～2/3。

11.根据权利要求7所述的煤粉预热装置，其中：

所述煤粉预热装置还包括驱动部与密封部，所述驱动部用于驱动所述遮挡部以调整所述端口的流通面积，所述密封部用于为遮挡部的移动提供密封。

12.一种煤粉燃烧系统，包括：

炉膛；和

根据权利要求1-11中任一项所述的煤粉预热装置，所述煤粉预热装置的旋风分离器的气体出口与所述炉膛相通以向炉膛内供应燃料。