CN200940837Y - 用于炉窑的燃煤热解气化湍流燃烧节能设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃煤炉窑技术领域，特别是一种用于炉窑的燃煤热解气化湍流燃烧节能设备。包括炉体、炉排、送煤装置、送风装置、供水装置、蒸汽装置，炉体内设有燃煤热解气化装置、湍流布风燃烧装置、高效旋流余热回收装置和与上述各种装置相连接的炉窑风煤比自寻优控制装置。燃煤经馈氧热解气化在低温还原气氛中生成大量CO、CH4、H2等可燃气体，然后进行湍流燃烧，使燃烧更加充分。炉窑风煤比自寻优控制装置对锅炉运行的燃煤量、送风量、引风量进行有效监控，确保燃煤能够在最佳工况条件下进行。本实用新型适用于各类燃煤锅炉和窑炉，施工安装简单快捷，具有较好的降尘和固硫效果，节煤率大于20％，节电率大于30％。

Description

用于炉窑的燃煤热解气化湍流燃烧节能设备

技术领域

本实用新型涉及燃煤炉窑技术领域，特别是一种用于炉窑的燃煤热解气化湍流燃烧节能设备。

背景技术

现行的燃煤锅炉和窑炉燃煤燃烧一般均采用传统的过氧燃烧方式。燃煤在炉排上首先受热后挥发分部分析出，剩下固定碳部分与从炉膛下部布风室送入的新风在过氧条件下反应燃烧，生成二氧化碳、二氧化硫、氮气等随烟气一起排出炉外。这种传统的燃烧工艺因燃烧热效率低而使锅炉热效率低，一般链条炉排锅炉设计热效率为78％左右，实际运行热效率小于60％。为了提高燃煤燃烧热效率，又开发出煤粉锅炉，循环流化床锅炉，这些燃烧工艺虽然燃烧效率、锅炉热效率有所提高，但燃料燃烧工艺的本质还是燃料的过氧燃烧，是燃煤与氧直接接触的固体燃料氧化燃烧。近年来还有将煤粉制成浆液的水煤浆技术，但其燃烧的本质还是过氧燃烧。这些燃烧工艺的缺点是：燃料进入炉膛后挥发分析出阶段会产生大量碳黑成分，并随烟气一起排出炉外，造成烟气林格曼黑度增加。在氧化气氛中，燃煤中的各种形态的硫90％以上以SO₂的形态析出，形成污染源。直接氧化燃烧产生的烟气中含尘浓度较高，增加烟气系统后部除尘负荷。在层燃锅炉中，燃料在炉排上燃烧火焰强度和高度沿炉排方向从前至后是降低的，整个炉膛的温度场是不均匀的，使锅炉燃烧侧与热媒侧换热效率不高。直接氧化燃烧使煤粒在挥发分析出后的碳燃烧表面形成灰渣后而产生热阻，使碳的内部无法烧透，随炉渣一起排出炉外，造成锅炉固体不完全燃烧热损失增大。根据燃煤直接氧化燃烧工艺存在的问题，市场又运用一种煤气发生炉技术。将原煤送入煤气发生炉生产出煤气后再送入炉膛参加燃烧，煤气发生炉技术克服了传统直接氧化燃烧的诸多问题，但煤气的产生和燃烧时在两个系统中完成的，造成燃烧工艺系统复杂，占地面积增加，初投资和系统维护工作量增大。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种在传统燃烧设备的基础上，将煤气发生炉气化技术集成于同一工艺中的用于炉窑的燃煤热解气化湍流燃烧节能设备。

本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现的。

按照本实用新型的用于炉窑的燃煤热解气化湍流燃烧节能设备，包括炉体、炉排、送煤装置、送风装置、引风机、供水装置、蒸汽装置，其特征在于所述的炉体内设有燃煤热解气化装置、湍流布风燃烧装置、高效旋流余热回收装置和与上述各种装置相连接的炉窑风煤比自寻优控制装置，

1)所述的燃煤热解气化装置包括所述的送煤装置，与送煤装置相连接的炉排，设在炉排两侧的布风装置，设在送煤装置上的送煤控制器以及和布风装置相连接的送风量控制器，和引风机相连接的引风量控制器，

2)所述的湍流布风燃烧装置包括设在炉膛两侧的布风板，此布风板经高效旋流余热回收装置、带阀门的管道和鼓风机相连接，形成闭合送风系统。

3)所述的高效旋流余热回收装置设在锅炉排烟道出口处，

4)所述的锅炉风煤比自寻优控制装置包括由设在炉体上的蒸汽温度、探头、炉膛负压探头、炉膛含氧量探头、排烟温度探头、入口水温探头及变送器所组成的锅炉燃烧工况监测装置，经模拟量输入模块与此监测装置相连接的控制机，所述的送煤控制器、送风量控制器、引风量控制器经模拟量输出模块与此控制机相连接。

所述的布风板的垂直方向均匀分布水平风嘴。此喷嘴喷出的新风于炉膛燃烧的火焰形成湍流燃烧形态。

所述的高效旋流余热回收装置通过管路与所述的鼓风机相连接。

所述的在引风机出口处设有旁通管道阀门并与鼓风机出口管道相连。

所述的控制机由工控机，分别与此工控机相连接的PLC工作站、键盘、显示器、打印机所组成，此工控机内设有最佳风煤比自学习模块和风煤比自寻优策略模块。

本实用新型的工作原理是：

在燃煤的热解气化装置中。当燃煤进入炉排后，在炉温作用下挥发分析出并燃烧，产生CO₂，剩余碳在馈氧还原气氛中，烟气中的CO₂扩散到其表面并迅速与碳发生还原反应，因而在碳粒表面周围生产大量的CO并向外扩散，使得碳粒周围新风中的氧气还未来得及扩散到碳粒表面上，便与碳粒表面附近的CO发生燃烧反应而迅速消耗掉，CO、O₂浓度在这里急剧下降，使反应动力增强，碳粒的气化反应加快，燃烧热效率提高。当燃料层达到一定温度后，碳的气化速度主要取决于还原反应C+CO₂→2CO的反应速度。由于CO、O₂在碳表面附近反应燃烧而迅速消耗掉，使O₂不能到达碳粒表面，因而碳与氧的直接反应基本反应基本停止了，C和CO₂反应开始活跃起来，使碳粒不断气化生成大量CO，遇到O₂后反应燃烧，直到碳粒充分气化燃烬。

燃煤在馈氧还原气氛中气化燃烧，二氧化硫同时会得到有效抑制。燃煤在燃烧时，挥发分析出的同时，煤中各种形态的硫也相继析出，在氧化性气氛下，硫均以SO₂形态析出，在还原性气氛下，硫以FeS、RSH(硫醇)和H₂S形态析出。本技术根据燃煤中SO₂的析出特性，使燃煤在炉排上处于馈氧还原性气氛条件下，低温慢速热解气化，还原生成大量CO等可燃气体，各种形态的硫以FeS、RSH、H₂S形态析出而FeS固化在炉渣中，最大限度地抑制了燃煤中SO₂的析出。

第二部分为湍流布风燃烧系装置。通过在锅炉炉排上两侧设有特制布风板，并与锅炉鼓风机管道，阀门等形闭合送风系统。将原锅炉在炉排下部供风改为大部分新风从炉排侧面供给，实现在炉排上的燃煤处于馈氧还原气氛中，在炉温的作用下热解气化，产生大量可燃气体与布风板送入的新风在过氧状态下强化燃烧，放出热能，变燃煤在炉排上的固体过氧直接燃烧为燃煤在炉排上馈氧气化燃烧，因而提高燃煤燃烧热效率。同时通过布风板送风嘴横向送入新风，与火焰形成了湍流平面混合层的拟序结构，对燃烧的层流火焰产生湍流扰动，最终导致整个火焰面本身破裂，火焰锋面表面积大大增加，未燃可燃物被充分加热和着火，在湍流扰动作用下，燃烧后，产生的烟气互相卷吞、拉伸、粘附，从而激发比层流燃烧强度大几十倍的燃烧强度，使气化后可燃气体充分燃烧，提高炉膛温度和锅炉热效率。燃煤气化湍流燃烧使燃烧火焰充满整个炉膛，使炉膛内温度场更加均匀，炉温增高，与锅炉换热管束的换热强度增加，换热效率提高。

第三部分为高效旋流余热回装置。燃煤气化湍流燃烧，燃烧效率提高后使炉窑排烟温度也相应提高，在烟气出口处设置了高效旋流余热回收装置，利用排烟的余热对送入炉膛的新风进行预热，降低排烟热损失，进一步提高热效率。

第四部分为炉窑风煤比自寻优自控系统。根据燃煤热解气湍流燃烧的实际运行工况，设计了一套适合燃煤炉窑使用的计算机自动监测控制系统。对燃烧系统和燃烧运行工况进行实时监测和控制，采用最佳风煤比自学习系统和风煤比在线自寻优策略，保证炉窑在最佳工况下运行，提高炉窑燃烧系统运行效率，节省电能。

本实用新型的优点是：

1.燃煤热解气化湍流燃烧节能技术适用于各类燃煤锅炉和窖炉。具有强化燃烧的特殊功能，使锅炉对煤种的适应性增强。

2.燃煤热解气化和湍流燃烧在原锅炉内完成，不需另设专门的煤的气化发生炉，工艺流程简单，施工安装方便，节省初投资。

3.燃煤热解气化湍流燃烧，变燃煤固体过氧直接燃烧为燃煤馈氧还原气化气体燃烧，燃烧效率增高，节煤效果显著，平均节煤率大于20％。耗煤量降低，锅炉燃烧所需新风量和燃烧后产生的烟气量均减少，锅炉鼓、引风机均在低负荷下运行，采用锅炉风煤比自寻优自控技术，节省电能30％以上，综合节能效果显著。

4.本实用新型技术既适用于旧锅炉燃烧系统改造，也适用于新建锅炉房。布风板，高效旋流换热装置、控制柜均由工厂加工制造，现场施工安装快捷。

5.燃煤热解气化湍流燃烧技术，在总耗煤量减少的前提下，实现无烟化燃烧，燃烧污染物排放量大大减少。在烟气、碳黑减少的同时，具有较好的固硫效果，使烟气中SO₂生成量减少，各项排放指标均能达到国家现行排放标准。

6.采用高效旋流余热回收装置，进一步回收排烟中的余热，并利用此余热预热新风，使锅炉燃烧工况更加稳定，锅炉排烟热损失减少，热效率提高。

7.采用锅炉风煤比自寻优自动监测控制技术，提高锅炉燃烧系统运行可靠性，减轻操作人员的劳动强度，保证锅炉在最佳工况条件下运行，节省电能。

8.燃煤热解气化湍流燃烧节能技术，具有明显的节能、降耗、减污、增效的综合效果，具有环保和经济双重效益。是各类燃煤锅炉、窖炉节能环保首选实用技术。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为湍流布风燃烧装置的结构示意图。

图3为控制装置结构框图。

具体实施方式

下面结合附图说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，本实用新型的用于炉窑的燃煤热解气化湍流燃烧节能设备，包括炉体4、炉排1、送煤装置2、引风机、送风装置6、供水装置5、蒸汽装置3，其特征在于所述的炉体4内设有燃煤热解气化装置、湍流布风燃烧装置、高效旋流余热回收装置和与上述各种装置相连接的炉窑风煤比自寻优控制装置，

1)所述的燃煤热解气化装置包括所述的送煤装置2，与送煤装2置相连接的炉排1，设在炉排两侧的布风装置，设在送煤装置2上的送煤控制器以及和布风装置相连接的送风量控制器，和引风机相连接的引风量控制器，

2)所述的湍流布风燃烧装置包括设在炉膛两侧的布风板，此布风板经高效旋流余热回收装置、带阀门的管道和鼓风机相连接，形成闭合送风系统。

3)所述的高效旋流余热回收装置设在锅炉排烟道出口处，

4)所述的锅炉风煤比自寻优控制装置包括由设在炉体上的蒸汽温度、探头10、炉膛负压探头11、炉膛含氧量探头12、排烟温度探头13、入口水温探头14及变送器10′、11′、12′、13′、14′所组成的锅炉燃烧工况监测装置，经模拟量输入模块15与此监测装置相连接的控制机，所述的送煤控制器17、送风量控制器18、引风量控制器19经模拟量输出模块16与此控制机相连接。

所述的布风板7的垂直方向均匀分布水平风嘴8。此喷嘴8喷出的新风于炉膛燃烧的火焰形成湍流燃烧形态。

所述的高效旋流余热回收装置通过管路与所述的鼓风机相连接。

所述的在引风机出口处设有旁通管道阀门并与鼓风机出口管道相连。

所述的控制机由工控机22，分别与此工控机22相连接的PLC工作站20、键盘21、显示器23、打印机24所组成，此工控机22内设有最佳风煤比自学习模块和风煤比自寻优策略模块。

Claims (5)

1、一种用于炉窑的燃煤热解气化湍流燃烧节能设备，包括炉体、炉排、送煤装置、送风装置、引风机、供水装置、蒸汽装置，其特征在于所述的炉体内设有燃煤热解气化装置、湍流布风燃烧装置、高效旋流余热回收装置和与上述各种装置相连接的炉窑风煤比自寻优控制装置，

1)所述的燃煤热解气化装置包括所述的送煤装置，与送煤装置相连接的炉排，设在炉排两侧的布风装置，设在送煤装置上的送煤控制器以及和布风装置相连接的送风量控制器，和引风机相连接的引风量控制器，

2)所述的湍流布风燃烧装置包括设在炉膛两侧的布风板，此布风板经高效旋流余热回收装置、带阀门的管道和鼓风机相连接，形成闭合送风系统，

3)所述的高效旋流余热回收装置设在锅炉排烟道出口处，

4)所述的锅炉风煤比自寻优控制装置包括由设在炉体上的蒸汽温度、探头、炉膛负压探头、炉膛含氧量探头、排烟温度探头、入口水温探头及变送器所组成的锅炉燃烧工况监测装置，经模拟量输入模块与此监测装置相连接的控制机，所述的送煤控制器、送风量控制器、引风量控制器经模拟量输出模块与此控制机相连接。

2、根据权利要求1所述的用于炉窑的燃煤热解气化湍流燃烧节能设备，其特征在于所述的布风板的垂直方向均匀分布水平风嘴。

3、根据权利要求1所述的用于炉窑的燃煤热解气化湍流燃烧节能设备，其特征在于所述的高效旋流余热回收装置通过管路与所述的鼓风机相连接。

4、根据权利要求1所述的用于炉窑的燃煤热解气化湍流燃烧节能设备，其特征在于所述的在引风机出口处设有旁通管道阀门并与鼓风机出口管道相连。

5、根据权利要求1所述的用于炉窑的燃煤热解气化湍流燃烧节能设备，其特征在于所述的控制机由工控机，分别与此工控机相连接的PLC工作站、键盘、显示器、打印机所组成，此工控机内设有最佳风煤比自学习模块和风煤比自寻优策略模块。

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