CN202074842U - 一种烟道补燃装置 - Google Patents

Abstract

一种烟道补燃装置，包括环形燃烧仓及控制柜，所述环形燃烧仓上设有至少四个燃烧室，每一燃烧室安装有带自动进风调节装置的煤气烧嘴、火焰监测器及点火枪，所述烟道补燃装置安装在余热热源与余热锅炉之间的热风烟道主管中，在靠近余热热源的热风烟道主管上安装有电动调节阀、热风流量计，在靠近余热锅炉端的热风烟道主管上安装有测温热电偶、热风流量计，上述电动调节阀、热风流量计、测温热电偶以及煤气烧嘴分别与控制柜连接。本实用新型将进入余热锅炉的热风流量及温度作为最终控制要素，将其波动控制在一个极小的范围内，确保电站的稳定运行；其采用烟道嵌入式，体积小、投资省、见效快、维护方便，运行成本低。

Description

一种烟道补燃装置

技术领域

本实用新型涉及低温余热发电技术领域，具体是一种烟道补燃装置。 

背景技术

低温余热发电技术是通过回收冶金、化工、石油、建材、制药、食品、造纸、电子电器等企业持续不断的向大气环境中排放的中低温的废蒸汽、烟气中所含的低品位的热量来发电，将企业在生产环节产生的低品位的废弃的热能转化为电能，是一项变废为宝的高效节能技术。投资成本低，经济效益显著，在许多企业得到广泛的应用。下面以钢铁企业中烧结余热发电为例进行说明。 

在钢铁企业中，烧结工序能耗仅次于炼铁工序，占总能耗的9％～12％，节能潜力很大。烧结余热发电是一项将烧结废气余热资源转变为电力的节能技术，该技术不产生额外的废气、废渣、粉尘和其它有害气体，能够有效提高烧结工序的能源利用效率，平均每吨烧结矿产生的热风余热回收可发电约20kWh，从而促进钢铁企业实现节能降耗目标。 

但是，目前烧结余热发电机组运行效率都不高。余热发电机组对热风流量及温度均有严格的要求。实际运行中，热风流量和温度受到设备大小及运行工况、环境温度及湿度、生产组织及工艺调整、市场 需求的波动等诸多因素的影响，导致烧结热力系统非常不稳定，废气温度波动有时达到±100℃以上，造成的直接后果是主蒸汽温度的波动超标，余热发电系统的工作参数频繁变动，输出的压力、温度、流量也随之变化，发电机组的运行效率不高，甚至被迫频繁停机。这样不仅降低了该系统的技术经济指标，而且还严重威胁汽轮机的安全性、稳定性和寿命。 

余热热源的总量及温度不稳定是目前所有余热发电中影响最突出的因素，特别是对已建成的项目，这种影响表现得更明显。 

为了达到稳定热风温度的要求，目前有些项目上采用了内补燃的方法，如图1所示，这种补燃方式虽然能在一定程度上缓解热风温度波动带来的影响，但却存在严重的安全隐患和操作困难等一系列的问题，总结分析如下： 

1)补燃终了温度难以控制：因补燃烧嘴直接接入余热锅炉/或靠近余热锅炉的热风烟道主管内，燃烧产生的高温烟气未经调节直接进入余热锅炉，造成局部过热。 

2)进入余热锅炉的热风总量无法控制：虽然电站引风机调频可以改变进入炉内的热风总量和压力，但补燃装置产生的高温烟气量却难以控制。 

3)补燃煤气量无法实现适时调节：这种补燃方式因检测点难以确定，而烧结环冷机热风风温的波动较大，这种补燃方式不能实现煤气流量与热风温度对应调节。 

4)炉内压力波动更大：相比较未加补燃烧嘴前炉内压力的波动， 该补燃方式下，炉内压力波动更大、也更频繁。 

5)只能使用高热值煤气或油料作为补燃燃料(如焦炉煤气或天然气)，且易产生不完全燃烧，而未燃烧的成分会在系统内随热风(热风中的氧含量≥5％)流动，十分危险。 

6)补燃量小，它是以余热源即废气中的氧气作为助燃空气的来源，限制了它的能力，同时由于废气中氧含量变化较大，导致燃烧极不稳定。 

7)燃烧器及辅助设施都设置于烟道内，烟道阻力增加，必导致引风机功率提高，同时，燃烧器等长期处于烟道恶劣的环境中，易损坏。 

8)维护困难，一旦补燃系统出现问题，全电站就得停机。 

对内补燃技术所存在问题，近几年发展出了外挂补燃技术，如图2所示，它的特点是利用钢铁厂富余的(转炉/高炉)煤气，在燃烧炉内充分燃烧，将燃烧产生的高温烟气导入余热锅炉主热风管道，在管道内与从烧结冷却机/环冷机抽取的热风充分混合，使进入余热锅炉的热风温度和流量达到其设计要求。同时通过全自动控制系统调节确保混合热风的流量和温度在一个远小于余热锅炉允许的范围内波动，用以平衡烧结冷却机/环冷机工况波动时对余热锅炉的影响，从而保证电站的稳定运行及效率。外挂式补燃装置虽然从技术上解决了内置式补燃技术的关键缺陷，但它自身也存在诸多的不足，主要表现在以下几个方面： 

1)外挂式补燃装置的核心设备是燃烧炉，其体积大，占地面积大。而余热电站在设计时不可能为外挂补燃装置预留空间。如果安装 位与余热锅炉距离过远，则造成热损耗高、热风输送动力增加、投资增加、管理困难等一系列问题，可能导致得不偿失。 

2)投资大。这是外挂补燃装置的致命缺陷，一座5MW的余热电站，如果因工艺需要补充30％的热能，实施外挂补燃的投资约为700万左右(不包括煤气管网部分)。 

3)维护困难，费用高。必须有专业人员进行日常的维护和管理，费用高，难度大。 

4)运行成本高。因涉及的煤气供应系统、助燃空气供系统、燃烧系统，执行机构等，系统本身运行的能耗也较高，约占其提供发电量的15％左右。 

5)燃料种类受限制。因燃烧器自身的局限性，只能用一种燃料。如果要燃烧二种及以上的燃料，投资会倍增。 

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种在余热发电过程中既能稳定进入余热锅炉的热风的温度和流量，同时体积小、使用维护方便，投资小的烟道补燃装置。 

一种烟道补燃装置，包括环形燃烧仓及控制柜，所述环形燃烧仓上设有至少四个燃烧室，每一燃烧室安装有带自动进风调节装置的煤气烧嘴、火焰监测器及点火枪，所述烟道补燃装置安装在余热热源与余热锅炉之间的热风烟道主管中，在靠近余热热源的热风烟道主管上安装有电动调节阀、热风流量计，在靠近余热锅炉端的热风烟道主管 上安装有测温热电偶、热风流量计，电动调节阀、热风流量计、测温热电偶以及煤气烧嘴分别与控制柜连接。 

本实用新型直接嵌入在从余热热源(例如烧结环冷机)到余热锅炉间的热风烟道主管上，且将进入余热锅炉的热风流量及温度作为最终控制要素，将其波动控制在一个极小的范围内，装置采用多重自动控制，并与电站控制系统有效整合，最终确保进入余热锅炉的热风流量和温度符合工艺要求，确保电站的稳定运行；而且其采用直接嵌入式，体积小、不占现场空间，投资省、见效快、维护方便，运行成本低。 

附图说明

图1是现有技术内置补燃装置的烧结余热发电工艺流程示意图； 

图2是现有技术外挂补燃装置的烧结余热发电工艺流程示意图； 

图3使用本实用新型烟道补燃装置的烧结余热发电工艺流程示意图； 

图4是本实用新型烟道补燃装置的安装侧视图； 

图5是本实用新型烟道补燃装置的安装主视图； 

图6是本实用新型烟道补燃装置的部分结构的侧面剖视图； 

图7是图6中的A向视图； 

图8是图6中的B向视图； 

图9是本实用新型烟道补燃装置安装在热风烟道主管上的结构示意图。 

图中：1-电动调节阀，2-1、2-2-流量计，3-煤气管，4-气 动球阀，5-金属软管，6-燃烧室，7-环形燃烧仓，8-测温热电偶，9-热风烟道主管，10-手动截止阀，11-煤气主管，12-支架及检修平台，13-控制柜，14-压力传感器，16-带自动进风调节装置的煤气烧嘴，17-火焰监测器，18-烟道接口法兰，19-点火枪，20-长明火烧嘴，21-莫来石耐火材料，22-陶瓷耐火材料。 

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。本实施例以烧结余热发电为例进行说明。 

图3所示为使用本实用新型烟道补燃装置的烧结余热发电工艺流程示意图，所述烟道补燃装置安装在余热热源与余热锅炉之间的热风烟道主管中，所述烟道补燃装置下方安装机架及检修平台。在烧结余热发电中所述余热热源为烧结环冷机。 

具体的，请参见图4和图5，所述烟道补燃装置包括环形燃烧仓7，所述环形燃烧仓7上设有至少四个燃烧室6，请结合参考图6-8，每一燃烧室6安装有带自动进风调节装置的煤气烧嘴16、火焰监测器17及点火枪19。所述带自动进风调节装置的煤气烧嘴16通过法兰与燃烧室6连接，可根据燃料种类的不同，随时更换烧嘴16，从而可以适用于多种燃料。本实施例中点火枪19包括长明火烧嘴20，其中长明火烧嘴20设置在燃烧室6内，可以在最大限度内保证燃料在燃烧室6内着火安全。每一燃烧室6的外壁用莫来石21高温烧结制成(如图6所示)。本装置的煤气烧嘴16无需助燃风输送系统，完全利用烟道内的负压通过带自动进风调节装置的煤气烧嘴16的螺旋 风口从大气中吸风，其大小调节由自动进风调节装置根据煤气供应量来反馈控制。燃烧室6(包括煤气烧嘴16)的中心线与热风烟道主管9的中心线夹角为45度，此角度可根据补燃量和烧嘴个数进行调整，一般保持在30～50度。 

所述环形燃烧仓7是一个有陶瓷耐火材料22内衬的圆筒形钢结构件，其直径比要补燃的热风烟道主管9的直径大20％～80％，具体可由余热锅炉的实际补燃量确定。 

安装时，所述烟道补燃装置的环形燃烧仓7两端分别通过烟道接口法兰18安装在热风烟道主管9的烟道中。如图5所示，用于补燃的煤气主管11与环绕设置于热风烟道主管9的煤气管3连通，煤气烧嘴16与煤气管3之间通过煤气输送支管连接。具体的，如图4所示，所述煤气输送支管包括从煤气烧嘴16向外依次安装的金属软管5、压力传感器14、气动球阀4、手动截止阀10。 

另外，请参考图4和图9，在热风烟道主管9上沿烧结环冷机向余热锅炉方向依次安装有电动调节阀1、热风流量计2-1、测温热电偶8、热风流量计2-2。其中电动调节阀1和热风流量计2-1安装在靠近余热热源的热风烟道主管9上，测温热电偶8和热风流量计2-2安装在靠近余热锅炉端的热风烟道主管9上。 

本实用新型还包括控制柜13，电动调节阀1、热风流量计2-1、测温热电偶8、热风流量计2-2以及带自动进风调节装置的煤气烧嘴16分别与控制柜13连接。其中，热风流量计2-1和2-2分别用于测量从烧结环冷机抽取的热风量V1和混合后的热风总量V2，测温热 电偶8用于当补燃装置运行时，混合了补燃装置提供的高温烟气后的热风烟道主管9中的热风温度；控制柜13根据热风流量计2-1、2-2和测温热电偶8测量的参数值调节电动调节阀1和补燃装置的燃烧工况，使进入余热锅炉的热风流量及温度作控制在一个极小的范围内波动，从而保证电站的稳定运行。 

本实用新型的控制柜13把进入余热锅炉的热风流量及温度作为最终控制点，使之在一个极小的范围内波动，例如流量的波动范围在±5％以内，温度的波动范围在±5℃以内。基量为余热锅炉的设计值。以下分述流量及温度控制的原理过程： 

1、温度控制原理。设定余热锅炉要求的热风温度(设计值)为To，且从烧结冷却机/环冷机抽取的中低温热风的温度为Ta，且Ta低于To，波动较大，以To这个温度值作为本装置温度控制的目标值，考虑到从反馈信号到执行机构动作之间有滞后，设定本装置的最终控制温度上限为T1＝To+5℃，下限为T2＝To-5℃，且保证从T1到T2的波动范围远小于余热锅炉的许可变动范围。取样点由测温热电偶8测量。 

在本实用新型烟道补燃装置运行时，当某一因素发生改变导致混合热风温度(即测温热电偶8测量的参数值)高于T1时，信号反馈到控制柜13中的煤气流量控制器，与来自煤气的参数(压力、温度、流量)进行运算比较，从而控制煤气电调阀动作以降低煤气供应量。因为煤气量的变化必然会引起助燃空气的变化，控制助燃空气的调节阀按事先设定的空燃比范围进行自动调节，以适应煤气参数的变化。 因煤气流量的减少，助燃空气亦必相应减少，单位时间产生的高温热风量也相应降低，因热风烟道主管9中热风的流量也是控制的关键点之一，当本实用新型烟道补燃装置供应的高温热风量减少时，整个系统供给余热锅炉的热风量也必然相应减少，此时热风流量计2-2测量的流量信号反馈回系统，在与设计值运算比较后，输出信号到余热电站系统，要求调节余热锅炉引风机的运行频率，同时控制主热风管道的电动调节阀1增加开度，抽风量相应增加，此时如果从烧结冷却机抽取的中低温热风其它各项参数相对稳定，则混合热风的温度必然降低。 

混合热风的温度因超过T1而经由控制系统处理，温度开始下降，当降到T2以下时，信号反馈到控制柜13中的控制单元，执行与上述过程相反的动作，煤气和助燃空气增大，高温热风量相应增加，而从烧结抽取的热风量下降，混合热风的温度则相应提高。这是个不停的自我校正过程。 

2、流量控制原理。热风烟道主管的流量控制主要由二台热风流量计(2-1、2-2)、测温热电偶8、电动调节阀1、PLC控制回路等组成。热风流量计2-1位于热风烟道主管9靠近烧结冷却机端(见图4)，用来测量从烧结冷却机抽取的热风量V1；热风流量计2-2位于热风烟道主管9靠近余热锅炉端(见图4)，用来测量热风总量V2；测温热电偶8测量的温度作为影响流量变化的参数值用以修正流量。两个流量计热风流量计(2-1、2-2)的差为补燃烟气量Vb。流量控制以热风流量计2-2测量结果为主要参考依据，设定余热锅炉设计热风流量 (温度为To)Vo，则本装置控制流量V2的上限为1.05Vo，下限为0.95Vo，则有Vb＝V2-V1，且0.95Vo≤V2≤1.05Vo。 

根据余热锅炉的设计参数与实际运行参数的差别，可以从理论上计算出所需要的补燃高温烟气量Vbt，需从烧结冷却机抽取的热风量(实际运行工况下平均温度时的热风量)V1t，理论或设计热风流量Vo。用上述理论值作为可编程控制器PLC的基准值，如果热风总流量Vo超过设定上限/下限，则系统将比较V1t和V1，Vbt和Vb，确定是烧结热风或是补燃烟气中哪个增加/减少了，如果是烧结热风增加/减少了，则逐渐关闭或打开电动调节阀1的开度，因此从冷却机抽取的热风量减少/增加，必然会使混合热风的温度上升/下降，此时温度调节亦跟进调节。如果是补燃烟气的量增加/减少了，必然也会导致混合热风的温度升高/降低，在维持V1不变的情况下，系统将逐步减少/增加煤气供应量，相应的助燃空气供应量也会减少/增加，则Vb下降/上升，V2回到设定范围内。 

本实用新型直接嵌入在从余热热源(例如烧结冷却机)到余热锅炉间的热风烟道主管上，且将进入余热锅炉的热风流量及温度作为最终控制要素，将其波动控制在一个极小的范围内，装置采用多重自动控制，并与电站控制系统有效整合，最终确保电站的稳定运行；另外，可以在不对原余热发电系统的硬件和软件进行其它任何改动或变更的前提下，置入所述烟道补燃装置。所述烟道补燃装置作为独立的系统与电站系统对接，启动时，即自动并入电站控制系统，起到稳定热风流量及温度的作用；停止时，自动从电站系统中脱出，电站按原工 艺流程运行，不受影响。本发明解决了低温余热发电补燃技术中的诸多问题： 

1、使补燃终了温度即混合热风的温度得以有效控制，温度波动范围在±5℃以内； 

2、使进入余热锅炉的热风总量得以精确控制，总量波动范围5％以内； 

3、适用于多种燃料(气体或液体燃料)； 

4、使余热锅炉炉内压力平稳； 

5、环形燃烧仓不占用热风烟道主管的通径，不会增加热风管阻力； 

6、体积小，直接嵌入式，不占现场空间； 

7、投资省(只有内补燃方式的1/2，外挂方式的1/5左右)，见效快； 

8、维护方便，运行成本低(无动力体系)。 

本实用新型除应用在烧结余热发电领域外，还可应用于水泥窑余热发电、焦化余热发电、铁合金矿热炉余热发电等领域，在水泥窑余热发电中所述余热热源为窑头熟料冷却机和窑尾预热器，窑头熟料冷却机和窑尾预热器排出350℃左右废气，在焦化余热发电中所述余热热源为焦炉或干熄炉，焦炉或干熄炉排出中高温废气，在铁合金矿热炉余热发电中所述余热热源为矿热炉，矿热炉内排出370℃左右的废烟气。 

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保 护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。 

Claims (8)

1.一种烟道补燃装置，其特征在于：包括环形燃烧仓(7)及控制柜(13)，所述环形燃烧仓(7)上设有至少四个燃烧室(6)，每一燃烧室(6)安装有带自动进风调节装置的煤气烧嘴(16)、火焰监测器(17)及点火枪(19)，所述烟道补燃装置安装在余热热源与余热锅炉之间的热风烟道主管(9)中，在靠近余热热源的热风烟道主管(9)上安装有电动调节阀(1)、热风流量计(2-1)，在靠近余热锅炉端的热风烟道主管(9)上安装有测温热电偶(8)、热风流量计(2-2)，电动调节阀(1)、热风流量计(2-1、2-2)、测温热电偶(8)以及煤气烧嘴(16)分别与控制柜(13)连接。

2.如权利要求1所述的烟道补燃装置，其特征在于：在烧结余热发电中所述余热热源为烧结环冷机，在水泥窑余热发电中所述余热热源为窑头熟料冷却机和窑尾预热器，在焦化余热发电中所述余热热源为焦炉或干熄炉，在铁合金矿热炉余热发电中所述余热热源为矿热炉。

3.如权利要求1所述的烟道补燃装置，其特征在于：燃烧室(6)的中心线与热风烟道主管(9)的中心线夹角为30～50度。

4.如权利要求1所述的烟道补燃装置，其特征在于：所述环形燃烧仓(7)为内衬陶瓷耐火材料的圆筒形钢结构件，其直径比要补燃的热风烟道主管(9)的直径大20％～80％。

5.如权利要求1所述的烟道补燃装置，其特征在于：所述烟道补燃装置的环形燃烧仓(7)两端分别通过烟道接口法兰(18)安装在热风烟道主管(9)的管道中。

6.如权利要求1所述的烟道补燃装置，其特征在于：用于补燃的煤气主管(11)与环绕设置于热风烟道主管(9)的煤气管(3)连通，煤气烧嘴(16)与煤气管(3)之间通过煤气输送支管道连接。

7.如权利要求6所述的烟道补燃装置，其特征在于：所述煤气输送支管包括从煤气烧嘴(16)向外依次安装的金属软管(5)、压力传感器(14)、气动球阀(4)、手动截止阀(10)。

8.如权利要求1所述的烟道补燃装置，其特征在于：所述点火枪(19)包括长明火烧嘴(20)，长明火烧嘴(20)设置在燃烧室(6)内。

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