一種褐煤半焦貧氧燃燒鍋爐的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種褐煤半焦貧氧燃燒鍋爐，包括若干旋風(fēng)筒貧氧燃燒裝置和鍋爐本體；鍋爐本體包括二燃室、設(shè)置于二燃室上部的鍋爐受熱面和排煙口；旋風(fēng)筒貧氧燃燒裝置為一個倒置的帶有中心筒的絕熱旋風(fēng)分離器；所述旋風(fēng)筒貧氧燃燒裝置連接鍋爐本體的二燃室。褐煤半焦粉在一次空氣作用下沿切向或割向進(jìn)入中心筒和旋風(fēng)筒之間的環(huán)形空間，在環(huán)形空間的下部形成為高溫燃燒氣化區(qū)，在這個區(qū)域保持過量空氣系數(shù)小于1，維持反應(yīng)為貧氧燃燒氛圍；含有可燃?xì)怏w的煙氣進(jìn)入二燃室，充分燃燒生成高溫?zé)煔馍闲蟹謩e通過塔式布置的鍋爐各個受熱面，完成傳熱，將煙氣降低至一定的排煙溫度。本實(shí)用新型燃燒強(qiáng)度高、捕渣率高、污染物排放低、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣。
【專利說明】
一種褐煤半焦貧氧燃燒鍋爐
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型涉及鍋爐技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種褐煤半焦貧氧燃燒鍋爐。
【背景技術(shù)】
[0002]褐煤是一種低階煤，我國和世界的儲量巨大，但褐煤的含水量高，揮發(fā)分高，易于自燃，不利于運(yùn)輸，制約了褐煤的大規(guī)模利用。將褐煤提質(zhì)，分級分質(zhì)綜合利用，對于褐煤的開發(fā)具有重要意義。
[0003]在褐煤利用領(lǐng)域，中低溫?zé)峤饧夹g(shù)是一種較有發(fā)展前途的褐煤分級分質(zhì)利用技術(shù)。熱解固體產(chǎn)物褐煤半焦由于揮發(fā)分減少，水分減少，發(fā)熱量提高，是一種較好的燃料，褐煤半焦的高效低污染利用對于褐煤分級分質(zhì)利用綜合能效提高具有舉足輕重的作用。
[0004]褐煤半焦可用于氣化爐原料制造煤氣，也可以用于鍋爐燃料直接燃燒生產(chǎn)熱能。其中用于鍋爐直接燃燒加熱工質(zhì)生產(chǎn)熱水或蒸汽是最直接的利用方法。但由于褐煤半焦揮發(fā)分的顯著減少，其著火性能受到影響。開發(fā)一種燃燒性能穩(wěn)定，污染物排放低的燃褐煤半焦的鍋爐至關(guān)重要。
[0005]當(dāng)前，固體燃料煤和煤焦的主要燃燒方式有三種:層燃爐、流化床爐和煤粉爐。煤粉爐是電站鍋爐的最主要燃燒方式。
[0006]還有一種燃燒方式旋風(fēng)燃燒也曾得到較多的應(yīng)用。旋風(fēng)燃燒是人為組織的一種穩(wěn)定可控的高速旋轉(zhuǎn)火焰，燃燒火焰充滿度較高，擾動能力極其強(qiáng)烈，適用于粉、肩狀固體燃料的燃燒過程，比一般的室燃方式具有更高的熱強(qiáng)度。由于固體燃料在燃燒室中存在一定的積蓄量，在旋風(fēng)爐中具有相當(dāng)長的滯留時間，有助于維持燃燒過程的連續(xù)性。灼熱的熔渣膜蓄積一定的熱量，是極穩(wěn)定的燃燒床，可以維持燃燒過程的穩(wěn)定性。旋風(fēng)燃燒具有燃燒強(qiáng)度高、捕渣率高、燃燒穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但由于析鐵、氫爆、排渣困難以及污染物如氮氧化物排放高等問題，其應(yīng)用受到一定的限制。
[0007]在節(jié)能減排的大背景下，燃煤電廠承擔(dān)著重要的電力調(diào)峰任務(wù)，要求電站鍋爐能夠在寬廣的負(fù)荷范圍內(nèi)穩(wěn)定高效運(yùn)行?，F(xiàn)有電站鍋爐通常存在燃燒的穩(wěn)定性高效性和鍋爐的低負(fù)荷運(yùn)行之間的矛盾。因此，有必要提出一種新的燃燒鍋爐，既能實(shí)現(xiàn)高效低污染燃燒，也能夠?qū)崿F(xiàn)較大的負(fù)荷調(diào)節(jié)性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型的目的在于提供一種褐煤半焦貧氧燃燒鍋爐，以解決現(xiàn)有煤粉爐鍋爐燃燒強(qiáng)度低、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍窄、污染物排放超標(biāo)的問題;本實(shí)用新型鍋爐具有燃燒強(qiáng)度高、捕渣率高、污染物排放低、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
[0009]為達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:
[0010]一種褐煤半焦貧氧燃燒鍋爐，包括若干旋風(fēng)筒貧氧燃燒裝置和鍋爐本體;鍋爐本體包括二燃室、設(shè)置于二燃室上部的鍋爐受熱面和排煙口；旋風(fēng)筒貧氧燃燒裝置為一個倒置的帶有中心筒的絕熱旋風(fēng)分離器;所述旋風(fēng)筒貧氧燃燒裝置連接鍋爐本體的二燃室。
[0011]進(jìn)一步的，旋風(fēng)筒貧氧燃燒裝置包括旋風(fēng)筒、中心筒、煙氣導(dǎo)管和二次風(fēng)旋流器；旋風(fēng)筒的下部側(cè)壁上設(shè)有一次風(fēng)口；旋風(fēng)筒的底部中心開有通孔，中心筒穿過旋風(fēng)筒底部的通孔伸入旋風(fēng)筒內(nèi)部，中心筒頂部為通孔且與旋風(fēng)筒頂部內(nèi)壁間隔設(shè)置，中心筒與旋風(fēng)筒連接處密封;旋風(fēng)筒內(nèi)位于一次風(fēng)口的下方設(shè)有熔融渣池，熔融渣池的底部設(shè)有第一排渣口；中心筒的底部設(shè)有第二排渣口，煙氣導(dǎo)管一端垂直連接中心筒，另一端連接二燃室。
[0012]進(jìn)一步的，在煙氣導(dǎo)管與二燃室的入口處設(shè)有用于送入補(bǔ)燃二次風(fēng)的二次風(fēng)旋流器。
[0013]進(jìn)一步的，一次風(fēng)口向下傾斜設(shè)置。
[0014]進(jìn)一步的，每個旋風(fēng)筒側(cè)壁上設(shè)有兩個用于在旋風(fēng)筒中形成旋風(fēng)的一次風(fēng)口。
[0015]進(jìn)一步的，鍋爐受熱面塔式布置。
[0016]進(jìn)一步的，褐煤半焦粉在一次空氣作用下沿切向或割向從旋風(fēng)筒下部一次風(fēng)口進(jìn)入中心筒和旋風(fēng)筒之間的環(huán)形空間，在環(huán)形空間的下部形成為高溫燃燒氣化區(qū)，在這個區(qū)域保持過量空氣系數(shù)小于1，維持反應(yīng)為貧氧燃燒氛圍；生成煙氣在旋風(fēng)筒內(nèi)強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)脫除液態(tài)熔渣，然后煙氣通過二燃室與旋風(fēng)筒之間的煙氣導(dǎo)管進(jìn)入二燃室，在進(jìn)入二燃室時補(bǔ)充部分二次空氣，以旋轉(zhuǎn)射流進(jìn)入二燃室;煙氣在二燃室內(nèi)充分燃燒并進(jìn)一步放熱，然后生成高溫?zé)煔馍闲蟹謩e通過塔式布置的鍋爐各個受熱面，完成傳熱，將煙氣降低至排煙溫度后從排煙口排出。
[0017]進(jìn)一步的，中心筒和旋風(fēng)筒由氮化硅材料制成，中心筒和旋風(fēng)筒之間形成的旋風(fēng)燃燒室為絕熱燃燒室。
[0018]進(jìn)一步的，二燃室內(nèi)進(jìn)行的燃燒為均相燃燒，過量空氣系數(shù)為1.05?1.1。
[0019]進(jìn)一步的，熔融渣池上方反應(yīng)區(qū)的溫度比灰熔融溫度高100?200°C。
[0020]進(jìn)一步的，旋風(fēng)筒貧氧燃燒裝置為多個且均勻分布于鍋爐本體外周。
[0021 ]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:
[0022]1、旋風(fēng)筒內(nèi)采用熔融貧氧燃燒，將大部分燃料氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，在二燃室采用分級空氣燃燒，降低了氮氧化物的排放?br>[0023]2、旋風(fēng)筒環(huán)室空間內(nèi)有較多的熔融渣形成渣池，渣池中的熔融灰分對殘焦的氣化燃燒起到催化和提供熱源的作用，維持了燃燒的穩(wěn)定性，提高了碳的轉(zhuǎn)化率。每個旋風(fēng)筒有2個對稱布置的一次風(fēng)進(jìn)口，在旋風(fēng)筒內(nèi)形成強(qiáng)旋轉(zhuǎn)氣流;在旋風(fēng)筒底部上方是有一定深度的熔融渣池，大顆粒的煤肩在熔渣渣池中快速熱解和氣化，實(shí)現(xiàn)高碳轉(zhuǎn)化率;渣池下面開有排渣孔，旋風(fēng)筒里的溫度維持在灰熔融溫度以上，可實(shí)現(xiàn)順利液態(tài)排渣。
[0024]3、渣池里的氣化燃燒主要為碳氧放熱反應(yīng)，使得渣池處維持局部高溫，有利于提高燃燒強(qiáng)度和提高熔融渣的流動性。
[0025]4、旋風(fēng)筒燃燒室里的強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)氣流，將焦渣甩到壁面而實(shí)現(xiàn)熔融液滴與煙氣的分離，提高了補(bǔ)渣率，大大減輕了后續(xù)塔式鍋爐受熱面的沾污和后續(xù)的除塵負(fù)擔(dān)。
[0026]5、在旋風(fēng)筒和二燃室之間的中心管下部設(shè)有第二熔渣分離室，未來得及分離的液態(tài)渣進(jìn)入這個渣池被捕捉，進(jìn)一步減少了煙氣中的飛灰份額實(shí)現(xiàn)液態(tài)渣與氣體產(chǎn)物的盡可能分離。
[0027]6、在二燃室進(jìn)口設(shè)有旋轉(zhuǎn)射流的補(bǔ)充二次風(fēng)，維持整體過量空氣系數(shù)在較低的水平，在二燃室進(jìn)行的主要是均相燃燒，降低了氮氧化物的生成。
[0028]7、旋風(fēng)筒、中心筒和絕熱導(dǎo)管均采用氮化硅材料，提高了設(shè)備的耐熱震性能。
[0029]8、一臺鍋爐可以配多個旋風(fēng)筒貧氧燃燒設(shè)備。
【附圖說明】
[0030]以下結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0031 ]圖1為本實(shí)用新型一種褐煤半焦貧氧燃燒鍋爐的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為圖1的俯視圖。
[0033]圖中:1、旋風(fēng)筒;2、中心筒;3、鍋爐受熱面;4、排煙口；5、二燃室;6、二次風(fēng)旋流器；
7、煙氣導(dǎo)管;8、第二排渣口；9、第一排渣口；10、熔融渣池;11、一次風(fēng)口。
【具體實(shí)施方式】
[0034]請參閱圖1所示，本實(shí)用新型一種褐煤半焦貧氧燃燒鍋爐，包括若干旋風(fēng)筒貧氧燃燒裝置和鍋爐本體，兩者衛(wèi)星型布置。
[0035]鍋爐本體的底部為二燃室5，二燃室5上部為塔式布置的鍋爐受熱面3，鍋爐受熱面3頂部設(shè)有排煙口 4。
[0036]旋風(fēng)筒貧氧燃燒裝置包括旋風(fēng)筒1、中心筒2、煙氣導(dǎo)管7和二次風(fēng)旋流器6。旋風(fēng)筒I的下部側(cè)壁上設(shè)有一次風(fēng)口 11，一次風(fēng)口 11微向下傾斜設(shè)置;每個旋風(fēng)筒I側(cè)壁上設(shè)有兩個用于在旋風(fēng)筒I中形成旋風(fēng)的一次風(fēng)口 11。旋風(fēng)筒I的底部中心開有通孔，中心筒2穿過旋風(fēng)筒I底部的通孔伸入旋風(fēng)筒I內(nèi)部，中心筒2頂部為通孔且與旋風(fēng)筒I頂部內(nèi)壁間隔設(shè)置，中心筒2與旋風(fēng)筒I連接處密封。旋風(fēng)筒I內(nèi)位于一次風(fēng)口 11的下方設(shè)有熔融渣池10，熔融渣池10的底部設(shè)有第一排渣口 9。中心筒2的底部設(shè)有第二排渣口8，煙氣導(dǎo)管7—端垂直連接中心筒2，另一端連接二燃室5，在煙氣導(dǎo)管7與二燃室5的入口處設(shè)有次風(fēng)旋流器6，用于送入補(bǔ)燃的二次風(fēng)。
[0037]為了實(shí)現(xiàn)貧氧燃燒，褐煤半焦粉由一次空氣和再循環(huán)煙氣由微向下傾斜的一次風(fēng)口 11送入旋風(fēng)筒I中熔融渣池10上方的環(huán)形區(qū)域，褐煤焦在強(qiáng)烈的高溫熔渣加熱作用下迅速熱解并燃燒，一次空氣的過量空氣系數(shù)維持在小于I的范圍內(nèi)。小顆粒在氣流的作用下迅速燃燒，由于強(qiáng)烈的湍流燃動，小顆粒的灰熔融液滴合并長大并在離心力的作用下甩到旋風(fēng)筒I壁面上，在重力的作用下流入熔融渣池10，而大顆粒的焦粉也在離心力的作用下黏附在熔融渣膜上，在重力作用下緩慢流入熔融渣池10，殘焦的顆粒邊流動邊發(fā)生氣化和燃燒反應(yīng)，流入熔融渣池10后停留時間顯著增加，提高了碳的燃盡率。熔融渣池10上方反應(yīng)區(qū)的溫度采用調(diào)整過量空氣系數(shù)和再循環(huán)煙氣率控制，維持比灰熔融溫度高100?200°C。熔融渣池10有較大的熱容量，可以迅速完成殘焦的氣化燃燒。由于熔融渣池10內(nèi)有一層熔渣，可保證渣池溫度的穩(wěn)定性和熔渣流動性，多余的熔渣由第一排渣口 9排出。在環(huán)型反應(yīng)區(qū)，生成的氣體產(chǎn)物完成與熔渣的氣液分離，氣體從旋風(fēng)筒I上部的折返區(qū)沿中心筒2向下并經(jīng)過煙氣導(dǎo)管7送入二燃室5。在煙氣導(dǎo)管7與二燃室5的入口處通過二次風(fēng)噴口 6送入補(bǔ)燃的二次風(fēng)，在二燃室5里面以1.05?1.1的小過量空氣系數(shù)完成完全燃燒。完全燃燒后生成的高溫?zé)煔鈴亩际?向上，依次通過各鍋爐受熱面3，煙氣與鍋爐受熱面3換熱溫度降低至一定的溫度從排煙口 4排出鍋爐，系統(tǒng)中同時設(shè)置煙氣再循環(huán)風(fēng)機(jī)將一定量的排煙引入一次風(fēng)□ 11。
[0038]本實(shí)用新型褐煤半焦貧氧燃燒鍋爐的結(jié)構(gòu)與工藝特點(diǎn)是:
[0039]在由氮化硅制成的絕熱高溫旋風(fēng)筒I與中心筒2形成的環(huán)形通道內(nèi)，所通入的過量空氣系數(shù)低于I，形成貧氧燃燒條件，同時在這個區(qū)域有較厚的熔融渣池10，殘焦完成熔融燃燒，生成的煙氣中含有較多的可燃?xì)怏w。熔融渣池的溫度較高，有利于殘?zhí)嫉耐耆D(zhuǎn)化，同時使排渣順利。倒置的旋風(fēng)筒使得熔渣與氣體產(chǎn)物實(shí)現(xiàn)最大程度的分離。同時由于高溫貧氧燃燒生成的氮氧化物也顯著減少。在二燃室中，由于是均相燃燒，可以維持較低的過量空氣系數(shù)，以減少污染物的生成。該種鍋爐的特點(diǎn)是每一個鍋爐本體可以配置多個旋風(fēng)筒貧氧燃燒裝置，每一臺旋風(fēng)筒貧氧燃燒裝置可單獨(dú)運(yùn)行，從而提高了褐煤半焦貧氧燃燒鍋爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)比例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種褐煤半焦貧氧燃燒鍋爐，其特征在于，包括若干旋風(fēng)筒貧氧燃燒裝置和鍋爐本體； 鍋爐本體包括二燃室(5)、設(shè)置于二燃室(5)上部的鍋爐受熱面(3)和排煙口(4); 旋風(fēng)筒貧氧燃燒裝置為一個倒置的帶有中心筒的絕熱旋風(fēng)分離器;所述旋風(fēng)筒貧氧燃燒裝置連接鍋爐本體的二燃室(5)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種褐煤半焦貧氧燃燒鍋爐，其特征在于，旋風(fēng)筒貧氧燃燒裝置包括旋風(fēng)筒(I)、中心筒(2)、煙氣導(dǎo)管(7)和二次風(fēng)旋流器(6);旋風(fēng)筒(I)的下部側(cè)壁上設(shè)有一次風(fēng)口( 11);旋風(fēng)筒(I)的底部中心開有通孔，中心筒(2)穿過旋風(fēng)筒(I)底部的通孔伸入旋風(fēng)筒(I)內(nèi)部，中心筒(2)頂部為通孔且與旋風(fēng)筒(I)頂部內(nèi)壁間隔設(shè)置，中心筒(2)與旋風(fēng)筒(I)連接處密封;旋風(fēng)筒(I)內(nèi)位于一次風(fēng)口(11)的下方設(shè)有熔融渣池(10)，熔融渣池(10)的底部設(shè)有第一排渣口(9);中心筒(2)的底部設(shè)有第二排渣口(8)，煙氣導(dǎo)管(7)一端垂直連接中心筒(2)，另一端連接二燃室(5)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種褐煤半焦貧氧燃燒鍋爐，其特征在于，在煙氣導(dǎo)管(7)與二燃室(5)的入口處設(shè)有用于送入補(bǔ)燃二次風(fēng)的二次風(fēng)旋流器(6)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種褐煤半焦貧氧燃燒鍋爐，其特征在于，一次風(fēng)口(II)向下傾斜設(shè)置。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種褐煤半焦貧氧燃燒鍋爐，其特征在于，每個旋風(fēng)筒(I)側(cè)壁上設(shè)有兩個用于在旋風(fēng)筒(I)中形成旋風(fēng)的一次風(fēng)口( 11)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種褐煤半焦貧氧燃燒鍋爐，其特征在于，鍋爐受熱面(3)塔式布置。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種褐煤半焦貧氧燃燒鍋爐，其特征在于，褐煤半焦粉在一次空氣作用下沿切向或割向從旋風(fēng)筒下部一次風(fēng)口(11)進(jìn)入中心筒和旋風(fēng)筒之間的環(huán)形空間，在環(huán)形空間的下部形成為高溫燃燒氣化區(qū)，在這個區(qū)域保持過量空氣系數(shù)小于I，維持反應(yīng)為貧氧燃燒氛圍；生成煙氣在旋風(fēng)筒內(nèi)強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)脫除液態(tài)熔渣，然后煙氣通過二燃室與旋風(fēng)筒之間的煙氣導(dǎo)管(7)進(jìn)入二燃室，在進(jìn)入二燃室時補(bǔ)充部分二次空氣，以旋轉(zhuǎn)射流進(jìn)入二燃室;煙氣在二燃室內(nèi)充分燃燒并進(jìn)一步放熱，然后生成高溫?zé)煔馍闲蟹謩e通過塔式布置的鍋爐各個受熱面，完成傳熱，將煙氣降低至排煙溫度后從排煙口排出。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種褐煤半焦貧氧燃燒鍋爐，其特征在于，中心筒和旋風(fēng)筒由氮化硅材料制成，中心筒和旋風(fēng)筒之間形成的旋風(fēng)燃燒室為絕熱燃燒室。9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種褐煤半焦貧氧燃燒鍋爐，其特征在于，二燃室內(nèi)進(jìn)行的燃燒為均相燃燒，過量空氣系數(shù)為1.05?1.1;熔融渣池(10)上方反應(yīng)區(qū)的溫度比灰熔融溫度高 100 ?200°C。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種褐煤半焦貧氧燃燒鍋爐，其特征在于，旋風(fēng)筒貧氧燃燒裝置為多個且均勻分布于鍋爐本體外周。
【文檔編號】F23L9/00GK205447700SQ201620207452
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月17日
【發(fā)明人】劉銀河, 車得福, 張勇, 張玉斌, 楊天亮, 李庚達(dá), 劉漢強(qiáng), 郭樺
【申請人】西安交通大學(xué), 煙臺龍?jiān)措娏夹g(shù)股份有限公司, 國電新能源技術(shù)研究院