一种液态排渣粉煤高温空气燃烧系统

技术领域：

本发明属于煤粉高温空气燃烧技术领域，尤其涉及到一种液态排渣粉煤高温空气燃烧系统。

背景技术：

煤炭在我国能源中占有很大的比例，而工业锅炉是我国生产生活中重要的能源动力设备，但目前为止，大部分燃煤工业锅炉技术水平低，烟气排放和氮氧化合物的排放很难满足环境保护的要求，而液排渣煤粉燃烧技术具有燃烧效率高、燃烧强度高、捕渣率高等优点，在燃烧室中火焰中心温度可达1600℃甚至更高，在这样的高温下煤灰渣被融化成液态，可以捕获大量未燃烧的煤粉颗粒，实现煤粉的附壁燃烧，进一步提升了煤粉的燃尽率，此外所形成的液态渣层可捕获燃烧室内的煤灰，减少了烟气中的飞灰含量，因此将此燃烧器应用在工业窑炉时，可提高产品质量，同时其相较于其他煤种限制较高的燃烧器具有更广泛的煤种燃烧范围，因此可提高我国低阶煤的利用率，但其存在氮氧化物排放量大等缺点，同时应用煤粉液态排渣技术需要较高温度的空气，因此传统应用此技术时需要付出额外的能量对燃烧器的供风进行预热，造成更多的能源消耗。

高温空气燃烧(High Temperature Air Combustion，HTAC)技术(又称为蓄热式燃烧技术)作为一种全新的燃烧技术，具有高效节能、污染物排放低等优点。研究指出，在高温预热空气下，烟道内的NOx浓度可低于80ppmv。高温空气燃烧技术的关键技术就是热交换器，20世纪90年代初日本开发出用蜂窝陶瓷体进行蓄热的方法，将节能和环保结合了起来，这种蜂窝陶瓷蓄热体比面积增大的同时而体积减小，换热性能大大提高，得到广泛的应用。由于技术的限制，传统的高温空气燃烧技术主要应用在气体燃料上，而不能很好的应用在固体燃料如煤粉燃烧锅炉中。

研究表明煤粉燃烧时对空气进行预热后可以提高煤粉的燃烧效率，使煤粉的利用率得以提高，尤其在液排渣煤粉燃烧器中，为实现液态排渣，需要对二、三次风进行预热至高温。蜂窝陶瓷蓄热技术可以高效的对烟气中的热量进行蓄热，并用此部分热量对空气进行预热，满足煤粉燃烧所需的高温空气，但与气体燃料不同，在煤粉燃烧时会产生大量的煤灰，导致蜂窝陶瓷蓄热体发生堵塞，使蓄热体不能正常工作，因此不能将蜂窝陶瓷蓄热技术直接应用在煤粉高温空气燃烧系统上。

发明内容：

本系统发明的目的在于将蜂窝陶瓷蓄热技术应用在煤粉燃烧器上，在不需要额外能源的情况下实现液态排渣粉煤高温空气燃烧，该系统解决了将蜂窝陶瓷蓄热体应用在煤粉燃烧时发生煤灰堵塞的问题，将高温空气燃烧技术和液态排渣煤粉燃烧技术有机的结合在一起；同时该系统燃烧器壁面采用风冷技术，并将这部分热量回收至磨煤机中对煤粉进行预热。

本发明系统采用的方案如下：

本发明系统为一种液态排渣粉煤高温空气燃烧系统，包括应用连续式蓄热技术的高温空气预热系统，一种液态排渣煤粉燃烧装置，和壁面空气风冷及热量回收系统。其中高温空气预热系统向液态排渣煤粉燃烧装置供应350℃以上的高温空气，而液态排渣煤粉燃烧器创新性地实现了将连续式蓄热技术应用在煤粉燃烧过程中。

作为本发明系统的重要部分，高温空气预热系统应用连续式蓄热技术，使用由蜂窝陶瓷蓄热体组成的蓄热室对空气进行预热和对烟气进行降温，蜂窝陶瓷蓄换热器具有很强的蓄热能力，一方面可以把高温烟气的热量保存下来，并用这部分热量对空气加热到350℃以上，另一方面可以有效的将高温烟气冷却到100℃以下再排出，蓄热室数量设置为两个，安装在炉膛后面的烟道中，其通过换向阀进行空气流动的转换，而换向阀与鼓风机和引风机连接，对系统进行供风和引出烟气，两个蓄热室连续周期性工作，同一蓄热室完成空气的预热和烟气的冷却过程为一周期。

作为本发明系统的重要部分，液排渣煤粉燃烧装置的煤粉燃烧方式为旋风燃烧，其煤粉喷头和一、二次风均为旋流，且方向相同；燃烧器共设置两个燃烧室，在一次燃烧室上设置二次切向入风口，在二次燃烧室上设置三次切向入风口，一次燃烧室呈水平倾角10°～45°设置，在一二次燃烧室之间设置挡渣板一个，渣箱设置在二次燃烧室前段的底部；燃烧器采用空气分级燃烧技术，一次燃烧室的过量空气系数为0.75～0.9，燃烧器的总过量空气系数不超过1.1，其中过量空气系数根据实际供煤量计算，为实际供风量与燃烧煤粉理论所需供风量的比值；燃烧器煤粉喷头、二次风入口、三次风入口供风的风率分别为(15～20):(60～75):(15～25)；所用燃烧器采用液态排渣方式，捕渣率达90％以上。

作为本发明系统的重要部分，燃烧室壁面采用空气冷却的方式，在燃烧器壁面设置风冷壁，其空气入口与鼓风机相连，出口与磨煤机相连。

相对于现有技术，本发明系统的有益效果为：

本发明所述的一种液态排渣粉煤高温空气燃烧系统，属于煤粉高温空气燃烧技术领域，将煤粉高温空气燃烧技术和液态排渣技术有机的结合在一起，在不需要增加多余能量的情况下实现煤粉高温空气燃烧技术。本系统使用连续式蓄热技术进行空气预热，可将煤粉燃烧的供风加热至350℃以上，实现煤粉的高温空气燃烧，同时满足液态排渣所需的高温供风；与其他将蜂窝陶瓷蓄热体应用在气体的高温空气燃烧技术不同，本系统采用了液态排渣煤粉燃烧装置，捕渣率达90％以上，减少了烟气中煤灰分的含量，同时燃烧器的高速供风可吹扫出蜂窝陶瓷蓄热体中残余的灰分，可有效解决蜂窝陶瓷蓄热体应用在煤粉燃烧时发生堵塞的问题，使蜂窝陶瓷蓄热技术可以很好的应用在煤粉燃烧过程中。

附图说明：

图1是本发明系统的工作示意图；

图2是高温空气预热系统工作示意图；

图中：1、煤粉喷头；2、二次风入口；3、三次风入口；4、挡渣板；5、渣箱；6、风冷壁；7、液排渣煤粉燃烧器；8、一次燃烧室；9、二次燃烧室；10、磨煤机；11、鼓风机；12、炉膛；13、烟道；14、高温空气预热系统；15、引风机；16.1、第一蓄热室；16.2、第二蓄热室；17.1、第一换向阀；17.2、第二换向阀。

具体实施方式：

下面将结合本发明中的附图，对本发明的系统进行详尽的描述。在说明书中，相同的附图标号表示相同或相似的部件。本实例的说明旨在对本发明进行解释，并不意味着所有的实例均以此为限制，基于本实例而未做出其他创造性劳动前提下所获得的实施例，都属于发明的保护范围。

本发明未详述之处，均为本技术领域的公知技术。

如图1所示，本发明为一种液态排渣粉煤高温空气燃烧系统，包括液排渣煤粉燃烧器(7)、高温空气预热系统(14)和磨煤机(10)。其中高温空气预热系统(14)包括：鼓风机(11)、引风机(15)、第一蓄热室(16.1)、第二蓄热室(16.2)、第一换向阀(17.1)和第二换向阀(17.2)。液排渣煤粉燃烧器(7)设置两个燃烧室，在一次燃烧室(8)设置二次风入口(2)，而三次风入口(3)设置在二次燃烧室(9)上，均为切向入风，此外风冷壁(6)设置在一次燃烧室(8)上，渣箱(5)设置在二次燃烧室(9)，燃烧室之间设置有挡渣板(4)；燃烧器安装在炉膛(12)上，烟道(13)设置在炉膛(12)尾部，高温空气预热系统(14)与烟道(13)直接相连，并与二次风入口(2)和三次风入口(3)连接；引风机(15)与高温空气预热系统(14)连接，鼓风机(11)分别连接在高温空气预热系统(14)和风冷壁(6)入口，而磨煤机(10)连接在风冷壁(6)出口，并将煤粉输运至煤粉喷头(1)中。

在该系统稳定工作时，鼓风机(11)向系统引入的冷空气分为两部分：一部分进入高温空气预热系统(14)中，冷空气经高温空气预热系统(14)预热后可达350℃以上，通向燃烧装置的二次风入口(2)和三次风入口(3)中；另一部分进入风冷壁(6)中，对燃烧器进行冷却，冷却壁面后所得的热风通向磨煤机(10)中。煤粉由磨煤机(10)制得，被所得热风携带，由旋流煤粉喷头(1)送至液排渣煤粉燃烧装置(7)中，与切向入风的二次风和三次风进行混合燃烧，在高温下灰渣被融化为液态，最终形成的液态渣由渣箱(5)排出。燃烧器产生的高温烟气流经烟道(13)，通过设置在烟道(13)后的高温空气预热系统(14)进行换热，将其冷却到100℃以下，最后由引风机(15)排向环境。

如图2所示，高温空气预热系统为连续式蓄热，主要通过第一蓄热室(16.1)和第二蓄热室(16.2)中蜂窝陶瓷蓄热体进行换热。在稳定工作时，两个蓄热室交替进行空气预热和烟气冷却过程，以第一蓄热室(16.1)为高温而第二蓄热室(16.2)为低温状态为例进行说明：冷空气由鼓风机(11)经过第一换向阀(17.1)引入到高温第一蓄热室(16.1)中，此时为空气升温而蓄热体降温的过程，同时高速风吹扫蓄热体内残余的煤灰，可实现蜂窝陶瓷蓄热体的自清洁过程，所产生的热空气经过第二换向阀(17.2)引入煤粉燃烧器进行供风；同时炉膛产生的热烟气经第二换向阀(17.2)引入到低温第二蓄热室(16.2)中，将热量传递给该蓄热体，此时烟气降温而蓄热体升温，并经过第一换向阀(17.1)由引风机(15)排出系统；周期的，调整第一换向阀(17.1)和第二换向阀(17.2)的方向，使冷空气进入高温第二蓄热室(16.2)对空气进行预热，而烟气通过低温第一蓄热室(16.1)进行降温。本系统固定换向的时间，使陶瓷蓄热体周期的升温、降温，实现持续的空气预热和烟气降温过程。