專利名稱：一種具有低污染排放特性的高效煤粉工業(yè)鍋爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)鍋爐，尤其是涉及一種采用煤粉懸浮燃燒方式的煤粉工業(yè)鍋爐。
背景技術(shù)：
目前，我國在用工業(yè)鍋爐約有M萬臺，其中絕大多數(shù)為燃煤工業(yè)鍋爐，每年消耗原煤5億噸，但普遍存在著技術(shù)落后、經(jīng)濟(jì)性差、高耗能等問題，平均運(yùn)行效率僅為68%，小容量鍋爐的平均運(yùn)行效率更是只有55%左右，比國外先進(jìn)水平低1(Γ20個百分點(diǎn)。造成這一現(xiàn)象的主要原因在于煤的燃燒方式，傳統(tǒng)的燃煤工業(yè)鍋爐多采用層狀燃燒的方式對塊狀煤進(jìn)行燃燒，煤塊在經(jīng)過一段時間的燃燒后在外部形成灰殼，阻隔了燃料與氧氣的接觸，從而決定了該種燃燒方式的能源利用效率不可能達(dá)到一個較高的水平。采用煤粉懸浮燃燒方式的燃煤鍋爐則可以將鍋爐燃燒效率提高到90%以上，但目前該種方式在小容量工業(yè)鍋爐中幾乎不被采用。而除了采用懸浮方式組織煤粉燃燒之外， 鍋爐爐膛本身各個部位功能的充分開發(fā)和改造利用也有助于鍋爐效率的進(jìn)一步提高，而現(xiàn)有的技術(shù)在這點(diǎn)上仍有很大的改進(jìn)空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種采用煤粉懸浮燃燒方式且具有低污染排放特性的高效煤粉工業(yè)鍋爐，該鍋爐結(jié)構(gòu)可被應(yīng)用于中小型燃煤工業(yè)鍋爐。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是
本發(fā)明具有低污染排放特性的高效煤粉工業(yè)鍋爐的輻射室的前壁貫穿有一排以上的陣列二次風(fēng)管，各陣列二次風(fēng)管位于所述前壁的燃燒器安裝口的下方且同一排中的各陣列二次風(fēng)管沿水平方向分布，所述陣列二次風(fēng)管的噴口置于輻射室內(nèi)。進(jìn)一步地，本發(fā)明還包括旋風(fēng)分離器和煤粉再利用管道；所述旋風(fēng)分離器固定安裝于輻射室內(nèi)且處于輻射室的尾部，所述旋風(fēng)分離器內(nèi)設(shè)置有離心轉(zhuǎn)向煙道和漏料斗，所述離心轉(zhuǎn)向煙道的中心呈漩渦狀，所述離心轉(zhuǎn)向煙道的煙氣入口與輻射室連通，所述離心轉(zhuǎn)向煙道的煙氣出口與鍋爐爐膛的轉(zhuǎn)向室連通，所述漏料斗位于所述離心轉(zhuǎn)向煙道的下方，離心轉(zhuǎn)向煙道設(shè)有與漏料斗的進(jìn)料口正對的煤粉出口 ；所述漏料斗的出料口連接有漏料管，所述漏料管的出口端穿出輻射室的后墻且所述漏料管的出口與所述煤粉再利用管道連通，所述煤粉再利用管道的進(jìn)口端連接有鼓風(fēng)機(jī)，所述煤粉再利用管道的出口端穿進(jìn)輻射室的前壁。進(jìn)一步地，本發(fā)明在所述輻射室內(nèi)還固定安裝有爐內(nèi)回流器，所述爐內(nèi)回流器設(shè)有氣流室，氣流室的主氣流入口與工業(yè)鍋爐系統(tǒng)的二次風(fēng)管連通，所述氣流室的沿其主氣流方向的橫截面呈擴(kuò)口狀，所述氣流室在所述橫截面的縮口側(cè)所在的壁上設(shè)有對流風(fēng)風(fēng)口，所述對流風(fēng)風(fēng)口朝向所述輻射室的前壁且沿氣流室的主氣流方向分布。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是1.由于本發(fā)明在輻射室的前壁設(shè)置有陣列二次風(fēng)管，高速的二次風(fēng)通過該陣列二次風(fēng)管進(jìn)入輻射室的下側(cè)后，在鍋爐煤粉點(diǎn)火火炬下方形成一股剛性平面氣流(簡稱“陣列二次風(fēng)”)，可以有效防止在進(jìn)入爐膛初期未燃盡的煤粉顆粒由于自重原因直接落入落灰口，延長了煤粉在爐內(nèi)的停留時間，使鍋爐燃燒效率得到提高。隨著該陣列二次風(fēng)進(jìn)入爐內(nèi)的距離增加，陣列二次風(fēng)氣流的剛性明顯減弱，此時該氣流能夠?yàn)槊悍鄣娜紵a(bǔ)充氧氣，起到了分級送風(fēng)的效果，有益于抑制NOx的產(chǎn)生，使本發(fā)明煤粉工業(yè)鍋爐具有低污染排放特性。2.由于本發(fā)明在爐膛的輻射室的中心設(shè)置有爐內(nèi)回流器，使得煤粉燃燒形成的高溫?zé)煔鈴臓t內(nèi)回流器的旁邊繞行而形成繞流，從而在該爐內(nèi)回流器的后方形成一個負(fù)壓區(qū)，使前進(jìn)的高溫?zé)煔猱a(chǎn)生回流，加強(qiáng)了爐內(nèi)氣流的擾動，進(jìn)一步提高煤粉的燃燒效率。3.本發(fā)明中的爐內(nèi)回流器由其底部鼓入二次風(fēng)，并由爐內(nèi)回流器上的對流風(fēng)風(fēng)口噴出，從而形成對流風(fēng)。該對流風(fēng)首先能夠?qū)t內(nèi)回流器的壁面進(jìn)行冷卻，防止在爐內(nèi)回流器的外表面出現(xiàn)結(jié)渣結(jié)焦現(xiàn)象；其次，該對流風(fēng)與煤粉燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庑纬蓪_，加大了爐內(nèi)氣流的擾動，有益于進(jìn)一步提高煤粉的燃燒效率；再次，該對流風(fēng)很容易與來流高溫?zé)煔饣ハ嗷旌希鸬窖a(bǔ)充煤粉燃燒所需氧氣的作用，能夠進(jìn)一步減少NOx的生成。4.本發(fā)明在爐膛輻射室的尾部布置有旋風(fēng)分離器和煤粉再利用管道，可以將在輻射室內(nèi)仍沒有完全燃燒的煤粉顆粒與高溫?zé)煔夥蛛x，對其進(jìn)行收集后再重新送到爐內(nèi)參與燃燒，又進(jìn)一步地提高了煤粉的燃燒效率。5.現(xiàn)有技術(shù)中，煤粉懸浮燃燒方式在小容量工業(yè)鍋爐中幾乎不被采用；而本發(fā)明鍋爐結(jié)構(gòu)不僅能夠利用煤粉懸浮燃燒方式，而且可被應(yīng)用于中小型燃煤工業(yè)鍋爐，突破了現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)瓶頸。


圖1為本發(fā)明鍋爐本體的主視圖； 圖2為圖1的俯視局部剖視圖3為圖2中輻射室的A-A向剖視圖； 圖4為爐內(nèi)回流器的立體圖； 圖5為圖3中爐內(nèi)回流器的B-B向剖視圖； 圖6為圖2中旋風(fēng)分離器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7為圖6的右視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。如圖1、圖2所示，在煤粉工業(yè)鍋爐的爐膛內(nèi)部的輻射室1的前壁2貫穿有一排陣列二次風(fēng)管3，各陣列二次風(fēng)管3位于前壁2的燃燒器安裝口 4的下方且沿水平方向間隔分布，陣列二次風(fēng)管3的噴口(即出風(fēng)口)置于輻射室1內(nèi)。本發(fā)明的陣列二次風(fēng)管3也可以自上而下有兩排以上，形成陣列結(jié)構(gòu)。本發(fā)明使用時，將陣列二次風(fēng)管3的進(jìn)風(fēng)口連接到工業(yè)鍋爐系統(tǒng)中的二次風(fēng)管上(圖中未畫出)。在工業(yè)鍋爐成功完成點(diǎn)火后，煤粉先進(jìn)入本發(fā)明的輻射室1中燃燒，此時由陣列二次風(fēng)管3鼓入二次風(fēng)，在輻射室1內(nèi)的燃燒器的出口下方形成一股剛性平面氣流，該剛性平面氣流可有效的防止在引燃初期未燃盡的煤粉顆粒由于其自重原因直接落入落灰口，延長了煤粉在爐膛內(nèi)的停留時間，從而提高了煤粉的燃燒效率。之后隨著該陣列二次風(fēng)深入到爐膛內(nèi)，陣列二次風(fēng)氣流的剛性明顯減弱，此時陣列二次風(fēng)能夠?yàn)槊悍垩a(bǔ)充燃燒所需的氧氣，起到了分級送風(fēng)的效果，有益于抑制NOx等污染物的產(chǎn)生。如圖2、圖6和圖7所示，作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，可在輻射室1內(nèi)固定安裝旋風(fēng)分離器5，該旋風(fēng)分離器5位于輻射室1的尾部。安裝時，旋風(fēng)分離器5的進(jìn)氣口 10朝向輻射室1的前壁2的方向，且旋風(fēng)分離器的進(jìn)氣口 10與輻射室1連通；旋風(fēng)分離器的出氣口 11則朝向鍋爐的轉(zhuǎn)向室25并相互連通。圖6所示的實(shí)施例中，離心轉(zhuǎn)向煙道7的煙氣入口為旋風(fēng)分離器的進(jìn)氣口 10，離心轉(zhuǎn)向煙道7的煙氣出口為旋風(fēng)分離器的出氣口
II。輻射室1內(nèi)的高溫?zé)煔庥尚L(fēng)分離器的進(jìn)氣口10進(jìn)入，經(jīng)由旋風(fēng)分離器5內(nèi)部的離心轉(zhuǎn)向煙道7后，再由旋風(fēng)分離器的出氣口 11進(jìn)入爐膛的轉(zhuǎn)向室25內(nèi)。如圖6所示，離心轉(zhuǎn)向煙道7大致可分為進(jìn)氣段I、離心分離段II (即離心轉(zhuǎn)向煙道的中心部分)和出氣段
III。其中，進(jìn)氣段I的煙道沿主氣流方向呈漸縮型結(jié)構(gòu)，使高溫?zé)煔庠谶M(jìn)氣段I的行進(jìn)過
程中迅速減速增壓，此時高溫?zé)煔鈹y帶固相顆粒的能力下降，未燃盡的大煤粉顆粒即會由于自重落入設(shè)置于離心轉(zhuǎn)向煙道7下方的漏料斗9中。高溫?zé)煔庠谕ㄟ^進(jìn)氣段I后進(jìn)入到離心分離段II中。處于離心轉(zhuǎn)向煙道7的中心的離心分離段II呈漩渦狀，促使高溫?zé)煔庠诖诵郎u狀煙道中沿其弧形壁面前進(jìn)時產(chǎn)生離心作用。在離心力的作用下，高溫?zé)煔庵形慈急M的煤粉顆粒由于慣性較大而與煙道壁面8發(fā)生碰撞而從離心轉(zhuǎn)向煙道7的煤粉出口經(jīng)漏
料斗9的進(jìn)料口滑落至漏料斗9中，慣性較小的高溫?zé)煔夂头蹓m則繼續(xù)前進(jìn)至出氣段III
。出氣段III的煙道沿主氣流方向呈漸擴(kuò)型結(jié)構(gòu)，高溫?zé)煔庠谕ㄟ^出氣段III時迅速減壓增
速進(jìn)入鍋爐的轉(zhuǎn)向室25，可以避免由于煙氣流速過慢而造成的積灰問題。漏料斗9的中心設(shè)置有出料口 12，由離心轉(zhuǎn)向煙道7落入漏料斗9中的煤粉顆粒由于自重將沿漏料斗9的壁面滑落至出料口 12。出料口 12與漏料管13的一端連接，漏料管13的另一端貫穿鍋爐后墻14連接到煤粉再利用管道6上，由此，從離心轉(zhuǎn)向煙道7落入到漏料斗9中的煤粉由出料口 12落入到漏料管13后，再經(jīng)由漏料管13滑落進(jìn)入煤粉再利用管道6。另一方面，鼓風(fēng)機(jī)15將空氣鼓入到煤粉再利用管道6中。煤粉再利用管道6中煤粉和空氣流混合混合后被送入輻射室1中重新參與燃燒，達(dá)到了進(jìn)一步提高能源利用率的效果。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，還可在輻射室1內(nèi)固定安裝有爐內(nèi)回流器19，爐內(nèi)回流器19的橫截面呈擴(kuò)口狀，例如，梯形、喇叭形是常見的擴(kuò)口狀。作為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，圖2、圖3、圖4和圖5中所示的爐內(nèi)回流器19的橫截面為梯形。以下結(jié)合圖2至圖5 對爐內(nèi)回流器19的結(jié)構(gòu)及其作用作進(jìn)一步的說明
爐內(nèi)回流器19通常設(shè)置于輻射室1的中央。爐內(nèi)回流器19的內(nèi)部設(shè)有氣流室20。工業(yè)鍋爐系統(tǒng)的二次風(fēng)管(圖中未畫出)與對流風(fēng)管M的一端連接，對流風(fēng)管M的另一端穿進(jìn)輻射室1并通常與爐內(nèi)回流器19的底部連通，使來自二次風(fēng)管的二次風(fēng)經(jīng)過對流風(fēng)管M 后，從爐內(nèi)回流器19的底部進(jìn)入到氣流室20中，成為氣流室20的主氣流。氣流室20的沿其主氣流方向的橫截面呈擴(kuò)口狀，氣流室20的橫截面的縮口側(cè)所在的壁面朝向輻射室1的前壁，稱為迎風(fēng)面21 ；氣流室20的橫截面的擴(kuò)口側(cè)所在的壁面朝向旋風(fēng)分離器5的進(jìn)氣口 10，稱為背風(fēng)面22。在爐內(nèi)回流器19的迎風(fēng)面21上開有多個對流風(fēng)風(fēng)口 23，這些對流風(fēng)風(fēng)口 23沿氣流室20的主氣流方向間隔分布。從對流風(fēng)管M進(jìn)入氣流室20的主氣流最后由對流風(fēng)風(fēng)口 23噴出，并作為來流的高溫?zé)煔獾膶α黠L(fēng)而與來流的高溫?zé)煔猱a(chǎn)生對沖，加強(qiáng)了輻射室內(nèi)氣流的擾動，有益于未燃燒或未燃盡煤粉顆粒與煙氣的換熱，同時還為高溫?zé)煔庵械拿悍垲w粒提供了燃燒所需的氧氣，可以進(jìn)一步提高煤粉的燃燒效率。而煤粉燃燒后產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠谳椛涫?中與對流風(fēng)風(fēng)口 23噴出的對流風(fēng)對沖后從爐內(nèi)回流器19旁繞行至背風(fēng)面22的后方，并在背風(fēng)面22后方的區(qū)域形成一個負(fù)壓區(qū)，使得前進(jìn)的高溫?zé)煔猱a(chǎn)生回流，加強(qiáng)了爐內(nèi)氣流的擾動，有益于煤粉在輻射室1內(nèi)更進(jìn)一步的完全燃燒。本發(fā)明的工作過程如下
工業(yè)鍋爐成功完成點(diǎn)火后，煤粉先進(jìn)入本發(fā)明具有低污染排放特性的高效煤粉工業(yè)鍋爐的輻射室1中燃燒，此時由陣列二次風(fēng)管3鼓入二次風(fēng)，在輻射室1內(nèi)的燃燒器出口下方空間形成一股剛性平面氣流，該剛性平面氣流可有效的防止在引燃初期未燃盡的煤粉顆粒由于自重原因直接落入落灰口，延長了煤粉在爐內(nèi)的停留時間，從而提高了煤粉的燃燒效率，之后隨著該陣列二次風(fēng)進(jìn)入爐內(nèi)的距離增加，陣列二次風(fēng)氣流的剛性明顯減弱，此時該氣流能夠?yàn)槊悍鄣娜紵a(bǔ)充氧氣，起到了分級送風(fēng)的效果，有益于抑制NOx等污染物的產(chǎn)生。隨后，輻射室1的高溫?zé)煔庠谇靶羞^程中經(jīng)過爐內(nèi)回流器19時形成繞流，將在爐內(nèi)回流器19的后方形成一個負(fù)壓區(qū)，使得前進(jìn)的高溫?zé)煔猱a(chǎn)生回流，加強(qiáng)了爐內(nèi)氣流的擾動，更加有益于煤粉在輻射室1內(nèi)的完全燃燒。與此同時，爐內(nèi)回流器19內(nèi)的氣流從對流風(fēng)風(fēng)口 23噴出與來流的高溫?zé)煔鈱_產(chǎn)生對流風(fēng)，對流風(fēng)與高溫?zé)煔鈱_后加強(qiáng)了輻射室1 內(nèi)的氣流的擾動，有益于未燃燒或未燃盡煤粉顆粒與煙氣的換熱，同時又為高溫?zé)煔庵猩形赐耆紵拿悍垲w粒提供了氧氣，使煤粉進(jìn)一步充分燃燒。之后，高溫?zé)煔饫^續(xù)前進(jìn)至輻射室1的尾部，由旋風(fēng)分離器進(jìn)氣口 10進(jìn)入到旋風(fēng)分離器5的離心轉(zhuǎn)向煙道7中，此時，由于煙氣流在離心轉(zhuǎn)向煙道7的呈漩渦狀的離心分離段II中產(chǎn)生了離心作用，高溫?zé)煔庵形慈紵拿悍垲w粒即因?yàn)閼T性較大而與煙道壁面8發(fā)生碰撞，之后落入漏料斗9中，而慣性較小的高溫?zé)煔夂蜔焿m則通過離心轉(zhuǎn)向管道7后由旋風(fēng)分離器出氣口 11進(jìn)入到轉(zhuǎn)向室25，之后依次經(jīng)過雙回程對流室16、煙道出口 17進(jìn)入外部連接的省煤器(圖中未畫出)中。而由離心轉(zhuǎn)向煙道7落入漏料斗9中的煤粉顆粒由于自重將沿漏料斗9的壁面滑落至出料口 12，進(jìn)而落入漏料管13中，再經(jīng)由漏料管13滑落進(jìn)入煤粉再利用管道6，在與煤粉再利用管道6中的空氣流混合后在鼓風(fēng)機(jī)15的作用下經(jīng)由煤粉再利用管道6吹入到輻射室1中重新參與燃燒。煤粉在爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生的煙塵和灰渣將有一部分由于自重原因下落至爐膛底部，這部分煙塵和灰渣即通過爐膛底部的落灰口 18排出，由撈渣機(jī)沈進(jìn)行集中收集后處理。
權(quán)利要求
1.一種具有低污染排放特性的高效煤粉工業(yè)鍋爐，其特征是所述煤粉工業(yè)鍋爐的輻射室(1)的前壁(2)貫穿有一排以上的陣列二次風(fēng)管(3)，各陣列二次風(fēng)管(3)位于所述前壁(2)的燃燒器安裝口(4)的下方且同一排中的各陣列二次風(fēng)管(3)沿水平方向分布，所述陣列二次風(fēng)管(3)的噴口置于輻射室(1)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有低污染排放特性的高效煤粉工業(yè)鍋爐，其特征是還包括旋風(fēng)分離器(5)和煤粉再利用管道(6);所述旋風(fēng)分離器(5)固定安裝于輻射室(1)內(nèi)且處于輻射室(1)的尾部，所述旋風(fēng)分離器(5)內(nèi)設(shè)置有離心轉(zhuǎn)向煙道(7)和漏料斗(9)，所述離心轉(zhuǎn)向煙道(7)的中心呈漩渦狀，所述離心轉(zhuǎn)向煙道(7)的煙氣入口與輻射室(1)連通， 所述離心轉(zhuǎn)向煙道的煙氣出口與鍋爐爐膛的轉(zhuǎn)向室(25)連通，所述漏料斗(9)位于所述離心轉(zhuǎn)向煙道(7)的下方，離心轉(zhuǎn)向煙道(7)設(shè)有與漏料斗(9)的進(jìn)料口正對的煤粉出口 ；所述漏料斗(9)的出料口(12)連接有漏料管(13)，所述漏料管(13)的出口端穿出輻射室(1) 的后墻(14)且所述漏料管(13)的出口與所述煤粉再利用管道(6)連通，所述煤粉再利用管道(6)的進(jìn)口端連接有鼓風(fēng)機(jī)(15)，所述煤粉再利用管道(6)的出口端穿進(jìn)輻射室(1)的前壁⑵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有低污染排放特性的高效煤粉工業(yè)鍋爐，其特征是在所述輻射室(1)內(nèi)還固定安裝有爐內(nèi)回流器(19)，所述爐內(nèi)回流器(19)設(shè)有氣流室 (20)，氣流室(20)的主氣流入口與工業(yè)鍋爐系統(tǒng)的二次風(fēng)管連通，所述氣流室(20)的沿其主氣流方向的橫截面呈擴(kuò)口狀，所述氣流室(20)在所述橫截面的縮口側(cè)所在的壁上設(shè)有對流風(fēng)風(fēng)口(23)，所述對流風(fēng)風(fēng)口(23)朝向所述輻射室(1)的前壁(2)且沿氣流室的主氣流方向分布。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有低污染排放特性的高效煤粉工業(yè)鍋爐的輻射室的前壁貫穿有一排以上的陣列二次風(fēng)管，同一排中的各陣列二次風(fēng)管位于所述前壁的燃燒器安裝口的下方且沿水平方向分布，所述陣列二次風(fēng)管的噴口置于輻射室內(nèi)。本發(fā)明在其輻射室內(nèi)還可進(jìn)一步設(shè)置旋風(fēng)分離器和煤粉再利用管道。本發(fā)明采用煤粉懸浮燃燒方式且具有低污染排放特性，并提高了煤粉的燃燒效率，可被應(yīng)用于中小型燃煤工業(yè)鍋爐。
文檔編號F23C7/02GK102563627SQ20121004970
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者孫公鋼, 張光學(xué), 朱霖, 池作和, 池俊杰, 王怡弘, 王進(jìn)卿 申請人:中國計(jì)量學(xué)院