一种用于燃烧低热值洗中煤的工业窑炉的制作方法

本发明属于燃煤工业炉领域，特别涉及一种用于燃烧低热值洗中煤的工业窑炉。

技术背景

一般炼焦用煤、化工用煤、出口用煤及某些特殊用煤的原煤，都要预先送选煤厂洗选。在重力选煤过程中的中间产物称洗中煤，洗中煤是选煤厂选出的灰分高于精煤而低于煤矸石的产品。我国洗中煤的挥发分Vdaf约在25％—40％范围内，水分Mar根据脱水程度而异，一般在10％—15％，灰分Aar则较高，一般为30％—40％，有的高达50％。洗中煤由于灰分高，结渣的倾向较大。

我国洗中煤的产量约为原煤产量的7％—8％，大多数为电站锅炉所燃用。因此，洗中煤在动力燃料中占有相当重要的地位，研究其燃烧特性也是一项重要工作。

由于洗中煤的特殊性，目前的煤的燃烧主要是与采用与较高热值的煤(6MJ/kg以上)一起燃烧。中国专利ZL200820209744.4公开了一种工业窑炉，其可以用于燃烧洗中煤，该窑炉包括窑体墙体、出料口、进料口、炉膛、炉条、烟道、出烟口、火口、烟囱和保温层，其中炉条在炉膛内，炉条形成的平面同水平面形成一定的角度，其角度为30-60°，炉条形成的平面同墙体交接处，上端设进料口，下端设出料口，炉膛顶部开出烟口并同烟道连通，出烟口形状为方形或圆形。这种工业窑炉炉膛内温度可到850℃，烟气在炉膛内可燃尽，进而尽量减少向外排出的烟气，减小环境污染。

但是这种工业窑炉采用现场耐火砖和红砖砌筑形成墙体，施工周期长，费用高，而且对煤要求是高热值，对低热值洗中煤特别是4MJ/kg以下的洗中煤燃烧效果不好，不能充分燃烧，导致对低热值洗中煤的再利用处理。

技术实现要素：

本发明提出了一种用于燃烧低热值洗中煤的工业窑炉，其通过优化的窑炉结构改进，使得其能充分燃烧煤热值低的各种洗中煤，且其由积木式的模块构成炉墙，整体组装出厂，施工周期短，成本低廉。

实现本发明的目的所采用的具体技术方案如下：

一种用于燃烧低热值洗中煤的工业窑炉，包括底座、流化床布风板、旋流式风帽、预制耐火混凝土炉墙、隔墙、炉膛、百叶式高温分离器、预制耐火混凝土炉顶和后燃烧室，其中，

预制耐火混凝土炉墙布置在底座上并沿四周围成炉体本体结构，所述预制耐火混凝土炉顶设置在炉体本体顶部，形成炉顶，所述底座、预制耐火混凝土炉墙与预制耐火混凝土炉顶形成的内部空间形成炉腔；

所述隔墙设置在底座上并位于所述炉腔中部，其将炉腔分为炉膛和后燃烧室；

所述炉膛底部的底座上，设置有所述流化床布风板，其上开有多个出风孔，该流化床布风板上阵列布置有旋流式风帽，其数量少于出风孔数量，每个出风孔上对应布置有一个旋流式风帽，所述旋流式风帽包括风帽本体，该风帽本体为中空结构，其底端与布风板的出风孔相通，风帽本体的侧壁上包括沿高度方向设置多个小孔层，每个小孔层包括沿侧壁周向均匀布置的多个小孔，所述布风板流入的气流经所述小孔喷入炉膛，吹动炉膛内的煤燃烧；

所述隔墙上位于炉膛和后燃烧室之间处设置有高温分离器，在炉膛内燃烧后的烟气通过该高温分离器通向后燃烧室，并通过设置在后燃烧室侧壁上的高温烟气出口排出。

优选地，所述旋流式风帽包括呈阵列式分布且高度相同的第一组旋流式风帽和间隔布置在各第一组旋流式风帽之间的多个高于第一组旋流式风帽的第二组旋流式风帽，且所述第二组旋流式风帽由设置在炉膛中央的一个高度最高的中心旋流式风帽，以及以该中心旋流式风帽为中心围绕其呈环形布置的多个高度相对较低的外围旋流式风帽组成。

优选地，所述外围旋流式风帽围成的环形为同心布置的多层环形，各层环形层均以所述中心旋流式风帽为中心但直径各不相同。

优选地，每一层环形的外围旋流式风帽的高度比其外围相邻的一层环形外围 旋流式风帽的高度高，优选高1.2-2.0倍，更优选是1.4-1.6倍。

优选地，所述每个小孔层上的多个小孔其出口中心线与旋流式风帽的风帽本体外周表面相切。

优选地，所述高温分离器包括顶板、底板以及设置在顶板和底板之间的叶片上分离片，该高温分离器安装设置在所述隔墙的上表面上，其位于炉膛一侧的高度大于位于后燃烧室一侧的高度。

优选地，所述叶片式分离片为沿从炉膛至后燃烧室方向分布的多片，各叶片式分离片为由两片子叶片以一定角度组合而成的弯折状叶片，每一层上的叶片式分离片等距间隔布置，且相邻两层之间的叶片式分离片相互错开，从而使得烟气通过该高温分离器时形成曲折气流路线，烟气依此拐弯碰撞上述叶片式分离片，从而可分离一定粒度的颗粒。

优选地，所述预制耐火混凝土炉墙为多层结构的墙体，从内壁依次向外包括第一内衬层、第二内衬层、中间隔热层、保温层和外防护层，其中，第一内衬层内衬由耐火水泥和耐火骨料按一定配比与耐热元钢浇注而成，形成第一层耐热层；所述第二内衬层由耐火骨料与不锈钢丝网浇注而成；所述中间隔热层由硅酸铝纤维毛毡和硅藻保温砖层叠制成；所述保温层为无机保温材料制备；所述外防护层为钢制护板。

优选地，所述炉膛和后燃烧室中布置有风冷受热面，外部送风机来的冷空气可在炉腔内经过所述风冷受热面被加热，成为高温空气并通过管道输出作为热源利用。

优选地，所述炉膛和后燃烧室中布置有水冷受热面，软化处理后的水可经外部水泵送至炉腔内经该水冷受热面后被加热，可成为蒸汽并通过管道输出作为热源利用。

本发明的工业窑炉由于在流化床的密相区未布置受热面，所以热值很低的煤引燃后能在没有吸热的工况下积累热量，形成高温，加热并使新补充的煤燃烧，周而复始，达到高温、充分、稳定的燃烧，用调节风煤比的手段控制炉膛温度和炉子的热功率。

本发明在床内的布风板上等三角形布置旋流式风帽。风帽为耐热耐磨的铸钢制作，风帽中心为内空结构，空气经此处被均匀分配至风帽小孔，小孔出口中心 与风帽圆周相切，使从小孔出来的高压气流切向喷出，推动床料粒子旋转，横向扰动，与上升气流一起形成强烈的气固两相流混合运动，提高燃烧效率。

本发明在炉膛出口处，布置有耐热钢制成的百叶式高温分离器，将20μm以上的碳粒分离出来沿壁面下滑至床区继续燃烧，提高碳的燃烬率。

本发明的工业窑炉下部即密相区内未布置受热元件，煤入炉引燃放热后，由于没有吸热和散热(或散热很少)，因而炉温迅速上升达到能使煤充分燃烧的高温；加之物料颗粒不断扰动上下沸腾，与空气充分接触，完全满足了燃烧的高温、氧气和燃烧时间需求，所以低热值洗中煤能充分燃烧、长期稳定运行。另外，通过改变风煤配比来控制炉膛温度及炉子的热功率。用积木式模块炉墙的结构组装，与现场砖砌炉子相比，大大缩短了施工周期，重量减轻了2/3以上。

附图说明

图1为按照本发明实施例的用于燃烧低热值洗中煤的工业窑炉的整体结构示意图；

图2.为图1中的工业窑炉中的预制耐火混凝土炉墙的结构示意图；

图3为图1中的工业窑炉中的风帽的结构示意图；

图4为图3中的风帽的横截面示意图；

图5为图1中的工业窑炉中的高温分离器7的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例的一种用于燃烧低热值洗中煤的工业窑炉，如图1所示，包括钢制的底座1、布风板2、旋流式风帽3、预制耐火混凝土炉墙4、隔墙5、炉膛6、百叶式高温分离器7、预制耐火混凝土炉顶8、后燃烧室9、高温烟气出口10。

如图1，钢制底座1设置在工业窑炉基体上，其上四周布置预制耐火混凝土炉墙4，顶部布置有预制耐火混凝土炉顶8，内部形成工业窑炉的炉腔，以进行煤的燃烧。

预制耐火混凝土炉墙4为多层结构的墙体，从内壁依次向外包括第一内衬层41、第二内衬层42、中间隔热层43、保温层44和外防护层45，其中，第一内 衬层内衬41由耐火水泥和耐火骨料按一定配比与耐热元钢浇注而成，形成第一层耐热层，其厚度根据实际需求可以为0.5-5cm。第二内衬层42由耐火骨料与不锈钢丝网浇注而成，形成第二层耐热层，其厚度根据实际需求可以为0.5-5cm。中间隔热层43由硅酸铝纤维毛毡和硅藻保温砖层叠制成，其厚度根据实际需求可以为1-10cm。保温层为无机保温材料制备，例如为硅藻保温砖。外防护层45为钢制护板。

隔墙5设置在钢制底座1上，优选位于炉腔中部，其将炉腔分为炉膛6和后燃烧室9两个腔室。

在炉膛6底部的钢制底座1上，设置有布风板2，布风板2上开有多个出风孔，该流化床布风板2上阵列布置有旋流式风帽3，其数量少于出风孔数量，即多个出风口对应一个旋流式风帽3，风从出风口和旋流式风帽3中喷出，吹动炉膛6内的煤燃烧。

旋流式风帽3的结构和出风效果对于煤的燃烧具有重要影响，其风向和出风量的分布可以对煤的燃烧效率产生决定性作用。如图3和4所示，本发明实施例的旋流式风帽3整体呈杆状，包括风帽本体31，该风帽本体31的中心为内空结构，顶端封闭，底端与布风板2的风孔相通。在风帽本体31的侧壁上包括沿杆体高度方向上设置的多个小孔层，各小孔层分布在侧壁的不同高度上，其中每个小孔层包括沿侧壁轴向均匀布置的多个小孔32，空气经此处被均匀分配至风帽小孔。优选地，小孔32出口中心与杆状风帽3的外圆周相切，使从小孔出来的高压气流切向喷出，推动床料粒子旋转，横向扰动，同时与其他出风口喷出的上升气流一起形成强烈的气固两相流混合运动，提高燃烧效率。优选地，每个小孔层上的小孔数量为4-8个。

优选的是，本发明实施例的旋流式风帽3为阵列式分布，各旋流式风帽3伸入炉腔内的高度并不都完全相同。优选在阵列式分布的各高度相同的旋流式风帽3(本实施例中称为第一组旋流式风帽)中间隔布置多个高度较高的旋流式风帽3(本实施例中称为第二组旋流式风帽)。如图1所示，多个高度较高的旋流式风帽3即第二组旋流式风帽顶部高出第一旋流式风貌3，伸入炉腔中心。第二旋流式风帽3的优选布置方式是，以布风板2上位于炉膛6中心位置布置有一个高度最高的旋流式风帽3(中心旋流式风帽)，并以该高度最高的旋流式风帽3为中 心围绕其布置多个高度较高的旋流式风帽3(外围旋流式风帽)，以形成多个环形旋流式风帽。其中，最高的中心旋流式风帽3的高度例如可以为炉膛高度的二分之一或三分之二或其他高度，以其为中心外围分布的多层高度较低的旋流式风帽3中，每一层围成环形的各个旋流式风帽3的高度优选相同，而每一层环形的第二旋流式风帽3的高度比其外围的另一层环形的第二旋流式风帽3的高度高。优选地，每一层环形的第二旋流式风帽3的高度为其外围的另一层环形的第二旋流式风帽3高度的1.2-2.0倍，更优选是1.4-1.6倍。依次方式，通过多个高度相同的第一旋流式风帽3的阵列布置以及多个高度不同但形成多层环形布置的第二旋流式风帽3交替间隔设置，可以使得从风帽进入炉膛内的出风风量最大，且风向均匀稳定，风流在炉膛内形成稳定贯通整个炉膛的气氛；同时突出的多层环形的第二旋流式风帽3可以对炉膛内的煤在燃烧中形成搅拌和间隔分离作用，使得其中的燃烧风更加均匀地与煤混合，有利于煤的充分燃烧，提升燃烧效率。

优选地，旋流式风帽3采用耐热耐磨的铸钢制作。

如图1所示，在隔墙5上位于炉膛6和后燃烧室9两个腔室之间的部分还设置有高温分离器7，燃烧后的烟气通过该高温分离器7通向后燃烧室9，大于一定直径(如20μm)的颗粒碰撞到百叶式分离器后被隔离。

如图4所示，在一个实施例中，隔墙5上表面为倾斜表面，其中炉膛6一侧的高度小于后燃烧室一侧的高度。隔墙5上的高温分离器7整体呈百叶式，包括顶板72、底板73以及设置在顶板72和底板73之间的叶片上分离片71。高温分离器7安装设置在上述隔墙5上表面上，相匹配地，其位于炉膛6一侧的长度大于位于后燃烧室一侧的长度。高温分离器7包括沿从炉膛至后燃烧室方向分布的多层叶片式分离片71，其中叶片式分离片71为由两片子叶片以一定角度(优选是30°-60°)组合而成的弯折状叶片，每一层上的叶片式分离片71等距间隔布置，且相邻两层之间的叶片式分离片71相互错开，从而使得烟气通过该高温分离器7时形成曲折气流路线，烟气依此拐弯碰撞上述叶片式分离片，从而可分离一定粒度例如大于20μm以上的颗粒，上述颗粒可沿隔墙的斜坡下滑返回至流化床中进一步燃烧。

工作时，低热值洗中煤入炉后，在炉子下部流化床中的密相区内燃烧，较粗的碳粒在其中上下翻腾扰动，停留时间达30分钟以上，能充分燃烬，用调节风 煤配比来控制炉膛温度，从炉子底部排出炉渣的含碳量达0.5％以下。46内燃烧后被气流带至后燃烧室9仍继续燃烧。高温烟气从出口10送至用户烘干物料或焙烧产品。在炉膛6出口处，布置有百叶式高温分离器，烟气依此拐弯碰撞后可分离大于20μm以上的颗粒，沿隔墙的斜坡下滑返回至流化床中进一步燃烧，以提高效率。

后燃烧室9侧壁上开有高温烟气出口10，后燃烧室燃烧后的烟气通过该高温烟气出口10排出。

在一个实施例中，炉膛6和后燃烧室9中，布置有风冷受热面。由外部送风机来的冷空气在炉腔内经过此处的风冷受热面被加热，成为高温空气，通过管道输出，可以用于烘干粮食、面粉等干净产品，其余结构与实施例1相同。

在一个实施例中，在炉膛6和后燃烧室9中，布置有水冷受热面。软化处理后的水经外部水泵送至炉腔内，经该水冷受热面后被加热，可成为蒸汽通过管道输出，以供用户使用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。