一种半气化组合燃烧的燃煤工业锅炉的制作方法

一种半气化组合燃烧的燃煤工业锅炉
1.技术领域
2.本发明涉及一种燃煤工业锅炉，尤其涉及一种半气化燃烧的燃煤工业锅炉。


背景技术：

3.在我国燃煤工业锅炉领域，成熟的炉型按燃烧方式可分为4种:
①
层燃炉:原煤经破碎成粒径为25～40毫米的碎块后,用炉前煤斗的煤闸板或播煤机平铺在链条炉排上作层状燃烧；层燃炉优点是附属设备少,制造、安装简便,易于运行操作，适用于中小容量锅炉；缺点为是煤的燃烧不完全,炉渣和飞灰中可燃物含量多,锅炉效率一般为75～85%，对煤质的要求较高。
②
室燃炉:又称煤粉炉，原煤经筛选、破碎和研磨成大部分粒径小于0.1毫米的煤粉后,经燃烧器喷入炉膛作悬浮状燃烧；煤粉喷入炉膛后能很快着火,烟气能达到1500℃左右的高温；但煤粉和周围气体间的相对运动很微弱,煤粉在较大的炉膛内停留约2～3秒才能基本上烧完,故煤粉炉的炉膛容积常比同蒸发量的层燃炉炉膛约大一倍；这种锅炉的优点是能燃烧各种煤且燃烧较完全,所以锅炉容量可做得很大,适用于大、中型及特大型锅炉；锅炉效率一般可达90～92%；其缺点是附属机械多,自动化水平要求高,锅炉给水须经过处理,基建投资大。
③
旋风炉:将粒径小于10毫米的碎煤粒或粗煤粉先在前置式旋风筒内作旋风状燃烧,所产生的高温烟气再进入主炉膛冷却室内进行辐射换热；旋风炉的优点是炉膛容积热强度高,炉子的尺寸小；过剩空气系数小(仅为1.05～1.10,可以降低排烟热的损失；燃用粗煤粉可简化制粉设备；排渣率高，飞灰浓度低，提高烟气速度加强对流受热面的传热；其缺点是适用煤种受灰熔点和渣的粘滞性的限制；锅炉负荷变动范围较小；不能快速启停；由于炉内温度可达2000℃左右,有害气体nox排放量大，对大气污染较严重。
④
沸腾燃烧炉:分鼓泡床锅炉和流化床锅炉，以循环流化床锅炉为主；循环流化床锅炉具有燃料适应性广，燃烧稳定高效，环保性能优越等显著优点，循环流化床锅炉负荷允许30%～110%调节，但是流化床锅炉运行不可避免的会造成各受热面磨损，因此可靠性相对较差是其最显著的缺点，另外循环流化床锅炉机组能耗水平相对较高。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种半气化组合燃烧的燃煤工业锅炉，以解决现有锅炉在燃烧效率、环保参数、运行可靠性、负荷调节能力等方面存在的问题，使锅炉保持高效率连续稳定运行，同时降低自耗电量，降低检修维护的各项成本，显著提高经济效益。
5.本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种半气化组合燃烧的燃煤工业锅炉，包括半气化炉、燃气炉、分离器、返料器和烟道，其特征在于：所述的燃气炉设置于分离器与烟道之间；所述半气化炉的燃烧室出口与所述的分离器入口相连，分离器的出气管与所述的燃气炉相连，分离器的下部与返料器相
连，返料器的返料管与半气化炉流化床的上部相连；燃气炉炉膛下部的出口与所述的烟道相连。
6.通过采用上述技术方案，在一套锅炉系统中同时设置半气化炉与燃气炉，半气化炉与现有的流化床锅炉结构相近，但上部没有二次风助燃，燃烧室上部处于欠氧状态，流化床上的燃料被流化、气化，气化气经旋风分离器分离进入燃气炉燃烧，而未燃尽的物料被分离下来通过返料器返回至半气化炉燃烧室，继续进行流化气化，如此循环往复，把燃煤变成半煤气燃烧，达到了最佳燃烧工况，燃烧完全彻底，提高了锅炉热效率，可降低锅炉出口烟气的含尘量，能有效的降低大气污染物，达到了节能环保的目的。与层燃炉相比锅炉效率大大提升，与煤粉炉相比机组自耗电量大大降低且负荷适应范围更广，与循环流化床锅炉相比连续运行可靠性大大增加。
7.上述的一种半气化组合燃烧的燃煤工业锅炉中，所述的燃气炉竖向设置，炉膛的上部设置有燃烧器，燃烧器与分离器的出气管之间通过半气化气输送管相连接。
8.通过采用上述技术方案，燃烧器设置于炉膛的上部，燃烧火焰在燃气炉炉膛内向下喷射充分燃烧，利于燃烧烟气中的灰尘分离进入排渣灰斗，由排渣口排出，使相对洁净的烟气转弯向上进入烟道与过热器、蒸发器等受热面换热。
9.进一步地，所述的烟道包括依次顺序相连的第一烟道、第二烟道、第三烟道、第四烟道，第一烟道、第三烟道均竖向设置，第二烟道、第四烟道水平设置，第一烟道的进口与燃气炉炉膛下部的出口相连，第一烟道的出口与第三烟道的进口之间通过第二烟道相连；第三烟道的下端设置锅炉出口灰斗，第四烟道一端与锅炉出口灰斗相连，另一端与烟囱相连；第一烟道的进口与燃气炉炉膛下部的出口的下部设置排渣灰斗。
10.更进一步地，所述的第一烟道内按烟气流向依次设置过热器和蒸发器；所述的第三烟道内按烟气流向依次设置省煤器和空预器。
11.通过采用上述技术方案，设置依次顺序相连的第一烟道、第二烟道、第三烟道，、第四烟道，延长了烟气流程，增加换热，同时便于布置多级过热器受热面；通过多烟道布置使烟气流程更长，延长热烟气在锅炉内的停留时间，进一步提高锅炉效率；并有利于布置吹灰器，及时清除锅炉对流受热面积灰，确保锅炉长期、高效、安全运行。
12.上述的一种半气化组合燃烧的燃煤工业锅炉中，所述的排渣灰斗、锅炉出口灰斗由耐热钢骨架和保温浇注料制成。各灰斗相互独立，高效清灰，保证了锅炉的长期、高效、安全运行。
13.上述的一种半气化组合燃烧的燃煤工业锅炉中，还包括鼓风机，鼓风机的进口与所述的空预器的空气出口相连，鼓风机的出口与燃烧器相连。
14.通过采用上述技术方案，空气预热器利用烟气废热加热空气，使进入燃烧器的空气温度提高，在燃烧器中与半气化气输送管送入的可燃气混合后燃烧，使燃烧充分，提高了燃料的燃尽率，提高了锅炉的燃烧效率。
15.进一步地，所述燃气炉的炉膛后墙与第一烟道的前墙共用一面水冷膜式壁。
16.通过采用上述技术方案，燃气炉与第一烟道共用一面水冷膜式壁，不仅可以节省材料，降低成本，还能够使整台锅炉结构更紧凑，节省空间，减少占地面积。
17.有益效果：1、在一套锅炉系统中同时设置半气化炉与燃气炉，半气化炉流化床上的燃料被流
化、气化后，气化气经旋风分离器分离进入燃气炉燃烧，而未燃尽的物料被分离下来通过返料器返回至半气化炉燃烧室，继续进行流化气化燃烧，如此循环往复，把燃煤变成半煤气燃烧，达到了最佳燃烧工况，燃烧完全彻底，提高了锅炉热效率，可降低锅炉出口烟气的含尘量，能有效的降低大气污染物，达到了节能环保的目的。
18.2、燃气炉的燃烧器设置于炉膛的上部，燃烧火焰在燃气炉炉膛内向下喷射充分燃烧，利于燃烧烟气中的灰尘分离进入排渣灰斗，由排渣口排出，使相对洁净的烟气转弯向上进入烟道与过热器、蒸发器等受热面换热。
19.3、通过多烟道布置使烟气流程更长，延长热烟气在锅炉内的停留时间，进一步提高锅炉效率；并有利于布置吹灰器，及时清除锅炉对流受热面积灰，确保锅炉长期、高效、安全运行。
20.4、空气预热器利用烟气废热加热空气，使进入燃烧器的空气温度提高，在燃烧器中与半气化气输送管送入的可燃气混合后燃烧，使燃烧充分，提高了燃料的燃尽率，提高了锅炉的燃烧效率。
附图说明
21.图1是本发明半气化组合燃烧的燃煤工业锅炉的示意图。
22.图中：1半气化炉，101给煤管，102流化风室，103布风板，104放渣管，105燃烧室，2分离器入口烟道，3分离器，31出气管，4返料器，41立管，42返料管，5半气化气输送管，6燃烧器，7燃气炉，71炉膛，72出口，8第一烟道，9过热器，10蒸发器，11第二烟道，12第三烟道，13省煤器，14空预器，15锅炉出口灰斗，16第四烟道。
具体实施方式
23.为能清楚说明本发明的技术特点，下面通过非限定性的实施例并结合附图，对本发明做进一步的说明。
24.请见图1，一种半气化组合燃烧的燃煤工业锅炉，包括半气化炉1、燃气炉7、分离器3、返料器4和烟道，燃气炉7设置于分离器3与烟道之间；半气化炉1与现有的流化床锅炉结构相近，燃烧室105的上部设有烟气出口，通过一段水平的分离器入口烟道2与分离器入口相连，燃烧室105的中部设有给煤管101和防暴门，下部设有布风板103、流化风室102和返料接口，布风板103上设有与流化风室102相连通的风帽，与布风板103一起构成流化床，燃烧室105既是流化室也是气化室；布风板103上设有放渣管104，放渣管104的下端向下穿过流化风室102，放渣管104的下端伸出风室后连接有排渣阀、冷渣机。
25.燃气炉7竖向设置，炉膛71的上部设置有燃烧器6，分离器3的出气管31与燃烧器6之间通过半气化气输送管5相连接，分离器3下部与返料器4的立管41相连，返料器4的返料管42与半气化炉1流化床的上部的返料接口相连；燃气炉炉膛71下部的出口72与烟道相连。
26.所述的烟道包括依次顺序相连的第一烟道8、第二烟道11、第三烟道12、第四烟道16，第一烟道8、第三烟道12均竖向设置，第二烟道11、第四烟道16水平设置，第一烟道8的进口与燃气炉炉膛71下部的出口72相连，第一烟道8的出口与第三烟道12的进口之间通过第二烟道11相连；第三烟道12的下端设置锅炉出口灰斗15，第四烟道16一端与锅炉出口灰斗15相连，另一端与烟囱相连；第一烟道8的进口与燃气炉炉膛71下部的出口72的下部设置排
渣灰斗。排渣灰斗、锅炉出口灰斗15由耐热钢骨架和保温浇注料制成。本实施例中，燃气炉7的炉膛后墙与第一烟道8的前墙共用一面水冷膜式壁。
27.第一烟道8内按烟气流向依次设置过热器9和蒸发器10；第三烟道12内按烟气流向依次设置省煤器13和空预器14。本实施例还包括鼓风机，鼓风机的进口与所述的空预器14的空气出口相连，鼓风机的出口与燃烧器6相连。鼓风机、空预器14为现有技术，在现有的循环流化床锅炉中，鼓风机的出口通过风管与燃烧室105的上部相连通，作为燃烧室105的二次风为燃料助燃；本实施例在中，燃烧室105上部没有二次风助燃，燃烧室105上部处于欠氧状态，流化床上的燃料被流化、气化，气化气经旋风分离器3分离进入燃气炉7燃烧，而未燃尽的物料被分离下来通过返料器4返回至半气化炉1燃烧室105，继续进行流化气化燃烧，如此循环往复，把燃煤变成半煤气燃烧。而鼓风机的出口与燃烧器6相连，空气预热器利用烟气废热加热空气，使进入燃烧器6的空气温度提高，在燃烧器6中与半气化气输送管5送入的可燃气混合后燃烧，使燃烧充分，提高了燃料的燃尽率，提高了锅炉的燃烧效率。燃烧器6根据锅炉参数可采用旋流燃烧器或四角切圆直流燃烧器，本实施例中，采用旋流燃烧器。
28.本实施例中，返料器4采用旋风分离器，燃烧室105、旋风分离器和返料器4均采用外部钢护板内部浇注料的纯绝热结构。
29.本实施例中，半气化炉1、燃气炉7在不同位置设有温度、压力、氧量等测点，实现自动化控制燃烧，为现有技术，不多赘述。
30.本实施例的工作过程：从粗制粉系统制得的粗煤粉通过件给煤管101进入半气化炉1燃烧室105，落入布风板103上的流化床，流化风室102引入流化气化风穿过布风板103，对布风板103上的物料进行流化，在这里流化气化燃烧，流化气化形成的气化气以及灰渣经过分离器入口烟道2进入绝热旋风分离器3，经过高温分离，气化气被分离出来离开半气化炉1，未燃尽的物料被分离下来进入返料器4，通过返料风返回至半气化炉1燃烧室105，继续进行流化气化燃烧，燃尽的灰渣经布风板103上设置的放渣管104排出半气化炉1。半气化炉1产生的可燃气经过半气化气输送管5道引入到旋流燃烧器6，鼓风机送风经过空气预热器加热后引入旋流燃烧器6，在燃烧器6中与半气化气输送管5送入的可燃气混合后燃烧，整个火焰在燃气炉炉膛71内向下喷射充分燃烧；燃烧烟气中的部分灰尘经过炉膛71下部的出口72时会被部分的分离下来，落入排渣灰斗中排出，相对洁净的烟气转弯向上，冲刷第一烟道8中的过热器9、蒸发器10受热面，到达顶部经第二烟道11转弯向下，再依次冲刷第三烟道12中的省煤器13和空气预热器受热面，最后经第四烟道16与烟囱连接排出锅炉。
31.本实施例与层燃炉相比锅炉效率大大提升，层燃炉锅炉效率只有75%-85%，本实施例锅炉热效率高达90%-93%；与煤粉炉相比机组自耗电量大大降低且负荷适应范围更广，煤粉炉需要燃烧细煤粉的粒径小于0.1mm,制粉系统需要消耗大量能量，本实施例锅炉只需粗制煤粉即可完成半气化燃烧，另外煤粉锅炉的负荷适应一般为40%-110%,本实施例锅炉负荷变化率可以控制在10%-110%；与旋风炉相比nox原始排放大大降低。与循环流化床锅炉相比连续运行可靠性大大增加，循环流化床锅炉由于物料的磨损一般3-6个月就需要停炉检修，本实施例锅炉半气化炉1为绝热结构，不存在磨损问题，同时燃气炉7可靠性高，连续运行时间长，检修费用低，检修时间省，大大降低锅炉检修成本。
32.在对本发明的描述中，需要说明的是，术语
ꢀ“ꢀ
左”、
“ꢀ
右”、
“ꢀ
前”、
“ꢀ
后”、
“ꢀ
上”、
“ꢀ
下”、
“ꢀ
内”、
“ꢀ
外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
33.除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。
35.以上所列举的实施方式仅供理解本发明之用，并非是对本发明所描述的技术方案的限制，有关领域的普通技术人员，在权利要求所述技术方案的基础上，还可以作出多种变化或变形，所有等同的变化或变形都应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。