煤粉预热燃烧器及煤粉预热燃烧方法

摘要

本发明涉及一种煤粉预热燃烧器，包括：依次相连的预热燃烧室、气固分离器和U形返料器，U形返料器包括下降段和上升段，预热燃烧室底部与U形返料器上升段出口直接相连或通过连接管道相连；以及风粉混合物加入口，设置在U形返料器上升段或所述连接管道或预热燃烧室底部，加入的风粉混合物由含氧气体携带煤粉形成且风粉混合物加入口构造成使得风粉混合物朝向预热燃烧室内移动。本发明还涉及一种煤粉预热燃烧方法。

说明书

技术领域

本发明涉及燃烧技术领域，特别是煤粉锅炉的煤粉预热燃烧器及 其预热燃烧方法。

技术背景

随着我国煤炭资源的日趋紧张，越来越多的无烟煤被用来直接发 电。但由于无烟煤挥发分含量低、固定碳含量高，导致其着火困难、 燃烧稳定性和燃尽性较差。其它一些挥发分低于10％的燃料，如半焦、 气化细粉灰等燃料，也存在上述问题，无法采用传统燃烧设备进行有 效利用。

现有技术主要通过预热后再燃烧的方法对此类燃料进行燃烧利 用。CN102032564A公开了一种利用在燃烧装置前设置等离子体或小 型油枪方法，持续预热煤粉，预热的煤粉再送入燃烧室燃烧；该方法 需要外部热源持续加热煤粉，增加了系统的复杂性。CN1082164A公 开了一种流化床煤粉预燃加热燃烧装置，在煤粉一次风喷口外设置一 小型流化床煤粉预燃加热室，以期燃用难燃煤种，并解决煤粉锅炉低 负荷下通常需要助燃的问题；由于加入预燃加热室的煤粉将被流化风 直接向上输送至燃烧室出口，无法在加热室底部形成炽热的密相区， 因此很难提供高温的煤粉。CN101158468A公开了一种煤粉高温预热 方法，煤粉从循环流化床燃烧室中下部加入，从其底部通入空气，通 过煤粉部分燃烧放热，将煤粉预热到800℃以上；由于煤粉电站锅炉 的送粉系统通常采用一次风携带煤粉形成风粉混合物喷入锅炉燃烧 装置，该方法难以直接在现有电站锅炉上应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤粉预热燃烧器及方法，可用于煤粉及 其它粉状燃料的高效、稳定、低NO_X燃烧，并能够适应现有电厂煤 粉锅炉制粉系统，与煤粉锅炉直接对接。

根据本发明的实施例的一个方面，提出了一种煤粉预热燃烧器， 包括：依次相连的预热燃烧室、气固分离器和U形返料器，U形返 料器包括下降段和上升段，预热燃烧室底部与U形返料器上升段出 口直接相连或通过连接管道相连；以及风粉混合物加入口，设置在U 形返料器上升段或所述连接管道或预热燃烧室底部，加入的风粉混合 物由含氧气体携带煤粉形成且风粉混合物加入口构造成使得风粉混 合物朝向预热燃烧室内移动。

可选地，所述连接管道为水平管道。

可选地，所述连接管道为倾斜管道，且与U形返料器上升段出 口相连端低于与预热燃烧室底部相连端。

可选地，所述预热燃烧室为非竖直管段。

可选地，预热燃烧室为竖向布置的近似半圆环形，预热燃烧室的 底部直接与返料器的上升段相连，预热燃烧室的底部设有风粉混合物 加入口。

可选地，预热燃烧室为缠绕在气固分离器外侧的螺旋形圆管段， 预热燃烧室的底部直接与返料器的上升段相连，预热燃烧室底部设有 风粉混合物加入口。

可选地，预热燃烧室的底部呈自下而上渐扩的锥形，与返料器的 上升段顶部出口直接相连，预热燃烧室底部设有风粉混合物加入口。

根据本发明的实施例的另一方面，提出了一种煤粉预热燃烧方法， 包括步骤：提供依次相连的预热燃烧室、气固分离器和U形返料器， 预热燃烧室底部与U形返料器上升段出口直接相连或通过连接管道 相连；提供位于U形返料器上升段或连接管道或预热燃烧室底部的 风粉混合物加入口；通过风粉混合物加入口加入由含氧气体携带煤粉 形成的风粉混合物朝向预热燃烧室流动，使预热燃烧室中的流态呈输 送床，且所述含氧气体与煤粉的比例为折合至氧气量/燃料燃烧理论 氧气量＝0.1～0.3；和以来自返料器的高温煤粉为着火源，使得自风粉 混合物加入口加入的煤粉在预热燃烧室中部分燃烧放热。

可选地，所述煤粉在预热燃烧室中部分燃烧放热而将风粉混合物 加热到800℃以上。

可选地，预热燃烧室中的流速为1～2m/s。

本发明提供的煤粉预热燃烧器结构简单，特别是预热燃烧室底部 不带布风装置，且预热燃烧室形状可自由变化，煤粉或其它粉状燃料 直接利用气力输送的方式通入装置中，可与煤粉电站锅炉的制粉系统 直接对接，适用于各种煤粉及低挥发份难燃燃料的高效、稳定、低 NO_X排放燃烧。

附图说明

图1为本发明实施例1的煤粉预热燃烧器的示意图。

图2为本发明实施例2的煤粉预热燃烧器的示意图。

图3为本发明实施例3的煤粉预热燃烧器的示意图。

图4为本发明实施例4的煤粉预热燃烧器的示意图。

图5为本发明实施例5的煤粉预热燃烧器的示意图。

图6为本发明实施例6的煤粉预热燃烧器的示意图。

图7为本发明实施例7的煤粉预热燃烧器的示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具 体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的底 部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发 明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

根据本发明的一个方面的实施例，本发明提出了一种煤粉预热燃 烧装置，包括依次相连的预热燃烧室、气固分离器和U形返料器， 其中U形返料器为常规设计，包括下降段和上升段，二者底部相通， 且分别通入松动风和返料风两股流化风。

与常规循环流化床燃烧室在下部侧壁设置返料口、通过返料管与 U形返料器上升段出口相通不同，本发明的预热燃烧室底部与U形 返料器上升段出口直接相连或通过连接管道相连，其底部除风粉混合 物加入口外不设任何布风装置，预热燃烧室内全部的流化气体来自于 风粉混合物中的气体以及返料器的流化风。

U形返料器上升段或连接管道或预热燃烧室设有风粉混合物加 入口，风粉混合物由含氧气体携带煤粉或其它粉状燃料形成。煤粉或 粉状燃料可由常规制粉系统制得，粒径一般在500μm以下。

由此可见，与常规循环流化床燃烧室从设置在燃烧室上的加料口 或返料器加入燃料(也即从布风装置上方加入)、从其底部的布风装 置通入流化用风不同，本发明的预热燃烧室中燃用的燃料是以气力输 送方式、以风粉混合物的形态加入的，因而可与常规煤粉锅炉制粉系 统直接对接。

预热燃烧室底部与U形返料器上升段出口之间可以直接相通， 也可通过连接管道相连。连接管道为水平管道或倾斜管道；为倾斜管 道时，与U形返料器上升段出口相连端低于与预热燃烧室底部相连 端，这样可更有利于风粉混合物的顺畅流动。

与常规循环流化床燃烧室必须是中心线竖直的筒体不同，本发明 的预热燃烧室不再要求中心线竖直，也不必为直筒形，只需保证其为 通畅的管道、其内的气固混合物流速保持在一定范围内即可，因此除 了常规的竖直管道外，还可以是半圆环形甚至螺旋形的。这是由于预 热燃烧室内的气固流态为输送床，因此预热燃烧室形状的变化对燃料 颗粒的流动没有影响。在这种条件下，预热燃烧室的形状可以根据煤 种、燃烧条件和空间布置等的要求随意改变，而不会影响气固流动和 预热效果。这样，整个预热装置具有灵活多变的特点，有效拓宽了该 装置的应用范围和场合。

根据本发明的一个方面的实施例，本发明还提出一种煤粉预热燃 烧方法，提供上述预热燃烧装置，通过风粉混合物加入口加入由含氧 气体煤粉或其它粉状燃料形成的风粉混合物，含氧气体可以为经过预 热的空气，也可以为烟气、磨煤乏气等。通入的风粉混合物使得预热 燃烧室的流速达到1～2m/s，超过粉状燃料颗粒的终端沉降速度，预 热燃烧室流态呈输送床，这样全部粉状燃料都被气体携带着、直接通 过预热燃烧室，燃料颗粒不返混、无内循环，预热燃烧室内也不存在 密相区，从入口到出口仅有输送阻力造成的很小的压差。

根据U形返料器的工作原理，下降段为移动床，具有料封作用， 上升段为流化床。通入的风粉混合物将直接进入或通过管道进入预热 燃烧室，而不会穿过返料器下降段向分离器反窜。

风粉混合物中，含氧气体与煤粉或其它粉状燃料的比例为折合至 氧气量/燃料燃烧理论氧气量＝0.1～0.3。来自返料器的炽热颗粒与常规 循环流化床燃烧装置的返料灰不同，仍含有大量可燃成分，一经与风 粉混合物中的氧气接触，会立即着火燃烧，放出热量加热风粉混合物， 继而使风粉混合物中的燃料颗粒也升温至着火温度、开始燃烧。由于 空气/燃料化学计量比远低于1，燃料在预热燃烧室中仅少部分燃烧， 燃烧释放的热量可将燃料加热至800～1300℃，并形成含有CO、H₂、 CH₄等的还原性烟气，被预热的燃料随烟气一起进入气固分离器，其 中较粗的颗粒被分离器捕捉、经返料器重新送入预热燃烧室，继续成 为稳定的点火源；较细的颗粒则随气体一起经气固分离器的气体出口 排出，用于通入煤粉锅炉炉膛燃烧。可见，与常规循环流化床燃烧室 不同，新加入的燃料的着火不是靠循环流化床下部的密相区的床料加 热燃料，而是靠返料器返回的炽热颗粒遇氧气着火燃烧放热、加热燃 料，这也是本发明的预热燃烧室不需要在底部设置布风板来支承床料、 提供密相区的又一原因。

此时，通入煤粉锅炉的是被预热至800℃以上的携带着大量燃料 的气体，温度高于燃料着火温度，进入煤粉锅炉中无需经过着火阶段 即可直接燃烧，相当于将燃料的着火阶段转移到了预热燃烧装置中进 行，因此燃料在煤粉锅炉中的燃烧十分稳定，从而解决了大部分煤种 及低挥发分燃料的着火和稳定燃烧问题。而且由于预热后的煤粉温度 高于着火温度，煤粉锅炉不存在熄火危险，因此该方法还可以有效拓 宽煤粉锅炉的负荷调节范围。同时，炉膛整体温度分布均匀，不存在 局部高温区，还可有效降低热力型NO_X的产生，并可以避免锅炉局 部高温引发的结焦和腐蚀。

本发明的煤粉预热燃烧装置打破了循环回路由循环流化床构建 而成的定势，采用流态呈输送床的预热燃烧室，不再需要像常规循环 流化床那样在底部设置支承床料用的布风板，同时将给料方式由气体 与燃料分别给入燃烧室改进为风粉混合物直吹，从而可更好的与煤粉 锅炉制粉系统对接。

本发明的煤粉预热燃烧方法利用含氧气体携带粉状燃料形成风 粉混合物，由返料器上升段或其与预热燃烧室间的连接管道通入，既 不影响返料器的正常工作，又与返料器上升段的流化床形成“接力” 关系，利用风粉混合物将来自返料器的固体颗粒一起输送至预热燃烧 室，并以气力输送的方式通过预热燃烧室，流动顺畅而稳定。风粉混 合物也可从预热燃烧室底部加入，结构设计上可更加简单，但此时预 热燃烧室与返料器之间的连接管道应尽量短或预热燃烧室与返料器 直接相连。

而且，风粉混合物的加入位置与返料器送回炽热颗粒的位置十分 接近，使燃料被加热的起点与气固分离器气体出口的距离尽量远，也 即充分利用了预热燃烧室的全部空间来进行燃料的预热，可在保证预 热时间的同时减小预热燃烧装置总体尺寸。

利用循环回路的物料外循环，不断加热新加入装置的风粉，解决 了低挥发份燃料的着火问题，并将燃料预热到800℃以上。由于预热 温度远高于燃料的着火点，且预热过程中煤焦的孔隙结构得到改善， 燃料进入煤粉锅炉与进一步提供的氧气混合后可以迅速燃烧放热，无 论是易燃的褐煤和烟煤还是难燃的无烟煤、贫煤、半焦甚至气化细粉 灰等，都可以通过本发明的方法进行预热，从而可拓宽大大煤粉锅炉 的煤种适应性。

以下结合附图对本发明进行进一步的说明。

实施例1

如图1所示的煤粉预热燃烧装置，包括依次相连的预热燃烧室1、 气固分离器2和U形返料器3，预热燃烧室1为竖直圆筒形，底部通 过水平的连接管道4与返料器3相连，顶部与气固分离器2相连；返 料器3上升段顶部出口设有风粉混合物通入口，通入风粉混合物CA。 风粉混合物为来自煤粉锅炉制粉系统的由磨煤乏气携带着的粒径不 超过500μm的煤粉，磨煤乏气与煤粉的比例为折合为氧气量/燃料燃 烧理论氧气量＝0.1～0.2。气固分离器的气体出口，也即预热燃烧装置 的出口，与煤粉锅炉相连，用于预热后产生高温煤粉气流CG通入煤 粉锅炉燃烧。风粉混合物在水平的连接管道4内的流速为3～6m/s， 进入预热燃烧室后的流速为1.5～2m/s，使预热燃烧室内呈输送床流 态。煤粉在预热燃烧室中部分燃烧，将风粉混合物加热至800～900℃。

实施例2

如图2所示的煤粉预热燃烧装置，与实施例1的不同之处在于风 粉混合物加入口设置在U形返料器3的上升段中上部。

实施例3

如图3所示的煤粉预热燃烧装置，与实施例1的不同之处在于风 粉混合物加入口设置在预热燃烧室1底部与U形返料器3上升段相 连的水平的连接管道4上。

实施例4

如图4所示的煤粉预热燃烧装置，包括依次相连的预热燃烧室1、 气固分离器2和U形返料器3，预热燃烧室1为竖直圆筒形，底部通 过倾斜的连接管道4与返料器3的上升段相连，且连接管道4与预热 燃烧室相连端高于与返料器3的相连端。风粉混合物加入口设置在连 接管道4上。

实施例5

如图5所示的煤粉预热燃烧装置，包括依次相连的预热燃烧室1、 气固分离器2和U形返料器3，预热燃烧室1为近似半圆环形，底部 直接与返料器3的上升段相连，返料器3的上升段出口设有风粉混合 物加入口。

实施例6

如图6所示的煤粉预热燃烧装置，包括依次相连的预热燃烧室1、 气固分离器2和U形返料器3，预热燃烧室1为螺旋形圆管段缠绕在 气固分离器外侧，底部直接与返料器3的上升段相连。返料器3的上 升段顶部出口也即预热燃烧室1的底部设有风粉混合物加入口，用于 通入风粉混合物CA。

风粉混合物为由预热空气携带着的粒径在0～50μm之间的气化 细粉灰，空气与气化细粉灰的比例为折合为氧气量/燃料燃烧理论氧 气量＝0.2～0.3。气固分离器的气体出口与煤粉锅炉相连，用于预热后 产生高温气化细粉灰气流CG通入煤粉锅炉燃烧。风粉混合物在预热 燃烧室中的流速为1～1.5m/s，使预热燃烧室内呈输送床流态。煤粉 在预热燃烧室中部分燃烧，将风粉混合物加热至900～1000℃。

基于预热燃烧室无形状限制的特点，本实施例中预热燃烧室以螺 旋形缠绕在分离器外侧，这样可以在缩小预热燃烧装置整体尺寸的同 时，保证燃料在预热燃烧室中的停留时间，确保预热效果。

实施例7

如图7所示的煤粉预热燃烧装置，包括紧凑布置的预热燃烧室1、 气固分离器2和U形返料器3，三者依次相连，预热燃烧室1底部呈 自下而上渐扩的锥形，与返料器3的上升段顶部出口直接相连。返料 器3的上升段顶部出口也即预热燃烧室1的底部设有风粉混合物加入 口，用于通入风粉混合物CA。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术 人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这 些实施例进行变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。