粉狀燃料自預(yù)熱裝置和方法、粉狀燃料燃燒鍋爐系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃燒技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種粉狀燃料自預(yù)熱方法和裝置以及利用該粉狀燃料自預(yù)熱裝置的粉狀燃料燃燒鍋爐系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]煤粉電站鍋爐是中國(guó)火力發(fā)電的主要方式，2013年，燃煤火電裝機(jī)容量超過(guò)7.6億千瓦，發(fā)電量達(dá)37866億千瓦時(shí)，占總供電能力的80%以上。然而，低負(fù)荷條件下，煤粉電站鍋爐常需要投油助燃，低負(fù)荷穩(wěn)定燃燒能力差。此外，揮發(fā)分低于10%的無(wú)煙煤、半焦等燃料，存在著火困難、穩(wěn)燃特性差和燃燒效率低等主要問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)燃料特別是低揮發(fā)分燃料變負(fù)荷的高效穩(wěn)定燃燒，是煤粉高效燃燒技術(shù)遇到的主要困難。
[0003]CN102032564A公開(kāi)了一種利用在燃燒器前設(shè)置等離子體或小型油槍方法，持續(xù)預(yù)熱煤粉，預(yù)熱的煤粉再送入燃燒室燃燒；煤粉預(yù)熱溫度超過(guò)800°C，預(yù)熱的煤粉送入燃燒室后不存在著火穩(wěn)定性和燃盡性問(wèn)題，且負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍寬。但該方法需要外部熱源持續(xù)加熱煤粉，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。
[0004]CN 1082164A公開(kāi)了一種流化床煤粉預(yù)燃加熱燃燒器，在煤粉一次風(fēng)噴口外設(shè)置一小型流化床煤粉預(yù)燃加熱室，以期燃用難燃煤種，并解決煤粉鍋爐低負(fù)荷下通常需要助燃的問(wèn)題。由于加入預(yù)燃加熱室的煤粉將被流化風(fēng)直接向上輸送至燃燒室出口，無(wú)法在加熱室底部形成熾熱的密相區(qū)，因此很難提供高溫的煤粉。
[0005]CN 101158468A公開(kāi)了一種煤粉高溫預(yù)熱方法，煤粉從循環(huán)流化床燃燒室中下部加入，從其底部通入空氣，通過(guò)煤粉部分燃燒放熱，將煤粉預(yù)熱到800°C以上。由于煤粉電站鍋爐的送粉系統(tǒng)采用一次風(fēng)攜帶煤粉形成風(fēng)粉混合物噴入鍋爐燃燒器，因此該方法無(wú)法與現(xiàn)有電站鍋爐送粉系統(tǒng)對(duì)接。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種粉狀燃料自預(yù)熱裝置及方法，可用于粉狀燃料、特別是低揮發(fā)分煤粉及其它低揮發(fā)分粉狀燃料的高效、穩(wěn)定燃燒。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的實(shí)施例，提出了一種粉狀燃料自預(yù)熱裝置，包括:循環(huán)流化床預(yù)熱室，設(shè)置有預(yù)熱室出口和返料口 ；分離器，與預(yù)熱室出口相通；返料器，與返料口相通；錐形部，錐形部的頂部大于錐形部的底部，錐形部的頂部端緣與預(yù)熱室的底部端緣在形狀上相配合而彼此相接；以及風(fēng)粉輸送管，與錐形部的底部相通，用于經(jīng)由錐形部向預(yù)熱室內(nèi)輸送粉狀燃料和一次風(fēng)，其中，粉狀燃料適于在預(yù)熱室中部分燃燒而放熱。
[0009]可選地，風(fēng)粉輸送管的輸送通道的尺寸與錐形部的底部的通道的尺寸相同。
[0010]可選地，在上下方向的投影中，錐形部的底部的投影位于錐形部的頂部的投影的中心。
[0011]可選地，所述預(yù)熱室的從預(yù)熱室的底部到頂部的整個(gè)內(nèi)部空間構(gòu)造為粉狀燃料的循環(huán)流化空間。
[0012]可選地，所述預(yù)熱室的從預(yù)熱室的底部到頂部的橫截面的形狀和面積保持不變。
[0013]可選地，風(fēng)粉輸送管與預(yù)熱室的橫截面積之比為1: 10?1: 30。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面的實(shí)施例，提出了一種粉狀燃料燃燒鍋爐系統(tǒng)，包括:粉狀燃料燃燒鍋爐，具有爐膛；和上述的粉狀燃料自預(yù)熱裝置，其中:分離器的氣體出口連接有粉狀燃料出口管道，用于將預(yù)熱的粉狀燃料以及煙氣送往爐膛。所述粉狀燃料可以為煤粉。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面的實(shí)施例，提出了一種粉狀燃料自預(yù)熱方法，包括步驟:提供循環(huán)流化床預(yù)熱室，其中，預(yù)熱室的底部設(shè)置有錐形部，錐形部的頂部大于錐形部的底部，錐形部的頂部端緣與預(yù)熱室的底部端緣在形狀上相配合而彼此相接；提供粉狀燃料與一次風(fēng)的風(fēng)粉混合物；以及利用風(fēng)粉輸送管將風(fēng)粉混合物經(jīng)由錐形部輸送到預(yù)熱室內(nèi)部，其中，粉狀燃料在預(yù)熱室中部分燃燒而放熱。
[0016]可選地，上述方法還包括步驟:控制粉狀燃料與一次風(fēng)的比例為0.3?3.0kg粉狀燃料:lm3空氣，優(yōu)選為0.5?2.0kg粉狀燃料:lm3空氣。
[0017]可選地，上述方法還包括步驟:控制分離器的分離效率在80?98%之間。
[0018]可選地，上述方法還包括步驟:調(diào)節(jié)經(jīng)返料器送回預(yù)熱室的粉狀燃料與經(jīng)由風(fēng)粉輸送管送入預(yù)熱室的粉狀燃料的質(zhì)量比為5?50。
[0019]可選地，上述方法中，所述粉狀燃料為煤粉。
[0020]可選地，上述方法中，所述粉狀燃料粒徑小于200 μ m。
[0021]可選地，上述方法中，風(fēng)粉混合物在風(fēng)粉輸送管中的流速為20?30m/s。
[0022]可選地，上述方法中，預(yù)熱室內(nèi)的風(fēng)粉混合物流速高于粉狀燃料顆粒的終端沉降速度。進(jìn)一步地，預(yù)熱室內(nèi)的風(fēng)粉混合物的流速為1?6m/s。更進(jìn)一步地，預(yù)熱室內(nèi)的風(fēng)粉混合物的流速為2?3m/s。
[0023]可選地，上述方法中，分離器的氣體出口連接有粉狀燃料出口管道，用于將預(yù)熱的粉狀燃料以及煙氣引出分離器。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的粉狀燃料自預(yù)熱裝置的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]雖然將參照含有本發(fā)明的較佳實(shí)施例的附圖充分描述本發(fā)明，但在此描述之前應(yīng)了解本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可修改本文中所描述的發(fā)明，同時(shí)獲得本發(fā)明的技術(shù)效果。因此，須了解以上的描述對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言為一廣泛的揭示，且其內(nèi)容不在于限制本發(fā)明所描述的示例性實(shí)施例。
[0026]如圖1所示，一種粉狀燃料自預(yù)熱裝置，包括:循環(huán)流化床預(yù)熱室2，設(shè)置有預(yù)熱室出口 21和返料口 22 ;分離器3，與預(yù)熱室出口 21相通；返料器4，與返料口 22相通；錐形部6，錐形部6的頂部大于錐形部的底部，錐形部6的頂部端緣與預(yù)熱室的底部端緣在形狀上相配合而彼此相接；以及風(fēng)粉輸送管1，與錐形部6的底部相通，用于經(jīng)由錐形部向預(yù)熱室內(nèi)輸送粉狀燃料和一次風(fēng)，其中，粉狀燃料適于在預(yù)熱室中部分燃燒(不完全燃燒)而放熱。
[0027]可選地，風(fēng)粉輸送管1的輸送通道的尺寸與錐形部6的底部的通道的尺寸相同。
[0028]可選地，在上下方向的投影中，錐形部6的底部的投影位于錐形部的頂部的投影的中心。
[0029]可選地，所述預(yù)熱室2的從預(yù)熱室的底部到頂部的整個(gè)內(nèi)部空間構(gòu)造為粉狀燃料的循環(huán)流化空間。換言之，預(yù)熱室2內(nèi)為空腔結(jié)構(gòu)，且不設(shè)布風(fēng)板、風(fēng)帽或風(fēng)管等對(duì)風(fēng)粉混合物的流動(dòng)形成障礙的部件。
[0030]可選地，所述預(yù)熱室的從預(yù)熱室的底部到頂部的橫截面的形狀和面積保持不變。
[0031]可選地，風(fēng)粉輸送管與預(yù)熱室的橫截面積之比為1: 10?1: 30。分離器形式可以為旋風(fēng)分離器或慣性分離器。
[0032]需要指出的是，在本發(fā)明中，粉狀燃料可以是煤粉，也可以是半焦細(xì)粉等低揮發(fā)性燃料。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面的實(shí)施例，提出了一種粉狀燃料燃燒鍋爐系統(tǒng)，包括:鍋爐，具有爐膛；和上述的粉狀燃料自預(yù)熱裝置，其中:分離器氣體出口連接有粉狀燃料出口管道，用于將預(yù)熱的粉狀燃料以及煙氣送往爐膛。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面的實(shí)施例，提出了一種粉狀燃料自預(yù)熱方法，包括步驟:提供循環(huán)流化床預(yù)熱室，其中，預(yù)熱室的底部設(shè)置錐形部，錐形部的頂部大于錐形部的底部，錐形部的頂部端緣與預(yù)熱室的底部端緣在形狀上相配合而彼此相接；提供風(fēng)粉輸送管，風(fēng)粉輸送管直接連通到錐形部的底部；提供粉狀燃料與一次風(fēng)的風(fēng)粉混合物；以及利用風(fēng)粉輸送管將風(fēng)粉混合物經(jīng)由錐形部輸送到預(yù)熱室內(nèi)部，其中，粉狀燃料在預(yù)熱室中部分燃燒而放熱。
[0035]可選地，上述方法還包括步驟:控制粉狀燃料與一次風(fēng)的比例為0.3?3.0kg粉狀燃料:lm3空氣，優(yōu)選為0.5?2.0kg粉狀燃料:lm3空氣。
[0036]可選地，上述方法還包括步驟:控制分離器的分離效率在80?98%之間。分離器3的分離效率在80?98%之間時(shí)，可獲得適宜的循環(huán)量。
[0037]可選的，上述方法還包括步驟:控制預(yù)熱室的溫度在800?1300°C之間。
[0038]可選地，上述方法還包括步驟:調(diào)節(jié)經(jīng)返料器送回預(yù)熱室的粉狀燃料與經(jīng)由風(fēng)粉輸送管送入預(yù)熱室的粉狀燃料的質(zhì)量比為5?50。
[0039]可選地，上述方法中，所述粉狀燃料粒徑小于200 μ m。
[0040]可選地，上述方法中，風(fēng)粉混合物在風(fēng)粉輸送管中的流速為20?30m/s。
[0041]可選地，上述方法中，預(yù)熱室內(nèi)的風(fēng)粉混合物流速高于粉狀燃料顆粒的終端沉降速度。進(jìn)一步地，預(yù)熱室內(nèi)的風(fēng)粉混合物的流速為1?6m/s。更進(jìn)一步地，預(yù)熱室內(nèi)的風(fēng)粉混合物的流速為2?3m/s。
[0042]可選地，上述方法中，分離器的氣體出口連接有粉狀燃料出口管道，用于將攜帶粉狀燃料的煙氣引出分離器。
[0043]本發(fā)明的粉狀燃料自預(yù)熱裝置可直接與煤粉鍋爐等的送粉系統(tǒng)對(duì)接，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便。
[0044]經(jīng)返料器送回預(yù)熱室的粉狀燃料成為穩(wěn)定持續(xù)的點(diǎn)火源。本發(fā)明的粉狀燃料自預(yù)熱裝置無(wú)需外熱源即可將粉狀燃料預(yù)熱至高溫，不存在著火穩(wěn)定性差和熄火問(wèn)題，且能很好的適應(yīng)鍋爐變負(fù)荷的高效燃燒問(wèn)題，特別適合無(wú)煙煤等低揮發(fā)分燃料的高效、穩(wěn)定燃燒，還可適用于半焦細(xì)粉等低揮發(fā)分燃料的燃燒。
[0045]下面以煤粉為例，進(jìn)一步說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的粉狀燃料自預(yù)熱方法。
[0046]來(lái)自煤粉鍋爐制粉系統(tǒng)的粒徑小于200 μ m的煤粉與一次風(fēng)混合形成的風(fēng)粉混合物從循環(huán)流化床預(yù)熱室底部噴入循環(huán)流化床預(yù)熱室；風(fēng)粉混合物中，煤粉與一次風(fēng)的比例為0.3?3.0kg粉狀燃料:lm3空氣，優(yōu)選為0.5?2.0kg粉狀燃料:lm3空氣。在這樣的空氣、煤粉比例下，風(fēng)粉輸送管內(nèi)空氣攜帶煤粉的狀態(tài)為稀相輸送，配合20?30m/s的氣流速度，可避免煤粉在風(fēng)粉輸送管內(nèi)的沉積、同時(shí)防止管道的磨損；不僅如此，這樣的煤粉空氣比例還使得煤粉僅可部分燃燒，可將煤粉的燃燒份額控制在理想的范圍內(nèi)，同時(shí)又可達(dá)到預(yù)定的煤粉預(yù)熱溫度。風(fēng)粉混合物噴入循環(huán)流化床預(yù)熱室后，首先與從返料器返回循環(huán)流化床預(yù)熱室的高溫物料混合，噴入循環(huán)流化床預(yù)熱室的煤粉和一次風(fēng)受熱溫度上升，當(dāng)煤粉溫度超過(guò)著火點(diǎn)時(shí)，煤粉與一次風(fēng)中的氧氣發(fā)生部分燃燒反應(yīng)，煤中的C向CO、C02和CH4轉(zhuǎn)化，C向C02的轉(zhuǎn)化為放熱反應(yīng)，一次風(fēng)與煤粉的反應(yīng)過(guò)程中，一次風(fēng)轉(zhuǎn)化為含有CO、
0)2和CH4的還原性煙氣。煤粉與一次風(fēng)部分燃燒反應(yīng)放熱，使循