本发明涉及煤化工技术领域，特别是涉及一种利用煤浆燃烧生产过热蒸汽系统和方法。
背景技术：
中低压的饱和蒸汽和过热蒸汽被广泛用作加热热源和动力驱动来源。在工业生产中，目前均采用蒸汽锅炉技术进行蒸汽生产，这种技术以燃煤/燃气锅炉为主体设备，燃料在炉膛内燃烧，产生的热量通过各个受热面与锅筒内的水进行壁面传热，随着热量不断地传递积蓄，最终将水转变为饱和/过热蒸汽。代表性的技术有：链排式燃煤锅炉技术、粉煤燃烧技术、天然气锅炉技术等。
粉煤燃烧锅炉的热效率一般在80％-90％之间，链排式燃煤锅炉的热效率最高只有76％左右，并且会随着锅炉使用年限增加而降低。传统燃煤锅炉技术的效率偏低，主要原因为：锅炉炉膛积蓄的热量通过各个受热面与水进行壁面传热，传热效率会受到壁面热阻的影响，随着受热壁面出现盐沉积结垢，壁面热阻增大，导致传热效率逐渐降低。
此外，粉煤燃烧技术的设备投资较高，一般中小型企业很难承担，且粉煤燃烧后排出的烟气会造成环境污染。因此，面向印染、纺织、食品等行业，开发一种投入较低、热效率高的过热蒸汽生产系统和方法具有十分重要的意义。
技术实现要素：
基于此，本发明的目的在于，提供利用煤浆燃烧生产过热蒸汽系统和方法，其具有热损失小、产汽效率高、成本低、环境友好的优点。
一种利用煤浆燃烧生产过热蒸汽系统，包括燃烧反应釜、煤浆配制输送单元、空气输送单元和蒸汽输送单元；所述燃烧反应釜包括釜体、加热器、烧嘴和点火器，所述加热器用于对釜体进行预热，所述烧嘴和点火器设置在所述釜体内，所述釜体的上部设置有过热蒸汽出口；所述煤浆配制输送单元包括磨煤机和搅拌器，所述磨煤机的出口与所述搅拌器的入口连接，所述磨煤机和搅拌器分别用于将煤磨成粉和将煤粉搅拌成煤浆，所述搅拌器的出口与所述燃烧反应釜的烧嘴连接；所述空气输送单元与所述燃烧反应釜的烧嘴连接；所述蒸汽输送单元与所述燃烧反应釜的过热蒸汽出口连接。
本发明的利用煤浆燃烧生产过热蒸汽系统通过设置燃烧反应釜、煤浆配制输送单元、空气输送单元和蒸汽输送单元，利用煤浆配制输送单元配制和输送煤浆，煤浆中的煤粉在燃烧反应釜内燃烧，煤粉燃烧释放的热量会在短时间内直接被煤浆中的水份吸收而产生大量过热蒸汽，这种接触式的燃烧传热方式将燃料燃烧和过热蒸汽产生两个过程完全耦合，避免了燃煤锅炉壁面传热以及烟气排放产生的热损失，能够大幅度增加燃烧反应釜的热效率，从而提高整个系统的产汽效率，同时也减少对环境的污染，降低了生产成本。
进一步地，所述磨煤机为球磨机。
进一步地，所述煤浆配制输送单元还包括煤浆输送管、煤浆泵和煤浆控制阀；所述煤浆输送管和煤浆泵连接于所述搅拌器的出口和燃烧反应釜的烧嘴之间，所述煤浆控制阀设置于所述煤浆输送管上。
进一步地，所述煤浆配制输送单元还包括煤浆流量计，所述煤浆流量计设置在所述煤浆输送管上。
进一步地，所述空气输送单元包括空气输送管、空气压缩机和空气控制阀；所述空气压缩机经所述空气输送管与所述燃烧反应釜的烧嘴连接，所述空气控制阀设置于所述空气输送管上。
进一步地，所述空气输送单元还包括空气缓冲罐，所述空气缓冲罐设置于所述空气压缩机和空气控制阀之间。
进一步地，所述蒸汽输送单元包括蒸汽缓冲器、蒸汽输送管和蒸汽控制阀；所述蒸汽缓冲器与所述燃烧反应釜的过热蒸汽出口连接，所述蒸汽输送管与所述蒸汽缓冲器的出口连接，所述蒸汽控制阀设置在所述蒸汽输送管上。
进一步地，还包括除渣单元，所述除渣单元与所述燃烧反应釜的底部连接；所述除渣单元包括除渣器和废渣收集器，所述除渣器连接于所述燃烧反应釜的底部和所述废渣收集器之间。
本发明还提供了一种利用煤浆燃烧生产过热蒸汽方法，包括以下步骤：
S1.配制煤浆：
启动煤浆配制输送单元，磨煤机将煤块磨成煤粉，搅拌器将煤粉混合水搅拌成煤浆；
S2.预热燃烧反应釜：
启动燃烧反应釜的加热器对燃烧反应釜进行预热；
S3.输送煤浆和空气并点火：
搅拌器搅拌将煤浆搅拌完成后，煤浆配制输送单元和空气输送单元同时分别将煤浆和空气输送到燃烧反应釜的烧嘴内，烧嘴将煤浆和空气均匀混合成雾状；
同时，启动燃烧反应釜的点火器将烧嘴点火，煤浆中的煤粉在燃烧反应釜中燃烧，并将煤浆中的水加热为过热蒸汽；
S4.输送过热蒸汽：
蒸汽输送单元输出燃烧反应釜内产生的过热蒸汽以供使用。
进一步地，所述煤浆中的煤粉的质量百分比为20％；
所述预热燃烧反应釜的预热温度为600℃；
所述燃烧反应釜点火后的内部温度为750±10℃，压力为0.5±0.05MPa。
相对于现有技术，本发明的利用煤浆燃烧生产过热蒸汽系统通过设置燃烧反应釜、煤浆配制输送单元、空气输送单元和蒸汽输送单元，利用煤浆配制输送单元配制和输送煤浆，煤浆中的煤粉在燃烧反应釜内燃烧，煤粉燃烧释放的热量会在短时间内直接被煤浆中的水份吸收而产生大量过热蒸汽，这种接触式的燃烧传热方式将燃料燃烧和过热蒸汽产生两个过程完全耦合，避免了燃煤锅炉壁面传热以及烟气排放产生的热损失，能够大幅度增加燃烧反应釜的热效率，从而提高整个系统的产汽效率，同时也减少对环境的污染，降低了生产成本。本发明的利用煤浆燃烧生产过热蒸汽方法解决了现有技术生产过热蒸汽热损失大、烟气排放污染环境、产汽效率低等问题。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1是本发明的利用煤浆燃烧生产过热蒸汽系统的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1，本发明的利用煤浆燃烧生产过热蒸汽系统，包括燃烧反应釜10、煤浆配制输送单元20、空气输送单元30、蒸汽输送单元40和除渣单元50。煤浆配制输送单元20用于将煤块磨成粉末并配制出煤浆输送到燃烧反应釜10中，空气输送单元30向燃烧反应釜10输送燃烧所需的空气，煤浆中的煤粉燃烧后将水分蒸发为过热蒸汽，蒸汽输送单元40将燃烧反应釜10中的过热蒸汽输出，除渣单元50将燃烧反应釜10燃烧产生的废渣清除。
所述燃烧反应釜10包括釜体、加热器、烧嘴和点火器。所述燃烧反应釜10的釜体为压力容器，本实施例的釜体的设计压力为8-10MPa，设计温度为1000℃。所述加热器用于对釜体进行预热，本实施例的加热器设置在釜体的底部。所述烧嘴和点火器设置在所述釜体内，釜体预热完毕后，煤浆和空气在烧嘴内均匀混合，形成雾状液滴喷射至釜内，点火器在投料瞬间开启，用于对烧嘴辅助引火。所述釜体的上部设置有过热蒸汽出口，燃烧后产生的过热蒸汽通过过热蒸汽出口排出。
所述煤浆配制输送单元20包括磨煤机21、搅拌器22、煤浆输送管、煤浆泵23、煤浆控制阀24和煤浆流量计。所述磨煤机21的出口与所述搅拌器22的入口连接，所述磨煤机21和搅拌器22分别用于将煤磨成粉和将煤粉搅拌成煤浆，磨煤机21将煤块磨成粉末后输送到搅拌机中，往搅拌机中加水，加班机将煤粉和水混合成煤浆。所述搅拌器22的出口与所述燃烧反应釜10的烧嘴连接，搅拌机配制出煤浆后输送到燃烧反应釜10的烧嘴中。本实施例的所述磨煤机21优选地设置为球磨机，煤浆泵23可以选用螺杆泵或者软管泵。
所述煤浆输送管和煤浆泵23连接于所述搅拌器22的出口和燃烧反应釜10的烧嘴之间，所述煤浆控制阀24设置于所述煤浆输送管上。煤浆输送管和煤浆泵23用于将搅拌机中的煤浆输送到燃烧反应釜10的烧嘴中。所述煤浆流量计设置在所述煤浆输送管上，煤浆流量计用于计量煤浆输送管中输送的煤浆的体积。
所述空气输送单元30与所述燃烧反应釜10的烧嘴连接。所述空气输送单元30包括空气输送管、空气压缩机31、空气控制阀32和空气缓冲罐33。所述空气压缩机31经所述空气输送管与所述燃烧反应釜10的烧嘴连接，空气压缩机31将空气压缩后通过空气输送管送入燃烧反应釜10的烧嘴中。所述空气控制阀32设置于所述空气输送管上，空气控制阀32控制空气输送管的开启与关闭。所述空气缓冲罐33设置于所述空气压缩机31和空气控制阀32之间，通过设置空气缓冲罐33可以降低空气压力的波动，从而降低对燃烧反应釜10中压力和火焰的影响。
所述空气输送单元30的输出压力在0-6MPa范围内可任意调节，如果采用富氧空气，则还需要安装空分装置。本实施例的空气缓冲罐33能够承受最高10MPa的压力，可以对空气进行减压处理。
所述蒸汽输送单元40与所述燃烧反应釜10的过热蒸汽出口连接。所述蒸汽输送单元40包括蒸汽缓冲器41、蒸汽输送管和蒸汽控制阀42；所述蒸汽缓冲器41与所述燃烧反应釜10的过热蒸汽出口连接，所述蒸汽输送管与所述蒸汽缓冲器41的出口连接，所述蒸汽控制阀42设置在所述蒸汽输送管上。蒸汽缓冲器41可以缓冲从燃烧反应釜10中出来的过热蒸汽的压力，使得输出的过热蒸汽的压力和温度稳定，蒸汽控制阀42则可以控制蒸汽输送管的开启和关闭。
所述除渣单元50与所述燃烧反应釜10的底部连接。所述除渣单元50包括除渣器和废渣收集器，所述除渣器连接于所述燃烧反应釜10的底部和所述废渣收集器之间，除渣器用于清除燃烧反应釜10底部的燃烧废渣，而废渣收集器则可以将这些废渣回收以便再对其进行利用。
本发明的利用煤浆燃烧生产过热蒸汽方法，包括以下步骤：
S1.配制煤浆：
启动煤浆配制输送单元20，磨煤机21将煤块磨成煤粉，搅拌器22将煤粉混合水搅拌成煤浆。
煤浆中煤粉的质量百分比可在15-25％之间调节，本实施例的所述煤浆中的煤粉的质量百分比优选地配制为20％。在配制煤浆时，可以优选地加入一定量的表面活性剂、稳定剂和分散剂。
S2.预热燃烧反应釜10：
启动燃烧反应釜10的加热器对燃烧反应釜10进行预热。
本实施例的所述预热燃烧反应釜10的预热温度为600℃，当温度上升到600℃后停止加热，等待点火。
S3.输送煤浆和空气并点火：
搅拌器22搅拌将煤浆搅拌完成后，煤浆配制输送单元20和空气输送单元30同时分别将煤浆和空气输送到燃烧反应釜10的烧嘴内，烧嘴将煤浆和空气均匀混合成雾状。
同时，启动燃烧反应釜10的点火器将烧嘴点火，煤浆中的煤粉在燃烧反应釜10中燃烧，并将煤浆中的水加热为过热蒸汽。
空气输送单元30的输出压力可以在0-6MPa范围内任意调节，以满足燃烧反应釜10的燃烧需求。
燃烧反应釜10在正常运行时内部的温度可以600-800℃之间，压力可以在0.5MPa-4MPa之间。本实施例的所述燃烧反应釜10点火后的内部温度稳定在750±10℃，压力稳定在0.5±0.05MPa。
过热蒸汽的压力范围为0.5-4MPa，温度范围为250-500℃，过热蒸汽成分主要为N2和水蒸气，还含有少量O2、CO2以及极微量的CO、NOx。本实施例的过热蒸汽经检测发现O2含量约为13％，CO2含量大约7％，CO约为0.25％，NOx含量约为100ppm，其余成分为水蒸气和N2。
S4.输送过热蒸汽：
蒸汽输送单元40输出燃烧反应釜10内产生的过热蒸汽以供使用。
当蒸汽输送单元40的蒸汽缓冲器41的温度达到350℃，压力为0.5MPa时，可以开启蒸汽控制阀42，排出的蒸汽进入蒸汽输送管，通过各级子管输送到用汽设备。
反应一段时间后，适时利用除渣单元50对燃烧反应釜10内的废渣进行清理，以免影响釜体内的正常燃烧。
相对于现有技术，本发明的利用煤浆燃烧生产过热蒸汽系统通过设置燃烧反应釜、煤浆配制输送单元、空气输送单元和蒸汽输送单元，利用煤浆配制输送单元配制和输送煤浆，煤浆中的煤粉在燃烧反应釜内燃烧，煤粉燃烧释放的热量会在短时间内直接被煤浆中的水份吸收而产生大量过热蒸汽，这种接触式的燃烧传热方式将燃料燃烧和过热蒸汽产生两个过程完全耦合，避免了燃煤锅炉壁面传热以及烟气排放产生的热损失，能够大幅度增加燃烧反应釜的热效率，从而提高整个系统的产汽效率，同时也减少对环境的污染，降低了生产成本。本发明的利用煤浆燃烧生产过热蒸汽方法解决了现有技术生产过热蒸汽热损失大、烟气排放污染环境、产汽效率低等问题。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。