专利名称：一种具有低污染排放特性的高效煤粉工业锅炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种工业锅炉，尤其是涉及一种采用煤粉悬浮燃烧方式的煤粉工业锅炉。
背景技术：
目前，我国在用工业锅炉约有M万台，其中绝大多数为燃煤工业锅炉，每年消耗原煤5亿吨，但普遍存在着技术落后、经济性差、高耗能等问题，平均运行效率仅为68%，小容量锅炉的平均运行效率更是只有55%左右，比国外先进水平低1(Γ20个百分点。造成这一现象的主要原因在于煤的燃烧方式，传统的燃煤工业锅炉多采用层状燃烧的方式对块状煤进行燃烧，煤块在经过一段时间的燃烧后在外部形成灰壳，阻隔了燃料与氧气的接触，从而决定了该种燃烧方式的能源利用效率不可能达到一个较高的水平。采用煤粉悬浮燃烧方式的燃煤锅炉则可以将锅炉燃烧效率提高到90%以上，但目前该种方式在小容量工业锅炉中几乎不被采用。而除了采用悬浮方式组织煤粉燃烧之外， 锅炉炉膛本身各个部位功能的充分开发和改造利用也有助于锅炉效率的进一步提高，而现有的技术在这点上仍有很大的改进空间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种采用煤粉悬浮燃烧方式且具有低污染排放特性的高效煤粉工业锅炉，该锅炉结构可被应用于中小型燃煤工业锅炉。本发明解决其技术问题所采取的技术方案是
本发明具有低污染排放特性的高效煤粉工业锅炉的辐射室的前壁贯穿有一排以上的阵列二次风管，各阵列二次风管位于所述前壁的燃烧器安装口的下方且同一排中的各阵列二次风管沿水平方向分布，所述阵列二次风管的喷口置于辐射室内。进一步地，本发明还包括旋风分离器和煤粉再利用管道；所述旋风分离器固定安装于辐射室内且处于辐射室的尾部，所述旋风分离器内设置有离心转向烟道和漏料斗，所述离心转向烟道的中心呈漩涡状，所述离心转向烟道的烟气入口与辐射室连通，所述离心转向烟道的烟气出口与锅炉炉膛的转向室连通，所述漏料斗位于所述离心转向烟道的下方，离心转向烟道设有与漏料斗的进料口正对的煤粉出口 ；所述漏料斗的出料口连接有漏料管，所述漏料管的出口端穿出辐射室的后墙且所述漏料管的出口与所述煤粉再利用管道连通，所述煤粉再利用管道的进口端连接有鼓风机，所述煤粉再利用管道的出口端穿进辐射室的前壁。进一步地，本发明在所述辐射室内还固定安装有炉内回流器，所述炉内回流器设有气流室，气流室的主气流入口与工业锅炉系统的二次风管连通，所述气流室的沿其主气流方向的横截面呈扩口状，所述气流室在所述横截面的缩口侧所在的壁上设有对流风风口，所述对流风风口朝向所述辐射室的前壁且沿气流室的主气流方向分布。与现有技术相比，本发明具有的有益效果是1.由于本发明在辐射室的前壁设置有阵列二次风管，高速的二次风通过该阵列二次风管进入辐射室的下侧后，在锅炉煤粉点火火炬下方形成一股刚性平面气流(简称“阵列二次风”)，可以有效防止在进入炉膛初期未燃尽的煤粉颗粒由于自重原因直接落入落灰口，延长了煤粉在炉内的停留时间，使锅炉燃烧效率得到提高。随着该阵列二次风进入炉内的距离增加，阵列二次风气流的刚性明显减弱，此时该气流能够为煤粉的燃烧补充氧气，起到了分级送风的效果，有益于抑制NOx的产生，使本发明煤粉工业锅炉具有低污染排放特性。2.由于本发明在炉膛的辐射室的中心设置有炉内回流器，使得煤粉燃烧形成的高温烟气从炉内回流器的旁边绕行而形成绕流，从而在该炉内回流器的后方形成一个负压区，使前进的高温烟气产生回流，加强了炉内气流的扰动，进一步提高煤粉的燃烧效率。3.本发明中的炉内回流器由其底部鼓入二次风，并由炉内回流器上的对流风风口喷出，从而形成对流风。该对流风首先能够对炉内回流器的壁面进行冷却，防止在炉内回流器的外表面出现结渣结焦现象；其次，该对流风与煤粉燃烧产生的高温烟气形成对冲，加大了炉内气流的扰动，有益于进一步提高煤粉的燃烧效率；再次，该对流风很容易与来流高温烟气互相混合，起到补充煤粉燃烧所需氧气的作用，能够进一步减少NOx的生成。4.本发明在炉膛辐射室的尾部布置有旋风分离器和煤粉再利用管道，可以将在辐射室内仍没有完全燃烧的煤粉颗粒与高温烟气分离，对其进行收集后再重新送到炉内参与燃烧，又进一步地提高了煤粉的燃烧效率。5.现有技术中，煤粉悬浮燃烧方式在小容量工业锅炉中几乎不被采用；而本发明锅炉结构不仅能够利用煤粉悬浮燃烧方式，而且可被应用于中小型燃煤工业锅炉，突破了现有技术的技术瓶颈。
图1为本发明锅炉本体的主视图； 图2为图1的俯视局部剖视图3为图2中辐射室的A-A向剖视图； 图4为炉内回流器的立体图； 图5为图3中炉内回流器的B-B向剖视图； 图6为图2中旋风分离器的内部结构示意图； 图7为图6的右视图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。如图1、图2所示，在煤粉工业锅炉的炉膛内部的辐射室1的前壁2贯穿有一排阵列二次风管3，各阵列二次风管3位于前壁2的燃烧器安装口 4的下方且沿水平方向间隔分布，阵列二次风管3的喷口(即出风口)置于辐射室1内。本发明的阵列二次风管3也可以自上而下有两排以上，形成阵列结构。本发明使用时，将阵列二次风管3的进风口连接到工业锅炉系统中的二次风管上(图中未画出)。在工业锅炉成功完成点火后，煤粉先进入本发明的辐射室1中燃烧，此时由阵列二次风管3鼓入二次风，在辐射室1内的燃烧器的出口下方形成一股刚性平面气流，该刚性平面气流可有效的防止在引燃初期未燃尽的煤粉颗粒由于其自重原因直接落入落灰口，延长了煤粉在炉膛内的停留时间，从而提高了煤粉的燃烧效率。之后随着该阵列二次风深入到炉膛内，阵列二次风气流的刚性明显减弱，此时阵列二次风能够为煤粉补充燃烧所需的氧气，起到了分级送风的效果，有益于抑制NOx等污染物的产生。如图2、图6和图7所示，作为本发明的进一步改进，可在辐射室1内固定安装旋风分离器5，该旋风分离器5位于辐射室1的尾部。安装时，旋风分离器5的进气口 10朝向辐射室1的前壁2的方向，且旋风分离器的进气口 10与辐射室1连通；旋风分离器的出气口 11则朝向锅炉的转向室25并相互连通。图6所示的实施例中，离心转向烟道7的烟气入口为旋风分离器的进气口 10，离心转向烟道7的烟气出口为旋风分离器的出气口
II。辐射室1内的高温烟气由旋风分离器的进气口10进入，经由旋风分离器5内部的离心转向烟道7后，再由旋风分离器的出气口 11进入炉膛的转向室25内。如图6所示，离心转向烟道7大致可分为进气段I、离心分离段II (即离心转向烟道的中心部分)和出气段
III。其中，进气段I的烟道沿主气流方向呈渐缩型结构，使高温烟气在进气段I的行进过
程中迅速减速增压，此时高温烟气携带固相颗粒的能力下降，未燃尽的大煤粉颗粒即会由于自重落入设置于离心转向烟道7下方的漏料斗9中。高温烟气在通过进气段I后进入到离心分离段II中。处于离心转向烟道7的中心的离心分离段II呈漩涡状，促使高温烟气在此旋涡状烟道中沿其弧形壁面前进时产生离心作用。在离心力的作用下，高温烟气中未燃尽的煤粉颗粒由于惯性较大而与烟道壁面8发生碰撞而从离心转向烟道7的煤粉出口经漏
料斗9的进料口滑落至漏料斗9中，惯性较小的高温烟气和粉尘则继续前进至出气段III
。出气段III的烟道沿主气流方向呈渐扩型结构，高温烟气在通过出气段III时迅速减压增
速进入锅炉的转向室25，可以避免由于烟气流速过慢而造成的积灰问题。漏料斗9的中心设置有出料口 12，由离心转向烟道7落入漏料斗9中的煤粉颗粒由于自重将沿漏料斗9的壁面滑落至出料口 12。出料口 12与漏料管13的一端连接，漏料管13的另一端贯穿锅炉后墙14连接到煤粉再利用管道6上，由此，从离心转向烟道7落入到漏料斗9中的煤粉由出料口 12落入到漏料管13后，再经由漏料管13滑落进入煤粉再利用管道6。另一方面，鼓风机15将空气鼓入到煤粉再利用管道6中。煤粉再利用管道6中煤粉和空气流混合混合后被送入辐射室1中重新参与燃烧，达到了进一步提高能源利用率的效果。作为本发明的进一步改进，还可在辐射室1内固定安装有炉内回流器19，炉内回流器19的横截面呈扩口状，例如，梯形、喇叭形是常见的扩口状。作为本发明的一种实施方式，图2、图3、图4和图5中所示的炉内回流器19的横截面为梯形。以下结合图2至图5 对炉内回流器19的结构及其作用作进一步的说明
炉内回流器19通常设置于辐射室1的中央。炉内回流器19的内部设有气流室20。工业锅炉系统的二次风管(图中未画出)与对流风管M的一端连接，对流风管M的另一端穿进辐射室1并通常与炉内回流器19的底部连通，使来自二次风管的二次风经过对流风管M 后，从炉内回流器19的底部进入到气流室20中，成为气流室20的主气流。气流室20的沿其主气流方向的横截面呈扩口状，气流室20的横截面的缩口侧所在的壁面朝向辐射室1的前壁，称为迎风面21 ；气流室20的横截面的扩口侧所在的壁面朝向旋风分离器5的进气口 10，称为背风面22。在炉内回流器19的迎风面21上开有多个对流风风口 23，这些对流风风口 23沿气流室20的主气流方向间隔分布。从对流风管M进入气流室20的主气流最后由对流风风口 23喷出，并作为来流的高温烟气的对流风而与来流的高温烟气产生对冲，加强了辐射室内气流的扰动，有益于未燃烧或未燃尽煤粉颗粒与烟气的换热，同时还为高温烟气中的煤粉颗粒提供了燃烧所需的氧气，可以进一步提高煤粉的燃烧效率。而煤粉燃烧后产生的高温烟气在辐射室1中与对流风风口 23喷出的对流风对冲后从炉内回流器19旁绕行至背风面22的后方，并在背风面22后方的区域形成一个负压区，使得前进的高温烟气产生回流，加强了炉内气流的扰动，有益于煤粉在辐射室1内更进一步的完全燃烧。本发明的工作过程如下
工业锅炉成功完成点火后，煤粉先进入本发明具有低污染排放特性的高效煤粉工业锅炉的辐射室1中燃烧，此时由阵列二次风管3鼓入二次风，在辐射室1内的燃烧器出口下方空间形成一股刚性平面气流，该刚性平面气流可有效的防止在引燃初期未燃尽的煤粉颗粒由于自重原因直接落入落灰口，延长了煤粉在炉内的停留时间，从而提高了煤粉的燃烧效率，之后随着该阵列二次风进入炉内的距离增加，阵列二次风气流的刚性明显减弱，此时该气流能够为煤粉的燃烧补充氧气，起到了分级送风的效果，有益于抑制NOx等污染物的产生。随后，辐射室1的高温烟气在前行过程中经过炉内回流器19时形成绕流，将在炉内回流器19的后方形成一个负压区，使得前进的高温烟气产生回流，加强了炉内气流的扰动，更加有益于煤粉在辐射室1内的完全燃烧。与此同时，炉内回流器19内的气流从对流风风口 23喷出与来流的高温烟气对冲产生对流风，对流风与高温烟气对冲后加强了辐射室1 内的气流的扰动，有益于未燃烧或未燃尽煤粉颗粒与烟气的换热，同时又为高温烟气中尚未完全燃烧的煤粉颗粒提供了氧气，使煤粉进一步充分燃烧。之后，高温烟气继续前进至辐射室1的尾部，由旋风分离器进气口 10进入到旋风分离器5的离心转向烟道7中，此时，由于烟气流在离心转向烟道7的呈漩涡状的离心分离段II中产生了离心作用，高温烟气中未燃烧的煤粉颗粒即因为惯性较大而与烟道壁面8发生碰撞，之后落入漏料斗9中，而惯性较小的高温烟气和烟尘则通过离心转向管道7后由旋风分离器出气口 11进入到转向室25，之后依次经过双回程对流室16、烟道出口 17进入外部连接的省煤器(图中未画出)中。而由离心转向烟道7落入漏料斗9中的煤粉颗粒由于自重将沿漏料斗9的壁面滑落至出料口 12，进而落入漏料管13中，再经由漏料管13滑落进入煤粉再利用管道6，在与煤粉再利用管道6中的空气流混合后在鼓风机15的作用下经由煤粉再利用管道6吹入到辐射室1中重新参与燃烧。煤粉在炉内燃烧产生的烟尘和灰渣将有一部分由于自重原因下落至炉膛底部，这部分烟尘和灰渣即通过炉膛底部的落灰口 18排出，由捞渣机沈进行集中收集后处理。
权利要求
1.一种具有低污染排放特性的高效煤粉工业锅炉，其特征是所述煤粉工业锅炉的辐射室(1)的前壁(2)贯穿有一排以上的阵列二次风管(3)，各阵列二次风管(3)位于所述前壁(2)的燃烧器安装口(4)的下方且同一排中的各阵列二次风管(3)沿水平方向分布，所述阵列二次风管(3)的喷口置于辐射室(1)内。
2.根据权利要求1所述的具有低污染排放特性的高效煤粉工业锅炉，其特征是还包括旋风分离器(5)和煤粉再利用管道(6);所述旋风分离器(5)固定安装于辐射室(1)内且处于辐射室(1)的尾部，所述旋风分离器(5)内设置有离心转向烟道(7)和漏料斗(9)，所述离心转向烟道(7)的中心呈漩涡状，所述离心转向烟道(7)的烟气入口与辐射室(1)连通， 所述离心转向烟道的烟气出口与锅炉炉膛的转向室(25)连通，所述漏料斗(9)位于所述离心转向烟道(7)的下方，离心转向烟道(7)设有与漏料斗(9)的进料口正对的煤粉出口 ；所述漏料斗(9)的出料口(12)连接有漏料管(13)，所述漏料管(13)的出口端穿出辐射室(1) 的后墙(14)且所述漏料管(13)的出口与所述煤粉再利用管道(6)连通，所述煤粉再利用管道(6)的进口端连接有鼓风机(15)，所述煤粉再利用管道(6)的出口端穿进辐射室(1)的前壁⑵。
3.根据权利要求1或2所述的具有低污染排放特性的高效煤粉工业锅炉，其特征是在所述辐射室(1)内还固定安装有炉内回流器(19)，所述炉内回流器(19)设有气流室 (20)，气流室(20)的主气流入口与工业锅炉系统的二次风管连通，所述气流室(20)的沿其主气流方向的横截面呈扩口状，所述气流室(20)在所述横截面的缩口侧所在的壁上设有对流风风口(23)，所述对流风风口(23)朝向所述辐射室(1)的前壁(2)且沿气流室的主气流方向分布。
全文摘要
本发明公开了一种具有低污染排放特性的高效煤粉工业锅炉的辐射室的前壁贯穿有一排以上的阵列二次风管，同一排中的各阵列二次风管位于所述前壁的燃烧器安装口的下方且沿水平方向分布，所述阵列二次风管的喷口置于辐射室内。本发明在其辐射室内还可进一步设置旋风分离器和煤粉再利用管道。本发明采用煤粉悬浮燃烧方式且具有低污染排放特性，并提高了煤粉的燃烧效率，可被应用于中小型燃煤工业锅炉。
文档编号F23C7/02GK102563627SQ20121004970
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月29日 优先权日2012年2月29日
发明者孙公钢, 张光学, 朱霖, 池作和, 池俊杰, 王怡弘, 王进卿 申请人:中国计量学院