一种带有齿形稳燃装置的骨料烘干煤粉燃烧器及其控制方法与流程

本申请涉及一种骨料烘干煤粉燃烧器及其控制方法。

背景技术：

筑路工程中所需的骨料目前多采用煤粉燃烧器进行烘干。但煤炭的质量参差不齐，质量差的煤炭会造成燃烧器结渣、腐蚀，煤粉燃烧不合理、不完全也会造成氮氧化物的大量排放，进一步增大环境污染的压力，所以降低污染物排放和增加煤粉燃烧利用率成为本领域现阶段需要迫切解决的问题。

煤粉燃烧器作为骨料烘干的供热设备，受设备条件、燃料性质及工况参数的限制，火焰长度会在一定范围内发生变化。工程上，需要依据不同情况需求选择不同的火焰特征。为了达到骨料脱除水分所需的温度，燃烧器火焰必须保持一定的长度、位置和温度。火焰长度过短、温度过于集中，会导致物料受热不均匀，从而降低骨料的烘干质量，而且局部的高温致使火焰周向发散、火焰宽度增大，容易烧损磨蚀燃烧器耐热材料、积碳结焦，从而降低设备的使用寿命，增加设备的维护费用，同时也直接影响煤粉的燃烧效率和污染物的排放量。理想的火焰形状应当完整、活泼有力、分布均匀、火焰长度适中，且与燃烧室尺寸相适应。但在实际操作的过程中，火焰的形状是比较难控制的。

“高效低排”，即燃烧器有较高的燃烧效率和较低nox、sox等污染物的排放量，是骨料烘干煤粉燃烧器领域中追求的目标。由nox和sox生成机理可知，nox和sox为n、s的氧化物，氧气含量越高越易发生氧化反应，氧化物的生成量就越多，此外，温度是影响nox和sox生成的又一重要因素，温度越高煤组分中的n和s越易热解、析出。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种带有齿形稳燃装置的骨料烘干煤粉燃烧器。

一种带有齿形稳燃装置的骨料烘干煤粉燃烧器，其特征在于：在骨料烘干煤粉燃烧器的一次出风口处加装齿形稳燃环，所述齿形稳燃环齿数为6～30个。

进一步的，所述骨料烘干煤粉燃烧器的一次风风口风速为30～40m/s，一次风煤粉浓度为0.500～0.700kg/s，一次风预热温度为290～345k。

进一步的，所述骨料烘干煤粉燃烧器的二次风风口风速为40～60m/s，二次风旋流叶片安装角40～60°，三次风风速40～60m/s。

进一步的，所述骨料烘干煤粉燃烧器的二次风口和三次风口之间安装有燃烧器扩口，燃烧器扩口半张角α为35°，扩口段长度与一次出风口直径相等。

更进一步的，所述齿形稳燃环的齿数为24个。

更进一步的，所述一次风风口风速为40m/s，一次风煤粉浓度为0.650～0.700kg/s，一次风预热温度为343k，二次风风口风速为60m/s，二次风旋流叶片安装角60°，三次风风口风速为60m/s。

进一步的，所述齿形稳燃环材质为高温陶瓷。

本发明还提供了一种带有齿形稳燃装置的骨料烘干煤粉燃烧器的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)在骨料烘干煤粉燃烧器的一次出风口处加装齿形稳燃环，所述齿形稳燃环齿数为6～30个；

(2)控制骨料烘干煤粉燃烧器的一次风风口风速为30～40m/s，一次风煤粉浓度为0.500～0.700kg/s，一次风预热温度为290～345k，二次风风口风速为40～60m/s，二次风旋流叶片安装角40～60°，三次风风速40～60m/s。

进一步的，在所述骨料烘干煤粉燃烧器的二次风口和三次风口之间安装燃烧器扩口，燃烧器扩口半张角α为35°，扩口段长度与一次出风口直径相等。

更进一步的，步骤(1)中所述齿形稳燃环的齿数为24个。

更进一步的，所述一次风风口风速为40m/s，一次风煤粉浓度为0.650～0.700kg/s，一次风预热温度为343k，二次风风口风速为60m/s，二次风旋流叶片安装角60°，三次风风口风速为60m/s。

本发明具有如下的有益技术效果：

一次风流经过本发明所述的齿形稳燃装置，在齿后会形成小的煤粉驻涡附着在高温回流区的根部，驻涡中的煤粉浓度高，降低了煤粉的着火温度，利于着火和稳定燃烧。粉射流通过环形稳燃齿时，能形成稳定而强烈的高温烟气回流区，增加了回流高温烟气与煤粉气流之间的热质交换，高温烟气的回流为煤粉提供了稳定的热源，保证了燃烧的稳定。

齿状的阻塞也将影响燃烧室内流场的结构分布，齿后的回流区加强了煤粉与高温烟气的湍流混合，提高了稳燃能力。

煤粉射流通过齿形稳燃装置后，射流轨迹会向燃烧室中心即火焰中心偏移，煤粉射流向中心集中，导致火焰中心的煤粉浓度高，火焰外侧的煤粉浓度低，稳燃装置还实现一定的“浓淡分离”作用，提高了煤粉燃烧的稳定性。

齿形稳燃装置对煤粉射流的阻塞沿周向分布更为均匀，在齿后没有明显的煤粉堆积死角(局部高浓度煤粉区域)，可减少煤粉射流对稳燃装置的磨蚀，以及煤粉的堆积结焦。

火焰中心的高浓度煤粉，不仅有助于火焰的稳定燃烧，又使得火焰处于富燃料燃烧状态，此时过量空气系数低，煤中氮被氧化生成nox的量减少，污染物的排放量降低。火焰外侧煤粉浓度低，属于富氧燃烧状态，虽然氧气含量的增加不利于抑制nox的生成，但此时刚好处于二次风通入的位置，二次风带来大量低温空气，降低了燃烧的温度，抑制了热力型nox的生成。

煤粉射流通过稳燃环，改变了组分浓度以及流场的状态，影响了骨料烘干煤粉燃烧器的燃烧效率。同时改变了控制参数，使煤粉浓度增加，导致火焰长度增加，煤粉燃烧效率降低。环形齿形稳燃装置造成烟气回流，从而提高了一次风温，并且保证了适当的风风量和风速，降低了着火点。从而保证了骨料烘干煤粉燃烧器的火焰稳定。

本发明所述的骨料烘干煤粉燃烧器及其的控制方法，对传统的骨料烘干煤粉燃烧器进行了改进，同时辅以优化的控制参数，能够简单、有效地控制燃烧火焰的形状，进而保证加热的效果达到烘干的要求，同时也最大程度的提高了燃烧效率，降低了nox、sox污染物的排放量。

附图说明

图1为齿形稳燃环结构示意图；

图2为齿形稳燃环与一次风口的组装结构示意图；

图3为煤粉燃烧器和烘干滚筒的组装结构示意图；

图4为燃烧器扩口位置示意图；

图5为无齿形稳燃装置的燃烧器流场速度矢量图；

图6为24齿的齿形稳燃装置的燃烧器流场速度矢量图；

图7为8齿的齿形稳燃装置的燃烧器流场速度矢量图；

具体实施方式

附图中：一次风口1，二次风口2，三次风口3，齿形稳燃环4，燃烧器扩口5，燃烧室6，后端锥角7，烘干滚筒8。

下面结合附图，对本发明的实施作详细描述：

如图3所示lb2000型沥青混合料搅拌站中，煤粉燃烧器主体尺寸为燃烧室长1.5m，燃烧室直径1.2m，扩口半张角α为35°。各次风口采用圆环形管口，一次风喷口处周向布置如图1所示的24齿的齿形稳燃装置，组装方式如图2所示；二、三次风道内分别均匀布置12叶轴向式旋流器，具体参数如表1所示。

在操作上述煤粉燃烧器的过程中，控制一次风预热温度343k，一次风煤粉浓度0.674kg/s，一次风风速40m/s，二次风旋流叶片安装角60°，二次风风速60m/s，三次风风速60m/s。

以霍林河褐煤为例，其煤质分析相应数据为：低位热值qnet,ar为25.3mj·kg^-1；元素分析wc,ar为80.36％，wh,ar为5.08％，wo,ar为12.17％，wn,ar为9.94％，ws,ar为1％；工业分析ad为8.28％，vd为55.02％，fc,d为36.7％；煤种的干燥基灰分含量约为8％。

通过热态流场进行模拟分析的方法，分析速度矢量图内部流场的结构。由图5-图6可见，粉射流通过齿形稳燃装置时，能形成稳定而强烈的高温烟气回流区，增加了回流高温烟气与煤粉气流之间的热质交换，高温烟气的回流为煤粉提供了稳定的热源，保证了燃烧的稳定。与图7所示的8齿稳燃装置相比，24齿稳燃装置的流场中，在轴线中心处速度矢量的分布更密集，表明煤粉射流向中心集中，轴线中心处的煤粉浓度高。在燃烧室后端锥角处的二次回流区在24齿时的位置更靠后，有助于未燃尽煤粉在燃尽区的完全燃烧，提高了燃烧效率。整个过程中火焰长度保持在4.45-4.90m，火焰直径保持在0.85-0.98m，燃烧效率为39.96-40.10％，no排放量维持在250-275g，so2排放量维持在210-230g。

表1煤粉燃烧器和烘干滚筒的主要结构参数

发明人经过大量实验表明，一次风风速，一次风煤粉浓度，以及一次风预热温度对火焰形状、燃烧效率和污染物排放量的影响最大；二次风和三次风速对火焰长度影响不大，但对燃烧效率和污染物的排放量有显著的影响。

以上所述仅为本申请示意性的具体实施方式，在不脱离本申请的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本申请保护的范围。