粉状燃料自预热装置和方法、粉状燃料燃烧锅炉系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃烧技术领域，特别是一种粉状燃料自预热方法和装置以及利用该粉状燃料自预热装置的粉状燃料燃烧锅炉系统。
【背景技术】
[0002]煤粉电站锅炉是中国火力发电的主要方式，2013年，燃煤火电装机容量超过7.6亿千瓦，发电量达37866亿千瓦时，占总供电能力的80%以上。然而，低负荷条件下，煤粉电站锅炉常需要投油助燃，低负荷稳定燃烧能力差。此外，挥发分低于10%的无烟煤、半焦等燃料，存在着火困难、稳燃特性差和燃烧效率低等主要问题。实现燃料特别是低挥发分燃料变负荷的高效稳定燃烧，是煤粉高效燃烧技术遇到的主要困难。
[0003]CN102032564A公开了一种利用在燃烧器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；煤粉预热温度超过800°C，预热的煤粉送入燃烧室后不存在着火稳定性和燃尽性问题，且负荷调节范围宽。但该方法需要外部热源持续加热煤粉，增加了系统的复杂性。
[0004]CN 1082164A公开了一种流化床煤粉预燃加热燃烧器，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。
[0005]CN 101158468A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°C以上。由于煤粉电站锅炉的送粉系统采用一次风携带煤粉形成风粉混合物喷入锅炉燃烧器，因此该方法无法与现有电站锅炉送粉系统对接。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种粉状燃料自预热装置及方法，可用于粉状燃料、特别是低挥发分煤粉及其它低挥发分粉状燃料的高效、稳定燃烧。
[0007]本发明的技术方案如下:
[0008]根据本发明的一个方面的实施例，提出了一种粉状燃料自预热装置，包括:循环流化床预热室，设置有预热室出口和返料口 ；分离器，与预热室出口相通；返料器，与返料口相通；锥形部，锥形部的顶部大于锥形部的底部，锥形部的顶部端缘与预热室的底部端缘在形状上相配合而彼此相接；以及风粉输送管，与锥形部的底部相通，用于经由锥形部向预热室内输送粉状燃料和一次风，其中，粉状燃料适于在预热室中部分燃烧而放热。
[0009]可选地，风粉输送管的输送通道的尺寸与锥形部的底部的通道的尺寸相同。
[0010]可选地，在上下方向的投影中，锥形部的底部的投影位于锥形部的顶部的投影的中心。
[0011]可选地，所述预热室的从预热室的底部到顶部的整个内部空间构造为粉状燃料的循环流化空间。
[0012]可选地，所述预热室的从预热室的底部到顶部的横截面的形状和面积保持不变。
[0013]可选地，风粉输送管与预热室的横截面积之比为1: 10?1: 30。
[0014]根据本发明的另一个方面的实施例，提出了一种粉状燃料燃烧锅炉系统，包括:粉状燃料燃烧锅炉，具有炉膛；和上述的粉状燃料自预热装置，其中:分离器的气体出口连接有粉状燃料出口管道，用于将预热的粉状燃料以及烟气送往炉膛。所述粉状燃料可以为煤粉。
[0015]根据本发明的再一个方面的实施例，提出了一种粉状燃料自预热方法，包括步骤:提供循环流化床预热室，其中，预热室的底部设置有锥形部，锥形部的顶部大于锥形部的底部，锥形部的顶部端缘与预热室的底部端缘在形状上相配合而彼此相接；提供粉状燃料与一次风的风粉混合物；以及利用风粉输送管将风粉混合物经由锥形部输送到预热室内部，其中，粉状燃料在预热室中部分燃烧而放热。
[0016]可选地，上述方法还包括步骤:控制粉状燃料与一次风的比例为0.3?3.0kg粉状燃料:lm3空气，优选为0.5?2.0kg粉状燃料:lm3空气。
[0017]可选地，上述方法还包括步骤:控制分离器的分离效率在80?98%之间。
[0018]可选地，上述方法还包括步骤:调节经返料器送回预热室的粉状燃料与经由风粉输送管送入预热室的粉状燃料的质量比为5?50。
[0019]可选地，上述方法中，所述粉状燃料为煤粉。
[0020]可选地，上述方法中，所述粉状燃料粒径小于200 μ m。
[0021]可选地，上述方法中，风粉混合物在风粉输送管中的流速为20?30m/s。
[0022]可选地，上述方法中，预热室内的风粉混合物流速高于粉状燃料颗粒的终端沉降速度。进一步地，预热室内的风粉混合物的流速为1?6m/s。更进一步地，预热室内的风粉混合物的流速为2?3m/s。
[0023]可选地，上述方法中，分离器的气体出口连接有粉状燃料出口管道，用于将预热的粉状燃料以及烟气引出分离器。
【附图说明】
[0024]图1为本发明的一个示例性实施例的粉状燃料自预热装置的示意图。
【具体实施方式】
[0025]虽然将参照含有本发明的较佳实施例的附图充分描述本发明，但在此描述之前应了解本领域的普通技术人员可修改本文中所描述的发明，同时获得本发明的技术效果。因此，须了解以上的描述对本领域的普通技术人员而言为一广泛的揭示，且其内容不在于限制本发明所描述的示例性实施例。
[0026]如图1所示，一种粉状燃料自预热装置，包括:循环流化床预热室2，设置有预热室出口 21和返料口 22 ;分离器3，与预热室出口 21相通；返料器4，与返料口 22相通；锥形部6，锥形部6的顶部大于锥形部的底部，锥形部6的顶部端缘与预热室的底部端缘在形状上相配合而彼此相接；以及风粉输送管1，与锥形部6的底部相通，用于经由锥形部向预热室内输送粉状燃料和一次风，其中，粉状燃料适于在预热室中部分燃烧(不完全燃烧)而放热。
[0027]可选地，风粉输送管1的输送通道的尺寸与锥形部6的底部的通道的尺寸相同。
[0028]可选地，在上下方向的投影中，锥形部6的底部的投影位于锥形部的顶部的投影的中心。
[0029]可选地，所述预热室2的从预热室的底部到顶部的整个内部空间构造为粉状燃料的循环流化空间。换言之，预热室2内为空腔结构，且不设布风板、风帽或风管等对风粉混合物的流动形成障碍的部件。
[0030]可选地，所述预热室的从预热室的底部到顶部的横截面的形状和面积保持不变。
[0031]可选地，风粉输送管与预热室的横截面积之比为1: 10?1: 30。分离器形式可以为旋风分离器或惯性分离器。
[0032]需要指出的是，在本发明中，粉状燃料可以是煤粉，也可以是半焦细粉等低挥发性燃料。
[0033]根据本发明的另一个方面的实施例，提出了一种粉状燃料燃烧锅炉系统，包括:锅炉，具有炉膛；和上述的粉状燃料自预热装置，其中:分离器气体出口连接有粉状燃料出口管道，用于将预热的粉状燃料以及烟气送往炉膛。
[0034]根据本发明的再一个方面的实施例，提出了一种粉状燃料自预热方法，包括步骤:提供循环流化床预热室，其中，预热室的底部设置锥形部，锥形部的顶部大于锥形部的底部，锥形部的顶部端缘与预热室的底部端缘在形状上相配合而彼此相接；提供风粉输送管，风粉输送管直接连通到锥形部的底部；提供粉状燃料与一次风的风粉混合物；以及利用风粉输送管将风粉混合物经由锥形部输送到预热室内部，其中，粉状燃料在预热室中部分燃烧而放热。
[0035]可选地，上述方法还包括步骤:控制粉状燃料与一次风的比例为0.3?3.0kg粉状燃料:lm3空气，优选为0.5?2.0kg粉状燃料:lm3空气。
[0036]可选地，上述方法还包括步骤:控制分离器的分离效率在80?98%之间。分离器3的分离效率在80?98%之间时，可获得适宜的循环量。
[0037]可选的，上述方法还包括步骤:控制预热室的温度在800?1300°C之间。
[0038]可选地，上述方法还包括步骤:调节经返料器送回预热室的粉状燃料与经由风粉输送管送入预热室的粉状燃料的质量比为5?50。
[0039]可选地，上述方法中，所述粉状燃料粒径小于200 μ m。
[0040]可选地，上述方法中，风粉混合物在风粉输送管中的流速为20?30m/s。
[0041]可选地，上述方法中，预热室内的风粉混合物流速高于粉状燃料颗粒的终端沉降速度。进一步地，预热室内的风粉混合物的流速为1?6m/s。更进一步地，预热室内的风粉混合物的流速为2?3m/s。
[0042]可选地，上述方法中，分离器的气体出口连接有粉状燃料出口管道，用于将携带粉状燃料的烟气引出分离器。
[0043]本发明的粉状燃料自预热装置可直接与煤粉锅炉等的送粉系统对接，装置结构简单，操作简便。
[0044]经返料器送回预热室的粉状燃料成为稳定持续的点火源。本发明的粉状燃料自预热装置无需外热源即可将粉状燃料预热至高温，不存在着火稳定性差和熄火问题，且能很好的适应锅炉变负荷的高效燃烧问题，特别适合无烟煤等低挥发分燃料的高效、稳定燃烧，还可适用于半焦细粉等低挥发分燃料的燃烧。
[0045]下面以煤粉为例，进一步说明根据本发明的粉状燃料自预热方法。
[0046]来自煤粉锅炉制粉系统的粒径小于200 μ m的煤粉与一次风混合形成的风粉混合物从循环流化床预热室底部喷入循环流化床预热室；风粉混合物中，煤粉与一次风的比例为0.3?3.0kg粉状燃料:lm3空气，优选为0.5?2.0kg粉状燃料:lm3空气。在这样的空气、煤粉比例下，风粉输送管内空气携带煤粉的状态为稀相输送，配合20?30m/s的气流速度，可避免煤粉在风粉输送管内的沉积、同时防止管道的磨损；不仅如此，这样的煤粉空气比例还使得煤粉仅可部分燃烧，可将煤粉的燃烧份额控制在理想的范围内，同时又可达到预定的煤粉预热温度。风粉混合物喷入循环流化床预热室后，首先与从返料器返回循环流化床预热室的高温物料混合，喷入循环流化床预热室的煤粉和一次风受热温度上升，当煤粉温度超过着火点时，煤粉与一次风中的氧气发生部分燃烧反应，煤中的C向CO、C02和CH4转化，C向C02的转化为放热反应，一次风与煤粉的反应过程中，一次风转化为含有CO、
0)2和CH4的还原性烟气。煤粉与一次风部分燃烧反应放热，使循