煤粉预处理装置和锅炉的制作方法

本实用新型涉及锅炉化工领域，特别涉及一种煤粉预处理装置和锅炉。

背景技术：

根据《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》的要求，全国所有具备条件的燃煤电厂在2020年需要实现超低排放，其中氮氧化物排放浓度不高于50mg/m³。目前，国内大部分电厂均采用尾部SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原)脱硝技术，每年需支付巨额的SCR脱硝运行维护费用，整体经济效益不佳，同时SCR脱硝系统易导致下游空气预热器的腐蚀和堵塞，影响锅炉机组的安全性。另外，SCR催化剂及氨逃逸带来的二次污染也无法有效解决。

因此，国内急需能够实现超低排放的炉内低氮燃烧技术，目前普遍认可的技术路线为通过向炉内喷入还原气体，将已生成的NOx还原为N2，可实现NOx的超低排放。天然气再燃能有效降低NOx浓度，减排率可达70％，但运行费用太高，难以推广，如何低成本获取满足再燃份额的还原气体成为最大的难题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种煤粉预处理装置，通过利用该装置对锅炉煤粉进行预处理，获取大量还原气体，以助于实现锅炉低NOx超低排放。本实用新型还提供一种应用有上述煤粉预处理装置的锅炉。

本实用新型公开一种煤粉预处理装置，包括：

进风管，用于接收和输出一次风粉；

主反应管，与所述进风管连接以接收所述进风管输出的一次风粉，所述主反应管包括主管段，所述主管段的横截面面积大于所述进风管的横截面面积；

热源，用于点燃一次风粉，以使所述一次风粉能在所述主反应管内进行热解、气化反应；

输出管，与所述主反应管连接，用于输出所述主反应管内生成的反应产物。

进一步地，所述主管段的横截面面积为所述进风管的横截面面积的3～15.5倍；和/或，

所述主管段与竖直方向夹角为0～30°。

进一步地，所述输出管的横截面面积小于所述主管段的横截面面积。

进一步地，所述主反应管还包括连接所述主管段和所述输出管的加速段，所述加速段沿所述煤粉预处理装置的气固混合物流动方向渐缩地设置于所述主管段的下游；和/或，

所述主反应管还包括连接所述进风管和所述主管段的减速段，所述减速段沿所述煤粉预处理装置的气固混合物流动方向渐扩地设置于所述进风管的下游。

进一步地，所述加速段与所述主管段同轴设置；和/或，

所述减速段与所述主管段同轴设置。

进一步地，所述进风管还包括弯管段，所述热源的点火源位于所述弯管段沿所述煤粉预处理装置的气固混合物流动方向的下游。

进一步地，所述弯管段还包括导流板，所述导流板位于所述弯管段内的所述弯管段的内弧侧和外弧侧之间。

进一步地，所述热源的至少一个点火源设置于沿所述气固混合物流动方向的下游相对于所述弯管段的内弧侧更靠近所述弯管段的外弧侧的区域。

进一步地，所述热源的功率可调。

进一步地，所述热源还包括多个点火源，所述多个点火源沿所述一次风粉流动方向依次排布，用于使所述一次风粉实现多级燃烧。

本实用新型还公开一种锅炉，包括锅炉本体和上述的煤粉预处理装置，所述煤粉预处理装置的进风管接收一次风粉，所述煤粉预处理装置的输出管与所述锅炉的锅炉本体连接并与所述锅炉本体的炉膛连通。

基于本实用新型提供的煤粉预处理装置，通过向煤粉预处理装置中通入锅炉的一次风粉，可以低成本、低能耗地实现煤的气化处理，安全、稳定地使煤粉气流产生大量的还原性气体。通过将煤粉气流热解、气化反应后产物通入炉膛，从而以促进实现锅炉NOx的超低排放。

通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型一实施例的煤粉预处理装置的结构示意图；

图2为本实用新型另一实施例的煤粉预处理装置的结构示意图；

图3为本实用新型又一实施例的煤粉预处理装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

图1为本实用新型一实施例的煤粉预处理装置的结构示意图。如图1所示，该实施例中煤粉预处理装置包括进风管1、主反应管、输出管5和热源2。

进风管1包括进风管输入口和进风管输出口，用于接收一次风粉，并向主反应管输出一次风粉。主反应管包括主管段3。主管段3包括主管段输入口和主管段输出口。主管段输入口与进风管输出口相连，用于接收进风管1输出的一次风粉。主管段3的横截面面积大于进风管1的横截面面积。热源2用于点燃一次风粉，以使一次风粉能在所述主管段3内进行热解、气化反应。输出管5包括输出管输入口和输出管输出口6。输出管输入口与主管段输出口相连，输出管输出口用于与锅炉的锅炉本体9连接，以向锅炉本体9的炉膛输出一次风粉热解、气化反应后的产物。

其中，一次风粉为一次风与煤粉的气固混合物。如图1所示，一次风粉沿着x方向从进风管输入口通入进风管1中，然后通过热源2将其点燃。一次风粉点燃后，通过部分煤粉的自身燃烧放出热量，在主反应管内煤粉发生热解、气化反应，生成大量CH4、H2、CO等还原性气体。然后通过输出管5将反应后产物输出，通入炉膛中。

本实施例的煤粉预处理装置结构简单、易于操作，通过本实施例的煤粉预处理装置对煤粉进行预处理，可以低成本、低能耗地实现煤的气化处理，安全、稳定地使煤粉气流产生大量的还原性气体，有助于实现锅炉NOx的超低排放。

主反应管、输出管5均为煤粉热解、气化反应区，但大部分反应在主反应管内完成，因此，主反应管为煤粉的热解、气化反应主反应区。其中，主管段3的横截面面积大于进风管1的横截面面积，则一次风粉从进风管1进入主管段3时气流的流速会降低，煤粉气流在主反应区内流动时间增加，从而延长了煤粉气流在主管段3内的反应时间，有利于还原性气体的生成。

其中，热源2点燃一次风粉为煤粉热解、气化提供了稳定、可靠的点火源，提升了煤粉气化装置对不同工况和煤种的适应性。热源2的点火源21可以设置在进风管1内，从而使煤粉提前着火后进入主管段3中。其中，点火源21可以是燃烧器、等离子体装置、油枪装置、气枪装置、高温空气供给装置等可以点燃一次风粉的装置。

在一些实施例中，热源2也可以设置在主管段3内，使煤粉在主管段3内燃烧后再进行后续热解、气化反应。将热源2设置在主管段3内时，煤粉气流经过热源2的时间更长，有助于提高点燃效果。

在一些实施例中，主管段3的横截面面积为进风管1的横截面面积的3～15.5倍。主管段3的横截面面积与进风管1的横截面面积之比处于3～15.5范围内时，在延长煤粉气流的停留时间，满足煤粉的热解、气化反应以产生足够的还原性气体的同时，主管段3的长度和横向尺寸也可以设置得较为合理，在煤粉锅炉有限的结构空间范围内，煤粉预处理装置整体的安装较为方便，因长度和横向尺寸较为合理，煤粉预处理装置自身的成本也较为合理；而且，煤粉预处理装置结构空间合适，在主反应管内煤粉气流速度合适，积粉、结渣现象较少。

在一些实施例中，输出管5的横截面面积小于主管段3的横截面面积。输出管5的横截面面积比主管段3小，反应完成的煤粉气流的产物与未反应和正在反应的煤粉气流从主管段3进入输出管5时，气流的流速提升，有助于减少煤粉预处理装置管路的积粉和结渣现象。

如图1所示，主反应管还包括加速段4，输出管5通过加速段4与主管段2相连。加速段4包括加速段输入口和横截面面积小于加速段输入口的加速段输出口。加速段输入口与主管段输出口相连，加速段输出口与输出管输入口相连。通过增加加速段4，气体流速提升过程更加平稳，有助于避免主反应管出口处涡流的产生以及减少气流流动的阻力。

在一些实施例中，输出管5可以直接和主管段3相连。

在一些实施例中，主管段3与竖直方向夹角为0～30°，优选沿竖直方向布置。主管段3与竖直方向夹角为0～30°时，煤粉燃烧更加稳定，同时，有助于主管段3内与煤粉预处理装置的气固混合物流动方向垂直的横截面上温度分布均匀，从而有利于主管段3形成均匀的高温环境，促进煤粉的热解及气化反应。同时，在重力的作用下，也有利于进一步减少煤粉预处理装置内管路的积粉和结渣。

在一些实施例中，如图2所示，进风管1还包括弯管段7，热源2的点火源21位于弯管段7沿气固混合物流动方向下游。通入进风管1的一次风粉在经过弯管段7时由于离心力的作用，会在弯管段7出口处的外弧侧聚集，使外弧侧的煤粉气流中煤粉浓度提高，形成浓缩效应。

在一些实施例中，热源2的点火源21设置于弯管段7沿气固混合物流动方向下游相对于弯管段7的内弧侧更靠近所述弯管段7的外弧侧的区域。经过弯管段7的一次风粉更多地集中在靠近弯管段7外弧侧，点火源21设置于靠近外弧侧的区域，使点火源21点燃的是煤粉浓度相对较高的煤粉气流，更有助于点火，从而有利于煤的热解、气化反应。

在一些实施例中，弯管段7还包括导流板，导流板位于弯管段7内，并设置于弯管段7的内弧侧与外弧侧之间。导流板用于将输入的一次风粉向弯管段7的下游导流。弯管段7设置导流板后，对于通过弯管段7的气流能更好地起到导向作用，能够更好地发挥弯管段对一次风粉的聚集作用，以及进一步地减少一次风粉煤粉气流产生涡流。

在一些实施例中，如图3所示，主反应管还包括减速段8，减速段8包括减速段输入口和横截面面积大于减速段输入口的减速段输出口。减速段输入口与进风管输出口相连，减速段输出口与主管段输入口相连。设置减速段8除了有利于从进风管1到主管段3气流降速过程的平稳。同时，如图3所示，当减速段8与进风管1的弯管段2相连时，可消除点火初期的涡流，有利于一次风粉火焰的扩散及燃烧稳定。

在一些实施例中，热源2的功率可调。通过调节热源2的功率，可以调节点火源21点燃一次风粉的点火强度，从而可以控制煤粉预处理装置内部的燃烧强度，进而可以调节煤粉预处理装置工作的温度，有助于防止装置超温、结渣。

在一些实施例中，热源2还包括多个点火源21，多个点火源21沿所述一次风粉流动方向依次排布，用于使一次风粉实现多级燃烧。设置多个点火源21在一次风粉流动过程中多次点火，使一次风粉多级燃烧，有利于使燃烧更加稳定，提高一次风粉气流的燃烧效果。

以上实施例的煤粉预处理装置，由于气化过程中产生的大量还原性气体可还原煤粉燃烧时产生的NOx，可实现煤粉预处理装置出口产物中的NOx为0或趋于0。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。