一种气力输送锅炉煤粉燃烧系统的制作方法

本实用新型涉及一种煤粉燃烧系统，尤其是一种适用于发电厂锅炉、水泥炉窑和工业煤粉炉中的气力输送锅炉煤粉燃烧系统。

背景技术：

煤粉被广泛应用在发电厂锅炉、水泥炉窑和工业煤粉炉中，煤粉虽然像油和气一样类似于流体便于输送，通常称为气力输送，输送按气固比又可分为稀相输送和密相输送，但是对于稀相输送的煤粉炉来讲，低负荷稳燃一直以来都是一个难题，最近10年工业煤粉锅炉越来越多，负荷变动也比之前的电站锅炉频繁和幅度更大。对于电站煤粉锅炉来讲一般最低不投油稳燃负荷为额定负荷的30～40％，而工业煤粉锅炉容量比电站锅炉更小，反而要求更低的不投油稳燃负荷，因此，提出了更为苛刻的要求。经过大量实践，国内外摸索出了较多的方法。比如煤碳研究总院研发了中心逆喷的煤粉燃烧器，笔者单位徐州燃烧控制研究院开发了双旋流中心钝体煤粉燃烧器。但是在运行时发现原有针对电厂的煤粉气力输送系统难以适应，因此也产生了大量的煤粉输送专利。基本上达成了这样的共识，给粉波动造成了锅炉燃烧不好炉膛负压波动灭火。

专利号为CN201510660373.6公开了一种煤粉燃烧产生高温高氧火炬点火的方法，在实践中发现即使该预燃室不点火也起到一定的稳燃作用。但满足不了《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》，DL/T5121-2000中9.4.9条规定了煤粉管道输送速度不小于18m/s，热风送粉不小于25m/s；7.2.3条给出了管道扩散角宜为7-15度，收缩管最佳角为25度。专利号为CN201510521968公开了二次稳压系统的链条锅炉煤粉输送管路，在链条炉喷煤时加入了缓冲装置，该专利认为是压力波动造成了爆燃，为了不与火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程DL/T5121-2000中9.4.9条的规定相冲突，自我限制了其应用范围仅属于链条锅炉煤粉输送管路，按其所述的缓冲筒I的通流截面积是正常煤粉管道的2-8倍，按煤粉管道正常最低设计流速18m/s，那么缓冲筒的最低设计流速为2.25m/s,缓冲筒实质是流速较低的气流床，没有达到流化床内循环的标准。专利号为CN201510521968公开了中流速和角度都没有遵守以上规程的规定，也未给出解释，在应用上述专利时无法自圆其说，存在严重的事故隐患，在实用性上不足。

对于正常运转的煤粉输送系统，叶轮给粉机、螺旋给料机、星型给料机都存在着给粉波动性，以最常见的叶轮给粉机为例，正常的转速在20～80转/分，经典给粉机搅拌器仅有2个叶片，12个拨粉叶片理论上煤粉浓淡变化周期T达到了1秒级，也就是典型的波动频率在1Hz附近，正常的煤火焰从光学频谱分析来看，波动频率集中在30-120Hz，油火焰的主频更高，显然在30Hz以上频率的波动几乎与灭火无关。正常的稀相送粉风速在20～30m/s之间，0.1秒断粉导致喷口2米长的无火距离足以造成炉内火焰吹脱，这是造成锅炉燃烧不好炉膛负压波动灭火的理论原因。在实际运行中我们观察到这样的现象，如果炉前油系统在炉前的管径较细，仅有2个油枪时，实际点火时经常发生在投第2个油枪时把正在着火的第1个油枪带灭，这是典型的油压突降造成的短暂燃料波动造成的灭火，加大炉前油系统管径后通常能消除这种情况。煤粉锅炉在实际运行中我们也观察到给粉机偶尔存在突然转速变慢1～3秒再恢复转速的情况，有时煤粉中的板结块通过给粉机时出现短暂中断，这种给粉波动是导致炉膛突然灭火的直接原因，这种波动即使是在煤粉质量较好，锅炉负荷较高时也不能完全避免。在实践中我们发现煤粉湿度是影响下粉连续性的重要原因，煤粉湿度大时易发生给粉不能连续导致灭火，即使不灭火也导致炉膛负压大幅波动，飞灰含碳量上升；另外煤粉储存时间越长流动性也越差。

由于风粉混合物在煤粉管道内的流速根据DL/T5121-2000中9.4.9条的规定不小于18m/s，是考虑在水平管道内气固两相流不发生沉积，这条规定其实与垂直管道的气固两相流的安全输运没有任何关系。18m/s仅仅是考虑到水平管道中气固两相流不发生沉积堵塞，并没有保证其流动的平稳性，实际上为了保证水平管道内流动平稳，煤粉管道内流速宜在25m/s以上，而管道的磨损速度又与流速的三次方成正比，所以管道内流速常常仅在25m/s左右。我们认为将煤粉管道中的水平管道和垂直管道区分开来，是解决煤粉流动性不稳定的好办法。对于常见的R90＝10-40(170-200目)之间的煤粉颗粒，其在流化床中的临界流化速度在0.2～0.5m/s之间，考虑到安全性，在垂直管道内安全的输运速度为1m/s。

煤粉气力输送的波动性和直流电的波动类比，直流电滤波通常采用电容滤波器(C滤波器)、电感电容滤波器(LC滤波器)、π形滤波器等电路来滤波，对于煤粉我们必须找到合适的滤波方式。不论何种电滤波都是将电转化为场电子暂时储存起来，相应的煤粉气力输送也应当像储存电子一样存储部分煤粉在合适的系统之中，当系统中煤粉浓度比较稀时，能及时释放出来，在煤粉浓度高时能储存部分煤粉。接合煤粉火焰在低负荷灭火前的波动频率主要为0.2-5Hz，因此，煤粉气力输送的滤波主要对象应当是0.2-5Hz的低频波动。我们仿真模拟了自己设计的滤波器对周期T＝3s，和T＝6s的方波信号的过滤，效果是满意的。经实践该滤波器应用到工程以后，炉膛负压的波动明显被抑制，炉渣和飞灰含碳量都有明显的减少，虽然是60t/h的小型工业煤粉炉，但炉渣和飞灰含碳量的指标都优于600MW级主力机组的平均水平。

技术实现要素：

技术问题：实用新型的目的是要克服现有技术的不足之处，提供一种带滤波器的气力输送煤粉燃烧系统，解决煤粉锅炉因给粉波动引起的锅炉燃烧不好、炉膛负压波动灭火和飞灰含碳量上升。

技术方案：本实用新型的一种气力输送锅炉煤粉燃烧系统，包括一次风机、煤粉仓、给粉机、煤粉混合器、滤波器和煤粉燃烧器及连接管道，所述经煤粉混合器送入煤粉燃烧器的送粉管路上连接有平均风速为0.5-3m/s的滤波器；所述的滤波器包括入口扩锥段、直管段和出口收缩锥段，所述入口扩锥段的入口直径为入口扩压角为β，所述直管段的直径为2、长度为L，所述收缩锥段的出口直径为出口收缩锥段的出口收缩角为α。

所述的滤波器垂直设置、或在与铅垂线成20度夹角的范围内设置。

所述的滤波器的直管段长度L＝6-9米。

所述滤波器的直管段的直径是入口直径的2.8-5.5倍。

所述滤波器的入口扩锥段的入口扩压角β＝7-60度，优选20-40度。

所述滤波器的出口收缩锥段的出口收缩角为α＝15-60度，优选20-40度。

所述滤波器的直管段内平均风速为1-2米/每秒。

有益效果：由于采用了上述方案，本实用新型解决了因入炉煤粉浓度波动引起的燃烧不稳定甚至灭火，煤粉燃烧稳定、负压波动小和飞灰含碳量小的问题。在滤波器出口收缩锥段，风优先加速，粉的初速为1m/s，粉的速度严重滞后于风速，受风吹后做变加速运动，收缩锥段出口距燃烧器喷口为2.5米，燃烧器喷口风速为20m/s，解偏微风方程得出燃烧器喷口粉的速度仅能达到9m/s。煤粉的着火稳定性能得到极大的提高，同时飞灰含碳量也有明显的改善。所采用的滤波器长度L在6-9米之间，在滤波器中垂直上升送粉管道上接扩压角β＝7-60度的扩锥，由于扩锥后垂直上升管道截面变大，垂直上升管道内的平均风速1-2m/s,从而在垂直上升管道内形成类似流化床内的流场，管中间煤粉随气流上升，而在近管壁处部分煤粉形成膜状下降，部分煤粉储存在滤波器内形成内循环，形成了流化床，减少了因给粉波动造成入燃烧器煤粉量的变化；以送粉管道DN200滤除周期为6s的波动为例，滤波器长度L≥T/v＝6/1.5＝4米。其结构简单，操作方便，使用效果好，在本技术领域内具有广泛的实用性。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构示意图。

图2是本实用新型的滤波器结构图。

其中：1、一次风机，2、煤粉仓，3、给粉机，4、煤粉混合器，5、滤波器，6、煤粉燃烧器，入口直径，直管段直径，出口直径，β、入口扩压角，α、出口收缩角，L、直管段长度；

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本实用新型作进一步的描述：

本实用新型的一种气力输送锅炉煤粉燃烧系统，主要由一次风机1、煤粉仓2、给粉机3、煤粉混合器4、滤波器5和煤粉燃烧器6及连接管道，所述经煤粉混合器4送入煤粉燃烧器6的送粉管路上连接有平均风速为0.5-3m/s的滤波器5；所述的滤波器5垂直设置、或在与铅垂线成20度夹角的范围内设置。所述的滤波器5包括入口扩锥段、直管段和出口收缩锥段，所述入口扩锥段的入口直径为入口扩压角为β，所述直管段的直径为长度为L，所述滤波器5的入口扩锥段的入口扩压角β＝7-60度，优选20-40度；所述滤波器5的直管段的直径是入口直径的2.8-5.5倍；所述的滤波器5的直管段长度L＝6-9米，直管段内平均风速为1-2米/每秒。所述收缩锥段的出口直径为出口收缩锥段的出口收缩角为α，所述滤波器5的出口收缩锥段的出口收缩角为α＝15-60度，优选20-40度。

实施例：滤波器5的直管段直径是入口直径的2.8-5.5倍，设计直管段内风速为0.5-3m/s，优选的1-2m/s，滤波器的直管段长度L＝3-20m，优选的6-9m。滤波器5也可以是整个垂直管和弯头的结构形式。入口扩压角β＝7-60度，优选的20-40度；出口收缩角α＝15-60度，优选的20-40度。

工作过程：当煤粉从粉仓2中落下，经给粉机3计量后进入煤粉混合器4中和从一次风机1过来的风在煤粉混合器4中混合后经煤粉管道输送，经弯头转弯进入上升管道后进入滤波器5中，在滤波器5中滤波后经管道输送至燃烧器6中。

在送粉管道带粉后水平管道弯头后接入口扩压角β，扩锥后的上升管道截面变大，上升管道内平均风速在1-2m/s,在上升管道内形成类似流化床内的冷态流场，管中间煤粉随气流上升，在近管壁处煤粉形成膜状下降，部分煤粉储存在垂直上升管道内形成内循环，形成流化床，减少因入口煤粉浓度波动造成入燃烧器煤粉量的变化，在入燃烧器弯头处或弯头后再渐缩达到燃烧器内正常风速，管道收缩角为20-40度，在收缩管内风首先加速，煤粉受风吹后加速，在燃烧器喷口处风速仍比煤粉速度高，增加煤粉停留时间，利于着火和燃尽。

DL/T5121-2000中9.4.9条规定了煤粉管道气力输送速度不小于18m/s，该规定是在水平输送管道和垂直上升管道截面积相同的条件下给出的，考虑水平管道气力输送安全速度不堵管的速度并留出安全余量后给出18m/s，该规定并未考虑垂直上升输送管道内气力输送的安全速度仅1m/s与水平管相差较大。典型煤粉在垂直上升管道内的悬浮速度为0.3m/s,参照循环流化床的实际运行速度通常为临界流化速度的2-3倍，因此，垂直上升管道内安全流速宜>1.0m/s。以正常煤粉管道设计流速25m/s为例，滤波器内设计流速为1-2m/s,平均v＝1.5m/s，要滤除周期为T＝3s的波动，滤波器长度L≥T/v＝3/1.5＝2米；如果要滤除周期为6s的波动，滤波器长度L≥T/v＝6/1.5＝4米。为了不造成突然停风时煤粉沉积在管道最低位置造成堵塞，在滤波器下易沉积煤粉位置宜设置掏粉的检修门；为了即能滤除煤粉波动又不致滤波器太长造成堵粉事故扩大和投资上升，通常滤波器长度L不宜大于20米，优选的L宜在6-9米之间。按正常的圆形管道，滤波器直管段的直径是正常水平煤粉管道直径的2.8-5.5倍，优选的3-4倍。