[发明专利]多重烧咀煤粉燃烧装置

说明书

技术领域

本发明提出了一种可以燃烧不同煤质煤粉的燃烧装置，适合于工业生产用锅炉、供暖锅炉等领域，特别是锅炉负荷变化较大的工业生产和供暖过程。在锅炉受热面不变条件下，实现中小型煤粉锅炉的变负荷运行。 

背景技术

中国能源结构中有70％左右的份额是煤炭，煤炭主要是燃烧利用，其中差不多一半左右用于锅炉。中国拥有50～60万台工业锅炉，这些锅炉除强制改烧天然气以外几乎都是燃煤锅炉，每年煤炭消耗量超过4亿吨。燃煤锅炉中，容量在20t/h以下的约占80％，平均容量约为4t/h以上，且绝大部分为传统链条炉排锅炉和固定炉箅手烧炉，锅炉效率不高，通常在60％左右。后者锅炉运行的电耗高，锅炉排放的粉尘对环境的影响大。 

煤颗粒燃烧受到一些因素的制约，如温度、氧气供给、燃料浓度以及其他物理条件。另外，颗粒尺寸、混合条件等也决定着煤颗粒的燃尽效果。 

层燃锅炉燃用数十毫米尺寸的颗粒，以层状方式在炉排上燃烧。这种燃烧方式的缺点表现在：1.颗粒燃尽时间相差较大而炉排运转速度固定。2.层状燃烧的透气性不均匀，即使可以采用辅助的分层手段，细颗粒对燃烧空气的阻力也构成对燃烧过程的巨大妨碍。3.对操作技术依赖较大。操作人员的熟练程度直接影响燃烧效果。 

从燃烧学角度看，煤颗粒燃尽时间正比于煤颗粒尺寸的平方，燃烧细的煤颗粒需要的燃尽时间短。另一方面，燃烧需要及时供应燃烧需要的氧气，这在煤粉锅炉上通过二次风来实现。除了及时供氧外，所供的氧气还需要与煤粉良好混合。这些燃烧过程在煤粉锅炉上已经得到了较好的实现。 

煤粉燃烧有一个重要的缺陷，煤粉制备的电耗太高。火力发电厂使用的中速磨的磨煤电耗高达6～9kWh/t，球磨机电耗是中速磨的1.5～2倍。而小型工业锅炉不可能得到这一等级的磨煤电耗，除非一些工业锅炉联合使用中速磨制粉，采用管道输送或罐车输送供粉。一旦采用集中制粉，按锅炉配送的运营方式，工业锅炉燃烧煤粉就可以克服制粉电耗高的缺点，达到与火电厂相同的制粉运行成本。 

这样，工业锅炉燃烧煤粉，提高燃烧效率和锅炉效率就获得了经济运行的渠道。如果一些锅炉房不具备集中送粉条件，可以采用小型多级风扇磨，虽然电耗仍然偏高，但由于锅炉效率提高的经济效益远高于磨煤电耗的消耗，经济效益仍然是可观的。 

煤粉在工业锅炉上使用已有多年历史。早期的应用是在层燃锅炉上作为独立燃烧系统出现。即层状燃烧系统不变，在炉膛中喷入煤粉，强化炉膛中出现的燃烧和传热过程，获得了很好的技术效果。但由于每台锅炉配备一台磨煤机，磨煤机电耗“吃掉”了很大一部分节能效果。 

煤粉工业锅炉研究的专利申请和授予情况比较简单，虽然上世纪有过一些专利(如李春甫提出的适用各种工业、民用锅炉的锅炉煤粉燃烧器(申请号95111916.8))，但很多专利在实施过程中显示出的缺陷导致煤粉在工业锅炉上的应用止步不前。2005年之前不论文献还是专利，工业锅炉燃烧煤粉都鲜有报道。2005年起，煤炭科学研究总院围绕煤粉工业锅炉获得了10项左右专利，至少有三种炉型获得了专利(200520002170.X一种卧式工业煤粉锅炉，200920108895.5一种双炉胆卧式工业煤粉锅炉和200920108897.4一种双锅壳卧式工业煤粉锅炉)，相关专利涉及到自动控制系统、除尘系统和供油系统等。文献表明，煤炭科学研究总院的煤粉燃烧技术具有良好的燃烧效果，燃烧效率和锅炉效率等具体指标都十分优秀，试验装置中的燃烧温度不超过1200℃(冀飞，纪任山，何海军，王乃继，工业煤粉锅炉煤种适应性的燃烧试验研究)，燃烧装置也进行过细致的计算机优化(纪任山，煤粉工业锅炉燃烧的数值模拟，第34卷第12期煤炭学报，2009)，而且已经形成系列化产品(何海军，纪任山，王乃继，高效煤粉工业锅炉系统的研发与应用，煤炭科学技术第37卷第11期，2009年)。但相关文献也反映出，煤炭科学研究总院开发的煤粉工业锅炉有“挑食”的毛病。即只能“吃细粮”烧好煤。如何海军(2009)给出的例子，煤粉锅炉燃烧的是26359kJ/kg(6295kcal/kg)热值的煤，1kg这样的原煤相当于0.9kg标准煤。这就使煤粉工业锅炉 的应用受到极大限制。优质煤产区的用户(25.12MJ/kg或6000kcal/kg，郭德生，王楠，史培甫，新型高效小煤粉锅炉系统节能减排功效突出，节能2010年)和接受远距离煤粉配送的用户对这项技术是欢迎的。