[发明专利]一种导热油冷却式低NOx

说明书

本发明公开了一种导热油冷却式低NOx煤粉燃烧器冷却系统与冷却方法，其中，该冷却系统包括燃烧器和冷却循环装置，所述燃烧器通过冷却循环装置与热用户设备连接，所述燃烧器的后端设有炉膛，所述冷却循环装置，包括回油支管、出油支管、出油总管、并联油管和螺旋盘管，所述螺旋盘管通过导热油出口依次与出油支管、出油总管、热用户设备、回油总管和回油支管相连接，所述回油支管与螺旋盘管的导热油进口连接。本发明能提高有机热载体锅炉能效，降低烟气的污染物排放，采用螺旋盘管作为燃烧器冷却组件的基础构件，利用锅炉自身循环导热油对燃烧器进行冷却，通过导热油流量控制油温，避免导热油超温结焦发生，保证燃烧器的运行安全。

技术领域

本发明涉及导热油煤粉工业锅炉技术领域，尤其涉及一种导热油冷却式低NOx煤粉燃烧器冷却系统与冷却方法

背景技术

有机热载体锅炉是一种以导热油为循环介质供热的新型热能设备，以导热油为热载体，通过热油泵使热载体进行闭式循环，将热量传递给用热设备，具有高温低压的优点，同时该设备不需要水处理设备并且无蒸汽锅炉的跑、冒、滴、漏等热损失，因此，越来越多地被应用于食品、化工、防织等行业的供热设备。

目前，燃煤有机热载体锅炉多数是以管架式链条炉为主体，由炉管与集箱组成炉膛，蛇形管组成对流受热面，导热油在炉管内强制循环流动。传统燃煤有机热载体锅炉能源利用效率较低、污染物排放难以达标。随着《锅炉大气污染物排放标准》GB 13271-2014在全国范围内逐步实施后，在工业领域发挥重大作用的燃煤工业锅炉处境艰难，实现清洁排放成为锅炉行业当下急需要解决的难题。

高效低NO_x液态排渣煤粉燃烧器作为锅炉的新型燃烧设备，抓住改善煤粉燃烧条件这个关键，把“炉”和“锅”分开来，这样可达到高温高强度燃烧，从而又可在贫氧的条件下稳定燃烧，在燃烧室内实现液态渣捕集，同时可抑制NOx生成，锅炉热效率达到91％以上。锅炉不经过脱硝处理，NO_x排放值低于150mg/m³，完全能达到标准 GB 13271-2014规定的重点地区排放限定值。

液排渣煤粉燃烧器作为锅炉的燃烧设备，主要完成煤粉的点燃与燃烧。由于液排渣燃烧器的高强度燃烧，其燃烧室内温度高达1500℃以上，燃烧室内炉衬结构工作环境恶劣，除了长期处于高温、强还原性气氛和高速旋转气流的冲刷环境下之外，还受到与之直接接触的熔渣侵蚀，且启炉、停炉过程存在较大的温度波动，长时间运行极易发生炉衬侵蚀烧穿现象。为实现炉衬持久稳定地工作，借鉴传统旋风炉及煤气化炉的发展经验，采用“以渣抗渣”来缓解侵蚀问题，其核心是对炉衬进行有效冷却，使炉衬壁面温度低于煤种软化温度，在其表面能够形成一层固态渣层，以提高炉衬抗侵蚀能力。

对于现有液排渣燃烧器的冷却系统，普遍采用水冷法，如夹套式水冷法，其原理为：燃烧器外侧为双圆筒夹套空腔结构，在夹套空腔内通有强制循环的冷却水，冷却水吸热带走一部分热量，加快了燃烧器散热，冷却水与金属筒壁持续换热产生大量冷却热水。热水带走热量约占煤粉有效输入热量的10％，这部分水量和热量的合理利用对燃烧器运行状况影响很大，直接关乎锅炉运行的经济效益。对于蒸汽锅炉及热水锅炉，燃烧器冷却水可被系统本身直接利用；但对于有机热载体炉，其利用导热油作为换热载体，锅炉是以导热油循环的方式完成能量的吸收与应用，锅炉本身无汽水流程。若企业生产工艺无热水需求，大量冷却热水能量不能得到有效利用，采用水冷方式对燃烧器冷却会造成热能的极大浪费。

为拓宽高效低NOx液排渣煤粉燃烧器在有机热载体锅炉上的应用范围，本发明提出利用导热油来对炉衬冷却的新思路。若直接使用夹套式冷却结构，一方面，夹套式结构承压能力差，导热油强制循环下，夹套强度不足以满足应用要求；另一方面，对于有机热载体锅炉，循环导热油流动有最低流速限制，一般辐射段管内流速不宜低于 2m/s，对于对流段管内流速不宜低于1.5m/s。导热油在夹套内循环流动容易出现超温结焦，主要原因在于：(1)夹套式结构内部流通面积大且易导致导热油流速不均匀，导热油在通道内流动时有些区域流速过低：(2)夹套式壳型结构部分区域内流体易发生滞留现象，此区域导热油极易结焦变性。