煤粉热风炉燃烧炉系统的设计

1、煤粉热风炉 ( 燃烧炉 ) 系统的设计1 前言煤粉热风炉系统是我公司专为建筑陶瓷行业使用的喷雾干燥器配套而设计的。它以煤为燃料，亦适用于建材、冶金、化工等行业的各类干燥器，该系统的结构简单、紧凑、操作容易，能适应喷雾干燥器起动和停止频繁的工作特点，并能自动连续运行；设备投资少，运行成本低，深受用户好评。现将该系统的基本结构及工作原理介绍如下，供同行参考。2 煤粉热风炉系统的总体结构设计 2.1 工艺流程的确定根据生产实际需要，我们确定如下的工艺流程：2.2 总体结构设计其工作原理如下：按工艺流程设计的系统总体结构如图1。按图 1 所示，将干燥后的原煤加入 I# 破碎输送机，破碎成粒度 10mm

2、 的煤，经 2#固定式磁选筛自动筛选和筛分后，再由 3#斗式提升机送至 4#储煤仓备用。煤仓与 5#风扇式磨煤机煤斗连通，煤量可自动补充。当系统运行时，风扇式磨煤机将煤磨成粒度 120 目的煤粉，用自身产生的一次风通过 6#煤管自动输往 7#燃烧器；煤粉在燃烧器内经高温燃烧和气化反应后，以半气化状态喷入10#热风炉内实现完全燃烧；燃烧过程产生的煤灰，部分由 11#排渣机构自行排出，部分随烟气经 12#热风除尘器排出，还有少量随烟气进入干燥塔内。 图中 13# 排烟装置仅用于炉子冷态点火过程的短暂排烟。对粉热风炉系统的重要结构部分，现分别介绍如下。预燃式燃烧器预燃式燃烧器的结构、 它是高速燃烧器

3、的一种。 具有一个燃烧效率较高的预燃室，部分燃料可在其中燃烧， 使液体或固体半气化后， 能像煤气那样容易燃烧完全，并获得较高的燃烧效率。系统运行时，由磨煤机连续供给的一次风和煤粉， 通过燃烧器的蜗壳旋流，在预燃室内强烈旋转； 来自高压助燃风机的二次风， 经过燃烧器的分配阀， 分成切线风和直线风； 切线风进入预燃室， 与一次风和煤粉充分混合并加大其旋流强度，在预燃室中心造成局部负压，形成回流区，建立起点火、稳焰条件；同时旋流煤粉停留时间增长，在高温下完成所需的燃烧和气化反应，形成 1200。左右的半煤气化混合物喷入炉内， 直线风从燃烧器出口四周引射， 使半煤气燃烧完全并起降低燃烧器表面温度作用。

4、预燃式燃烧器在工业应用中与半工业性试验的结果是不完全一样的 因为半工业试验的炉膛内是常压条件， 而工业实际应用中， 为了抽送燃气， 炉膛内往往形成一定负压。 当炉膛负压大于燃烧器预燃室内形成回流区所需负压时， 燃烧室失去点火稳焰条件。 此时，在其内的点火和维持燃烧都是无法实现的。 在喷雾干燥器上的实际应用中，我们针对上述情况，将热风炉系统局部结构作了调整，同时，改变预燃式燃烧器的控制， 使它在炉膛负压变化时能自动以两种不同的燃烧方式正常工作。1) 常压下的冷态半煤气点火方式。将排烟装置打开，热风炉系统与干燥塔热风管的通道同时关闭； 启动磨煤机和助燃风机， 热风炉自成系统运行。 此时炉膛内为常压

5、。 用油棉纱在燃烧器内引火， 煤粉能在几十秒钟内点燃， 并在预燃定内强烈燃烧；喷出的半煤气火焰迅速将炉膛温度提高到800以上。2) 负压下的正常运行方式。当炉堂温度升高，烟囱不冒黑烟时，进行烟气切换，干燥塔热风管接通，在主排风机的作用下，炉膛内形成负压，燃烧立即自动从燃烧器的预燃室内转入炉膛内， 此时燃烧器是将高速旋转的雾状煤粉喷人炽热的炉堂内悬浮燃烧，并以这种燃烧方式持续运行。热风炉暂停后的热态点火，也是采用这种燃烧方式。 此时，不用再在预燃室内点火。 只须通过燃烧器将煤粉喷入炉内即可使炉温迅速回升。预燃式燃烧器在实用中的两种燃烧形式和冷、 热态点火迅速是其最重要的特点。它正好适合喷雾干燥器

6、操作上的随时启停的需要。2 煤粉热风妒受燃烧器火焰长度等的限制，我们设计的 4000 型以下的煤粉热风炉均采用卧式结构，炉内设有三个室：1) 主燃烧室。从燃烧器喷入的细煤粉以悬浮状态集中在这里燃烧。室内设计有足够的燃烧空问；空气过剩系数 a 设计在 1.5 2.0 范围任何调节，使室内始终保持超氧化性气氛。此举，一可减少各种燃烧损失，取得较高的燃烧效率；二可减少大块熔渣的出现，确保自行排渣。该室设计温度可达 1300以上，实际操作须考虑灰熔点等因素，一般控制在略低状态。2) 副燃烧室。作用是提高未燃挥发物以及气体和固体未完全燃烧物如 CO等的燃尽率。炉内结构设计，决定了主燃烧室的火焰流只能经

7、90°转向，分成两股进入副燃烧室，使燃料在炉内逗留时间加长， 并加强了气体扰动和空气助燃作用 使燃烧更为完全。该室设计空间不大，主要是避免因局部气流不畅。导致温度过高，造成结渣。3) 混合室。以副燃烧室出来的 1000以上的燃气，在此与配风机输送的冷风混合，变成干燥器所需的进风温度后， 送入热风管路。 混合室容积应适当大。 我们在设计时，使其具有一定的高度空间。这样，它又同时起了沉降室的作用。此外，为了加强炉内气体的搅动，提高燃烧效率， 在炉风还没有炉膛二次风装置。由高压风机分出的二次风， 以 50m/s 的速度细而有力地穿过主燃烧室的火焰中心，从底部进入副燃烧室。炉膛二次风的设置，

8、使炉膛风气体发生涡流，混合更完全， 从而延长了气体燃烧时间，改进了空气助燃作用， 对减少不完全燃烧有力。同时。炉膛二次风的设置， 也是控制和提高空气过剩系数a 的有效手段，使挥发物和不完全燃烧产物达到完全燃烧。3 排渣结构在煤粉热风炉系统设计上， 仅解决了燃烧问题， 还不能做到使系统工作连续和对产品及环境无明显影响。 与燃烧同样重要的， 还有排渣和除尘同题。 煤粉热风炉运行中， 炉膛内生成的炉渣数量及其排除方式， 直接影响系统工作的连续性。因此，炉体结构设计着重考虑的是减少炉内熔渣的形成，其次是排渣结构。影响炉膛结渣的主要因素， 除了前面提到的炉膛本身结构以外， 还有炉温、煤的灰熔点和煤灰在炉

9、膛内的停留时间等。 煤的灰熔点主要通过煤种的选择加以控制；炉温在实际控制上由于有燃烧效率和燃净率的限制， 也不能太低， 故在炉风结构研究上，主要集中在：降低灰渣温度；减短灰渣在炉内的停留时间。煤粉热风炉的设计温度可以达到 1300以上，通常控制在 1200以下，由于高温集中在主、 副燃烧室，因此结渣主要形成在这里， 在煤粉热风炉研制初期，由于对煤粉燃烧的结渣量和溶渣程度分析不足， 在结构设计上采用的是炉门除渣的方案尽管简单可行， 但必须由人工定时出渣， 劳动强度大，工作环境恶劣，偶尔因操作上的延误还会影响系统运行的连续性。 改进后的方案采用了自行降温排渣结构，从根本上解决了上述问题。图 3 为

10、其结构示意图。渣斗的出渣口设在副燃烧室下部， 此处为炉膛灰渣集中的地方。 炉内主要灰渣来不及形成大块熔渣就靠自重垂直落入渣斗，迅速降温，自行排出，同时该处也是炉膛三个室相互连接处， 也便于局部熔渣直接落人排出； 渣斗的进口延伸至混合室。 该结构热风炉的混合室容腔较大， 燃气至此流速减缓， 在与冷风混合过程中， 部分沉降的飞灰可进入渣斗排出； 主燃烧室不设渣斗， 不设置吹风降温装置，一方面是为了确保主燃烧室内燃烧温度稳定和提高煤粉的燃净率，另一方面。建立起底部沿壁风，高速吹扫沉降的灰渣。使灰渣的温度迅速降低，消除熔渣条件；将炉底沉降的灰渣扫入渣斗，减少其在高温区的停留熔渣时间；将沉降在炉底的部分

11、未燃物吹起促其继续燃烧， 提高燃烧效率， 控制和增大炉内空气过剩系数a，降低 CO2值，减缓炉膛内的结焦。此外，为了提高吹渣效率，主燃烧室底部设计成向渣斗倾斜，即使吹渣装置不开启， 燃烧器喷出的高速气流也能将大部分炉膛沉降物吹入渣斗。燃烧器的布置和炉膛局部结构的设计也直接影响炉内结渣， 当使用两个以上燃烧器时，设计上除了要确定在炉体上的位置外， 还必须考虑它的相对位置及其旋流方向的相互影响。 从理论上讲，如果造成燃烧器出口煤粉气流浓度不均匀或严重离析，就会使一些地方出现还原性气氛。在这种环境中，煤灰内的 Fe203 将被还原成 FeO，而 FeO与 SiO2 形成的共晶体，其熔点比 Fe203

12、 低得多，有时会将灰熔点下降 150- 200，容易结成熔渣，在实际应用中，两个燃烧器的布置，我们通常采用距离拉开，旋向相反的方案，效果比较理想。炉膛局部结构设计上， 要注意燃烧器与炉体的连接处和主、 副燃烧室之间连接处的气流流畅，避免在这些地方产生涡流，使局部温度过高产生熔渣。另外，针对热风可能会因操作失误偶尔出现块状结渣不能自行排出的情况特在渣斗进口处设有人工振打机构， 各炉室亦设有出渣炉门， 以备特殊情况的出渣和日常维护观察之用。4 烟尘处理系统煤粉热风炉在冷态点火和炉温偏低等情况下会有许多完全未燃或未完全燃尽的煤粉随烟气进入热风管道，即使在正常燃烧的情况下， 亦有大量的飞灰随烟气进入干

13、燥塔内， 严重影响陶瓷粉料的质量。 因此，烟尘处理是煤粉热风炉系统设计中必须解决的问题。 我们为 2000 型和 3200 型煤粉热风炉系统设计的由排烟装置的热风除尘器组成的烟尘处理系统，经实践验证，是一种比较成功的结构。1) 排烟装置排烟装置是为了排除煤粉热风炉冷态点火和非正常燃烧时烟气中含有的煤粉而设置的。在系统中，它们实际使用频率很低，但其作用却不可小视。以3200 型煤粉热风炉系统为例，它配有两个YRM-350型预燃式燃烧器，每个额定燃煤量为 350kg/h 。点火时，用一个燃烧器煤量控制在额定量的一半约180kg/h 。按正常情况计算：点火需2min，升温需 10min，则每次点火耗

14、煤量为：180×(10+2)/60=36(kg)。即正常点火时有 36kg 未燃或未燃尽的煤粉从燃烧器喷入炉内。根据实测推算，其中燃烧掉的和从渣斗排出的约占 80%，其余进入烟道。如果不设排烟装置，这些粒度 120 目的煤粉在短时间内集中进入干燥塔，其对陶瓷粉料污染是非常重要的。排烟装置是在煤粉热风炉的混合室上部设置的， 由烟气切换阀门和烟囱组成的装置。在冷态点火时， 为了避免含有大量煤粉的燃气进入干燥塔，必须关闭热风管的进风通道；同样，在煤粉热风炉下沉运行时，为了防止热风从烟囱外漏，也必须关闭排烟通道。 在排烟装置中， 充当这一任务的是烟气切换阀门。其工作原理是，当煤粉热风炉冷态点

15、火时，人工放下阀板，关闭热风管进口。此时，煤粉热风炉与干燥塔隔离， 自成系统运行， 点火时黑烟从烟囱排出； 当热风炉点火成功，炉内煤粉燃烧正常，烟囱无黑烟排出时，拉起阀板，烟囱被关闭，热风转换路径，经热风管进入干燥塔。烟气切换阀门尽管结构简单， 但它却是系统中减少烟尘对干燥粉料影响的关键设备。它的合理设计，使煤粉热风炉系统冷态点火时的排烟和正常运行时的隔热防漏效果均达到了较理想状态。2) 热风除尘器的设置煤粉热风炉正常燃烧时， 炉风煤粉在燃烧器一、 二次旋转风和炉膛二次风的强劲搅动下，迅速燃烧成灰烬。其中相对较小颗粒在配风和抽风的共同作用下，以悬浮状态随烟气进入热风管道。 热风除尘器的设置是为了减少进入干燥塔内的这部分灰量，使其对产品的影响降到最低点。根据煤粉炉烟尘的颗粒分散度和双级旋风除尘器分类净化度的有关资料以及实测数据计算，喷雾干燥器系统正常运行时，煤粉热风炉中的煤灰约有 25% 随热风进入烟道，热风除尘器可除去其中的 60%以上，化验数据表明，这 60%的飞灰不但粒度相对较大， 而且单位重量的含 C量亦是进入塔内飞灰的 2 倍，而陶瓷釉面砖烧成最忌讳的就是原料中含 C 量过高。可见，热风除尘器不但可除去热风中大部分飞灰，而且除去的恰恰是对粉料影响较大的那部分含 C 量高的较大颗粒。热风除尘器设置在干燥塔的热风管路中间， 因此对其保温旋热性有